EP1485278A1 - Antrieb einer wischeranlage - Google Patents

Antrieb einer wischeranlage

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Publication number
EP1485278A1
EP1485278A1 EP02779147A EP02779147A EP1485278A1 EP 1485278 A1 EP1485278 A1 EP 1485278A1 EP 02779147 A EP02779147 A EP 02779147A EP 02779147 A EP02779147 A EP 02779147A EP 1485278 A1 EP1485278 A1 EP 1485278A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
gear
electric motor
crank
wiper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02779147A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Moench
Martin-Peter Bolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10243810A external-priority patent/DE10243810A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1485278A1 publication Critical patent/EP1485278A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/16—Means for transmitting drive
    • B60S1/166—Means for transmitting drive characterised by the combination of a motor-reduction unit and a mechanism for converting rotary into oscillatory movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/16—Means for transmitting drive
    • B60S1/18—Means for transmitting drive mechanically
    • B60S1/24—Means for transmitting drive mechanically by rotary cranks
    • B60S1/245—Means for transmitting drive mechanically by rotary cranks with particular rod arrangements between the motor driven axle and the wiper arm axle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion

Definitions

  • the invention is based on a drive of a wiper system according to the preamble of claim 1.
  • DE 100 03 350 A 1 discloses an adjusting device for adjusting a second part relative to a first part, in particular for adjusting articulated parts, such as e.g. Robot joint parts.
  • the device comprises an electric motor, e.g. a fast-running electric motor of small size with a low torque, which adjusts the first component relative to the second component via a planetary gear with a high reduction ratio.
  • the planetary gear is designed as a reduced coupling gear, which is also called Wolfrom gear for short. It has two central gears, which are designed as ring gears with internal gears, and each mesh with planet gears with corresponding external gears.
  • One central wheel is fixedly connected to the first component, while the other central wheel is fixedly connected to the second component and is rotatably mounted relative to the first central wheel.
  • the first component is stationary, for example by being connected to a housing part of the electric motor.
  • the first central gear forms a first gear stage with the planet gears assigned to it, while the second central gear forms a second gear with the planet gears assigned to it
  • Gear stage forms.
  • the planet gears of both gear stages are rotatably connected to each other.
  • One of the gear stages is driven by the motor shaft of the electric motor via a sun gear.
  • Actuator an identical or a has opposite direction of rotation. Furthermore, a high reduction ratio of the known planetary gear combined with a corresponding efficiency results in self-locking, so that torque can be transmitted from the drive to the output, but not in the opposite direction from the output to the drive.
  • Such planetary gears are also known from VDI Reports 672, Association of German Engineers "Planetary Gears, a Powerful Component of Drive Technology", VDI Publishing House 1988. Pages 146, 147 in Fig. 2 and Fig. 3 show self-locking planetary gears and the conditions for self-locking are defined in section 3 on page 147.
  • the drive motor includes, for example, a direct current motor, an alternating current motor, direct drive motor or stepper motor, which works together with a high-reduction planetary gear.
  • the planetary gear is a friction planetary gear, in which the moments between the gear elements, the central gears and the planet gears are transmitted by friction.
  • the central wheels and the planet wheels are designed as rollers. Slip between the gear elements does not guarantee a clear assignment of the actuating movement on the drive to the actuating movement on the output.
  • the planetary gear which is compact and lightweight, is at least partially within a hollow cylindrical tube. Tor of the electric motor housed.
  • the rotor drives a sun gear of a first gear stage via a disk, the planet gears of which are in a non-positive connection with the sun gear and a first ring gear which is connected to the housing of the electric motor in a rotationally fixed manner.
  • a planet carrier, on which the planet gears of the first gear stage are rotatably mounted, is coupled to a further sun gear, which belongs to a second gear stage with corresponding planet gears and a second ring gear.
  • a second planet carrier, on which the planets of the second gear stage are rotatably mounted, is coupled to the output shaft of the actuator, while the planet gears are non-positively supported on the second ring gear fixed to the housing.
  • the planetary gear which can also be designed as a single-stage gear, has no self-locking.
  • an electric motor drives a windshield wiper via a planetary gear train.
  • the planetary gear has a high degree of efficiency, so that the electric motor has only a correspondingly low output, and a smaller electric motor is sufficient for most applications.
  • its outer contour which is essentially rotationally symmetrical, harmoniously adapts to the likewise rotationally symmetrical contours of the electric motor, so that a compact motor gear unit can be achieved together with the electric motor, which can even be accommodated in a limited installation space.
  • the required torque can be achieved by a suitable reduction of the planetary gear, it being advantageous, for example, in terms of good space utilization, that the planetary gear has at least two central wheels of the same type, ie ring gears or spur gears, a first of which is rotationally fixed to the housing of the Electric motor is connected, while a second is coupled to the output shaft.
  • the rotor of the electric motor drives a planet carrier, also known as a web, on which planet wheels are rotatably mounted, which mesh with the central wheels.
  • the central wheels it is possible for the central wheels to be externally toothed sun wheels.
  • the central wheels With regard to a high reduction ratio and good use of installation space, it is advantageous, however, for the central wheels to be designed as internally toothed ring gears.
  • Such a planetary gear can be accommodated in a space-saving manner in the hollow cylindrical rotor of the electric motor.
  • the planet carrier is arranged between the two ring gears, in that a wheel disk of the planet carrier is supported with a hub on the output shaft and has a cylindrical casing on the circumference. This axially at least partially overlaps the central wheels on the outer circumference. It is also firmly connected to the rotor of the electric motor, can be formed in one piece with it due to its spatial proximity and thus form a compact structural unit with it.
  • a planetary axis is rotatably mounted in the wheel disc, on which planet gears are firmly seated on both sides of the wheel disc.
  • Such a reduced coupling gear in planetary design has a high reduction ratio and, with a corresponding design of the self-locking.
  • Self-locking is guaranteed, for example, if the gear unit is a simple 3-shaft planetary gear unit with a driven planet carrier and a fixed sun gear (ring or spur gear), the housing and the output either both have internal or external teeth , because this creates different signs of the moments in the planetary axis - and the moments that act on the planetary axis from the output side when the drive is in motion, almost equalize or the moment acting counter to the direction of force is greater than the moment acting in force.
  • Gear stages formed planetary gears advantageously have a plurality of planet gears distributed over the circumference. This results in a power split within the transmission, so that the loads on the tooth meshes are distributed over several tooth meshes. Because of the reduced
  • the gear elements can be manufactured in an inexpensive injection molding process.
  • the drive forces and drive movements are transferred from the output shaft to a wiper shaft via a crank mechanism.
  • a crank mechanism In order to be able to arrange these as far as possible on the outside of a motor vehicle in a counter-rotating system with two electric motors, it is advantageous to mount the wiper shaft in the housing in the U-area of the electric motor.
  • Their axis of rotation can run parallel or inclined to the output shaft. Tilting the axis of rotation to the output shaft opens up numerous possibilities for making better use of the specified installation space.
  • the crank mechanism comprises a drive crank, which is firmly seated on the output shaft and is coupled by a rotary thrust joint to an output crank, which is connected to the wiper shaft in a rotationally fixed manner.
  • the output crank is articulated to the wiper shaft, with an articulated axis of the joint extending transversely to the axis of rotation of the wiper shaft and to the output crank.
  • the rotary thrust joint essentially consists of a sliding sleeve which slides in the longitudinal direction on the output crank and has joint pins on the outer circumference on which the drive crank is pivotably mounted.
  • the drive crank can consist of two parallel rockers or, at its end, which faces the sliding sleeve, can have a fork piece which is mounted on the articulated bolt.
  • the drive crank forms an angle ⁇ of 90 ° with the output crank. It is advantageous if the starting position or the reversing position of the wiper coincides with one of these positions. In this area, the crank gear produces the greatest torque on the wiper shaft due to its largest reduction, while at the same time the speed of rotation decreases towards the turning positions.
  • the 90 ° angle also means that on the one hand practically only tolerance in the wiper angle, which is dependent on the precision of the swivel joint, and, on the other hand, a geometric self-locking in the turning positions is achieved with a high efficiency of the transmission.
  • a torque exerted by the wiper shaft generates one due to the right angle
  • the two turning positions, the starting position and the reversing position form two rotation angle sectors of the output shaft, a first of which faces the wiper shaft, while a second lies diametrically opposite the output shaft.
  • a rotary motor can be used as the electric motor, in which the two rotation angle sectors are passed through one after the other during one revolution of the output shaft. Assuming the same speed of the electric motor, the first angle of rotation sector is traversed more quickly because of the smaller angle of rotation, so that a greater average speed of rotation occurs on the wiper shaft than when the second angle of rotation sector is passed through. At the same time, the torque generated on the wiper shaft is smaller in the first angle of rotation sector than in the second angle of rotation sector due to the effective levers of the crank mechanism.
  • This fact can be used in an advantageous manner by assigning the second angle of rotation sector, for example in the case of counter-rotating systems, to a downward thrust of the windshield wipers, which requires a greater torque due to the wind forces. If a reversing electric motor is used, it can be controlled in such a way that it constantly or only temporarily one of the two turning sectors works. This means that when there is a high torque requirement in the case of snow or a drying disc or when the vehicle is traveling at high speeds, the second rotation angle sector is used.
  • the first angle of rotation sector can be used advantageously in very cramped installation conditions, since it only requires a very short drive crank. It must only be so long that it does not slip out of the sliding sleeve in the start position or in the reverse position.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section along the line II-II in
  • FIG. 3 shows a schematic view according to an arrow III in FIG. 2
  • FIG. 4 shows a schematic partial view of a rotary thrust joint according to an arrow IV in FIG. 3
  • 5 shows a schematic partial view of a rotary thrust joint corresponding to an arrow V in FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a schematic partial view of a joint on a wiper shaft
  • FIG. 7 shows a schematic partial view of a joint according to an arrow VII in FIG. 6.
  • a drive 10 of a wiper system comprises at least one
  • Electric motor 12 preferably an electronically commutated DC motor.
  • each windshield wiper is assigned a separate electric motor 12, which is located near the outer boundary of a motor vehicle, not shown, just behind a so-called motor vehicle
  • the electric motor 12 has a stator 28 in which spaces 34 are provided for windings.
  • the windings are energized in the usual way via a control unit (not shown in any more detail) and generate a rotating magnetic field, by means of which a rotor 30 is driven.
  • This is rotatably mounted within the stator 28 in a housing 42 with a motor cover 54.
  • a gear transmission 14 is housed in a planetary construction, or planetary gear for short. It comprises a planet carrier 26, which has a jacket 38 and a wheel disk 40 and is rotatably mounted on an output shaft 32 by means of a hub 36.
  • the jacket 38 of the planet carrier 26 is rotatably connected to the rotor 30 and expediently forms a structural unit with the latter. It covers at least partially as-two central wheels 16, 18, which are of the same type, namely designed as ring gears.
  • a first central wheel 16 is connected in a rotationally fixed manner to the housing 42 of the electric motor 12 via the motor cover 54, while a second central wheel 18 is coupled to the output shaft 32.
  • planet gears 20 and 22 are rotatably supported by means of planet axes 24.
  • a planet gear 22 of the second gear stage is assigned to each of the planet gears 20 of the first gear stage.
  • the mutually assigned planet gears 20, 22 are connected to one another in a rotationally fixed manner via the planet axes 24.
  • the reduction ratios of the two gear stages differ slightly in that the two central gears 16, 18 and / or the associated planet gears 20, 22 have different numbers of teeth, so that overall a high reduction ratio of the planetary gear 14 results.
  • the rotor 30 of the electric motor 12 drives the planet carrier 26 of the planetary gear 14, the planet gears 20 rolling in the fixed first central gear 16 and thereby driving the planet gears 22. These in turn drive the second central wheel 18, which is non-rotatably connected to the output shaft 32.
  • the second central wheel 18 can be fixedly connected to the housing 42, while the first Central wheel 16 sits non-rotatably on the output shaft 32.
  • the gear ratios of the gear stages By appropriately selecting the gear ratios of the gear stages, the overall gear ratio of the planetary gear 14 can be varied within wide limits without the efficiency of the planetary gear 14 being significantly impaired or the self-locking being lost.
  • a wiper shaft 50 is rotatably mounted in the housing 42, the free end of which protrudes outward beyond the motor cover 54.
  • the wiper shaft 50 on which a windshield wiper (not shown in more detail) is fastened, is coupled to the output shaft 32 by a crank mechanism 44.
  • the crank mechanism 44 essentially consists of a drive crank 46, which is non-rotatably connected to the output shaft 32, and an output crank 48, which is non-rotatably connected to the wiper shaft 50.
  • the drive crank 46 connects the drive crank 46 to the driven crank 48 by a sliding sleeve 64 sliding in the longitudinal direction on the driven crank 48 and having on its outer circumference pivot pins 66, via which the drive crank 46 is articulated by means of a fork piece 68.
  • the drive crank 46 can have two rockers running parallel to one another.
  • the output crank 48 pivots from a starting position 60 to a reversing position 62 and back again.
  • a windshield wiper (not shown), which is connected in a rotationally fixed manner to the wiper shaft 50, swivels over a wiping field of a vehicle window.
  • the starting position 60 and the reversing position 62 are advantageously placed in the range of an angle of rotation of the output shaft 32, in that the drive crank 46 with the output crank 48 assume an angle ⁇ of approximately 90 °. It is thereby achieved that the reduction increases sharply towards the starting position 60 and the reversing position 62, while the angular velocity of the wiper shaft 50 decreases accordingly.
  • the tolerance in the wiper angle in the turning positions 60, 62 is only dependent on the precision of the sliding joint.
  • the right angle ⁇ in these turning positions 60, 62 results in a geometric self-locking.
  • the starting position 60 and the reversing position 62 subdivide the entire rotation angle of 360 ° into two rotation angle sectors 56 and 58, of which the smaller rotation angle sector 56 faces the wiper shaft 50, while the larger rotation angle sector 58 essentially diametrically to the output shaft 32 with respect to the rotation angle sector 56 lies. Due to the lower angle of rotation of the angle of rotation sector 56 compared to the angle of rotation sector 58, given the same angle of rotation speed of the output shaft 32 on the wiper shaft 50, greater angle of rotation speeds result for the angle of rotation sector 56 than for the second angle of rotation sector 58 , so that a greater torque is generated on the wiper shaft 50 in the sector 58.
  • the sector 56 in counter-rotating systems for the upward movement of the windshield wiper, while for the downward movement, in which the wind forces generate a higher section modulus, the larger torque of the second angle of rotation sector 58 can be advantageously used.
  • the first angle of rotation sector 56 is advantageously used for installation in very confined installation spaces, since the output crank 48 can be shortened to such an extent that in the end positions, namely the starting position 60 and reversing position 62, it does not move out of the Rotary slide joint 52 slips out.
  • the second angle of rotation sector 58 is expediently used during this operating time. This can easily be controlled in the desired manner by means of suitable control devices and sensors.
  • the wiper shaft 50 is inclined to the output shaft 32. So that the output crank 48 can freely follow the movement of the drive crank 46, it is articulated with a joint 70 on the wiper shaft 50, an articulated axis 72 of the joint 70 extending transversely to the axis of rotation 74 of the wiper shaft 50 and transversely to the output crank 48. As a result, the free end of the wiper shaft 50, on which the windshield wiper sits, can assume extreme positions on the vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht von, einem Antrieb (10) einer Wischeranlage mit mindestens einem Elektromotor (12) aus, der über ein Getriebe (14) mit einer grossen Untersetzung über eine Abtriebswelle (32) und ein Kurbelgetriebe (44) einen Scheibenwischer antreibt. Es wird vorgeschlagen, dass das Getriebe (14) ein Zahnradgetriebe in Planetenbauweise mit mindestens einer Getriebestufe ist. Von der Abtriebswelle werden die Antriebkräfte und Antriebsbewegungen über ein Kurbelgetriebe auf eine Wischerwelle übertragen. Die Wischerwelle ist im Umfangsbereich des Elektromotors im Gehäuse drehbar gelagert.

Description

Antrieb einer Wischeranlage
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Antrieb einer Wischeranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Wegen der beengten Platzverhältnisse direkt hinter einer Spritzwand eines Kraftfahrzeugs ist man bestrebt, Wischeranlagen mit einem kleinstmöglichen Platzbedarf zu konstruieren. Dies ist besonders schwer bei Gegenlaufanlagen zu erreichen, bei denen die Wischerwellen an äußeren Seiten des Kraftfahrzeugs liegen, auf denen Wischarme befestigt sind. Aus diesem Grund wird versucht, kompakte Antriebe für Wischeranlagen zu konstruieren, die jeweils einen Wischarm antreiben. Um das notwendige Drehmoment zu erzeugen, werden bisher Elektromotoren in Verbindung mit kleinen Kurbelgetrieben und/oder Schneckengetrieben eingesetzt. Ziel ist es z.B. einen Antrieb mit einem Bauvolumen von ungefähr 500 cm3 zu schaffen, wobei am Abtrieb 60 Zyklen pro Sekunde und ein Abtriebsmoment von 35 Nm erzeugt werden müssen. Ferner ist eine Winkelgenauig- keit an der Wischerwelle von weniger als einem halben Prozent anzustreben.
Aus der DE 100 03 350 A 1 ist eine Versteilvorrichtung zum Verstellen eines zweiten Teiles gegenüber einem ersten Teil bekannt, insbesondere zum Verstellen von Gelenkteilen, wie z.B. Robotergelenkteilen. Die Vorrichtung umfasst einen E- lektromotor, z.B. einen schnell laufenden Elektromotor kleiner Baugröße mit einem geringen Drehmoment, der über ein Pla- netengetriebe mit einer hohen Untersetzung das erste Bauteil relativ zum zweiten Bauteil verstellt. Das Planetengetriebe ist als ein reduziertes Koppelgetriebe ausgebildet, das auch kurz Wolfrom-Getriebe genannt wird. Es besitzt zwei Zentralräder, die als Hohlräder mit Innenverzahnungen ausgebildet sind, und jeweils mit Planetenrädern mit entsprechenden Außenverzahnungen kämmen. Ein Zentralrad ist mit dem ersten Bauteil fest verbunden, während das andere Zentralrad mit dem zweiten Bauteil fest verbunden und relativ zum ersten Zentralrad drehbar gelagert ist. In der Regel ist das erste Bau- teil ortsfest, indem es beispielsweise mit einem Gehäuseteil des Elektromotors verbunden ist.
Das erste Zentralrad bildet mit den ihm zugeordneten Planetenrädern eine erste Getriebestufe, während das zweite Zent- ralrad mit den ihm zugeordneten Planetenrädern eine zweite
Getriebestufe bildet. Die Planetenräder beider Getriebestufen sind jeweils drehfest miteinander verbunden. Eine der Getriebestufen wird von der Motorwelle des Elektromotors über ein Sonnenrad angetrieben. Durch die Wahl der Übersetzungen der Getriebestufen kann erreicht werden, dass der Abtrieb des
Stellantriebs relativ zum Antrieb eine gleiche oder eine ent- gegengesetzte Drehrichtung aufweist. Ferner ergibt sich aus einer hohen Untersetzung des bekannten Planetengetriebes verbunden mit einem entsprechenden Wirkungsgrad eine Selbsthemmung, so dass zwar vom Antrieb zum Abtrieb ein Drehmoment ü- bertragen werden kann, jedoch nicht in umgekehrter Richtung vom Abtrieb zum Antrieb hin.
Solche Planetengetriebe sind ferner aus VDI-Berichte 672, Verein deutscher Ingenieure „Planetengetriebe, eine leis- tungsfähige Komponente der Antriebstechnik", VDI-Verlag 1988, bekannt. Auf den Seiten 146, 147 sind in Bild 2 und Bild 3 . selbsthemmungsfähige Planetengetriebe gezeigt und unter Ziffer 3 auf Seite 147 die Bedingungen für eine Selbsthemmung definiert .
Aus der US 4 918 344 ist ferner ein langsam laufender Servoantrieb für Roboter und ähnlich automatisch steuerbare Maschinen bekannt. Der Antriebsmotor umfasst beispielsweise einen Gleichstrommotor, einen Wechselstrommotor, Direktan- triebsmotor oder Schrittmotor, der mit einem hoch untersetzenden Planetengetriebe zusammenarbeitet. Das Planetengetriebe ist ein Reibungsplanetengetriebe, bei dem die Momente zwischen den Getriebeelementen, den Zentralrädern und den Planetenrädern kraftschlüssig durch Reibung übertragen werden. Die Zentralräder und die Planetenräder sind als Rollen ausgebildet. Durch Schlupf zwischen den Getriebeelementen ist eine eindeutige Zuordnung der Stellbewegung am Antrieb zur Stellbewegung am Abtrieb nicht gewährleistet.
Das Planetengetriebe, das kompakt und leicht gestaltet ist, ist zumindest teilweise innerhalb eines hohlzylindrischen Ro- tors des Elektromotors untergebracht . Der Rotor treibt über eine Scheibe ein Sonnenrad einer ersten Getriebestufe an, deren Planetenräder in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Sonnenrad und einem ersten Hohlrad stehen, das mit dem Gehäuse des Elektromotors drehfest verbunden ist. Ein Planetenträger, an dem die Planetenräder der ersten Getriebestufe drehbar gelagert sind, ist mit einem weiteren Sonnenrad gekoppelt, das mit entsprechenden Planetenrädern und einem zweiten Hohlrad zu einer zweiten Getriebestufe gehört . Ein zweiter Planeten- träger, an dem die Planeten der zweiten Getriebestufe drehbar gelagert sind, ist mit der Abtriebswelle des Stellantriebs gekoppelt, während die Planetenräder sich kraftschlüssig an dem zweiten gehäusefesten Hohlrad abstützen. Das Planetengetriebe, das auch als einstufiges Getriebe ausgebildet sein kann, besitzt keine Selbsthemmung.
Vorteile der Erfindung
Nach der Erfindung treibt ein Elektromotor einen Scheibenwi- scher über ein Zahnradgetriebe in Planetenbauweise an. Das Planetengetriebe besitzt einen hohen Wirkungsgrad, so dass der Elektromotor nur eine entsprechend geringe Leistung aufzubringen hat, und für die meisten Anwendungsfälle ein kleinerer Elektromotor ausreicht. Ferner passt es sich in seiner äußeren Kontur, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, den ebenfalls rotationssymmetrischen Konturen des Elektromotors harmonisch an, so dass sich zusammen mit dem Elektromotor eine kompakte Motorgetriebeeinheit erreichen lässt, die selbst in einem begrenzten Bauraum Platz findet. Das erforderliche Drehmoment kann man durch eine geeignete Untersetzung des Planetengetriebes erreichen, wobei es in Bezug auf eine gute Bauraumausnutzung beispielsweise vorteilhaft ist, dass das Planetengetriebe mindestens zwei gleichar- tige Zentralräder aufweist, d.h. Hohlräder oder Stirnräder, von denen ein erstes drehfest mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist, während ein zweites mit der Abtriebswelle gekoppelt ist. Der Rotor des Elektromotors treibt dabei einen auch als Steg bezeichneten Planetenträger an, an dem Plane- tenräder drehbar gelagert sind, die mit den Zentralrädern kämmen. Grundsätzlich ist es möglich, dass die Zentralräder außen verzahnte Sonnenräder sind. In Bezug auf eine hohe Untersetzung und eine gute Bauraumausnutzung ist es jedoch vorteilhaft, dass die Zentralräder als innen verzahnte Hohlräder ausgebildet sind.
Ein solches Planetengetriebe kann platzsparend im hohlzylind- rischen Rotor des Elektromotors untergebracht werden. Hierzu wird der Planetenträger zwischen den beiden Hohlrädern ange- ordnet, indem eine Radscheibe des Planetenträgers mit einer Nabe auf der Abtriebswelle gelagert ist und am Umfang einen zylindrischen Mantel aufweist. Dieser überlappt die Zentralräder am äußeren Umfang axial zumindest teilweise. Er ist außerdem mit dem Rotor des Elektromotors fest verbunden, kann mit diesem auf Grund seiner räumlichen Nähe einstückig ausgebildet werden und so mit ihm eine kompakte Baueinheit bilden. Zwischen der Nabe und dem Mantel ist in der Radscheibe eine Planetenachse drehbar gelagert, auf der zu beiden Seiten der Radscheibe Planetenräder fest sitzen. Ein solches reduziertes Koppelgetriebe in Planetenbauweise besitzt eine hohe Untersetzung und weist bei einer entsprechenden Auslegung der Un- tersetzungen eine Selbsthemmung auf. Die Selbsthemmung ist beispielsweise gewährleistet, wenn das Getriebe ein einfaches 3-Wellen-Planetengetriebe mit angetriebenem Planetenträger und einem festgehaltenen Son- nenrad (Hohl- oder Stirnrad) ist, das Gehäuse und der Abtrieb entweder beide eine Innen- o- der beide eine Außenverzahnung aufweisen, weil dadurch unterschiedliche Vorzeichen der Momente in der Planetenachse erzeugt werden, - und die Momente, die beim Antrieb von der Abtriebsseite her auf die Planetenachse wirken, sich nahezu ausgleichen bzw. das entgegen der Kraftrichtung wirkende Moment größer als das in Kraftwirkung wirkende Moment ist.
Die von den Hohlrädern in Verbindung mit den zugeordneten
Planetenrädern gebildeten Getriebestufen besitzen zweckmäßigerweise mehrere über den Umfang verteilte Planetenräder. Dadurch ergibt sich innerhalb des Getriebes eine Leistungsverzweigung, so dass sich die Belastungen an den Zahneingriffen auf mehrere Zahneingriffe verteilen. Wegen der reduzierten
Belastung je Zahneingriff können für das Planetengetriebe weniger feste Werkstoffe eingesetzt werden, z.B. Kunststoffe. Dadurch können die Getriebeelemente in einem preisgünstigen Spritzgussverfahren gefertigt werden.
Von der Abtriebswelle werden die Antriebskräfte und Antriebsbewegungen über ein Kurbelgetriebe auf eine Wischerwelle ü- bertragen. Um diese bei einer Gegenlaufanläge mit zwei Elektromotoren möglichst weit an die Außenseiten eines Kraftfahr- zeugs anordnen zu können, ist es vorteilhaft, die Wischerwelle im U fangsbereich des Elektromotors im Gehäuse zu lagern. Ihre Drehachse kann dabei parallel oder geneigt zur Abtriebswelle verlaufen. Durch eine Neigung der Drehachse zur Abtriebswelle eröffnen sich zahlreiche Möglichkeiten, den vorgegebenen Bauraum noch besser zu nutzen.
Das Kurbelgetriebe umfasst eine Antriebskurbel, die fest auf der Abtriebswelle sitzt und durch ein Drehschubgelenk mit einer Abtriebskurbel gekoppelt ist, die drehfest mit der Wischerwelle verbunden ist. Im Falle, dass die Wischerwelle ge- neigt zur Abtriebswelle verläuft, ist die Abtriebskurbel an der Wischerwelle angelenkt, wobei eine Gelenkachse des Gelenks quer zur Drehachse der Wischerwelle und zur Abtriebskurbel verläuft . Das Drehschubgelenk besteht im Wesentlichen aus einer Schiebehülse, die auf der Abtriebskurbel in Längs- richtung gleitet und am äußeren Umfang Gelenkbolzen aufweist, an denen die Antriebskurbel schwenkbar gelagert ist. Hierzu kann die Antriebskurbel aus zwei parallel verlaufenden Schwingen bestehen oder an ihrem Ende, das der Schiebehülse zugewandt ist, ein Gabelstück besitzen, das auf dem Gelenk- bolzen gelagert ist.
Bei einer Umdrehung der Abtriebswelle ergeben sich zwei Positionen, in denen die Antriebskurbel mit der Abtriebskurbel einen Winkel φ von 90° einschließt. Es ist vorteilhaft, wenn die Startposition bzw. die Umkehrposition des Scheibenwischers mit jeweils einer dieser genannten Positionen zusammenfällt. In diesem Bereich erzeugt das Kurbelgetriebe auf Grund seiner größten Untersetzung das größte Drehmoment an der Wischerwelle, während gleichzeitig die Drehgeschwindig- keit zu den Wendelagen hin abnimmt. Durch den 90° Winkel wird ferner erreicht, dass zum einen eine praktisch nur noch von der Präzision des Drehschubgelenks abhängige Toleranz im Wischerwinkel erzeugt wird, und zum anderen eine geometrische Selbsthemmung in den Wendelagen bei einem hohen Wirkungsgrad des Getriebes erzielt wird. Ein von der Wischerwelle ausgeüb- tes Drehmoment erzeugt auf Grund des rechten Winkels eine
Kraft in Längsrichtung der Antriebskurbel, die durch die Lagerung der Abtriebswelle im Gehäuse abgestützt wird und somit kein Drehmoment an der Abtriebswelle erzeugt. Durch die zwei Wendelagen, die Startposition und die Umkehr- position, werden zwei DrehwinkelSektoren der Abtriebswelle gebildet, von denen ein erster der Wischerwelle zugewandt ist, während ein zweiter diametral zur Abtriebswelle gegenüber liegt. Grundsätzlich kann als Elektromotor ein Rundläufermotor eingesetzt werden, bei dem während einer Umdrehung der Abtriebswelle die beiden Drehwinkelsektoren nacheinander durchfahren werden. Unter der Annahme einer gleichen Drehzahl des Elektromotors wird der erste Drehwinkelsektor auf Grund des geringeren Drehwinkels schneller durchfahren, so dass sich an der Wischerwelle eine größere durchschnittliche Dreh- geschwind!gkeit einstellt als beim Durchfahren des zweiten Drehwinkelsektors. Gleichzeitig ist das an der Wischerwelle erzeugte Drehmoment auf Grund der wirksamen Hebel des Kurbelgetriebes im ersten Drehwinkelsektor kleiner als im zweiten Drehwinkelsektor .
Diesen Umstand kann man in vorteilhafter Weise dadurch nutzen, dass man den zweiten Drehwinkelsektor z.B. bei Gegenlaufanlagen, einem Abwärtsschub der Scheibenwischer zuordnet, der wegen der Windkräfte ein größeres Drehmoment erfordert . Setzt man einen reversierenden Elektromotor ein, kann dieser so gesteuert werden, dass er ständig oder nur zeitweise in einem der beiden Drehwechselsektoren arbeitet. Hierdurch erreicht man, dass man bei einer hohen Drehmomentanforderung bei Schnee oder einer abtrocknenden Scheibe oder bei hohen Fahrgeschwindigkeiten im zweiten Drehwinkelsektor arbeitet. Der erste Drehwinkelsektor kann in vorteilhafter Weise bei sehr beengten Einbauverhältnissen verwendet werden, da er nur eine sehr kurze Antriebskurbel erfordert. Sie uss nur so lang sein, dass sie in der Startposition bzw. in der Umkehrposition nicht aus der Schiebehülse herausrutscht.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe- Schreibung. 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 zusammen- fassen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt entsprechend der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend der Linie II-II in
Fig. 1. Fig. 3 eine schematische Ansicht entsprechend eines Pfeils III in Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Teilansicht eines Drehschubgelenks entsprechend eines Pfeils IV in Fig. 3, Fig. 5 eine schematische Teilansicht eines Drehschubgelenks entsprechend eines Pfeils V in Fig. 4,
Fig. 6 eine schematische Teilansicht eines Gelenks an einer Wischerwelle und Fig. 7 eine schematische Teilansicht eines Gelenks entsprechend eines Pfeils VII in Fig. 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Antrieb 10 einer Wischeranlage umfasst mindestens einen
Elektromotor 12, vorzugsweise einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor. Bei Zweimotoren-Gegenlaufanlagen wird jedem Scheibenwischer ein separater Elektromotor 12 zugeordnet, die in der Nähe der äußeren Begrenzung eines nicht näher darge- stellten Kraftfahrzeugs kurz hinter einer so genannten
Spritzwand angeordnet sind. Der Elektromotor 12 besitzt einen Stator 28, in dem Räume 34 für Wicklungen vorgesehen sind. Die Wicklungen werden in üblicher Weise über eine nicht näher dargestellte Steuereinheit bestromt und erzeugen ein rotie- rendes Magnetfeld, durch das ein Rotor 30 angetrieben wird. Dieser ist innerhalb des Stators 28 drehbar in einem Gehäuse 42 mit einem Motordeckel 54 gelagert.
Im Inneren des im Wesentlichen hohlzylindrischen Rotors 30 ist ein Zahnradgetriebe 14 in Planetenbauweise untergebracht, kurz Planetengetriebe genannt. Es umfasst einen Planetenträger 26, der einen Mantel 38 und eine Radscheibe 40 aufweist und mittels einer Nabe 36 auf einer Abtriebswelle 32 drehbar gelagert ist. Der Mantel 38 des Planetenträgers 26 ist dreh- fest mit dem Rotor 30 verbunden und bildet mit diesem zweckmäßigerweise eine Baueinheit. Er überdeckt mindestens teil- weise -zwei Zentralräder 16, 18, die gleichartig, nämlich als Hohlräder ausgebildet sind. Ein erstes Zentralrad 16 ist über den Motordeckel 54 mit dem Gehäuse 42 des Elektromotors 12 drehfest verbunden, während ein zweites Zentralrad 18 mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt ist.
Zu beiden Seiten des Planetenträgers 26 sind Planetenräder 20 und 22 mittels Planetenachsen 24 drehbar gelagert. Die Planetenräder 20, von denen jeweils vier auf dem Umfang verteilt sind, bilden mit dem ersten Zentralrad 16 eine erste Getriebestufe, während die Planetenräder 22 in gleicher Weise mit dem zweiten Zentralrad 18 eine zweite Getriebestufe bilden. Den Planetenrädern 20 der ersten Getriebestufe ist jeweils ein Planetenrad 22 der zweiten Getriebestufe zugeordnet. Die einander zugeordneten Planetenräder 20, 22 sind über die Planetenachsen 24 drehfest miteinander verbunden. Die Untersetzungen der beiden Getriebestufen unterscheiden sich geringfügig, indem die beiden Zentralräder 16, 18 und/oder die zugehörigen Planetenräder 20, 22 unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, so dass sich insgesamt eine hohe Untersetzung des Planetengetriebes 14 ergibt.
Der Rotor 30 des Elektromotors 12 treibt den Planetenträger 26 des Planetengetriebes 14 an, wobei die Planetenräder 20 im feststehenden, ersten Zentralrad 16 abwälzen und dabei die Planetenräder 22 antreiben. Diese treiben ihrerseits das zweite Zentralrad 18 an, das drehfest mit der Abtriebswelle 32 verbunden ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das zweite Zentralrad 18 mit dem Gehäuse 42 fest verbunden ist, während das erste Zentralrad 16 drehfest auf der Abtriebswelle 32 sitzt. Durch eine entsprechende Auswahl der Untersetzungen der Getriebestufen kann die Gesamtuntersetzung des Planetengetriebes 14 in weiten Grenzen variiert werden, ohne das der Wirkungsgrad des Planetengetriebes 14 nennenswert verschlechtert wird oder die Selbsthemmung verloren geht .
Im Umfangsbereich des Antriebs 10 ist im Gehäuse 42 eine Wischerwelle 50 drehbar gelagert, deren freies Ende über den Motordeckel 54 nach außen vorsteht. Die Wischerwelle 50, auf der ein nicht näher dargestellter Scheibenwischer befestigt ist, ist durch ein Kurbelgetriebe 44 mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt. Das Kurbelgetriebe 44 besteht im Wesentlichen aus einer Antriebskurbel 46, die mit der Abtriebswelle 32 drehfest verbunden ist, und einer Abtriebskurbel 48, die mit der Wischerwelle 50 drehfest verbunden ist. Ein Drehschubgelenk
52 verbindet die Antriebskurbel 46 mit der Abtriebskurbel 48, indem eine Schiebehülse 64 in Längsrichtung auf der Abtriebskurbel 48 gleitet und an ihrem äußeren Umfang Gelenkbolzen 66 aufweist, über die mittels eines Gabelstücks 68 die Antriebs- kurbel 46 angelenkt ist. Anstelle des Gabelstücks 68 kann die Antriebskurbel 46 zwei parallel zu einander verlaufende Schwingen aufweisen.
Bei einer Umdrehung der Abtriebswelle 32 schwenkt die Ab- triebskurbel 48 von einer Startposition 60 zu einer Umkehrposition 62 und wieder zurück. Dabei schwenkt ein nicht dargestellter Scheibenwischer, der drehfest mit der Wischerwelle 50 verbunden ist über ein Wischfeld einer Fahrzeugscheibe. In vorteilhafter Weise sind die Startposition 60 und die Umkehr- position 62 in den Bereich eines Drehwinkels der Abtriebswelle 32 gelegt, indem die Antriebskurbel 46 mit der Abtriebs- kurbel 48 einen Winkel φ von ungefähr 90° einnehmen. Dadurch wird erreicht, dass zur Startposition 60 und zur Umkehrposition 62 hin die Untersetzung stark zunimmt, während die Drehwinkelgeschwindigkeit der Wischerwelle 50 entsprechend ab- nimmt. Gleichzeitig ist in den Wendelagen 60, 62 die Toleranz im Wischerwinkel nur noch von der Präzision des Schubgelenks abhängig. Außerdem ergibt sich durch den rechten Winkel φ in diesen Wendelagen 60, 62 eine geometrische Selbsthemmung.
Die Startposition 60 und die Umkehrposition 62 unterteilen den gesamten Drehwinkel von 360° in zwei Drehwinkelsektoren 56 und 58, von denen der kleinere Drehwinkelsektor 56 der Wischerwelle 50 zugewandt ist, während der größere Drehwinkelsektor 58 im Wesentlichen diametral zur Abtriebswelle 32 ge- genüber dem Drehwinkelsektor 56 liegt. Auf Grund des geringeren Drehwinkels des DrehwinkelSektors 56 gegenüber dem Drehwinkelsektor 58 ergeben sich bei gleicher Drehwinkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle 32 an der Wischerwelle 50 für den Drehwinkelsektor 56 größere Drehwinkelgeschwindigkeiten als für den zweiten Drehwinkelsektor 58. Andererseits ist im zweiten Drehwinkelsektor 58 die mittlere Untersetzung des Kurbelgetriebes 44 größer, so dass an der Wischerwelle 50 im Sektor 58 ein größeres Drehmoment erzeugt wird.
Es ist daher zweckmäßig, den Sektor 56 bei Gegenlaufanlagen für die Aufwärtsbewegung des Scheibenwischers zu nutzen, während für die Abwärtsbewegung, bei der die Windkräfte ein höheres Widerstandsmoment erzeugen, das größere Drehmoment des zweiten Drehwinkelsektors 58 vorteilhaft genutzt werden kann. Beim Einsatz von reversierenden Elektromotoren 12 wird vorteilhaft für den Einbau in sehr beengte Bauräume ausschließlich der erste Drehwinkelsektor 56 genutzt, da hierbei die Abtriebskurbel 48 so weit gekürzt werden kann, dass sie in den Endlagen, nämlich der Startposition 60 und Umkehrposition 62 , nicht aus dem Drehschubgelenk 52 herausrutscht . Werden zeitweise hohe Antriebsmomente verlangt, z.B. bei Schnee, hohen Fahrgeschwindigkeiten oder einer abtrocknenden Fahrzeugscheibe, wird zweckmäßigerweise während dieser Betriebszeit ausschließlich der zweite Drehwinkelsektor 58 genutzt. Dies lässt sich durch geeignete Steuereinrichtungen und Sensoren in der gewünschten Weise leicht steuern.
Um den zur Verfügung zu stehenden Bauraum noch besser nutzen zu können, kann es zweckmäßig sein, dass entsprechend den Ausführungen nach Fig. 6 und 7 die Wischerwelle 50 zur Abtriebswelle 32 geneigt verläuft. Damit die Abtriebskurbel 48 zwangfrei der Bewegung der Antriebskurbel 46 folgen kann, ist sie mit einem Gelenk 70 an der Wischerwelle 50 angelenkt, wo- bei eine Gelenkachse 72 des Gelenks 70 quer zur Drehachse 74 der Wischerwelle 50 und quer zur Abtriebskurbel 48 verläuft. Dadurch kann das freie Ende der Wischerwelle 50, auf dem der Scheibenwischer sitzt, extreme Positionen am Fahrzeug einnehmen.

Claims

Patentansprüche
1. Antrieb (10) einer Wischeranlage mit mindestens einem
Elektromotor (12) , der über ein Getriebe (14) mit einer großen Untersetzung über eine Abtriebswelle (32) und ein Kurbelgetriebe (44) einen Scheibenwischer antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (14) ein Zahnradgetriebe in Pla- netenbauweise mit mindestens einer Getriebestufe ist.
2. Antrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (14) mindestens zwei Zentralräder (16, 18) aufweist, von denen ein erstes drehfest mit einem Gehäuse (42) des Elektromotors (12) verbunden ist, während ein zweites Zentralrad (18) mit der Abtriebswelle (32) gekoppelt ist, und dass ein Rotor (30) des Elektromotors (12) einen Planetenträger (26) antreibt, an dem Planetenräder (20, 22) drehbar gelagert sind, die mit den Zentralrädern (16, 18) kämmen.
3. Antrieb (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (14) mindestens teilweise in dem hohlzylindrischen Rotor (30) des Elektromotors (12) unterge- bracht ist.
4. Antrieb (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zentralräder (16, 18) Hohlräder sind, zwischen denen eine Radscheibe (40) des Planetenträgers (26) angeordnet ist, die mit einer Nabe (36) auf der Abtriebswelle (32) gelagert ist und am äußeren Umfang einen zylindrischen Mantel (38) aufweist, der mit dem Rotor (30) des Elektromotors (12) fest verbunden ist, und dass jeweils ein Planetenrad (20) , das dem ersten Zentralrad (16) zugeordnet ist, mit einem Planetenrad (22) drehfest verbunden ist, das dem zwei- ten Zentralrad (18) zugeordnet ist, wobei die durch die Zentralräder (16, 18) und die Planetenräder (20, 22) gebildeten Getriebestufen eine unterschiedliche Untersetzung haben.
5. Antrieb (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (38) die Zentralräder (16, 18) außen mindestens teilweise axial überlappt.
6. Antrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungen der Getriebe- stufen so gewählt sind, dass das Planetengetriebe (14) Selbsthemmung aufweist.
7. Antrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Zentralrä- der (16, 18), der Planetenräder (20, 22) und/oder der Planetenträger (26) aus Kunststoff hergestellt sind.
8. Antrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Umfangsbereich des Elektromo- tors (12) eine Wischerwelle (50) im Gehäuse (42) drehbar gelagert ist, die über einen Motordeckel (54) nach außen vor- steht, und dass eine mit der Abtriebswelle (32) drehfest verbundene Antriebskurbel (46) und eine mit der Wischerwelle (50) drehfest verbundene Abtriebskurbel (48) durch ein Drehschubgelenk (52) miteinander gekoppelt sind.
9. Antrieb (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschubgelenk (52) eine Schiebehülse (64) umfasst, die an der Antriebskurbel (46) angelenkt ist und auf der Abtriebskurbel (48) gleitet.
10. Antrieb (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskurbel (46) und die Abtriebskurbel (48) in einer Startposition (60) und/oder Umkehrposition (62) einen Winkel (φ) einschließen, der annä- hernd 90° beträgt.
11. Antrieb (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) ein reversierender Motor ist, der in zwei DrehwinkelSektoren (56, 58) betrieben werden kann, von denen ein erster Drehwinkelsektor (56) der Wischerwelle (50) zugewandt ist, während der zweite Drehwinkelsektor (58) etwa diametral zum ersten Drehwinkelsektor (56) liegt.
12. Antrieb (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) bei hohen Drehmomentanforderungen nur im zweiten Drehwinkelsektor (58) betrieben wird.
13. Antrieb (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) nur im ersten Drehwinkelsektor
(56) betrieben wird und die Abtriebskurbel (48) so kurz ist, dass sie in der Startposition (60) bzw. in der Umkehrposition (62) nicht aus der Schiebehülse (64) herausrutscht.
14. Antrieb (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wischerwelle (50) geneigt zur Abtriebswelle (32) verläuft und durch ein Gelenk (70) mit der Abtriebskurbel (48) verbunden ist, dessen Gelenkachse (72) quer zu einer Drehachse (74) der Wischerwelle (50) und zur Abtriebskurbel (48) verläuft.
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