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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wischerträger gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Scheibenwischanlage gemäß Oberbegriff Patentanspruch 8.
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Wischerträger für Scheibenwischanlagen für Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen sind bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einem aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl gefertigten Tragelement und aus an diesem Tragelement im räumlichen Abstand voneinander angeordneten Wischwellenlagerelementen, die bzw. deren Lagergehäuse jeweils zur Lagerung einer Wischwelle dienen. Im einfachsten Fall ist das Tragelement von wenigstens einem Tragrohr aus Stahl gebildet (
GB 2 218 622 A ,
DE 29 20 899 A1 ,
EP 0 694 455 A1 ). In die Enden des Tragrohres reichen Verbindungszapfen der Wischwellenlagerelemente hinein und sind dort mit diesen Verbindungszapfen form- und/oder kraftschlüssig, beispielsweise auch durch Verpressen oder Verstemmen des Tragrohres am diesem gehalten.
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Tragelemente, insbesondere auch in Form von Tragrohren aus metallischem Werkstoff und dabei speziell aus Stahl haben erhebliche Nachteile. So ist bei derartigen Tragelementen zusätzlich zu ihrem relativ hohen Gewicht auch nachteilig, dass bei allen Formgebungsprozessen, die während der Herstellung an dem jeweiligen Tragelement oder Tragrohr aus dem metallischen Werkstoff erfolgen, d. h. sowohl beim Biegen des Tragrohres in die für das Tragelement erforderliche Form, als auch beim Verpressen oder Verstemmen des Tragrohres für die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit den Wischwellenlagerelementen zwangsläufig ein Rückfedern innerhalb des elastischen Bereichs des Materials erfolgt. Dies kann zu nicht unerhebliche Maßabweichungen am Wischerträgers bzw. an der diesen Wischerträger aufweisenden Scheibenwischanlage führen. Um Tragrohre aus metallischen Werkstoff bzw. Stahl rationell und insbesondere auch zur Vermeidung eines überhöhten Gewichtes dünnwandig zu fertigen, ist es erforderlich, diese Tragrohre oder den für das jeweilige Tragrohr verwendeten rohrförmigen Vorformling aus Stahlblech durch Einrollen und Verschweißen in Rohrlängsrichtung zu fertigen, und zwar mit dem weitern Nachteil, dass bei der Herstellung des jeweiligen Wischerträgers sehr genau darauf geachtet werden muss, dass die Schweißnaht in nicht in demjenigen Umfangsbereich des Tragrohres verläuft, an dem das Verpressen oder Verstemmen für die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit Wischwellenlagerelementen erfolgen soll, was bei der Herstellung zumindest einen zusätzlichen Überwachungsaufwand erforderlich macht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wischerträger aufzuzeigen, der die vorgenannten Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Wischerträger erfindungsgemäß entsprechend den Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Scheibenwischanlage ist Gegenstand des Patentanspruchs 8.
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Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Wischerträgers besteht darin, dass das rohr- oder rahmenartige Tragelement, welches im einfachsten Fall von einem Tragrohr gebildet ist, aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht und zwar vorzugsweise aus einem glas- und/oder kohlenfaserverstärktem Kunststoff und/oder aus einem mit Nanofasern (z. B. Carbon-Nanofasern) verstärkten Kunststoff.
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Das wenigstens eine, das Tragelement bildende Tragrohr ist dabei beispielsweise geradlinig oder gekrümmt oder einfach oder mehrfach gebogen ausgeführt, und zwar insbesondere u. a. auch angepasst an die Karosserie des jeweiligen Fahrzeugs und/oder an die Erfordernisse des Antriebs für die Schwenk- oder Drehbewegung der in den Wischwellenlagerelementen bzw. in deren Lagergehäusen gelagerten Wischwellen.
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Die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Tragelement oder dem wenigstens einen Tragrohr und den Wischwellenlagerelementen erfolgt beispielsweise durch thermisches Verstemmen des Materials des Tragelementes oder des wenigstens einen Tragrohres, und zwar bevorzugt in wenigstens eine am Verbindungsabschnitt des jeweiligen Wischwellenlagerelementes ausgebildete Profilierung oder Crimpgeometrie. In diesem Fall ist das Kunststoffmaterial des Tragelementes oder des wenigstens einen Tragrohres bevorzugt ein thermoplastisches Kunststoffmaterial.
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Für die Wischwellenlagerelemente bzw. deren Lagergehäuse eignen sich unterschiedlichste Werkstoffe, beispielweise metallische Werkstoffe. In diesem Fall sind die Wischwellenlagerelement und deren Lagergehäuse beispielsweise Formteile aus dem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminiumdruckguss- oder Zinkdruckgussformteile.
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Die Wischwellenlagerelemente oder deren Gehäuse können aber auch zumindest an den Verbindungsbereichen oder -abschnitten der Verbindung mit dem Tragelement oder Tragrohr aus Kunststoff gefertigt sein und dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff, der mit dem Kunststoff identisch oder artverwandt ist, aus dem das Tragelement oder das wenigstens eine Tragrohr an den Verbindungsbereichen oder -abschnitten besteht, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Tragelement oder dem wenigsten einen Tragrohr und dem Wischwellenlagerelement möglich ist. Unter „stoffschlüssiger” Verbindung ist dabei im Sinne der Erfindung insbesondere eine Verbindung zu verstehen, die durch Verschweißen des Kunststoffmaterials hergestellt ist, beispielsweise durch Laser- oder Ultraschallschweißen oder durch Reibschweißen usw.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Tragelement oder das wenigstens eine Tragrohr unter Verwendung eines rohrartigen Vorformlings aus einem nicht oder nur teilweise ausgehärteten faserverstärkten duroplastischen Kunststoffmaterial (z. B. Prepreg-Material) zu fertigen und vor dem endgültigen Aushärten des Kunststoffmaterials, beispielsweise durch Energieeintrag oder Erhitzen, die Wischwellenlagerelemente mit diesem Vorformling zu verbinden, z. B. durch Einführen von zapfenartigen Verbindungsabschnitten, sodass dann nach dem endgültigen Aushärten des Kunststoffmaterials nicht nur das aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Tragelement oder Tragrohr, sondern auch die Verbindung dieses Tragelementes oder Tragrohres mit den Wischwellenlagerelement erhalten sind.
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Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Wischträgers bestehen u. a. im reduzierten Gewicht des Tragelementes oder des wenigstens einen Tragrohres aus dem faserverstärktem Kunststoff ohne Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit sowie insbesondere auch darin, dass beim Umformen des Tragelementes oder Tragrohres ein Rückfedern des Materials in einem elastischen Bereich nicht erfolgt, sodass das Formen des Tragelementes sowie insbesondere auch die Verbindung zwischen dem Tragelement und den Wischwellenlagerelementen mit hoher Genauigkeit möglich und Maßabweichungen am fertig gestellten Wischerträger vermieden, zumindest aber minimiert sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in vereinfachter perspektivischer Darstellung einen Wischerträger einer Scheibenwischanlage für Fahrzeuge;
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2 in vergrößerter perspektivischer Darstellung eines der Wischwellenlagerelemente des Wischerträgers der 1;
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3 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie A-A der 2;
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4 in Teildarstellung den Befestigungs- oder Verbindungszapfen eines Wischwellenlagerelementes im Bereich einer Profilierung oder Crimptasche;
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5 in vereinfachter Schnittdarstellung ein Werkzeug für das thermische Verformen oder Verstemmen des Tragrohres des Wischerträgers mit dem Verbindungszapfen eines Wischwellenlagerelementes.
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In den 1 ist ein Wischerträger einer ansonsten nicht näher dargestellten Scheibenwischanlage für die Frontscheiben von Straßenfahrzeugen, insbesondere für die Frontscheiben von Pkws. Der Wischerträger 1 besteht im Wesentlichen aus einem Tragrohr 2 und zwei an jeweils einem Tragrohrende 2.1 des Tragrohres 2 befestigten Wischwellenlagerelementen 3, die in bekannter Weise jeweils zur Lagerung jeweils einer Wischwelle 4 dienen.
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Jedes Wischwellenlagerelement 3 bildet ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiges Lagergehäuse 5 mit Lagerbuchse 6. In dieser ist die Wischwelle 4 derart gelagert, dass sie aus dem Lagergehäuse 5 mit einem Wischwellenende 4.1 vorsteht, an welchem bei montierter Scheibenwischanlage ein nicht dargestellter ein Wischblatt tragende Wischarm befestigt ist. Am anderen, ebenfalls aus dem Lagergehäuse 5 vorstehenden Ende ist die Wischwelle 4 mit einem Schwenkhebel 7 verbunden. Dieser ist Teil eines Hebegetriebes, über welches die Wischwelle 4 mit einem z. B. am Tragrohr 2 befestigten, nicht dargestellten Scheibenwischermotor antriebsmäßig verbunden ist, und zwar für die für den Wischbetrieb notwendige Schwenkbewegung der jeweiligen Wischwelle 4 um ihre Wischwellenachse.
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Das Tragrohr 2 ist in der 1 als geradliniges Rohr dargestellt. Selbstverständlich kann dieses Tragrohr auch einfach oder mehrfach gebogen sein, um beispielsweise eine für die Montage am Fahrzeug- und/oder für die Ausbildung des Antriebs für die Wischwellen 4 optimale Formgebung des Wischwellenträgers 1 zu erreichen.
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Das Lagergehäuse 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin einstückig mit einem sich radial vom Lagergehäuse 5 weg erstreckenden Befestigungsabschnitt 8 zur Befestigung des Wischerträgers 1 an einer Fahrzeugkarosserie sowie auch einstückig mit einem sich ebenfalls radial vom Lagergehäuse 5 weg erstreckenden Verbindungszapfen 9 ausgebildet. Über diesen ist das jeweilige Wischwellenlagerelement 3 mit den betreffenden Tragrohrende 2.1 verbunden ist, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der an seiner Außenfläche an den Innenquerschnitt des Tragrohres 2 angepasste Verbindungszapfen 9 mit einer Teillänge in dem Tragrohrende 2.1 passend aufgenommen und in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise formschlüssig mit dem Tragrohr 2 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Tragrohr 2 einen kreiszylinderförmigen Innen- und Außenquerschnitt auf. In diesem Sinne sind auch die Verbindungszapfen 9 der Wischwellenlagerelemente 3 jeweils an ihrer Außenfläche kreiszylinderförmig ausgebildet.
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Eine Besonderheit des Wischerträgers 1 besteht darin, dass das Tragrohr 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, beispielsweise aus einem glas- und/oder kohlenfaserverstärkten Kunststoff, und dabei bevorzugt derart, dass das Material des Tragrohres 2 für die formschlüssige und auch verdrehungssichere Verbindung mit den Wischwellenlagerelementen 3 unter Hitzeeinwirkung bleibend verformbar ist und hierfür beispielsweise ein faserverstärkter thermoplastischer Kunststoff ist.
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Die Wischwellenlagerelemente 3 bzw. deren Lagergehäuse 5 sind beispielsweise Formteile aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminiumdruckgussformteile, z. B. aus ALSi12 (Cu), oder Zinkdruckgussformteile, z. B. aus GD-ZN AL Cu1, wobei unabhängig von dem für die Lagergehäuse 5 verwendeten Werkstoff die Lagerbuchsen 6 aus einem für die Lagerung der Wischwellen 4 geeigneten Werkstoff, insbesondere metallischen Werkstoff bestehen.
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Für die formschlüssige und drehfeste Verbindung mit dem Tragrohr 2 sind die Verbindungszapfen 9 im Bereich ihrer freien, d. h. dem Lagergehäuse 5 entfernt liegenden Enden an der Umfangs- oder Mantelfläche profiliert, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform jeweils mit zwei Crimptaschen oder Vertiefungen 10 versehen, die um die Längsachse des jeweiligen Verbindungszapfens 9 gegeneinander versetzt sind.
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Wie insbesondere die 4 zeigt, setzt sich jede langgestreckte, mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längsachse des betreffenden Verbindungszapfens 9 orientierte Vertiefung 10 aus drei in Vertiefungslängsrichtung aufeinander folgenden Vertiefungsabschnitte 10.1–10.3 zusammen, die über verengte Vertiefungsbereiche aneinander anschließen. Weiterhin ist jeder Verbindungszapfen 9 im Bereich jeder Vertiefung 10 mit einer als Sackloch ausgeführten Zentrierbohrung 11 ausgebildet.
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Für das Verbinden des jeweiligen Wischwellenlagerelementes 3 mit dem Tragrohr 2 wird der Verbindungszapfen 9 in das betreffende Tragrohrende 2.1 eingeschoben und dann unter Verwendung eines beheizten Werkzeugs die Wandung des Tragrohres 2 im Bereich der Vertiefungen 10 in diese bleibend verformt bzw. thermisch verstemmt, sodass der Verbindungszapfen 9 und damit auch das betreffende Wischwellenlagerelement 3 formschlüssig und verdrehungssicher mit dem Tragrohr 2 verbunden sind.
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Die 5 zeigt ein für diese thermische Verstemmen geeignetes Werkzeug 12. Das Werkzeug 12 besteht im Wesentlichen aus zwei als Gegenlager oder -halter dienenden Werkzeugteilen 13 und 14, die nach dem Einführen des jeweiligen Verbindungszapfens 9 ein Tragrohrende 2.1 dieses Tragrohrende sowie auch den Verbindungszapfen an einem aus dem Tragrohrende 2.1 vorstehenden Bereich übergreifen und dabei gegen das Tragrohr 2 und den Verbindungszapfen 9 angepresst anliegen, und zwar insbesondere auch in der Weise, dass an den Werkzeugteilen 13 und 14 vorgesehene Zentrierstifte 15 in jeweils eine Zentrieröffnung 11 eingreifen. Hiermit ist eine exakte Positionierung des Werkzeugs 12 insbesondere auch in Bezug auf die Vertiefungen 10 gewährleistet. In jedem Werkzeugteil 13 und 14 ist weiterhin ein Stempel 16 bzw. 17 radial zur Längsachse des Verbindungszapfens 9 bzw. des Tragrohrendes 2.1 verschiebbar geführt. Durch einen nicht dargestellten Antrieb sind die beiden Stempel 16 und 17 für das thermische Verstemmen aufeinander zu bewegbar, sodass das Material des jeweiligen Tragrohrendes 2.1 durch die an ihren Stempelenden an die Formgebung der Vertiefungen 10 angepassten Stempel 16 und 17 bleibend in die jeweilige Vertiefung 10 hinein verformt wird. Das gesamte Werkzeug 12 bzw. dessen Werkzeugteile 13 und 14 und damit auch die Stempel 16 und 17 sind durch mehrere elektrische Heizelemente 18 beheizt.
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Durch die Verwendung des aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellten Tragrohres 2 ergibt sich u. a. eine wesentliche Kosten- und Gewichtsersparnis für den Wischerträger 1 und damit für die jeweilige Scheibenwischanlage insgesamt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in einer höheren Prozessfähigkeit bzw. in der Vereinfachung des Herstellungsprozesses, die sich insbesondere auch in Bezug auf die Herstellung der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem jeweiligen Wischwellenlagerelement 3 und dem Tragrohr 2 durch die Möglichkeit einer einfachen und sehr präzisen Verformung des Materials des Tragrohres 2 in die Vertiefungen 10 ergibt.
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Das Tragrohr 2 aus dem faserverstärkten Kunststoff ermöglicht ein thermisches Umformen ohne Rückfedern in einem elastischen Werkstoffbereich und ermöglicht somit eine wesentlich verbesserte Genauigkeit bei der Fertigung. Dies gilt nicht nur in Bezug auf die Verbindung des Tragrohres 2 mit den Wischwellenlagerelementen 3 durch das thermische Verstemmen, sondern insbesondere auch in Bezug auf einen eventuellen Biegeprozess eines zunächst geradlinigen Tragrohrrohlings in ein eventuell einfach oder mehrfach gekrümmtes Tragrohr 2.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Lagergehäuse 5 zumindest im Bereich ihrer Verbindungszapfen 9 aus einem Kunststoff gefertigt, der an dem Kunststoff des Tragrohres 2 derart angepasst ist, dass die Lagergehäuse 5 mit den Tragrohrenden 2.1 stoffschlüssig verbunden werden können, beispielsweise durch Laser- oder Ultraschallschweißen, unter Verwendung eines Reibschweißverfahrens usw.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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So ist es beispielsweise möglich, die Verbindung zwischen dem jeweiligen, aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Tragrohr 2 und den Wischwellenlagerelementen 3 auch auf andere Weise zu realisieren, beispielsweise als Klebeverbindung unter Verwendung eines geeigneten Klebe- und/oder Bondmaterials. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass mehrere Verbindungsarten gleichzeitig zur Anwendung kommen.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Tragrohr 2 aus einem faserverstärkten duroplastischen Kunststoff zu fertigen und vor dem Aushärten des Kunststoffes die Wischwellenlagerelemente mit dem Tragrohr oder einem Tragrohrvorformling derart zu verbinden, dass dann nach dem Aushärten des Kunststoffes auch die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Tragrohr 2 und den Wischwellenlagerelementen 3 erreicht ist. Die Herstellung erfolgt dabei dann beispielsweise so, dass ein das Tragrohr bildender Vorformling aus einem faserverstärkten, nicht ausgehärteten Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Prepreg-Material zusammen mit den mit ihren Verbindungszapfen 9 in die Enden dieses Vorformlings eingeführten Wischwellenlagerelementen 3 Pressform eingebracht werden, die zum Aushärten des Kunststoffs beheizt ist, so dass in dieser Form nicht nur das Aushärten des Kunststoffmaterials erfolgt, sondern auch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Tragrohr 2 und den Wischwellenlagerelementen 3 erzeugt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wischerträger
- 2
- Tragrohr
- 2.1
- Tragrohrende
- 3
- Wischwellenlagerelemente
- 4
- Wischwelle
- 4.1
- Wischwellenende
- 5
- Lagergehäuse
- 6
- Lagerbuchse
- 7
- Hebel
- 8
- Befestigungsabschnitt oder -lasche
- 9
- Verbindungszapfen
- 10
- Vertiefung oder Crimptasche
- 10.1–10.3
- Vertiefungsabschnitt
- 11
- Zentrieröffnung
- 12
- beheiztes Werkzeug
- 13, 14
- Werkzeugteil
- 15
- Zentrierzapfen
- 16, 17
- Stempel für thermisches Verstemmen
- 18
- Heizelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2218622 A [0002]
- DE 2920899 A1 [0002]
- EP 0694455 A1 [0002]
