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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Wischarm für eine Wischanlage zum Wischen einer Scheibe sowie eine Wischanlage mit einem solchen Wischarm.
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Offenbarung der Erfindung
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Wischanlagen werden in verschiedenen technischen Anwendungen verwendet, insbesondere zum Wischen von Front- und Heckscheiben von Kraftfahrzeugen. Derartige Wischanlagen umfassen wenigstens ein an einem Wischarm befestigtes Wischblatt mit einer Wischlippe aus einem Gummimaterial, welche zyklisch über die zu reinigende Scheibe geführt wird, um Feuchtigkeit oder Schmutz von der Scheibenoberfläche zu entfernen. Als Antrieb für den Wischarm dient in der Regel ein Elektromotor, z. B. ein Rundläufermotor oder Reversier-Wischermotor, dessen Bewegung entweder direkt oder über ein entsprechendes Getriebe in die gewünschte Wischbewegung umgesetzt wird.
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Die Wischbewegung des Wischers über die Scheibe ist mit einer Reibung verbunden, die je nach Feuchtigkeitszustand der Scheibe stark variiert. Im nassen Zustand ist die Reibung relativ gering, während im trockenen Zustand eine relativ hohe Reibung überwunden werden muss. Dies beeinflusst die zum Antrieb erforderliche Leistung beziehungsweise das dafür erforderliche Drehmoment des Wischantriebs. Während für den eigentlichen Einsatzzweck ”Wischbetrieb bei Regen” eine kleine Antriebsleistung beziehungsweise ein kleines Antriebsmoment nötig ist, muss die Wischanlage auch für den Belastungsfall ”Wischbetrieb auf trockener Scheibe” ausgelegt sein. Bekannte Wischanlagen werden daher deutlich stärker ausgelegt, als dies für den Einsatz auf nasser Scheibe erforderlich wäre.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Lösung für ein verbessertes Wischen einer Scheibe bereitzustellen.
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Dieser Aufgabe wird durch einen Wischarm gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Wischanlage gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Wischarm für eine Wischanlage zum Wischen einer Scheibe vorgeschlagen, wobei der Wischarm zum Halten eines Wischblatts ausgebildet ist. Dabei umfasst der Wischarm eine Schwingungseinrichtung zur Schwingungsanregung des Wischblatts.
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Ferner ist gemäß der Erfindung auch eine Wischanlage mit einem solchen Wischarm vorgesehen.
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Die Schwingungsanregung ermöglicht es, die Reibung zwischen dem von dem Wischarm gehaltenen Wischblatt und der Scheibe zu verringern. Dies ist insbesondere beim Wischbetrieb auf trockener Scheibe der Fall, und führt daher zu einem geringeren Reibungsunterschied (Streuung der Reibung) beim Wischbetrieb auf trockener und nasser Scheibe. Hieraus resultiert eine geringere Belastung im Wischbetrieb, was eine entsprechend kleinere Dimensionierung der Komponenten der Wischanlage, insbesondere eine schwächere Auslegung des Antriebsmotors und des Wischgestänges, erlaubt. Vorteile hiervon sind unter anderem eine Materialeinsparung und eine damit verbundene Kosten- und Gewichtsersparnis. Durch die Reduktion der Reibung kann ferner auch der Wischbetrieb als solcher und infolgedessen die Wischqualität verbessert werden.
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In einer Ausführungsform ist die Schwingungseinrichtung ausgebildet, eine Schwingung mit wenigstens einer Frequenz im Ultraschall- und/oder Infraschall-Bereich zu erzeugen. Auf diese Weise können akustische Störungen eines Benutzers vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schwingungseinrichtung wenigstens ein Aktorelement. Das Aktorelement kann beispielsweise als kostengünstiges Piezoelement ausgebildet sein. Hierbei können auch mehrere Piezoelemente über die Länge des Wischarms verteilt sein, wodurch eine stärkere Schwingungsanregung des Wischblatts realisiert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wischarm eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen an einer Antriebseinrichtung der Wischanlage und eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Wischblatts. Hierbei ist das Aktorelement im Bereich der Aufnahmeeinrichtung oder der Befestigungseinrichtung angeordnet. Mithilfe eines im Bereich der Aufnahmeeinrichtung angeordneten Aktorelements kann die Schwingung relativ direkt in das Wischblatt eingekoppelt werden. Hingegen kann durch ein Aktorelement im Bereich der Befestigungseinrichtung der Verschaltungsaufwand zur Anbindung an eine externe Steuereinrichtung reduziert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wischarm eine Energieversorgungseinrichtung für die Schwingungseinrichtung. Auf diese Weise ist ein unabhängiger bzw. autarker Betrieb der Schwingungseinrichtung möglich. Die Energieversorgungseinrichtung kann beispielsweise eine Batterie und/oder ein photovoltaisches Element umfassen.
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Für eine autarke Betriebsweise kann der Wischarm des Weiteren eine Aktivierungseinrichtung umfassen. Die Aktivierungseinrichtung ist hierbei ausgebildet, eine Bewegung des Wischarms zu erkennen und auf der Grundlage einer erkannten Bewegung die Schwingung des Wischblatts zu aktivieren.
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In einer alternativen Ausführungsform weist der Wischarm eine Schnittstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Schwingungseinrichtung und einer Steuereinrichtung der Wischanlage auf. Auf diese Weise kann sowohl eine Energieversorgung als auch eine Steuerung der Schwingungseinrichtung realisiert werden. Die Steuerung, d. h. insbesondere die Vorgabe der Intensität und der Frequenz der Schwingung, kann beispielsweise abhängig von äußeren Bedingungen (nass, trocken, Temperatur, etc.) sowie von einem durch einen Benutzer gewählten Betriebszustand (Intervallwischen, Dauerwischen, etc.) erfolgen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Wischanlage umfassend zwei Wischarme mit jeweils einem Wischblatt beim Wischen einer Scheibe;
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Wischarms mit einem Wischblatt beim Wischen auf der Scheibe; und
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3 bis 6 weitere schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Wischarmen.
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Die 1 zeigt beispielhaft eine Wischanlage 100, wie sie in typischer Weise an einer Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Alternativ ist eine derartige Wischanlage mit einem Wischarm auch für die Heckscheibe eines Fahrzeugs einsetzbar. Die Wischanlage 100 umfasst zwei Wischarme 130, welche jeweils mit einem daran befestigten Wischblatt 140 auf der zu reinigenden Scheibe 200 aufliegen. Vorliegend werden die beiden Wischarme 130 beispielsweise von einer gemeinsamen Antriebseinrichtung 120 angetrieben. Die Antriebseinrichtung 120 kann einen Rundläufermotor oder einen Reversier-Wischermotor umfassen, der direkt oder über ein geeignetes Getriebe (hier nicht gezeigt) mit dem jeweiligen Wischarm 130 gekoppelt ist. Im Wischbetrieb treibt die Antriebseinheit 120 die Wischarme 130 so an, dass die zugehörigen Wischblätter 140 zyklisch über die Oberfläche der Scheibe 200 streichen und dabei Belag wie z. B. Feuchtigkeit oder Schmutz von der Scheibenoberfläche entfernen.
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Die Wischanlage 100 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 110 zum Steuern der Antriebseinrichtung 120. Die Steuereinrichtung 110 gibt vor, mit welcher Häufigkeit und Geschwindigkeit die Wischarme 130 über die Scheibe 200 bewegt werden. Dies kann beispielsweise auf der Grundlage einer über einen Lenkstockschalter festgelegten Benutzervorgabe oder einer beispielsweise von einem Regensensor übermittelten Information erfolgen (hier nicht gezeigt).
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der beiden in 1 gezeigten Wischarme 130 mit einer Schwingungseinrichtung 150 zur Anregung einer Schwingung des jeweiligen Wischarms 130 und damit des daran befestigten Wischblatts 140 ausgestattet ist. Auf diese Weise kann eine geringere Reibung zwischen dem betreffenden Wischblatt 140 und der Scheibe 200 erzielt werden, was sich insbesondere beim Wischbetrieb auf trockener Scheibe 200 bemerkbar macht. Dies führt daher zu einem geringeren Reibungsunterschied für die Fälle Wischbetrieb auf trockener und auf nasser Scheibe 200, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Wischanlage 100 für eine geringere Belastung auszulegen. So ist es beispielsweise möglich, einen Wischermotor mit geringerer Antriebsleistung beziehungsweise einem geringeren Drehmoment zu verwenden. Hiermit verbunden ist eine Materialeinsparung, und damit geringere Herstellungskosten und ein geringeres Gewicht. Des Weiteren ist eine kleinere Baugröße des Motors möglich, was mit einer effektiveren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums einhergehen kann. Ferner können auch – ohne Performanceeinbußen – weitere mechanische Komponenten der Wischanlage 100, wie z. B. das Wischgestänge, die Wischhebel oder die Wischarme 130 geringer bzw. schwächer dimensioniert werden. Auch hierdurch wird eine Gewichts-/Kostenersparnis erzielt. Eine Schwingungsanregung kann darüber hinaus dazu beitragen, den Wischbetrieb und infolgedessen die Wischqualität bei trockener, halbtrockener, und nasser Scheibe 200 zu verbessern. Anhand der folgenden Figuren werden mögliche Ausführungsformen eines Wischarms 130 mit einer solchen Schwingungseinrichtung 150 näher beschrieben.
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In der 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wischarms 130 mit einem daran befestigten Wischblatt 140 beim Wischen der Scheibe 200 gezeigt. Der Wischarm 130 weist an seinem freien Ende eine Aufnahmeeinrichtung 132 auf, an bzw. in welcher das Wischblatt 140 mit einer entsprechend ausgebildeten Anschlusseinrichtung 143 befestigt ist. Bei dem Wischblatt 140 handelt es sich beispielsweise um ein gelenkfreies Wischblatt 140 (GWB), bei dem ein flexibles Wischlippenteil 142 an einem starren Basisteil 141 befestig ist. Das Basisteil 141 ist beispielsweise in Form einer Schiene mit der vorstehend genannten Anschlusseinrichtung 143 ausgebildet. Das vorzugsweise aus einem Gummimaterial gebildete Wischlippenteil 142 umfasst üblicherweise eine keilförmige Wischlippe, die im Wischbetrieb an der Scheibe 200 anliegt. Des Weiteren kann, wie in der 2 dargestellt, das sich entlang des schienenförmigen Basisteils 141 erstreckende Wischlippenteil 142 ferner über Anschlagstege zur Begrenzung der Wischlippenbewegung verfügen.
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Um eine Schwingung des Wischblatts 140 zu erzeugen, weist der Wischarm 130 erfindungsgemäß eine Schwingungseinrichtung 150 auf. Die Schwingungseinrichtung 150 kann ein einzelnes Aktorelement 151 umfassen, welches sich sowohl kontinuierlich über die gesamte Länge des Wischarms 130 oder auch lediglich über einen Teilbereich desselben erstrecken kann. Ein solches Aktorelement 151, das vorzugsweise piezoelektrisch ausgebildet ist, kann grundsätzlich an jeder geeigneten Stelle innerhalb des Wischarms 130 angeordnet sein. Des Weiterer kann der Wischarm 130 anstelle eines einzelnen Aktorelements 151 auch mehrere Aktorelemente 151 umfassen.
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Durch Einsatz eines oder mehrerer geeigneter Aktorelemente 151 kann grundsätzlich eine Schwingung mit einer beliebigen Schwingungsfrequenz erzeugt werden. Vorzugsweise wird dabei eine Schwingung mit einer Frequenz im Bereich des Ultra- bzw. Infraschalls angeregt, um eine akustische Störung eines Benutzers bzw. Fahrers zu vermeiden.
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Bei der Auswahl einer geeigneten Schwingungsfrequenz kann ferner das Resonanzverhalten des mechanischen Systems, insbesondere des aus Wischarm 130 und Wischblatt 140 gebildeten Wischhebels berücksichtigt werden, um beispielsweise eine Resonanzverstärkung zu bewirken. Ferner können mithilfe eines oder mehrerer Aktorelemente 151 gleichzeitig mehrere sich überlagernde Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen angeregt werden, wodurch zum Beispiel eine Amplitudenverstärkung bewirkt werden kann.
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Die mithilfe eines Aktorelements 151 vorgenommene Schwingungsanregung kann räumlich grundsätzlich in jeder beliebigen Richtung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Schwingungsanregung jedoch parallel zur Bewegungsrichtung des Wischarms 130. Dieser Fall ist mithilfe eines unterbrochenen Pfeils in 2 angedeutet. Hierdurch kann die Reibung zwischen Wischlippe und Scheibe 200 besonders effektiv reduziert werden.
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Bei dem in der 2 dargestellten Wischarm 130 kann das Aktorelement bzw. können die Aktorelemente 151 mit der Steuereinrichtung 110 der Wischanlage 100 über entsprechende Verbindungsleitungen verbunden sein. Hierdurch kann sowohl eine Energieversorgung, als auch eine Steuerung des bzw. der Aktorelemente 151 erfolgen. Ein solcher Fall wird im Detail anhand der folgenden 3 näher erläutert.
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Die 3 zeigt einen Wischarm 130 mit einem daran befestigten Wischblatt 140 gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der hier gezeigte Wischarm 130 weist an seinem freien Ende die bereits erwähnte Aufnahmeeinrichtung 132, in der das Wischblatt 140 mit seiner entsprechenden Anschlusseinrichtung 143 aufgenommen ist. An dem der Aufnahmeeinrichtung 143 gegenüberliegenden Ende des Wischarms 130 ist eine Befestigungseinrichtung 131 vorgesehen, mit welcher der Wischarm 130 an einer Antriebseinrichtung 120 befestigt ist. Beispielsweise ist die Befestigungseinrichtung 131, wie in der 3 angedeutet, in Form einer Bohrung zur Aufnahme einer drehenden Antriebswelle der Antriebseinrichtung 120 ausgebildet.
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Der in der 3 gezeigte Wischarm 130 weist ein Aktorelement 151 im Bereich der Aufnahmeeinrichtung 132 auf. Auf diese Weise kann eine vom Aktorelement 151 erzeugte Schwingung unmittelbar auf das Wischblatt 140 übertragen werden. Das Aktorelement 151 ist ferner über entsprechende Verbindungsleitungen mit dem Bordnetz des betreffenden Fahrzeugs bzw. der Steuereinrichtung 110 der Wischanlage 100 verbunden.
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Um eine lösbare Verbindung zwischen dem Wischarm 130 und dem betreffenden Fahrzeug zu ermöglichen, ist, wie in der 3 dargestellt, im Bereich der Befestigungseinrichtung 131 eine Schnittstelle 155 vorgesehen. Die Schnittstelle 155 kann beispielsweise in Form eines Steckers realisiert sein, welcher in einen komplementären Stecker des Fahrzeugs einsteckbar ist. Auf diese Weise ist ein einfacher Austausch beziehungsweise ein einfaches Nachrüsten des Systems möglich.
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Durch die Verbindung des Aktorelements 151 mit der Steuereinrichtung 110 ist vorliegend eine externe Energieversorgung und eine externe Steuerung desselben realisiert. Die Steuereinrichtung 110 kann beispielsweise die Intensität und Frequenz der Schwingung des Aktorelements 151 vorgeben. Derartige Vorgaben können beispielsweise abhängig von äußeren Bedingungen erfolgen, wodurch das Verhalten des Aktorelements 151 bei trockener, halb-trockener und nasser Scheibe 200 unterschiedlich gestaltet werden kann. Gegebenenfalls können hierbei auch zusätzliche Parameter, wie zum Beispiel die Temperatur, berücksichtigt werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Schwingung des Wischarms 130 und damit auch des Wischblatts 140 nur bei trockener Scheibe 200 zu veranlassen, beziehungsweise bei trockener Scheibe 200 eine stärkere Schwingung (z. B. höhere Amplitude und/oder Frequenz) vorzusehen als bei nasser Scheibe 200. Entsprechende Informationen zu äußeren Bedingungen können der Steuereinrichtung 110 beispielsweise von anderen Einrichtungen, wie z. B. einem Regensensor oder Temperatursensor, bereitgestellt werden. Ferner kann der Betrieb des Aktorelements 151 an eine Aktivierung der Wischanlage 100 mittels Benutzereingabe, beispielsweise über einen Lenkstockhebel, gekoppelt sein. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass die Steuereinrichtung 110 je nach gewähltem Wischbetrieb (Intervallwischen, Dauerwischen in Stufe 1 oder Stufe 2, etc.) verschiedene Schwingungsmodi für das Aktorelement 151 vorsieht. Eine analoge Steuerung ist auch im Zusammenhang mit mehreren Aktorelementen 151 möglich.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wischarms 130, welcher einen zu dem Ausführungsbeispiel von 3 analogen Aufbau aufweist. Im Unterschied zu dem anhand der 3 dargestellten Wischarm 130 ist das Aktorelement 151 bei dem in der 4 gezeigten Wischarm 130 im Bereich der Befestigungseinrichtung 131 angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung reduziert sich der Verschaltungsaufwand innerhalb des Wischarms 130, wodurch sich gegebenenfalls eine Kostenersparnis ergibt.
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Die 5 zeigt einen Wischarm 130 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die Schwingungseinrichtung 150 mehrere innerhalb des Wischarms 130 angeordnete Aktorelemente 151 aufweist. Die Aktorelemente 151 sind ebenfalls über eine Schnittstelle 155 und zugehörige Verbindungsleitungen mit einer Steuereinrichtung 110 der Wischanlage 100 zum Zwecke der Energieversorgung und Steuerung derselben verbunden. Die Aktorelemente 151 können dabei sowohl einzeln als auch gemeinsam angesteuert werden. Durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Aktorelemente 151 kann beispielsweise eine stärkere Schwingung erzeugt werden. Ferner kann mithilfe mehrerer Aktorelemente 151 die bereits oben beschriebene Resonanz- bzw. Amplitudenverstärkung verwirklicht werden.
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Neben den bisher beschriebenen Wischarmen 130, bei denen die Energieversorgung und die Steuerung der Schwingungseinrichtung 150 über eine externe Steuereinrichtung 110 erfolgt, sind auch autarke Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wischarms 130 denkbar. Diese eignen sich in vorteilhafter Weise zum Nachrüsten bestehender Wischanlagen 100. Zur Veranschaulichung zeigt 6 eine mögliche Ausgestaltung, bei der innerhalb des Wischarms 130 ein einzelnes Aktorelement 151, eine Aktivierungseinrichtung 152 sowie eine Energieversorgungseinrichtung 153, 154 angeordnet sind. Die Aktivierungseinrichtung 152 ist dabei ausgebildet, eine Bewegung des Wischarms 130 zu erkennen beziehungsweise zu detektieren, und hierauf basierend die Schwingung des Aktorelements 151 zu aktivieren. Zum Erkennen einer Wischbewegung des Wischarms 130 kann die Aktivierungseinrichtung 152 beispielsweise eine Sensoreinrichtung, wie z. B. ein mikromechanisches Sensorelement aufweisen.
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Die Energieversorgungseinrichtung des Wischarms 130 aus 6 kann beispielsweise eine Batterie 153 oder ein photovoltaisches Element 154 umfassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl eine (aufladbare) Batterie 153 als auch ein photovoltaisches Element 154 zur Energieversorgung der Schwingungseinrichtung 150 vorgesehen. Ferner kann anstatt einer Batterie 153 auch ein Kondensator oder ein ähnlicher Energiespeicher verwendet werden.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte beziehungsweise beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen beziehungsweise Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Insbesondere ist es möglich, Wischarme mit entsprechenden Schwingungseinrichtungen nicht nur bei Wischanlagen für Kraftfahrzeuge, sondern bei beliebigen Wischanlagen einzusetzen.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung Wischarme lediglich im Zusammenhang mit gelenkfreien Wischblättern erläutert werden, sind die hier beschriebenen Konzepte und Ansätze auch auf Wischarme für den Einsatz mit konventionellen Wischblättern, d. h. mit Gelenken, anwendbar. Ferner ist es auch möglich, einzelne der hier offenbarten Komponenten (z. B. Aktorelemente, Energieversorgungseinrichtung, Aktivierungseinrichtung, etc...) zusätzlich auch innerhalb des zugehörigen Wischblatts vorzusehen, bzw. auf Wischarm und Wischblatt zu verteilen.
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Obwohl in der 1 beispielhaft eine Gleichlaufanlage mit zwei Wischhebeln dargestellt ist, ist das hier beschrieben Konzept auch im Zusammenhang mit anderen Wischanlagen, z. B. Gegenlaufanlagen mit zwei Wischhebeln oder Einhebelwischanlagen, anwendbar.
