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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit einem Scheibenwischer. Weiterhin betrifft die Erfindung Scheibenwischerantriebe zum Antrieb eines Scheibenwischers in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Scheibenwischerantriebe sind beispielsweise aus der
DE 10 2010 000 726 A1 bekannt und umfassen in der Regel einen in einem Gehäuse aufgenommenen Motor, der über ein Getriebe eine Welle antreibt. Mit der Welle ist drehfest ein Scheibenwischer mit einem Wischblatt verbunden, dass durch den Scheibenwischerantrieb über eine Scheibe eines Fahrzeuges bewegt wird, um von der Scheibe Wasser zu wischen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Scheibenwischerantrieb zum Antrieb eines Scheibenwischers in einem Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein Fahrzeug mit dem Scheibenwischerantrieb gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Scheibenwischerantrieb zum Antrieb eines Scheibenwischers in einem Fahrzeug:
- – ein Gehäuse,
- – einen in dem Gehäuse aufgenommen Motor,
- – ein Getriebe,
- – eine Welle zum Übertragen eines Drehmomentes aus dem Motor auf das Getriebe, und
- – ein mit der Welle drehfest verbundenes Lüfterrad, das derart auf der Welle angeordnet ist, dass es eine erzwungene Konvektion durch das Getriebe erzeugt.
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Das Lüfterrad kann direkt mit der Welle oder indirekt beispielsweise über ein drehfest mit der Welle verbundenes Teil des Getriebes drehfest verbunden sein.
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Dem angegebenen Scheibenwischerantrieb liegt die Überlegung zugrunde, dass das am Getriebe des angegebenen Scheibenwischerantriebes im Betrieb eine Verzahnungsverlustleistung auftritt, die das Getriebe erwärmt. Dementsprechend muss das Getriebe aus entsprechenden temperaturresistenten Materialien aufgebaut sein, die dieser Wärme standhalten können. Zwar erzwingt das Getriebe durch seine Bewegung eine gewisse freie Konvektion, die das Getriebe kühlt und die Wärme zum Gehäuse ableitet, diese Konvektion kann jedoch zu klein sein, um das Getriebe ausreichend zu kühlen. Zur Verbesserung der Konvektion wird mit dem angegebenen Scheibenwischerantrieb vorgeschlagen, auf der Welle ein Lüfterrad zu befestigen, das eine zusätzliche Konvektion durch das Getriebe erzwingt und so mehr durch die Verzahnungsverlustleistung erzeugte Wärme aus dem Getriebe zum Gehäuse abführt. Auf diese Weise erwärmt sich das Getriebe weniger und kann so aus weniger temperaturresistenten Materialen aufgebaut werden, die in der Regel auch kostengünstiger sind.
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In einer Weiterbildung des angegebenen Scheibenwischerantriebes ist das Getriebe ein Schneckengetriebe oder ein Schraubradgetriebe.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Scheibenwischerantriebes ist das Lüfterrad als Axiallüfterrad, als Radiallüfterrad oder als Diagonallüfterrad ausgeführt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug:
- – eine Fahrgastzelle mit einer Scheibe,
- – einen Scheibenwischer zum Wischen von Wasser von der Scheibe, und
- – einen angegebenen Scheibenwischerantrieb zum Antreiben des Scheibenwischers.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines ersten Scheibenwischerantriebes;
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2 eine schematische Ansicht eines zweiten Scheibenwischerantriebes; und
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3 ein Temperaturdiagramm.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Scheibenwischerantriebes 2 zeigt.
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Der Scheibenwischerantrieb 2 umfasst ein Gehäuse 4, in dem ein als Elektromotor ausgebildeter Motor 6 aufgenommen ist, der eine Welle 8 antreibt. Mit der Welle 8 ist drehfest eine Schnecke 10 eines Schneckenradgetriebes 12 verbunden, die ein in die Schnecke 10 axial eingreifendes Zahnrad 14 antreibt. Statt eines Schneckenradgetriebes 12 kann auch ein Schraubenradgetriebe verwendet werden, deren Einzelteile sich leichter durch Spritzgusstechniken fertigen lassen. Das Zahnrad 14 treibt mit einem vom Motor 6 über die Welle 8 und über das Schneckenradgetriebe 12 auf das Zahnrad 14 übertragenen Drehmoment 16 in einer dem Fachmann bekannten Weise einen nicht weiter dargestellten Scheibenwischer mit einem Wischblatt an, um Wasser von einer Scheibe eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges zu wischen.
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Die Welle 8 kann auf einem dem Fachmann als A-Lager 18 bekannten Festlager und einem dem Fachmann als C-Lager 20 bekannten Loslager gelagert sein. Auf weitere möglicherweise vorhandene Lager, wie einem B-Lager soll nachstehend nicht weiter eingegangen werden.
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Auf der Welle 8 ist zwischen der Schnecke 10 und dem A-Lager 18 drehfest ein Lüfterrad 22 befestigt, dass durch die drehfeste Befestigung gemeinsam mit der Welle 8 durch den Motor 6 angetrieben wird und Konvektion 24 durch die Stelle im Schneckenradgetriebe 12 erzeugt, an dem das Zahnrad 14 in die Schnecke 10 axial eingreift. Durch die Konvektion 24 wird, wie an späterer Stelle näher erläutert, eine durch Verzahnungsverlustleistung erzeugte Erwärmung des Zahnrades 14 und der Schnecke 10 gegen das Gehäuse 4 abgeleitet. Das Lüfterrad 22 ist in der vorliegenden Ausführung beispielhaft als Axiallüfterrad ausgebildet.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines alternativen Scheibenwischerantriebes 2 zeigt.
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In 2 ist das Lüfterrad 22 statt zwischen der Schnecke 10 und dem A-Lager 18 zwischen der Schnecke 10 und dem C-Lager 20 angeordnet und als Diagonallüfterrad ausgebildet.
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Das Lüfterrad 22 kann auch als Radiallüfterrad ausgebildet sein, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Außerdem können auch zwei oder mehrere Lüfterräder 22 an verschiedenen Stellen der Welle 8 angebracht sein, was ebenfalls nicht dargestellt ist.
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Es wird auf 3 Bezug genommen, die ein Temperaturdiagramm 26 zeigt, in dem über die Zeit 28 Temperauren 30 aufgetragen sind.
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Dabei zeigt eine erste Temperaturkurve 32 die Temperatur 30 der Schnecke 10 über die Zeit 28, wenn auf der Welle 6 kein Lüfterrad 22 befestigt ist, während eine zweite Temperaturkurve 34 die Temperatur 30 der Schnecke 10 über die Zeit 28 zeigt, wenn auf der Welle 6 ein Lüfterrad 22 befestigt ist.
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Eine dritte Temperaturkurve 36 zeigt die Temperatur 30 der Luft am Schneckenradgetriebe 12 über die Zeit 28, wenn auf der Welle 6 kein Lüfterrad 22 befestigt ist, während eine vierte Temperaturkurve 38 die Temperatur 30 der Luft am Schneckenradgetriebe 12 über die Zeit 28 zeigt, wenn auf der Welle 6 ein Lüfterrad 22 befestigt ist.
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Eine fünfte Temperaturkurve 40 zeigt die Temperatur 30 des Gehäuses 4 über die Zeit 28, wenn auf der Welle 6 kein Lüfterrad 22 befestigt ist, während eine sechste Temperaturkurve 42 die Temperatur 30 des Gehäuses 4 über die Zeit 28 zeigt, wenn auf der Welle 6 ein Lüfterrad 22 befestigt ist.
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Der Scheibenwischerantrieb 2 kann prinzipiell jeder beliebige elektrische Kleinantrieb sein. Schon in der Vergangenheit wurde das oben gezeigte Schneckengetriebe 12 oder das bereits erwähnte Schraubradgetriebe als Untersetzungsstufe des Scheibenwischerantriebes 2 nachgeschaltet. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass diese Getriebebauform auch weiterhin eine zielführende Lösung darstellt und in den nächsten Generationen des Scheibenwischerantriebes 2 Verwendung finden wird.
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Typischerweise entstehen die Verlustleistungen eines Scheibenwischerantriebes in;
- – einem elektromagnetischen Kreis des Motors 6 mit ca. 50%
- – der Leistungselektronik zur elektrischen Energieversorgung des Motors 4 mit ca. 20%
- – des Schneckenradgetriebes 12 beziehungsweise des Schraubenradgetriebes ca. 20%
- – allen Lagerstellen 18, 20 (Welle 8 & Getriebe 12) ca. 10%
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Die zuvor genannten prozentualen Angaben sind stark vom Lastfall abhängig und beziehen sich hier auf den Betriebs des Scheibenwischerantriebs 2 im „Normalbetrieb“.
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Die aktuellen Tendenzen in der Entwicklung von Scheibenwischerantrieben 2 führen zu Trends, die jedoch alle zur identischen Problematik beitragen. Während bisher die Scheibenwischerantriebe 2 relativ groß waren, wird durch die Verwendung von hochpoligen Maschinen beziehungsweise EC-Technologie in Verbindung mit hochwertigen Magnetwerkstoffen im Motor 4 die Leistungsdichte stark erhöht.
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Damit ist zwangsläufig eine deutlich kleinere Oberfläche des Scheibenwischerantriebs 2 verbunden. Die sonstigen verwendeten Werkstoffe sind hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften weitgehend identisch. Damit heizt sich der Scheibenwischerantrieb 2 zum einen schneller auf und die Beharrungstemperatur im eingeschwungenen Zustand wird größer.
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Während herkömmlich ein Teil der Verzahnungsverlustleistung – sprich Wärme – des Schneckenradgetriebes 12 beziehungsweise des Schraubenradgetriebes „rückwärts“ über die Lagerstelle 18, 20 und die Welle 8 in einen Poltopf abgeführt wurde, ist dieses Potential (Senke) in aktuellen Scheibenwischerantrieben 2 nicht mehr vorhanden. Das bedeutet, dass die komplette „Verzahnungswärme“ auch lokal über das Getriebegehäuse 4 abgeführt werden muss.
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Die Schnecke 10 des Schneckenradgetriebes 12 fungiert auch als „Schneckenförderer“, der sie umgebenden Luft, das heißt innerhalb des Getriebegehäuses 4 kommt die Luft in Rotation und führt zu erzwungener Konvektion. Das theoretische Optimum ist erreicht wenn die Temperatur 30 der Luft um das Schneckenradgetriebe 12 und die Temperatur 30 der Schnecke 10 identisch sind. Im beschriebenen Beispiel kann der Unterschied dieser beiden Temperaturen 30, der in 3 mit dem Bezugszeichen 44 versehen ist, im stationären Betriebszustand bis zu 25°C betragen. Die Aufgabe in einer Systemoptimierung besteht folglich darin diesen Unterschied 44 der beiden Temperaturen 30 zu minimieren.
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Dazu ist das Lüfterrad 22 mit der Welle 8 und damit mit der Schnecke 10 gekoppelt. Das Lüfterrad 22 kann dazu auf der Welle 8 oder an der Schnecke 10 gepresst, geklebt, gelötet, geschweißt oder ähnliches sein.
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Das Lüfterrad 22 erzwingt die Konvektion 24, und so kann die Verlustleistung, die im Eingriff zwischen dem Zahnrad 14 und der Schnecke 10 entsteht, deutlich besser an die Luft um das Schneckenradgetriebe 12 und aufgrund der Rotationsströmung, die sich dann im Getriebegehäuse 4 einstellt, deutlich besser an das Getriebegehäuse 4 und somit auch an die Umgebungsluft abgegeben werden. Das Getriebe 12 – insbesondere die Schnecke 10 – wird deutlich besser gekühlt.
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Im beschriebenen Beispiel kann der oben genannte Temperaturunterschied 44, im stationären Betriebszustand auf bis zu 11°C gesenkt werden. Wenn das zuvor beschriebene Lüfterrad 22 drehfest auf der Welle 8 befestigt wird. Der entsprechende Temperaturunterschied, der sich unter Verwendung des Lüfterrades 22 ergibt, ist in 3 mit dem Bezugszeichen 46 angedeutet.
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Durch das auf der Welle 8 drehfest mit der Welle verbundene Lüfterrad 22 wird die Kühlung des Schneckenradgetriebes 12 und damit die Wärmeaufuhr aus/über das Getriebegehäuse 4 verbessert, so dass bei gegebenen Bauraum die Leistungsdichte des Antriebes deutlich verbessert wird oder bei konstanter Abgabeleistung der Scheibenwischerantrieb 2 kompakter bebaut werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010000726 A1 [0002]
