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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Rohrplatine für eine Wischeranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wischeranlagen für Kraftfahrzeuge werden mit einem Wischerträger, einer sogenannten Platine bzw. Rohrplatine – wenn der Wischerträger auch aus Rohren besteht –, an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt. Die Platine umfaßt in der Regel eine Motorplatine, die einen Wischerantrieb mit einem Wischermotor und einem daran angebauten Getriebe trägt. Eine Abtriebswelle des Getriebes ist in einem Getriebedom gelagert und treibt in der Regel über eine Kurbel und Gelenkstangen Kurbeln an, die mit einer Antriebswelle für jeden Scheibenwischer fest verbunden sind. Die Antriebswellen der Scheibenwischer sind in Wischerlagern gelagert, deren Lagergehäuse an den Enden der Platine befestigt oder angeformt sind. Die Platine ist unmittelbar über die Lagergehäuse oder über Befestigungsaugen, die am Lagergehäuse, an der Platine und/oder der Motorplatine angeformt sind, an einer Fahrzeugkarosserie befestigt. In der Regel werden die Platinen aus vielen Bauteilen zusammengesetzt. Dies führt zu zahlreichen Schnittstellen mit entsprechenden Toleranzen.
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Aus der
DE-GM 74 34 119 ist eine Rohrplatine bekannt, die aus einem Vierkantrohr hergestellt ist, an das eine als Motorplatine dienende Platte angeschweißt ist. An den Enden des Vierkantrohrs ist jeweils ein Wischerlager fixiert. Derartige Rohrplatinen oder Rohrrahmenanlagen sind trotz einer leichten Bauweise sehr stabil. Aus Kostengründen wird ein gerades Trägerrohr angestrebt, das keinen Vorbiegearbeitsgang erfordert.
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Aus der
DE 29 20 899 C2 ist eine Rohrplatine bekannt, wobei in das Hohlprofil des Platinrohrs Rohrstutzen mit entsprechenden Ansätzen eingeschoben werden. Die Ansätze liegen wenigstens teilweise an den Wandungen des Platinrohrs an und weisen wenigstens eine Aussparung auf, in die Abschnitte des Platinrohrs eingedrückt sind, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Platinrohr und dem Rohrstutzen zu bilden. In den Rohrstutzen sind Wischerlager angeordnet. Gegenüber Schraubverbindungen ist die Anzahl der Teile reduziert, dennoch erfordert der Fügeprozeß noch zahlreiche vorgefertigte Einzelteile mit vielen Fertigungsschritten. Dies verteuert die Lagerhaltung und Logistik. Ferner haben die massiven Ansätze trotz der Aussparungen ein erhebliches Gewicht.
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Es ist ferner aus der Zeitschrift „Werkstatt und Betrieb”, Carl Hanser Verlag München, 1995, Seiten 812 bis 815, und dem Sonderdruck aus der Zeitschrift „Metallumformtechnik”, Claus Dannert Verlag, 1994, unter dem Titel „Präzisions-Werkstücke in Leichtbauweise, hergestellt durch Innenhochdruck-Umformen”, ein Verfahren zum Umformen von Rohren zu Werkstücken bekannt. Dieses Verfahren, das vor allem für die Kraftfahrzeugindustrie verwendet wird, arbeitet mit hohen Drücken.
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Das umzuformende Rohrstück wird in ein geteiltes Werkzeug gelegt, in das die gewünschte Werkstückform eingearbeitet ist. Ein vertikal arbeitender Pressenstößel schließt das Werkzeug, das in einer Presse montiert ist. Die Rohrstückenden werden durch Schließwerkzeuge geschlossen, durch die ein Druckmedium zugeführt wird, das die Rohrwandungen gegen die innere Werkzeugform preßt. Dabei wird von horizontal wirkenden Stößeln ein axialer Druck auf das Rohr aufgebracht, der sich dem Innendruck überlagert. Somit wird der Werkstoff, der für die Umformung erforderlich ist, nicht nur aus der Wanddicke des Rohrstücks entnommen, sondern auch durch die Verkürzung des Rohrs zur Verfügung gestellt. Die Schließwerkzeuge werden während des Umformens axial nachgeführt.
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Es ist bereits in der Patentanmeldung,
DE-OS 196 42 666 vorgeschlagen, an einer Rohrplatine, die mit einem Innenhochdruckverfahren hergestellt ist, Rohrstutzen für Wischerlager anzuformen und in diese einteilige oder zweigeteilte Lagerbuchsen aus Kunststoff oder Metall einzusetzen. Die Lagerbuchsen werden in den Rohrstutzen durch Formschluß, Kraftschluß oder Stoffschluß gehalten. Eine axiale Formschlußverbindung besteht z. B. darin, daß der Rohrstutzen in einem Bereich in eine Vertiefung der Lagerbuchse, beispielsweise eine Nut, gedrückt wird. Ferner wird vorgeschlagen, daß die Lagerbuchse an ihrem Umfang einen Bereich aus verformbarem Material aufweist, der durch eine ringförmige Vertiefung begrenzt ist. Bei der Montage kann sich in der Vertiefung Material sammeln, das durch den Preßvorgang abgeschält oder verformt wird.
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Aus der
WO-A-97/34789 ist eine Rohrplatine für eine Wischeranlage als Träger eines Wischerantriebs und Gelenkhebelanordnung bekannt, bei dem das Platinenrohr und der Rohrstutzen einstückig hergestellt sind. Die Rohrplatine ist ein durch Innenhochdruckumformung hergestelltes Formteil mit einem integrierten Lagerbock. Der Lagerbock bzw. der Rohrstutzen hält eine Lagerbuchse spielfrei. Diese ist mit Übermaß in den Rohrstutzen eingepresst.
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Weiterer Stand der Technik ist aus der
DE-A-2411907 sowie aus der
EP-A-798183 bekannt geworden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik eine einfachere und kostengünstigere Wischeranlage herzustellen.
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Vorteile der Erfindung
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Nach der Erfindung besteht die Lagerbuchse aus einem setzfreien Metall und wird mit Übermaß in den einstückig an das Platinenrohr angeformten Rohrstutzen eingepreßt. Dabei verformen sich die Lagerbuchse und der Rohrstutzen im elastischen Bereich soweit, daß während der gesamten Lebensdauer eine spielfreie Kraftschlußverbindung erhalten bleibt. Unter setzfreiem Material wird im Sinne der Erfindung ein Werkstoff verstanden, der unter der Betriebsbelastung die Fließgrenze nicht überschreitet und sich nicht soweit plastisch verformt, daß die Kraftschlußverbindung verloren geht. Die Lagerbuchsen können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Um größere Toleranzbereiche zwischen den Rohrstutzen und den Lagerbuchsen ausgleichen und auf ein Kalibrieren der ungenauen Innenkontur verzichten zu können, ist es zweckmäßig, daß die Lagerbuchsen an ihrem Umfang eine in Achsrichtung verlaufende Längsverzahnung tragen. Die Spitzen der Verzahnung graben sich mehr oder weniger in die Oberfläche des Rohrstutzens ein, wodurch eine mikrostrukturelle Formschlußverbindung entsteht. Während der Montage verdrängtes Material wird dabei von den Zwischenräumen der Verzahnung aufgenommen. Als setzfreies Material sind neben Stahl z. B. Aluminium und Leichtmetallegierungen geeignet.
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Bei geeigneten Lagerwerkstoffen können die Lagerflächen für die Wischerlager unmittelbar in die Lagerbuchse eingearbeitet werden. Andernfalls ist es zweckmäßig, eine Buchse aus Sinterwerkstoff oder Kunststoff in die Lagerbuchse einzupressen oder in die Lagerbuchse eine Lagerschicht aus Kunststoff einzuspritzen.
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In der Regel reicht der Kraftschluß zwischen der Lagerbuchse und dem Rohrstutzen für eine kraftschlüssige Sicherung der Lagerbuchse in axialer Richtung und in Umfangsrichtung während der Lebensdauer aus. Sind jedoch extreme Spitzenbelastungen zu befürchten, ist es zweckmäßig, eine zusätzliche formschlüssige Sicherung vorzusehen, z. B. indem der Rand des Rohrstutzens oder ein Teil davon in eine quer zur Achsrichtung verlaufende Nut gedrückt wird. Ist die Nut rotationssymmetrisch, wird die Lagerbuchse nur in axialer Richtung gesichert, während bei einer nicht rotationssymmetrischen Gestaltung der Nut auch eine Sicherung in Umfangsrichtung erzielt werden kann. Nicht rotationssymmetrische Verläufe der Ringnut lassen sich in einfacher Weise durch eine oder mehrere Abflachungen der Ringnut im Bereich des Nutgrunds oder der Nutflanke erreichen, an der der Rohrstutzen anliegt. Selbst bei geringer Eindrücktiefe wird genügend Sicherheit gegen Verdrehen und axiales Verschieben erreicht.
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Da bei Innenhochdruckverfahren das Material gegen eine Werkzeugoberfläche gedrückt wird, ergeben sich sehr präzise Außenkonturen des Platinenrohrs, während die Innenkonturen durch den schwer zu kontrollierenden Materialfluß größere Toleranzen aufweisen können. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Lagerbuchse an der präzisen Außenfläche des Rohrstutzens zentriert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist hierzu die Lagerbuchse in einer Hülse geführt, die jeweils mit einem Kragen an ihren Enden den Rohrstutzen übergreift und sich an der äußeren Umfangsfläche des Rohrstutzens zentriert. Sie kann in diesem Bereich durch Kleben, Löten, Schweißen oder dgl. stoffschlüssig mit dem Rohrstutzen verbunden werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Rohrstutzen an ihren Enden nach innen gebogene Bereiche aufweisen. Diese können bereits beim Innenhochdruckverfahren angeformt sein oder nach dem Innenhochdruckverfahren in weiteren Arbeitsschritten angeformt werden, indem die geschlossenen Seiten der Rohrstutzen zentral gelocht oder geschlitzt werden und die so entstehenden Ränder nach innen umgebogen werden. Der nach innen umgebogene Bereich ergibt aufgrund seiner guten Formelastizität einen dauerhaften Kraftschluß.
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Die Lagerbuchse kann ferner über die Antriebswelle axial fixiert werden, indem sie zwischen einem Bund, z. B. einer Kurbel der Antriebswelle, und einer Anlaufscheibe auf der Antriebswelle axial fixiert und gegenüber dem Rohrstutzen durch die Kurbel und einen Sicherungsring axial festgelegt ist, der in die Lagerbuchse eingelassen ist.
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Die Rohrplatine wird mittels Schrauben an einer Fahrzeugkarosserie befestigt. Hierzu ist in vorteilhafter Weise das Platinenrohr über den Rohrstutzen hinaus verlängert. Die Verlängerung enthält eine Querbohrung, in die Entkopplungselemente aus gummielastischem Material eingesetzt sind. Zur Begrenzung der elastischen Vorspannung ist eine Distanzhülse vorgesehen. Um die Montage zu erleichtern, können die Entkopplungselemente auf der Distanzhülse befestigt sein. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Querbohrung zu einem zur Stirnseite des Platinenrohrs offenen Schlitz verlängert ist, so daß die Entkopplungselemente mit der Distanzhülse von der Stirnseite eingeschoben werden können.
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Die Querbohrung kann um die Längsachse des Platinenrohrs beliebig gedreht angeordnet sein, so daß die Rohrplatine mit geringfügigen Abänderungen für viele Einbausituationen geeignet ist.
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Die Rohrplatine kann ferner über zusätzliche Befestigungselemente an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden. So kann es z. B. vorteilhaft sein, ein winkelförmiges Befestigungselement, das zur Aufnahme von Entkopplungselementen eine Öffnung aufweist, unmittelbar an der Lagerbuchse anzuformen, oder auf die Verlängerung des Platinenrohrs aufzustecken und mit diesem fest zu verbinden. Auch hierbei können mit wenigen Änderungen Befestigungspunkte in einem Winkelbereich von 360° um die Lagerachse bzw. um die Längsachse des Platinenrohrs realisiert werden.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Rohrplatine,
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2 eine Draufsicht auf eine Lagerbuchse entsprechend einem Pfeil II in 3,
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3 einen Längsschnitt durch eine Lagerbuchse entsprechend der Linie III-III in 2,
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4 eine Variante zu 3,
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5 einen Teillängsschnitt durch ein Platinenrohr mit einem Rohrstutzen und einer eingesetzten Lagerbuchse,
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6 einen Querschnitt entsprechend der Linie VI-VI in 5,
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7 eine Variante zu 5,
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8 eine Variante zu 7,
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9 eine perspektivische Teilansicht eines Endes eines Platinenrohrs,
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10 eine Variante zu 9,
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11 ein Platinenrohr mit einem Befestigungselement und
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12 eine Lagerbuchse mit einem Befestigungselement.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Wesentlicher Bestandteil einer Rohrplatine 10 ist ein Platinenrohr 12, das in einem Innenhochdruckverfahren aus einem rohrförmigen Rohling umgeformt wurde. Das Platinenrohr 12 besteht aus allgemein geeigneten metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl mit und ohne Oberflächenbeschichtung und aus Edelstahl. Es besitzt angeformte Rohrstutzen 14 und 16. Im Rohrstutzen 16 ist ein Wischerantrieb bestehend aus einem Wischermotor 18 und einem Getriebe 20 mittels eines am Gehäuse des Getriebes 20 vorgesehenen Getriebedoms 22 gehalten. Im Getriebedom 22 ist eine Abtriebswelle mit einer Kurbel 26 gelagert, deren Kugelzapfen 30 über nicht dargestellte Gestänge mit Kugelzapfen 28 an Kurbeln 24 verbunden sind, die mit Antriebswellen 32 fest verbunden sind. Die Antriebswellen 32 tragen an ihren Enden 34 nicht näher dargestellte Scheibenwischer und sind in Wischerlagern 36 an den Enden des Platinenrohrs 12 gelagert. Das Wischerlager 36 enthält im wesentlichen eine Lagerbuchse 40 aus einem setzfreien Werkstoff, z. B. Stahl, Aluminium oder eine Leichtmetallegierung, die mit Übermaß in den Rohrstutzen 14 eingepreßt ist.
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Die 2 und 3 zeigen eine Ausführung der Lagerbuchse 40 mit einem Bund 50 und einer Längsverzahnung 54 am Mantel. Bei der Montage, bei der die Lagerbuchse 40 in die Rohrstutzen 14 eingepreßt wird, drücken sich die Spitzen der Verzahnung in die Rohrstutzen 14 ein, wobei verdrängtes und abgeschältes Material von den Zwischenräumen 56 der Längsverzahnung aufgenommen werden kann. Während bei der Lagerbuchse 40 nach 3 eine Lagerfläche 52 unmittelbar in die Lagerbuchse 40 eingearbeitet ist, ist bei einer Lagerbuchse 42 nach 4 die Antriebswelle 32 in einer Buchse 58 aus Sinterwerkstoff eingepreßt. Anstelle der Buchse 58 kann auch eine Buchse aus Kunststoff vorgesehen werden oder – wie 6 zeigt – eine Lagerschicht in eine Lagerbuchse 44 eingespritzt sein.
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Im allgemeinen reicht die Kraftschlußverbindung aus, um die Lagerbuchse 40, 42, 44, 46 und 48 axial und in Umfangsrichtung im Rohrstutzen 14, 68 des Platinenrohrs 12 zu sichern. Um auch extreme Spitzenbelastungen aufnehmen zu können, ist es jedoch zweckmäßig, weitere formschlüssige Sicherungen vorzusehen. Bei der Ausführung nach 5 liegt die Lagerbuchse 44 einerseits mit dem Bund an einer Stirnfläche des Rohrstutzens 14 an, während anderseits der Rand 66 des Rohrstutzens 14 mittels eines Prägewerkzeugs in eine Nut 60 de Lagerbuchse 44 eingedrückt ist. Somit ist die Lagerbuchse 44 gegenüber dem Platinenrohr 12 axial gesichert. Um die Lagerbuchse 44 auch in Umfangsrichtung zu sichern, hat die Nut 60, wie 6 zeigt, eine Abflachung 64. In der Regel reicht eine Abflachung 64 aus, es können jedoch auch mehrere Abflachungen oder andere unrunde Verläufe der Nut 60 vorgesehen werden. Wichtig ist, daß die Kontur, an die der Rand 66 des Rohrstutzens 14 angedrückt wird, ein nicht rotationssymmetrisches Querschnittprofil aufweist.
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Bei den Ausführung nach 7 und 8 wird die Lagerbuchse 46 zusätzlich durch die Antriebswelle 32 axial gesichert, indem sie einerseits an der Kurbel 24 und andererseits an einer Anlaufscheibe 76 stirnseitig anläuft, die mittels eines Sicherungsrings 78 in einer Ringnut 80 der Antriebswelle 32 axial gesichert ist. Gegenüber dem Rohrstutzen 68 bzw. 14 ist sie einerseits axial durch die Kurbel 24 und andererseits durch eine Sicherungsscheibe 74 gesichert, die in die Lagerbuchse 46 eingelassen ist.
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Der Rohrstutzen 68 nach 7 weist einen nach innen umgebogenen Rand 70 auf, der die Lagerbuchse 46 hält. Da die zur Lagerbuchse 46 zugewandte Oberfläche des Randes 70 durch eine präzise Werkzeugoberfläche geformt wurde, können enge Toleranzen eingehalten werden. Ferner weist der Rand 70 mit seinem Bogen 72 eine große Formelastizität auf, so daß der Kraftschluß zwischen dem Rohrstutzen 68 und der Lagerbuchse 46 während der gesamten Lebensdauer gewährleistet ist.
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Der Rand 70 kann auf verschiedene Art hergestellt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß bereits beim Innenhochdruckverfahren im Bereich des Rohrstutzens 68 eine entsprechende Einstülpung eingeformt wird und nachträglich nur der Durchgang für die Lagerbuchse 46 geöffnet wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der nach dem Hochdruckverfahren zunächst geschlossene Rohrstutzen 14 an der Stirnseite ein zentrales Loch 86 erhält und der nach innen überstehende Rand durch ein Preßwerkzeug umgebogen wird, wobei das Loch 86 entsprechend geweitet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in die geschlossenen Stirnseite des Rohrstutzens 68 einen Kreuzschlitz 88 einzubringen und die dadurch entstehenden Lappen 90 nach innen umzubiegen. Da die Lappen 90 an ihren freien Enden keinen geschlossenen Ring bilden, sind sie radial besonders elastisch.
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Die Ausführung nach 8 zeigt eine Hülse 82, in der die Lagerbuchse 46 eingepreßt ist. Die Hülse 82 besitzt an ihren Enden einen Kragen 84, der den Rohrstutzen 14 stirnseitig überdeckt, und mit dem die Hülse 82 an der Außenseite des Rohrstutzens 14 zentriert ist. Zweckmäßigerweise wird der Kragen 84 stoffschlüssig durch Kleben, Löten, Schweißen oder dgl. mit dem Rohrstutzen 14 fest verbunden.
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Um die Rohrplatine 10 an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen, ist das Platinenrohr 12 über die Rohrstutzen 14, 68 hinaus verlängert. In der Verlängerung 38 ist eine Querbohrung 108 vorgesehen, in die gummielastische Entkopplungselemente 92 eingeknüpft sind. Durch sie ist eine Distanzhülse 94 gesteckt, die mit einem Kragen 96 an einem Entkopplungselement 92 anliegt und sich mit ihrem anderen Ende an der Karosserie abstützt, wenn ein vorbestimmter Spannweg erreicht ist. Dadurch wird bezweckt, daß die Entkopplungselemente 92 und das Platinenrohr 12 bei der Montage nicht unzulässig zusammengedrückt werden. Zum Längenausgleich besitzt die Distanzhülse 94 ein Langloch 110. Um sich baulichen Gegebenheiten anzupassen, kann die Querbohrung 108 um die Längsachse des Platinenrohrs 12 um einen Winkel gedreht angeordnet werden.
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Die Entkopplungselemente 92 können auch fest mit der Distanzhülse 94 verbunden sein. Um sie auch in diesem Fall montieren zu können, ist die Querbohrung 108, wie 10 zeigt, zu einem Schlitz 98 verlängert, der zur Stirnseite des Platinenrohrs 12 offen ist, so daß von dieser Seite die Distanzhülse 94 mit in den Entkopplungselementen 92 eingeschoben werden kann.
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Um in der Wahl des Befestigungspunktes an der Karosserie des Fahrzeugs möglich frei zu sein, ist es zweckmäßig, auf die Verlängerung 38 des Platinenrohrs 12 ein winkelförmiges Befestigungselement 100 aufzustecken, das eine Öffnung 104 zur Aufnahme eines Entkopplungselements 92 aufweist. Das Befestigungselement 100 kann der Verlängerung 38 in jeder beliebigen Winkellage um die Längsachse des Platinenrohrs 12 angeordnet werden. Es wird dabei kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Platinenrohr 12 verbunden.
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Die Variante nach 12 zeigt ein Befestigungselement 102, das unmittelbar an der Lagerbuchse 48 angeformt ist und eine Öffnung 106 zur Aufnahme eines Entkopplungselements 92 besitzt. Das Befestigungselement 102 kann in jeder beliebigen Winkellage um die Lagerachse der Lagerbuchse 48 angeordnet werden, indem die Lagerbuchse 48 entsprechend in dem Rohrstutzen 14 gedreht montiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rohrplatine
- 12
- Platinenrohr
- 14
- Rohrstutzen
- 16
- Rohrstutzen
- 18
- Wischermotor
- 20
- Getriebe
- 22
- Getriebedom
- 24
- Kurbel
- 26
- Kurbel
- 28
- Kugelzapfen
- 30
- Kugelzapfen
- 32
- Antriebswelle
- 34
- Ende
- 36
- Wischerlager
- 38
- Verlängerung
- 40
- Lagerbuchse
- 42
- Lagerbuchse
- 44
- Lagerbuchse
- 46
- Lagerbuchse
- 48
- Lagerbuchse
- 50
- Bund
- 52
- Lagerfläche
- 54
- Längsverzahnung
- 56
- Zwischenraum
- 58
- Buchse
- 60
- Nut
- 62
- Lagerschicht
- 64
- Abflachung
- 66
- Rand
- 68
- Rohrstutzen
- 70
- umgebogener Rand
- 72
- Bogen
- 74
- Sicherungsscheibe
- 76
- Anlaufscheibe
- 78
- Sicherungsring
- 80
- Ringnut
- 82
- Hülse
- 84
- Kragen
- 86
- Loch
- 88
- Kreuzschlitz
- 90
- Lappen
- 92
- Entkopplungselement
- 94
- Distanzhülse
- 96
- Kragen
- 98
- Schlitz
- 100
- Befestigungselement
- 102
- Befestigungselement
- 104
- Öffnung
- 106
- Öffnung
- 108
- Querbohrung
- 100
- Befestigungselement
- 110
- Langloch
