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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Wischerbaugruppe mit einem aktiven Material.
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HINTERGRUND
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Eine Fahrzeug-Wischerbaugruppe ist eine Vorrichtung, die dazu verwendet wird, Flüssigkeit, wie Regen, und/oder Schmutz von der Oberfläche einer Fahrzeugscheibe zu entfernen. Oftmals werden Wischerbaugruppen in Verbindung mit der Frontscheibe/Windschutzscheibe des Fahrzeugs und/oder einer Heckscheibe des Fahrzeugs verwendet. Fahrzeuge, die den Gebrauch von Wischerbaugruppen einsetzen können, können beispielsweise Kraftfahrzeuge, Züge, Flugzeuge und Wasserfahrzeuge aufweisen.
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Eine Wischerbaugruppe besteht allgemein aus einem Arm, der an einem Ende schwenkt und an dessen anderem Ende ein langes Gummiblatt befestigt ist. Das Blatt wird über die Oberfläche der Scheibe hin und her geschwungen, wodurch Wasser von ihrer Oberfläche gedrängt wird. Die Geschwindigkeit ist normalerweise einstellbar, mit mehreren kontinuierlichen Geschwindigkeiten und oftmals einer oder mehreren „Intervall“-Einstellungen. Auch kann das Blatt derart angepasst sein, dass es sich an jegliche variierende Krümmung anpasst, die entlang der Oberfläche der Scheibe des Fahrzeugs vorhanden sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Fahrzeug-Wischerbaugruppe zu schaffen, die einen besonders guten Kontakt mit einer gekrümmten Fahrzeugoberfläche ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Fahrzeugwischerbaugruppe durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 3.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht einer Fahrzeug-Wischerbaugruppe.
- 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts der Fahrzeug-Wischerbaugruppe, der mit „2“ bezeichnet ist, wie in 1 gezeigt ist.
- 3A ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Wischerblatts entlang dem Schnitt 3-3 in 2, das mit einem elastisch angelenkten Blattabschnitt versehen ist.
- 3B ist eine schematische Schnittansicht des in 3A vorgesehenen Blatts, wobei der Blattabschnitt zu einer Referenzposition zurückgeführt ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass im Wesentlichen keine elastisehe Dehnung in dem Verbindungselement vorhanden ist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer rahmenlosen Wischerbaugruppe mit einem entlang des Rückgrats angeordneten aktiven Material.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeug-Wischerbaugruppe mit einer mit dem Wischerblatt gekoppelten Armatur.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen dazu verwendet sind, gleiche oder identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten zu identifizieren, veranschaulicht 1 schematisch eine Fahrzeug-Wischerbaugruppe 10. Bei einer Konfiguration kann die Wischerbaugruppe 10 ein Wischerblatt 12 und einen Wischerblattrahmen 14 aufweisen. Das Wischerblatt 12 kann allgemein eine Länge 16 besitzen, die im Wesentlichen entlang einer Längsachse 18 gemessen wird.
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Bei einer Konfiguration kann der Wischerblattrahmen 14 eine Mehrzahl von Blattfedern 20 aufweisen, die entlang der Länge des Wischerblatts angeordnet sind. Jede Blattfeder 20 kann eine Kraft auf das Wischerblatt 12 ausüben, um dieses bei der Anpassung an die Konturen der zu wischenden Oberfläche zu unterstützen. Wie in der in 2 gezeigten vergrößerten Ansicht gezeigt ist, kann jede Blattfeder 20 in Bezug auf einen oder mehrere Steuerarme 22 des Wischerrahmens 14 schwenkbar sein. Die Blattfeder 20 kann eine Querkraft von dem Steuerarm 22 aufnehmen und kann diese demgemäß an das Wischerblatt 12 verteilen. Bei einer Ausführungsform kann die Blattfeder 20 aus einem starren Material hergestellt sein und kann die Kräfte, die durch den Steuerarm 22 aufgebracht werden, direkt an das Wischerblatt 12 hindurch übertragen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Blattfeder aus einem Material bestehen, das elastische Eigenschaften besitzt, die ermöglichen, dass die Blattfeder 20 sich ohne Brechen oder plastische Verformung elastisch streckt. Beispielsweise kann die Blattfeder 20 aus einem Formgedächtnislegierungsmaterial 24 hergestellt sein, das superelastische Eigenschaften aufweisen kann (d.h. auch als pseudoelastisch bezeichnet, wie nachfolgend beschrieben).
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Die Terminologie „Formgedächtnislegierung“ (oftmals als „SMA“ abgekürzt) bezeichnet breit Legierungen, die einen Formgedächtniseffekt aufweisen. Dies bedeutet, das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 kann einer im festen Zustand erfolgenden kristallografischen Phasenänderung zur Verschiebung zwischen einer Martensitphase, d.h. „Martensit“, und einer Austenitphase, d.h. „Austenit“, ausgesetzt sein. Alternativ angemerkt kann das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 zur Verschiebung zwischen Martensit und Austenit einer displaziven Umformung anstatt einer Diffusionsumformung ausgesetzt sein. Eine displazive Umformung ist eine strukturelle Änderung, die durch die koordinierte Bewegung von Atomen (oder Gruppen von Atomen) relativ zu ihren Nachbarn stattfindet. Allgemein betrifft die Martensitphase die Phase mit vergleichsweise geringerer Temperatur und ist oftmals verformbarer als die Austenitphase mit vergleichbar höherer Temperatur.
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Ein Formgedächtnislegierungsmaterial 24, das superelastische Eigenschaften aufweist, kann bei Standardbetriebstemperaturen ein austenitisches Material sein, in Ansprechen auf eine angelegte mechanische Spannung kann es jedoch von Austenit zu Martensit änderbar sein. Die Superelastizität ist auch als eine Pseudoelastizität bezeichnet, da ein großer Anteil der elastischen Eigenschaften auf die Phasenumformung anstatt auf die typische/konventionelle elastische Verformung zurückführbar ist. Dies bedeutet, bei mechanischer Belastung verformt sich eine superelastische Formgedächtnislegierung elastisch zu sehr hohen Dehnungen - d.h. bis zu etwa 8 - 10 % - durch Erzeugung einer spannungsinduzierten Martensitphase (im Vergleich zu typischeren elastischen Dehnungsraten von etwa 0,5 %). Wenn die Dehnung erhöht wird, steigt der Anteil des Materials, der in Martensit umgewandelt worden ist, zunehmend. Dies findet statt, ohne dass eine wesentliche Zunahme der angelegten Spannung erforderlich ist, was zu einem charakteristischen „superelastischen Plateau“ führt. Wenn die Last beseitigt wird, wird die neue Phase instabil, und das Material erlangt seine ursprüngliche Form wieder/kehrt zu dieser zurück. Im Gegensatz zu vielen Formgedächtnislegierungen ist keine Temperaturänderung erforderlich, damit die Legierung ihre Anfangsform rückgewinnt. Typischerweise tritt die Superelastizität bei Temperaturen geringfügig oberhalb der austenitischen Starttemperatur auf, wobei die austenitische Phase stabiler als die Martensitphase ist.
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Das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 kann eine beliebige geeignete Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere kann das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 ein Element aufweisen, das aus der Gruppe gewählt ist, die ohne Beschränkung umfasst: Kobalt, Nickel, Titan, Indium, Mangan, Eisen, Palladium, Zink, Kupfer, Silber, Gold, Cadmium, Zinn, Silizium, Platin, Gallium und Kombinationen daraus. Beispielsweise und ohne Beschränkung können geeignete Formgedächtnislegierungen Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Nickel-Kobalt-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Mangan-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupfer-Basis (z.B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold-Legierungen und Kupfer-ZinnLegierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und Kombinationen davon umfassen.
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Das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 kann binär, ternär oder einer anderen höheren Ordnung sein, solange das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 einen superelastischen Formgedächtniseffekt aufweist, d.h. eine Änderung der Formorientierung, Dämpfungskapazität und dergleichen. Das spezifische Formgedächtnislegierungsmaterial 24 kann gemäß erwarteten Betriebstemperaturen gewählt sein, mit denen die Wischeranordnung 10 verwendet wird. Bei einem spezifischen Beispiel kann das Formgedächtnislegierungsmaterial 24 Nickel und Titan aufweisen.
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Weiter Bezug nehmend auf 2, wie oben beschrieben ist, kann die Blattfeder 20 aus einem aktiven Material, wie einem superelastischen Formgedächtnislegierungsmaterial 24 hergestellt sein, das das Wischerblatt zum gleichförmigen Kontakt mit einer gekrümmten Fläche drängen kann. Somit kann die Blattfeder 20 eine elastische Federkraft auf das Wischerblatt 12 über einen breiten Bereich von Positionen und Krümmungen aufbringen, ohne eine plastische Verformung aufzuweisen.
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Die 3A und 3B zeigen einen beispielhaften schematischen Schnitt des Wischerblatts 12, das in 2 und entlang Linie 3-3 gezeigt ist. Wie gezeigt ist, kann das Wischerblatt 12 einen Basisabschnitt 40 und einen Wischerabschnitt 42 aufweisen. Der Basisabschnitt 40 kann geeignet zur Kopplung mit dem Wischerrahmen 14 (in den 1 und 2 gezeigt) konstruiert sein, während der Wischerabschnitt 42 geeignet konstruiert sein kann, Flüssigkeit entlang einer Fläche 44 (z.B. einer Scheibe eines Fahrzeugs) zu wischen.
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Bei einer Konfiguration kann der Wischerabschnitt 42 mit dem Basisabschnitt über ein Verbindungselement 46 gekoppelt sein. Wenn das Wischerblatt 12 die Fläche 44 lateral überquert, kann sich das Verbindungselement 46 auf eine Biegeweise (wie in 3A gezeigt ist) elastisch verformen. Während einer derartigen elastischen Verformung kann das Verbindungselement 46 eine elastische Drehmomentkraft 48 auf den Wischerabschnitt 42 ausüben, die den Wischerabschnitt 42 zum Verbleib in Kontakt mit der Fläche 44 drängen kann.
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Bei einer Ausführungsform kann das Verbindungselement 46 aus einem aktiven Material hergestellt sein, wie einem superelastischen Formgedächtnislegierungsmaterial 24. Bei einem Beseitigen der Kontaktspannung zwischen dem Wischerabschnitt 42 und der Fläche 44, wie durch teilweises Anheben des Blatts 12, kann das Blatt in seine ursprüngliche Referenzposition zurückkehren (d.h. es wird im Wesentlichen die gesamte elastische Dehnung rückgewonnen). Bei einer Ausführungsform kann das superelastische Formgedächtnislegierungsmaterial so konfiguriert sein, dass es sich bis zu einer Dehnung von etwa 8 - 10 % elastisch und reversibel verformt. Auf diese Art und Weise kann der Wischerabschnitt 42 zu einer wiederholten Gelenkbewegung um den Basisabschnitt 40 in der Lage sein, wie in einer sich wiederholenden, von Seite zu Seite erfolgenden Überstreichbewegung des Wischerblatts 12 über die Fläche 44.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Fahrzeug-Wischerbaugruppe 60. Wie gezeigt ist, weist die Wischerbaugruppe 60 ein Wischerblatt 12 auf, jedoch ersetzt die Baugruppe 60 ein Druck aufbringendes Rückgrat 62 für den Wischerblattrahmen 14, wie in 1 und 2 gezeigt ist. Das Rückgrat 62 kann das Wischerblatt 12 zur elastischen Anpassung an eine Fläche (z.B. eine Fläche 44, die in den 3A - 3B bereitgestellt ist) drängen.
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Bei einer Ausführungsform kann das Rückgrat 62 ein elastisch verformbares Material aufweisen, das funktional einen Druck entlang eines wesentlichen Abschnitts der Länge 64 des Wischerblatts 12 aufbringen kann. Beispielsweise kann das Rückgrat ein aktives Material aufweisen, wie ein superelastisches Formgedächtnislegierungsmaterial 24, das entlang eines wesentlichen Abschnitts der Länge 64 angeordnet ist. Die superelastische Formgedächtnislegierung 24 kann während Umgebungsbetriebsbedingungen in einer austenitischen kristallographischen Phase vorliegen, obwohl es mit dem Anlegen einer mechanischen Belastung zunehmend zu einer Martensitphase wechseln kann. Somit kann die Formgedächtnislegierung 66 superelastische Eigenschaften besitzen und kann in der Lage sein, eine große elastische Dehnung auszuhalten, bevor sie sich plastisch streckt. Die Fähigkeit zu solch hohen Dehnungsverhältnissen kann eine elastische Anpassung des Blattes an einen breiten Bereich sich ändernder Oberflächenkrümmungen ermöglichen, während immer noch ein ausreichender Kontakt zwischen dem Blatt 12 und der Fläche 44 entlang im Wesentlichen der gesamten Länge des Blatts 12 beibehalten wird.
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5 zeigt eine Ausführungsform einer Wischerbaugruppe 80, die ein Wischerblatt 12 und ein Rückgrat 62 aufweisen kann (ähnlich dem, das mit der in 4 gezeigten Wischerbaugruppe 60 vorgesehen ist). Zusätzlich kann die in 5 veranschaulichte Wischerbaugruppe 80 eine Armatur 82 aufweisen. Die Armatur 82 kann an einem Ende 84 mit dem Rückgrat 62 gekoppelt sein und kann an das andere Ende 86 beispielsweise zur Kopplung mit einem Drehaktuator (nicht gezeigt) angepasst sein. Der Drehaktuator kann das Wischerblatt 12 über eine Fläche auf eine Weise gelenkig bewegen, die diesem ein laterales Wischen von Flüssigkeit über eine Fläche in einer bogenförmigen Weise ermöglicht (allgemein über Bogen 88 veranschaulicht). Die Armatur 82 kann beispielsweise eine Bohrung 90 aufweisen, die den Drehaktuator aufnehmen und verbinden kann.
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Die Armatur 82 kann ein Gelenk 92 entlang ihrer Länge aufweisen, das ermöglichen kann, dass sich das Wischerblatt 12 weg von der Fläche beispielsweise über einen durch Bogen 94 gezeigten Bereich gelenkig bewegt. Durch gelenkiges Wegbewegen von der Fläche kann die Wischerbaugruppe 80 ermöglichen, dass das Wischerblatt 12 in eine Wartungsposition, d.h. eine Position gebracht wird, in der das Blatt 12 ersetzt werden kann. Zusätzlich kann eine Positionierung des Blatts 12 weg von der Fläche vorteilhaft sein, wenn das Fahrzeug bei Kaltwetterklima geparkt wird, um zu verhindern, dass das Blatt 12 an die Fläche gefriert. Um sicherzustellen, dass das Blatt 12 in Kontakt mit der Fläche bleibt, wenn es sich nicht in der Betriebsposition befindet, kann eine Armaturfeder 96 über das Gelenk 92 vorgesehen sein, ohne Vorspannkraft auf das Wischerblatt 12 bereitzustellen. Die Armaturfeder 96 kann aus einem superelastischen Formgedächtnislegierungsmaterial 24 in einer austenitischen kristallographischen Phase bei normalen Betriebstemperaturen hergestellt sein.
