Fortschritte im Automobilbau
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Abstrakt

Dynamische Modellierung und Simulation des Scheibenwischermechanismus

Amit Nemade1 und RZ Deshmukh

Die große Windschutzscheibenoberfläche eines Autos muss für eine gute Sicht gereinigt werden. Der von einem Elektromotor angetriebene Wischerarmmechanismus eignet sich gut zum Reinigen der großen Oberfläche der Windschutzscheibe. Die meisten Wischermechanismen verwenden für die Funktion einen einfachen Viergelenkmechanismus oder Parallelogrammmechanismus, bei dem die Kraft von einem Elektromotor auf die Wurzeln der Wischerarme übertragen wird und so die Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umgewandelt wird. Die vorliegende Arbeit versucht, das dynamische Verhalten eines Tandemwischermechanismus zu simulieren und zu analysieren. Dazu werden die Softwarepakete CATIA V5R20 zur Modellierung und ANSYS zur Analyse verwendet, wobei der Mechanismus als Mehrkörpersystem betrachtet wird. Die Arbeit präsentiert auch die Verteilung der äquivalenten Spannung in den Koppelgestängen und Gelenken des Mechanismus, um den wahrscheinlichen Ausfallbereich vorherzusagen.
Der Wischermechanismus wurde entwickelt, um Wasser oder Staub von der Windschutzscheibe eines Autos zu entfernen. Zu den weit verbreiteten Wischermechanismussystemen zählen Tandemsysteme, Gegensysteme, Einarmsysteme und Fahrerpositionssysteme. Der Tandemwischermechanismus arbeitet nach dem Parallelogrammprinzip mit zwei Wischern. einer wird zum Reinigen der Windschutzscheibe auf der Fahrerseite verwendet, der andere zum Reinigen der Beifahrerseite. Die Hin- und Herbewegung des Scheibenwischers wird normalerweise von einem Elektromotor angetrieben. Der Mechanismus besteht hauptsächlich aus der Antriebseinheit, einem elektrischen Getriebemotor, dem Verbindungsmechanismus, den Wischerarmen und den Gummiblättern. Ein Elektromotor ist mit einem Schneckengetriebe ausgestattet, das die Drehzahl des Motors reduziert und das Antriebsdrehmoment erheblich erhöht. Das Untersetzungsgetriebe erzeugt ein ausreichendes Antriebsdrehmoment zum Betreiben der Wischerarme. Die Abtriebswelle des Motors ist mit dem Antriebsglied gekoppelt, das wiederum die Kupplungsglieder antreibt und die Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt. Die Kraft vom Motor auf das Kupplungsglied dreht die Wischerarme über die Drehzapfen. Die Gummiblätter werden vom Wischer über eine Reihe von Druckpunkten, auch „Klauen“ genannt, gehalten. Die Klauen gewährleisten eine gleichmäßige Druckverteilung auf der Windschutzscheibe über die gesamte Länge des Blattes, was die Reibung zwischen Gummi und Glas sicherstellt. Der Wischer kann sich um den Drehpunkt drehen und der Federmechanismus zwischen dem Drehpunkt und der Antriebsverbindung sorgt dafür, dass der Wischerarm dicht an der Windschutzscheibe zum Stillstand kommt.
Die gesamte Baugruppe aus Motor, Kurbel (Antriebsglied), Koppelglied und Drehzapfen ist starr unter dem Armaturenbrett befestigt. Einige Hersteller produzieren zwei unterschiedliche Baugruppen aus Wischer und Wischermechanismus, während andere eine komplette Baugruppe aus beidem zusammen mit dem Motor fertigen. Die gesamte Baugruppe besteht aus verschiedenen Teilen und besteht aus unterschiedlichen Materialien. Die Kurbel (Antriebsglied) und die Koppelgestänge bestehen aus verzinktem Stahl; die Zinkbeschichtung schützt den Stahl vor Korrosion. Der Drehzapfen, der die Kraft vom Verbindungsmechanismus auf den Wischerarm überträgt, besteht ebenfalls aus verzinktem Stahl. Der Wischerarm besteht aus einer Aluminiumlegierung und der Gummi besteht aus Naturkautschuk, der an der Wischkante ziemlich weich und am übrigen Halteteil hart ist. Die anderen Teile, einschließlich Federn, Muttern, Schrauben und Halterung, bestehen aus Stahl und werden direkt von spezialisierten Firmen bezogen. Copilusi Cristian und Veliscu Viorica haben in ihrem Buch „Ein Ansatz zur Konstruktion eines Scheibenwischermechanismus“ einen computergestützten numerischen Ansatz für den Parallelogrammmechanismus vorgestellt, der in Scheibenwischersystemen von Autos verwendet wird, und die Reibungskraft zwischen den Gummiblättern und der Windschutzscheibe bewertet.