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Die
Erfindung geht aus von einem Wischerlager nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Ein
Wischerlagergehäuse
dient zur Lagerung einer Wischerwelle, der Positionierung einer
Wischerachse sowie den Befestigungsaufnahmen für die Montage in einem Fahrzeug.
Insbesondere bei Schneelast oder bei Blockierfällen treten vor allem im Übergangsbereich
zwischen Wischerlagergehäuse und
Platinenrohr hohe Kräfte
und Momente auf.
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Aus
der
DE 199 25 292
A1 ist eine Wischeranlage bekannt, bei der das Platinenrohr
im Übergangsbereich
einen vergrößerten Querschnitt
aufweist, der die spezifische Belastung in dem kritischen Übergangsbereich
reduziert und die Biege- und Torsionssteifigkeit erhöht.
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Vorteile der
Erfindung
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Es
wird vorgeschlagen, dass bei einem erfindungsgemäßen Wischerlager außerhalb
eines zur Aufnahme eines Platinenrohrs vorgesehenen Zapfens ein
zum Zapfen koaxial angeordnetes Ringelement vorgesehen ist. Der
Zapfen ist fest mit einem ein Lagergehäuse bildenden Außenrohr
des Wischerlagers verbunden oder mit einem konzentrisch dazu angeordneten
Innenrohr. Durch eine formschlüssige
Verbindung des Platinenrohrs mit dem Zapfen werden Kräfte von
dem Lagergehäuse
zum Zapfen sowie Torsionskräfte übertragen.
Der Zapfen übernimmt
nunmehr hauptsächlich
Zugkräfte,
Druckkräfte
und Torsionskräfte.
Das Ringelement und dessen Verbindungsstreben übernehmen Biegemomente und
Biegekräfte.
Der Zapfen wird mechanisch weniger und insgesamt gleichmäßiger belastet.
Das Ringelement kann im Wesentlichen Biegekräfte aufnehmen, die in einer
Ebene wirken, die aus einer Lagerachse und dem Zapfen gebildet wird.
Das Platinenrohr wird vom Ringelement abgestützt und der Zapfen entsprechend
entlastet. Am Zapfen selbst treten nur geringe Biegebelastungen
auf. Es ist auch möglich,
zwei koaxial angeordnete Ringelemente vorzusehen. Dabei weist das äußere Ringelement eine
sehr große
Stabilität
auf und erleichtert das Verbinden des Platinenrohrs mit dem Zapfen.
Bei einer Anbindung des Zapfens am Innenrohr ist die Bauweise besonders
kompakt. Die Krafteinleitung erfolgt dabei sowohl auf dem Innenrohr
als auch auf dem Außenrohr.
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Aufgrund
der geringen Belastung kann eine Übergangsgeometrie zwischen
dem Zapfen und dessen Lagerstelle am Lagergehäuse einfach ausgeführt werden
bei verkürztem
Abstand zwischen einem Verbindungsbereich zwischen Zapfen und Platinenrohr
und dem La gerbereich des Zapfens am Innenrohr oder Außenrohr
des Lagergehäuses.
Das Wischerlager, insbesondere ein Wischerlager aus Kunststoff,
kann kürzer
und kompakter ausgeführt werden
als bisherige Kunststoffwischerlager, bei denen auf einen langen
und harmonischen Übergangsbereich
geachtet werden musste, um dort auftretende mechanische Spannungsspitzen
zu verringern. Durch die kompakte Bauweise des Wischerlagers kann
das Platinenrohr näher
an den Lagerbereich der Wischerachse herangeführt werden, womit sich ein steiferes
Gesamtsystem ergibt. Durch die gleichmäßige mechanische Belastung
des Lagergehäuses kann
dieses gleichmäßig dünnwandig
ausgeführt werden,
was für
eine Ausführung
des Wischerlagers aus Kunststoff besonders vorteilhaft ist, um bei
dessen Herstellung Lunker im Kunststoff zu vermeiden. Weiterhin
wird eine kürzere
Abkühl-
und Taktzeit bei der Herstellung ermöglicht. Verbunden mit dem verringerten
Eigengewicht ist das Wischerlager mit Ringelement kostengünstig herstellbar
und zu montieren. Das Platinenrohr kann mit kleinem Querschnitt ausgeführt werden,
was eine Gewichtsverringerung und einen geringeren Bauraumbedarf
bedeutet. Wischerträger
mit einem kleineren Querschnitt des Platinenrohrs entlasten durch
elastische Verformung, beispielsweise bei einem Blockierfall, alle
Bauteile des Wischsystems – auch
den Wischhebelwodurch weitere Kosteneinsparungen möglich werden,
da diese Bauteile einfacher ausgeführt werden können.
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Beim
Betrieb der Wischanlage tritt durch die Anordnung des Ringelements
und die verbesserte Abstützung
des Platinenrohrs im Lagerbereich weniger Bewegung auf, und auch
bei hohen Belastungen versagt die Verbindungsstelle nicht. Die Ausrichtung der
Wischerwelle bleibt praktisch unverändert, so dass der nach der
Auslegung fest gelegte Anstellwinkel des Wischblattes zur Fahrzeugscheibe
beibehalten und somit eine gute Wischqualität gewährleistet wird.
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Trotz
der bevorzugten Verwendung von unverstärkten Kunststoffen für das Wischerlager
wird durch die besondere Geometrie eine hohe Bauteilsteifigkeit
sowie eine Verbesserung der Steifigkeit des Gesamtsystems erreicht.
Somit kann der Einsatzbereich von Wischerantrieben mit Kunststoff-Wischerlagern
erweitert werden.
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Das
Lagergehäuse
ist beigesteif und kann dennoch aus unverstärktem, kostengünstigen
Werkstoffen hergestellt werden. Bei der Herstellung kann mit sehr
einfachen Schiebern gearbeitet werden. Aufgrund der Gestaltung des
Wischerlagers und dem daraus resultierenden Werkzeugaufbaus eignen
sich als Werkstoff neben unverstärkten
Kunststoffen grundsätzlich
auch Werkstoffe, die nicht so einfach entformbar sind, wie beispielsweise
verstärkte
Kunststoffe oder metallische Druckgusswerkstoffe, insbesondere Zn,
Mg, Al.
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Das
Ringelement ist verbindungslos zu dem Zapfen am Lagergehäuse angeordnet
und kann daher die Biegebelastung weitgehend vom Zapfen fernhalten.
Weiterhin ist das Ringelement mit Streben an dem Lagergehäuse befestigt,
durch die der Zapfen wenigstens in einem Verbindungsbereich, in
dem das Platinenrohr mit dem Zapfen verbunden wird, von außen zugänglich ist.
Zum einen ermöglicht
die bevorzugte Befestigung mit oberen und unteren Streben eine hohe
Steifigkeit der Ringelement-Streben-Anordnung, zum anderen wird
sowohl die Herstellung des Wischerlagers als auch die Verbindung
des Platinenrohrs mit dem Zapfen vereinfacht, da der Zapfen für entsprechende
Werkzeuge, beispielsweise Crimpwerkzeuge, einfach von außen zugänglich ist.
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Ist
das Ringelement axial vor dem Zapfen angeordnet, insbesondere ohne Überdeckung
mit dem Zapfen an dessen Stirnseite, kann das Wischerlager mit einem
vorteilhaften Werkzeug ohne Ringkern und einem entsprechend einfachen
und soliden Werkzeugschieber hergestellt werden. Dies ermöglicht auch
eine bessere Werkzeugkühlung
und Kernkühlung
bei einem bevorzugten Druckguss- oder Spritzguss-Verfahren. Ragt
der Zapfen in einer alternativen Ausgestaltung mit einer Stirnseite
in das Ringelement, kann eine Entformung von Hohlprofilkernen und
des Ringkerns in derselben Richtung erfolgen, wozu nur ein einziger
Werkzeugschieber notwendig ist.
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Ist
der Zapfen bezüglich
einer axialen Erstreckung des Lagergehäuses in etwa mittig angeordnet, ist
das Ringelement breit am Lagergehäuse abgestützt, und es tritt nur ein geringer
Bauteilverzug des Bauteils beim Abkühlen nach der Herstellung auf, was
eine hohe Geometriegüte
und eine gute Prozessfähigkeit
mit sich bringt. Alternativ kann der Zapfen bezüglich einer axialen Erstreckung
des Lagergehäuses
außermittig,
z.B. an einem unteren Ende des Lagergehäuses, angeordnet sein. Dadurch
ist eine breite Abstützung
am Lagergehäuse
möglich.
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Besonders
steif kann das Wischerlager ausgeführt werden, wenn der Zapfen
einen als Hohlprofil ausgebildeten Querschnitt aufweist. Diese Ausgestaltung
ist besonders steif. Die für
diese Hohlprofile notwendigen Werkzeugkerne können so ausgerichtet werden,
dass sie in Richtung des Zapfens gezogen werden können, also
gleichzeitig mit einem ringförmigen
Werkzeugkern für
die Erzeugung des Ringelements. Alternativ weist der Zapfen einen
als T-Träger
oder Doppel-T-Träger
ausgebildeten Querschnitt auf. Eine Verbindungsgeo metrie kann in
zwei Werkzeughälften
erzeugt bzw. entformt werden. Der Werkzeugaufbau ist besonders einfach.
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Vorteilhaft
ist, dass eine Bauteilgeometrie zwischen dem Ringelement und der
Lagerstelle bei seiner Herstellung seitlich entformbar ist. Dies
ermöglicht,
neben den bereits geschilderten Vereinfachungen der Werkzeuge, dass
nach dem Aufschieben des Platinenrohrs dieses umschlossen werden kann,
um das Platinenrohr mit einem bevorzugten so genannten Vercrimpen
mit dem Zapfen zu verbinden. Ein guter Formschluss und eine qualitativ
hohe Güte der
Verbindung zwischen Platinenrohr und Zapfen ist damit gewährleistet.
Dabei wird das Platinenrohr plastisch verformt und in dafür vorgesehene
Taschen des Wischerlagergehäuses
bzw. des Zapfens verdrängt. Übliche Werkzeuge
zum Vercrimpen können verwendet
werden.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen: Es zeigen:
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1 ein
Wischerlager mit einem kurzen Ringelement mit asymmetrischer Anbindung über Trägerprofile;
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2 ein
Wischerlager mit einem kurzen Ringelement mit symmetrischer Anbindung
mit Hohlprofilquerschnitt;
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3a, 3b eine
Darstellung von Schnittebenen in Längsrichtung (a) und senkrecht
zu einer Zapfensymmetrielinie (b);
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4a, 4b einen
Werkzeugaufbau und die Trennung von Werkzeughälften bei einem Querschnitt
mit Hohlprofil (a) und einem Querschnitt mit T-Träger-Profil
(b);
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5a,5b einen
Werkzeugaufbau (a) und einen Werkzeugkern mit Ringkern (b);
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6 einen
Querschnitt durch ein Wischerlager mit Überdeckung von Zapfen und Ringelement;
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7a, 7b einen
Werkzeugaufbau (a) und einen Werkzeugkern ohne Ringkern (b);
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8 einen
Querschnitt durch ein Wischerlager ohne Überdeckung von Zapfen und Ringelement;
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9a–9f anhand
eines Querschnitts durch den Zapfen einen Verfahrensablauf eines Crimpprozesses
vor (a) und nach Aufstecken eines Platinenrohrs (b), Heranführen des
Werkzeugs (c), Umschließen
des Platinenrohrs mit dem Werkzeug (d), Einfahren der Stempel in
den Verbindungsbereich zwischen Platinenrohr und Zapfen (e) und
die fertige Verbindung (f);
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10a,10b einen Größenvergleich eines bevorzugten
Wischerlagers (a) mit einem bekannten Wischerlagers (b);
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11 einen
Schnitt durch ein Wischerlager mit als doppeltem Ring ausgeführten Ringelement;
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12 eine
Darstellung eines Zusammenbaus von Wischerlager und Platinenrohr;
und
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13 einen
Vergleich von Bauteilsteifigkeiten eines bevorzugten Wischerlagers
gemäß der Erfindung
und zweier bekannter Wischerlager mit Hohlprofil-Zapfen und T-Träger-Zapfen.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
Erfindung ist besonders für
Wischerlager aus Kunststoff geeignet. In den Figuren werden generell
für gleiche
Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt
ein Wischerlager 10 für
eine Scheibenwischanlage mit einem Lagergehäuse 12 und einem an
einem Lagerbereich 14 am Lagergehäuse 12 angeordneten
Zapfen 30 und einem kurzen Ringelement 16. Das
von einem Außenrohr
gebildete Lagergehäuse 12 umgibt
konzentrisch ein Innenrohr 24. Das kurze Ringelement 16 ist
außerhalb
des Zapfens 30 im Bereich seiner Stirnfläche 36 koaxial
angeordnet. Zapfen 30 und Ringelement 16 sind
bezüglich
einer axialen Erstreckung des Lagergehäuses 12 außermittig
angeordnet.
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Das
Ringelement 16 ist mit oberen Streben 18 und unteren
Streben 20 an dem Lagergehäuse 12 befestigt,
durch die der Zapfen 30 wenigstens in einem Verbindungsbereich 32 von
außen
zugänglich ist.
In diesem Verbindungsbereich 32 wird später ein nicht dargestelltes
Platinenrohr mit dem Zapfen 30 verbunden. Die Streben 18, 20 sind
hier als T-Träger ausgebildet.
Das Ringelement 16 hat keine direkte Verbindung zu dem
Zapfen 30, so dass das nicht dargestelltes Platinenrohr
in einen geringen Freiraum zwischen Zapfen 30 und Innenumfang
des Ringelements 16 auf den Zapfen 30 aufgesteckt
werden kann. Der Freiraum ist so bemessen, dass das Platinenrohr
sowohl an dem Zapfen 30 als auch an dem Innenumfang des
Ringelements 16 anliegen kann.
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2 zeigt
ein Wischerlager 10 mit einem kurzen Ringelement 16 mit
symmetrischer Anbindung von Zapfen 30 und Ringelement 16 am
Lagergehäuse 12.
Untere und obere Streben 18, 20, welche das Ringelement 16 halten,
weisen einen Hohlprofilquerschnitt auf. Zapfen 30 und Ringelement 16 sind
bezüglich
einer axialen Erstreckung des Lagergehäuses 12 in etwa mittig
angeordnet.
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Eine
Darstellung von Schnittebenen durch das Wischerlager 10 ist
in 3a, 3b dargestellt. 3a zeigt
einen Schnitt in Längsrichtung
des Zapfens 30. Erkennbar ist, dass der Zapfen 30 verbindungslos
zum Ringelement 16 ist. 3b zeigt
einen Schnitt senkrecht zu einer Zapfensymmetrielinie. Der Zapfen 30 weist
ein Hohlprofil auf, welches ein mittig angeordnetes Verstärkungselement
aufweist, die unteren und oberen Streben 18, 20,
die das Ringelement 16 halten, sind ebenso als Hohlprofile
ausgebildet.
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4a, 4b zeigt
eine Querschnitt auf ein bevorzugtes Werkzeug zur Herstellung von
Streben 18, 20 und Zapfen 30 sowie die
Trennung von Werkzeughälften 50, 52 des
Werkzeugs. Die erfindungsgemäße Anordnung
der Streben 18, 20 und des Zapfens 30 erlaubt
vorteilhaft die Verwendung eines Werkzeugs, das in der Mitte in
die zwei Werkzeughälften 50, 52 teilbar
ist. 4a zeigt das Werkzeug mit als Hohlprofile ausgebildeten
Streben 18, 20 und einem als Hohlprofil ausgebildeten
Zapfen 30. 4b zeigt als Variante das Werkzeug
für als
T-Träger-Profil
ausgebildete Streben 18, 20 und Zapfen 30.
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5a, 5b zeigt
einen Längsschnitt durch
einen bevorzugten Werkzeugaufbau eines Werkzeugs 60 (5a)
und einen zugehörigen
bevorzugten Werkzeugschiebers 62 (5b) für eine Ausbildung
von Zapfen 30 und Streben 18, 20 mit Hohlprofilen.
Zur Entformung der vier Hohlprofilkerne, wie beispielsweise in 4a dargestellt,
ist vorteilhaft nur ein einziger Werkzeugschieber 62 notwendig,
wobei Ringkern 64 und die Hohlprofilkerne in dieselbe Richtung
entformt werden können.
Der Ringkern 64 ist notwendig, wenn sich Zapfen 30 und Ringelement 16 überdecken,
d.h. die Stirnseite 36 des Zapfens 30 in das Ringelement 16 hineinragt. 6 zeigt
einen Schnitt durch ein derartiges Wischerlager 10 mit Überdeckung
von Zapfen 30 und Ringelement 16 mit aufgeschobenem
Platinenrohr 40. Im Überdeckungsbereich
ist das Platinenrohr 40 stabil zwischen Ringelement 16 und
Zapfen 30 eingeklemmt.
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Ein
Werkzeugaufbau ohne Ringkern ist in 7a, 7b dargestellt.
Der Werkzeugaufbau des Werkzeugs 70 zeigt eine Form für einen
kürzeren Zapfen 30 als
in 5a (7a) und einen Werkzeugkern ohne
Ringkern (7b). Dadurch ist ein solider
Werkzeugschieberaufbau möglich,
ferner können
das Werkzeug und der Werkzeugkern besser gekühlt werden. Die Variante eines
derartigen Wischerlagers 10 ist in 8 als Querschnitt
dargestellt. Ein Platinenrohr 40 ist auf einen Zapfen 30 aufgeschoben
und wird gleichzeitig von einem Ringelement 16 umfasst.
Der Zapfen 30 ist kürzer
als beim Ausführungsbeispiel
in 6 und ragt nicht in das Ringelement 30 hinein,
welches axial vor dem Zapfen 30 sitzt.
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9a-9f illustriert
anhand von Querschnitten durch Zapfen 30 und Streben 18, 20 einen Verfahrensablauf
eines als Crimpprozess ausgeführten
Verbindungsprozesses zwischen Zapfen 30 und Platinenrohr 40.
Zapfen 30 und Streben 18, 20 zu Beginn
des Verbindens zeigt 9a. 9b zeigt
zusätzlich
das auf den Zapfen 30 aufgeschobene Platinenrohr 40.
Anschließend
wird beidseits des Zapfens 30 jeweils ein Werkzeugteil 70, 72 mit
Stempelpaaren 74, 76 an den Zapfen 30 herangeführt (9c), bis
der von dem Platinenrohr 40 umschlossene Zapfen 30 von
dem Werkzeugteilen 70, 72 umschlos sen ist (9d).
Dies ist durch die besondere Wischerlagergeometrie möglich und
sehr vorteilhaft für
die Qualität
der Verbindung zwischen Zapfen 30 und Platinenrohr 40.
Anschließend
werden die Stempelpaare 74, 76 zum Erzeugen eines
Formschlusses zwischen Wischerlager bzw. Zapfen 30 und
Platinenrohr 40 in das Platinenrohr 40 hineingedrückt. Die
Stempelpaare 74, 76 verdrängen das Rohrmaterial in dafür vorgesehene
Taschen am Zapfen 30 (9e). 9f zeigt
die fertige Anordnung nach Abschluss des Verbindungsprozesses. Das
Platinenrohr 40 ist im Verbindungsbereich (entsprechend
Verbindungsbereich 32 in 1 und 2)
formschlüssig
mit dem Zapfen 30 verbunden.
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10a, 10b zeigt
einen Größenvergleich
eines bevorzugten Wischerlagers 10 (10a)
mit einem bekannten Wischerlager 80 (10b). Das bevorzugte Wischerlager 10 weist
einen Zapfen 30 auf, der an einem Innenrohr 24 des Wischerlagers 10 angebunden
ist, so dass eine Krafteinleitung sowohl auf das Innenrohr 24 als
auch auf das als Außenrohr
ausgebildete Lagergehäuse 12 erfolgt.
Der Lagerbereich 26 des Zapfens 30 und der Lagerbereich 28 des
Ringelements 16 bzw. der das Ringelement 16 haltenden
Elemente auf dem Innenrohr 24 ist vorzugsweise konzentrisch
ausgebildet, um eine gute Rundheit der beiden Lagerbereiche 26, 28 zu
gewährleisten.
Dagegen zeigt das bekannte Wischerlager 80 einen Zapfen 82,
der erheblich länger
sein muss als bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit entsprechender
geringer Biegesteifigkeit und Spannungsüberhöhungen bei Belastung.
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11 zeigt
einen Schnitt durch ein Wischerlager 10, bei dem das Ringelement 16 als
Doppelring ausgebildet ist. Der Doppelring erhöht die Stabilität des Ringelements 16.
Weiterhin ist dadurch zwi schen dem Zapfen 30 und den Streben 18, 20 ein größerer Freiraum
geschaffen, so dass beim Verbinden des Platinenrohrs 40 mit
dem Zapfen 30 mehr Platz für ein Werkzeug, insbesondere
ein Crimpwerkzeug, ist.
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12 zeigt
eine Darstellung eines Zusammenbaus von Wischerlager 10 und
Platinenrohr 40. Das Platinenrohr 40 ist im Verbindungsbereich 32 formschlüssig mit
dem Zapfen 30 verbunden. Streben 18, 20 halten
ein Ringelement 16, welches das Platinenrohr 40 umfasst.
Die Streben 18, 20 sind als Hohlprofile ausgebildet.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Wischerlagers 10 bringt eine deutliche Verbesserung der
Bauteilsteifigkeit mit sich. 13 zeigt
einen Vergleich von Bauteilsteifigkeiten eines bevorzugten Wischerlagers 10 und
zweier bekannter Wischerlager mit Hohlprofil-Zapfen und T-Träger-Zapfen ähnlich der Ausführung in 10b.
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Die
geringste Bauteilsteifigkeit weist das bekannte Wischerlager mit
dem T-Träger-Zapfen
auf, was in Kurve C deutlich erkennbar ist. Ein bekanntes Wischerlager
mit einem Hohlprofil-Zapfen zeigt zwar eine Verbesserung der Bauteilsteifigkeit
(Kurve B), ist das erfindungsgemäße Wischerlager 10 in
seiner Bauteilsteifigkeit um mehr als einen Faktor 2 verbessert.
Dies rührt
unter anderem daher, dass die Verteilung der elastischen Spannung
hier sehr gleichmäßig am Zapfen
verteilt ist, während
bei den bekannten Wischerlagern lokale Spannungsüberhöhungen auftreten, wie Analysen
mittels der Finite-Element-Methode
(FEM) ergeben.