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Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungselement, insbesondere für eine Wischervorrichtung.
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Stand der Technik
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Herkömmliche elektrische Wischerantriebe für Kraftfahrzeuge weisen Wischerlager auf, mittels derer Antriebskurbeln drehbar gelagert sind. Die Antriebskurbeln umfassen in der Regel jeweils eine Lagerwelle, eine Lagerplatte und einen Kugelzapfen bzw. -bolzen. Die Lagerwellen werden von Gelenkstangen angelenkt und führen eine Drehbewegung mit periodisch wechselnden Drehrichtungen aus. Die Lagerplatten können eine ebene oder eine gekröpfte Geometrie aufweisen. Sie sind üblicherweise aus Flachstahl hergestellt und können oberhalb oder unterhalb des Wischerlagergehäuses angeordnet sein. Nachteilig bei den herkömmlichen Lagerplatten ist, dass sie in der Regel nach einer maximalen Belastung ausgelegt sind und dadurch unter Umständen sehr massiv bzw. ressourcenintensiv ausgebildet sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Lagerplatte für eine Wischervorrichtung bereitzustellen, die verbessert an Beanspruchungserfordernisse angepasst ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Kraftübertragungselement, insbesondere für eine Wischervorrichtung, wobei das Kraftübertragungselement zwei Kraftangriffszonen aufweist. Das Kraftübertragungselement zeichnet sich dadurch aus, dass das Kraftübertragungselement als ein Blechformteil ausgebildet ist, wobei eine Formgebung des Blechformteils an eine mechanische Belastung des Blechformteils bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Kraftübertragungselements angepasst ist. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements besteht darin, dass es aufgrund der Ausgestaltung als Blechformteil sehr flexibel an konkrete mechanische Beanspruchungen angepasst werden kann, wobei zur Formgebung bekannte Verfahren der Blechformungstechnologie verwendet werden können. Daraus können – verglichen mit herkömmlichen Flachstahlelementen – vorteilhaft große Gewichts- und/oder Kosteneinsparungen resultieren.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechformteil ein offenes oder ein geschlossenes Querschnittsprofil aufweist. Dadurch kann aus einer Vielfalt von Querschnittsprofilen von Blechformteilen jenes ausgewählt werden, welches für die spezifische Anwendung in der Wischervorrichtung am zweckmäßigsten ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements ist dadurch gekennzeichnet, dass das offene Querschnittsprofil als ein U-Profil ausgebildet ist. Damit steht ein einfach herzustellendes Standard-Querschnittsprofil des Blechformteils zur Verfügung, welches in materialsparender Weise die Funktionalität des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements erfüllt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements ist dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Rand des Blechformteils eingerollt ist. Dadurch kann vorteilhaft eine weitere Erhöhung der mechanischen Stabilität bzw. Biegesteifigkeit des Übertragungselements erreicht werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements sieht vor, dass das Blechformteil im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine wellenförmige Kontur aufweist. Vorteilhaft wird dadurch eine alternative, weit verbreitete Form des Blechformteils zur Verwendung als erfindungsgemäßes Kraftübertragungselement bereitgestellt.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements sind dadurch gekennzeichnet, dass das offene oder geschlossene Querschnittprofil oval oder vierkantförmig ausgebildet ist. Dadurch werden vorteilhaft unterschiedliche geschlossene Querschnittsformen bereitgestellt, wodurch eine Wahlfreiheit bei der Auswahl des Blechformteils vorteilhaft erhöht ist. Zudem sind geschlossene Querschnittsprofile vorteilhaft besonders stabil bzw. torsionssteif.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements ist dadurch gekennzeichnet, dass Endabschnitte des offenen vierkantförmigen Querschnittprofils im Wesentlichen starr miteinander verbunden sind. Dadurch können kostengünstige Bleche verwendet werden, deren überlappende Randabschnitte mittels bekannter Fixierungstechniken der Blechumformung miteinander verbunden werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechformteil in den Bereichen der Kraftangriffszonen unterschiedliche Breiten aufweist. Mit dieser einfachen Maßnahme kann vorteilhaft Material des Blechformteils eingespart und auf Platzverhältnisse innerhalb der Wischervorrichtung Rücksicht genommen werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftangriffszonen des Blechformteils auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Ähnlich wie mittels der unterschiedlichen Breiten kann auf diese Art und Weise eine spezifische Anpassung an Erfordernisse des Kraftübertragungselements und der Wischervorrichtung vorgenommen werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil eine Kröpfung aufweist. Mittels dieser spezifischen Formgebung kann vorteilhaft eine verbesserte dreidimensionale Ausnutzung von Raumangebot innerhalb der Wischervorrichtung durchgeführt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechformteil ein vorzugsweise integral mit dem Blechformteil ausgebildetes Napfelement aufweist. Dadurch wird ein mittels Blechumformungstechnologie einfach zu fertigendes Element bereitgestellt, welches auf einfache Weise eine im Wesentlichen starre, form- bzw. kraftschlüssige Verbindung der Lagerwelle mit dem Kraftübertragungselement und dadurch eine effiziente Kraftübertragung zwischen dem Kraftübertragungselement und der Lagerwelle der Wischervorrichtung unterstützt.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements sehen vor, dass wenigstens ein Teil des Blechformteils flach gedrückt und/oder partiell unterbrochen ist und/oder Blechdopplungen aufweist. Dadurch werden vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten der Blechumformungstechnologie ausgenutzt, die in vorteilhafter Weise zu einer Vielfalt von belastungsspezifischen Formgebungen des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements beitragen.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Es versteht sich von selbst, dass die Figuren vor allem dazu gedacht sind, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen, und dass den Figuren keinerlei Größenverhältnisse oder Abmessungen entnommen werden können.
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In den Figuren zeigt:
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1 eine perspektivische Prinzipansicht einer herkömmlichen Wischervorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
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2 eine Detailansicht der herkömmlichen Wischervorrichtung;
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3 eine weitere Detailansicht der herkömmlichen Wischervorrichtung; und
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4a–4e mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine herkömmliche Wischervorrichtung 10 für eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt). Die Wischervorrichtung 10 umfasst einen Elektromotor 12, der eine Drehbewegung einer Drehachse in im Wesentlichen translatorische Bewegungen zweier Gelenkstangen 8 umsetzt. Mittels der Gelenkstangen 8 werden Lagerwellen 7, die in Wischerlagergehäusen 11 gelagert sind, in Rotationen mit periodisch wechselnden Drehrichtungen versetzt.
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2 zeigt eine Detailansicht der Wischervorrichtung 10 aus 1. Es ist erkennbar, dass die Lagerwelle 7 mittels einer unterhalb des Wischerlagergehäuses 11 angeordneten Lagerplatte 1 und der mit einem Kugelzapfen 9 verbundenen Gelenkstange 8 (nicht dargestellt in 2) in Drehung versetzt werden kann. Die Lagerplatte 1 der Wischervorrichtung 10 ist herkömmlicherweise aus einem massiven Stück Flachstahl gefertigt.
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3 zeigt eine Anordnung mit der herkömmlichen Lagerplatte 1, der Lagerwelle 7 und dem Kugelzapfen 9. Mittels einer Ringverstemmung oder einer Nietung ist die Lagerwelle 7 im Wesentlichen starr mit der Lagerplatte 1 verbunden. Ein Bereich, in welchem die Lagerwelle 7 mit der Lagerplatte 1 verbunden ist, kann somit als eine erste Kraftangriffszone 2 der Lagerplatte 1 angesehen werden, weil in diesem Bereich eine Kraft von der Leiterplatte 1 auf die Lagerwelle 7 übertragen wird. An einem, der ersten Kraftangriffszone 2 gegenüberliegendem Ende der flächig ausgebildeten Lagerplatte 1 ist ein Kugelzapfen 9 angeordnet. Beispielsweise mittels einer Clips-Verbindung wird der Kugelzapfen 9 mit der Gelenkstange 8 (nicht dargestellt in 3) verbunden, wodurch eine taumelnde (Translations- und Rotationselemente aufweisende) Bewegung der Gelenkstange 8 generiert wird, wodurch eine Kraft auf den Kugelzapfen 9 und damit auf die Lagerplatte 1 ausgeübt wird. Ein Bereich um den Kugelzapfen 9 herum kann somit als eine zweite Kraftangriffszone 3 der Lagerplatte 1 angesehen werden. Die herkömmliche Lagerplatte 1 wird belastungsmäßig auf die größte wirksame Kraft in den beiden Kraftangriffszonen 2, 3 ausgelegt, so dass ein unter Umständen sehr massives Element ausgebildet sein kann, welches großteils mit unnötigem, gewichtsintensivem Edelstahl-Material befrachtet ist.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die Lagerplatte 1 als ein Blechformteil ausgestaltet ist. 4a zeigt in einer perspektivischen Draufsicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1. Es ist erkennbar, dass die Lagerplatte 1 als ein flächiges Blechformteil mit einem U-Profil ausgebildet ist, welches einen umlaufenden Rand 4 aufweist. Eine schematische Unteransicht auf die Lagerplatte 1 ist mit zwei Querschnitten B-B sowie A-A für nachfolgende Darstellungen dargestellt. Die erste Kraftangriffszone 2 ist zu einer Verbindung der Lagerplatte 1 mit einer Lagerwelle 7 (nicht dargestellt) vorgesehen. Die zweite Kraftangriffszone 3 ist zu einer Verbindung der Lagerplatte 1 mit einem Kugelzapfen 9 (nicht dargestellt) vorgesehen.
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4b zeigt insgesamt sechs verschiedene Möglichkeiten von Querschnittsgestaltungen im Bereich A-A bzw. eine Möglichkeit einer Querschnittsgestaltung im Bereich B-B. Man erkennt, dass erfindungsgemäß eine große Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausformung eines Querschnitts der Lagerplatte 1 besteht, wobei die Querschnittsformgebung wesentlich für eine Formstabilität bzw. für ein Widerstandsmoment der Lagerplatte 1 ist. Beispielsweise kann der Querschnitt der Lagerplatte 1 als ein U-Profil 5 ausgebildet sein, wobei Ränder des U-Profils 5 optional auch eingerollt sein können. Ferner ist es auch denkbar, dass ein Querschnitt der Lagerplatte 1 eine wellenförmige Kontur aufweist. Möglich ist es auch, Blechmaterial des Blechformteils in eine vierkantförmigen Form zu bringen, wobei überlappende Blechabschnitte (siehe Pfeilmarkierung) der Vierkantform mittels bekannter Fixierungsverfahren der Blechbearbeitung, wie zum Beispiel Schweißen, Toxen, Clinchen, Einfalzen etc. miteinander verbunden werden, ohne vorteilhaft irgendwelche Zusatzelemente zu erfordern. Dadurch entsteht ein im Wesentlichen geschlossener vierkantförmiger Querschnitt des Blechformteils, wodurch vorteilhafter Weise nicht auf teure geschlossene Vierkantprofile zurückgegriffen werden muss.
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Eine weitere Möglichkeit der Querschnittsformung des erfindungsgemäßen Blechformteils besteht in einer geschlossenen ovalen oder vierkantförmigen Querschnittsform der Lagerplatte 1. Eine Querschnittsansicht B-B von 4b zeigt eine Ausführung eines Napfelements 6 innerhalb der Lagerplatte 1. Vorzugsweise wird eine Tiefe des Napfelements 6 derart dimensioniert, dass eine in das Napfelement 6 eingeführte Lagerwelle 7 (nicht dargestellt) im Wesentlichen bündig mit einem unteren Abschluss des Napfelements 6 angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine im Wesentlichen starre, form- bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen der Lagerwelle 7 und der Lagerplatte 1 ermöglicht.
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4c zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1. Es ist erkennbar, dass die Lagerplatte 1 in den Bereichen der Kraftangriffszonen 2, 3 unterschiedlich breit ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Formgebung der Lagerplatte 1 an spezifische Beanspruchungsgrade bzw. Kraftwirkungen um die Kraftangriffszonen 2, 3 herum ausgestaltet werden. Es ist aus 4c erkennbar, dass die Breite der Lagerplatte 1 im Bereich der ersten Kraftangriffszone 2 zur Breite der Lagerplatte 1 im Bereich der zweiten Kraftangriffszone 3 hin graduell abnimmt, wobei eine Steigung des Verlaufs an Beanspruchungserfordernisse (z.B. ein Biegemoment) an die Lagerplatte 1 angepasst wird.
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4d zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1. Es ist erkennbar, dass zusätzlich zur Struktur von 4c auch eine Höhe des Randes 4 von der ersten Kraftangriffszone 2 zur zweiten Kraftangriffszone 3 hin abnimmt. Auf diese Weise können vorteilhaft vorhandene Raumressourcen innerhalb der Wischervorrichtung 10 verbessert ausgenützt werden.
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4e zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1 in einer perspektivischen Ober- und Unteransicht. Charakteristisch für diese Ausführungsform ist es, dass die erste Kraftangriffszone 2 und die zweite Kraftangriffszone 3 der Lageplatte 1 auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, was beispielsweise mittels einer Kröpfung oder anderer Strukturen durchgeführt werden kann. Ein Verlauf zwischen den Ebenen der Kröpfung sollte dabei vorzugsweise an spezifische Beanspruchungserfordernisse der Lageplatte 1 angepasst werden.
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Sämtliche vorgenannten Ausführungsbeispiele der als Kraftübertragungselement fungierenden erfindungsgemäßen Lagerplatte 1 werden vorzugsweise mittels eines Blechmaterials (z.B. aus Stahl, Aluminium etc.) gefertigt, welches hinsichtlich Dicke, Steifigkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit etc. geforderte Spezifikationen erfüllen sollte. Für alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1 wird vorteilhaft eine beanspruchungsoptimierte Geometrie bereitgestellt, welche vorsieht, dass, im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftübertragungselementen aus Flachstahl, eine innere Struktur der Lagerplatte 1 aufgelöst und dadurch wesentlich weniger Werkstoff benötigt wird. Dies unterstützt Gewichtseinsparungen und/oder Kosteneinsparungen in gewichtssensitiven Leichtbaufertigungsprozessen.
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Um eine vergleichbare Steifigkeit der unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1 bereitzustellen, wird eine Randhöhe derart vorgesehen, dass Anforderungen an ein vorgegebenes Widerstandsmoment erfüllt sind. Dadurch sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lagerplatte 1 mit im Wesentlichen identischen mechanischen Eigenschaften und unterschiedlichen Geometrien realisierbar. Auf diese Weise können in sehr flexibler Weise vorgegebene Randbedingungen für die Lagerplatte 1 berücksichtigt werden.
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Zur Fertigung des Napfelements 6 kann ein Teil der Blechprofile im Bereich des Napfelements 6 flachgedrückt (zum Beispiel bei wellenförmiger Kontur) oder partiell unterbrochen werden (zum Beispiel bei geschlossenen Profilen, wobei auch Blechdopplungen möglich sind). Beispielsweise mittels eines Bohr- oder Stanzvorgangs wird ein Loch im Blechformteil ausgebildet und eine Napfkonstruktion um das Loch herum ausgebildet. Danach kann die Lagerwelle 7 in das Napfelement 6 formschlüssig eingepresst werden, wobei zu einer Erhöhung des Übertragungsmoments des Weiteren ein Schweiß- oder Rollierprozess nachgeschaltet werden kann. Eine im Wesentlichen starre Befestigung des Kugelzapfens 9 in der Lagerplatte 1 kann sinngemäß in derselben Weise erfolgen. Gegebenenfalls ist dafür bereits eine konventionelle Taumelnietverbindung ausreichend.
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Ein Fachmann wird erkennen, dass mittels des erfindungsgemäßen Prinzips eine Vielzahl von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements realisierbar ist. Er wird also auch Formen für das Kraftübertragungselement realisieren können, welche vorgehend nicht oder nur teilweise beschrieben sind, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
