Widoczny problem - wycieraczki samochodowe - część 2

W pierwszej części historii rozwoju wycieraczek samochodowych sporo pisaliśmy m.in. o wycieraczkach mechanicznych, teraz czas na elektrykę.

Na pewno warto wspomnieć o kolejnej pani, Mrs. Charlotte A. Bridgewood, która jako pierwsza otrzymała patent ( US. 1 274 983 z 6 sierpnia 1918 r.) na wycieraczkę przedniej szyby samochodu napędzaną silnikiem elektrycznym, mimo, że … inne źródła jako autora tego rozwiązania wskazują chirurga stomatologa z Honolulu Ormonda Edgara Walla, który wcześniej niż pani Bridgewood, bo już 22 maja 1917 r. otrzymał patent US. Nr. 1 227100 na „wycieraczkę napędzaną silnikiem elektrycznym umieszczonym wewnątrz w środku powierzchni przedniej szyby i wycierakiem poruszającym się po półokręgu”.

A wracając na chwilę do historii Mrs. Charlotte A. Bridgewood to warto wspomnieć, że była mamą nie mniej znanej i wspomnianej już przy okazji historii kierunkowskazów słynnej aktorki Florence Lavrence.

Trudno rozstrzygnąć kwestie pierwszeństwa, ale najważniejsze jest to, że już od połowy lat 20., czyli jednocześnie z powszechnym stosowaniem napędu wycieraczek za pomocą siłowników pneumatycznych i przekładni mechanicznych tu i ówdzie pojawiały się również te z napędem elektrycznym.

Początkowo nieśmiało (i zapewne ze względu na koszty), ale już w latach 30. to właśnie silnik elektryczny okazał się niekwestionowanym zwycięzcą w konkurencji stosowanych systemów napędu mechanizmów wycieraczek szyb samochodowych…i co więcej, po kilku znaczących zmianach wynikających z ewolucji technicznej również do dziś nie ma on jak dotąd równego sobie konkurenta.

Na marginesie! Jednym z europejskich pionierów w dziedzinie produkcji napędzanych silnikami elektrycznymi wycieraczek samochodowych była od 1926 r. firma Bosch.

Z technicznego punktu widzenia wycieraczki szyb z napędem elektrycznym zyskały popularność dzięki wyróżniającym je cechom: były stosunkowo proste, łatwe w montażu i niezawodne. Składały się z silnika elektrycznego na prąd stały (w zależności od potrzeb, 6 lub 12V, zwykle bocznikowego lub szeregowego o mocy 15-30W i prędkości obrotowej 2-3 tys. obr./min) i zespolonej z nim we wspólnej obudowie przekładni zębatej.

Początkowo większość systemów napędu wycieraczek stanowił zwykle jeden zestaw składający się z silniczka i wycieraka zamontowanego na jednym ramieniu, który montowano zwykle na górnej krawędzi ramy okna od strony kierującego.

Wersja udoskonalona i przeznaczona dla aut wyższych klas polegała na uzupełnieniu systemu drugim ramieniem, które jako swobodnie zawieszane napędzane było poprzez sztywny łącznik z napędzanego już ramienia lub bezpośrednio z przekładni silnika za pomocą dwóch krótszych połączeń sztywnych.

Wraz z rozwojem samochodu i możliwościami uzyskiwania większych prędkości przednie szyby zaczęły się od góry „pochylać”, co skutkowało tym, że większość konstruktorów wycieraczek samochodowych w celu bardziej efektywnego oczyszczania szyby zaczęła oczyszczać je z gromadzącej się podczas jazdy wody deszczowej od dołu ku górze… co zgodne jest zresztą z ruchem kropel.

Stąd już pod koniec lat. 30 w sporej ilości aut osobowych obok wcześniejszego umiejscowienia wycieraczek szyby na jej górnej krawędzi spotkamy też systemy z ramionami osadzonymi w dolnej części szyby i ramionami poruszającymi się współbieżnie lub przeciwbieżnie.

Osobne, ale to już nieco późniejsze rozwiązanie polega na zastosowaniu jednego ramienia wycieraka z odpowiednio długim piórkiem, które może wykonywać stały ruch półobrotowy lub taki, który polega na dodatkowym wysuwaniu ramienia pozwalającym na zwiększenie powierzchni wycieranego obszaru szyby (np. Mercedes W201 190E, Mercedes W124).

W latach 50. Minionego stulecia pojawiły się również nowinki techniczne dotyczące efektywności pracy wycieraczek jak choćby wycieraczki o zmiennej prędkości ramion (przynajmniej dwóch częstotliwościach wychyleń piór) uzyskiwanych przez wbudowanie w obwód elektryczny zasilania silnika wycieraczek sterownika pozwalającego na programowanie częstotliwości pracy wycieraczek jak i samoczynnego zatrzymywania ramion zawsze w tej samej pozycji bez konieczności manualnego „parkowania” ich w poziomie.

W tym przypadku zastosowano tzw. „wyłącznik krańcowy”, czyli najprostsze z prostych urządzeń elektrycznych. Za ojca chrzestnego systemu zmiennej prędkości ruchu ramion wycieraczek (na co zgadza się większość historyków motoryzacji) uważa się Amerykanina Roberta Kearns’a, który skonstruował tego typu urządzenie, zastosował je i przetestował we własnym samochodzie Ford Galaxie, a następnie zgłosił do urzędu patentowego, który 1 grudnia 1964 r. przyznał mu stosowny dokument.

Tak na marginesie! Nie obyło się bez afery… i R. Kearns długo walczył o prawa do wynalazku z Fordem oraz z GM co po długim procesie zakończyło się jednak szczęśliwym dla niego wyrokiem i sowitym odszkodowaniem.

Dziś oczywiście nie ma to żadnego znaczenia, a o programatorze jakiegoś Amerykanina z połowy XX w. mało kto pamięta w chwili kiedy czujniki deszczu umieszczone w przedniej szybie samochodu informują odpowiedni procesor decydujący zarówno o momencie włączenia wycieraczek jak i efektywności oczyszczania szyby z gromadzącej się warstwy wody.

To najbardziej skrótowo omówiona część dotycząca historii rozwoju konstrukcji systemów wycierania szyb samochodowych w kontekście możliwości realizacji tego co najbardziej istotne, czyli samego procesu oczyszczania szyby…,a ten w zasadzie pozostaje niezmienny od przeszło stulecia!

Tak naprawdę niewiele się zmieniło. Woda deszczowa, mgła, śnieg i cała przysłaniająca nam widoczność wilgoć usuwana jest z szyby mechanicznie przez przesuwający się elastyczny element gumowy (piórko wycieraczki), którego punkt styku to jedynie bardzo cienka i nieprzerwana w żadnym punkcie linia prosta.

Aby piórko właściwie spełniało swoją rolę musi więc doskonale dolegać do płaszczyzny szyby…, a to już rola kolejnego ważnego elementu systemu, czyli odpowiednio skonstruowanego ramienia wycieraczki.

A zatem dwa kolejne elementy, na które również warto spojrzeć historycznie.

No właśnie tak, ponieważ pierwsze, ręcznie uruchamiane urządzenia służące do czyszczenia powierzchni przedniej szyby samochodu wykonywane były w różny sposób.

We wspomnianych już wcześniej patentach w większości przypadków były to płaskie szczoteczki, listwy obłożone wyprawioną skórą zwierzęcą lub gumowe wałeczki.

Dopiero kiedy nauczono się produkować miękką i jednocześnie odporną na ścieranie gumę pojawiły się wycieraki zbudowane z drewnianych lub metalowych listew i przymocowanymi do ich krawędzi gumowymi płaskimi paskami lub specjalnie formowanymi profilami.

Co jednak ważne to, że nadal większość elementów czyszczących stanowiły płaskie i sztywne ostrza gumowe (piórka) ponieważ w większości produkowanych wówczas samochodów płaska była również powierzchnia montowanych w nich przednich szyb. Problem zaczął pojawiać się mniej więcej na początku lat 30. kiedy wraz z budową nowych dróg i znacznie szybszych samochodów konstruktorzy nadwozi zaczęli zwracać uwagę na aerodynamikę i wynikające z niej konsekwencje natury technicznej.

Pojawiły się gięte szyby, co jednocześnie wymusiło konieczność zmian dotyczących warunków zapewniających ich efektywne oczyszczanie wynikające zarówno ze zwiększenia sił oporu czołowego jak i konieczności dostosowania kształtu i rozmiaru piórka do zmieniającego się kształtu powierzchni szyby.

Pamiętajmy, że tak naprawdę mówimy o powierzchni styku wyrażanego na całej długości piórka w dziesiątych częściach milimetra!

W praktyce oznacza to tyle, że jeśli powodowany siłą ramienia docisk powierzchni piórka do szyby będzie niewłaściwy, to również niewystarczający okaże się również efekt oczyszczenia szyby.

Jeśli docisk okaże się za duży, lub zmieni się kąt ustawienia powierzchni czołowej piórka względem powierzchni szyby to pożądana subtelna linia styku ulegnie zmianie z linii prostej w znacznie zwiększony obszar przylegania widoczny w postaci rozmazanych smug nieusuniętej wody. Jeśli docisk będzie zbyt mały, piórko będzie miało tendencje „odrywania” się od szyby i pozostawianie na niej nie wytartego śladu.

Jednym słowem, wraz z szybami giętymi rozpoczął się nowy okres w historii wycieraczek dotyczący w głównej mierze konstrukcji samych piórek, konstrukcji oraz rozmieszczania ramion, jak również ich wzajemnego łączenia. Mowa tu przede wszystkim o ewolucji konstrukcji wcześniej stosowanych rodzajów piórek wycieraczek aż do stosowanych i dziś, czyli np. tzw. piórkach szkieletowych.

Te zwykle składają się z metalowego, segmentowego szkieletu oraz wzmacniających go i jednocześnie formujących element czyszczący sprężystych listew metalowych umieszczonych bezpośrednio w profilu wykonanym ze specjalnego rodzaju gumy.

Nowszym i najczęściej teraz stosowanym, obecnym na rynku mniej więcej od początku obecnego stulecia rozwiązaniem są piórka bezszkieletowe, których głównym atutem konstrukcji jest opracowana dzięki specjalnej technologii wytwarzania guma pozwalająca na zminimalizowanie liczby koniecznych wcześniej elementów.

To tyle o piórkach, które w zależności od potrzeb i przeznaczenia ( chodzi głównie o rodzaj i sposób użytkowania pojazdu) na przestrzeni dziesięcioleci przyjmowały i nadal przyjmują bardzo różne formy.

Od uniwersalnych, czyli takich które można wymiennie stosować w każdym w zasadzie samochodzie popularnym pod względem rozmiaru, a raczej długości w zależności od wymogów konstrukcji związanych z uzyskiwaniem optymalnej powierzchni oczyszczanej, do dedykowanych, czyli do konkretnego modelu z uwzględnieniem siły nacisku ramienia i charakterem pracy (np. wycieraczka mimośrodowa z wychyleniami pióra w dwóch kierunkach – po okręgu i wzdłużnie) jak również dostosowanym do indywidualnego sposobu mocowania np. w autach wyścigowych czy sportowych, gdzie ze względu na występujące siły i gwarancje niezawodności w przeszłości stosowano np. tzw. napędy pantografowe.

Dziś ze względu na ciężar to już historia, tak zresztą jak wiele nie wspomnianych z uwagi na objętość opracowania innych ciekawych rozwiązań.

Choćby to, że mniej więcej w latach 60. Zwłaszcza włoscy konstruktorzy zauważyli również potrzebę ich stosowania w celu oczyszczania tylnych szyb samochodu. I co ciekawe wcale nie chodziło jeszcze o autentyczną potrzebę, czyli np. o oczyszczanie bardzo podatnych na zabrudzenie tylnych szyb hatchbacków… ale o wycieraczki w coupé, nadwoziach typu kombi (co jest zasadne), ale także w sedanach!

Co prawda efekt poprawiający oczyszczanie przedniej szyby przez dodanie do systemu spryskiwania jej wodą to wynalazek z połowy lat 30. minionego stulecia, ale co należy dodać realizowany dość prymitywnie przez dodanie urządzenia zapożyczonego od fryzjerów.

Dokładnie tak, spryskiwacz z gumową gruszką wewnątrz i dysze umieszczone na podszybiu kierujące rozpyloną wodę na powierzchnię szyby. Takie zresztą urządzenia oferowano nawet po wojnie. Dla przykładu wspomnę tylko rozwiązanie z VW garbusa, gdzie zbiorniczek z wodą połączony był przewodem z zaworem znajdującego się w przednim bagażniku koła zapasowego skąd można było uzupełnić w nim ciśnienie.

Zmywanie szyby odbywało się w momencie naciskania wyłącznika wycieraczek co powodowało otwarcie zaworu spryskiwacza. Wszyscy również pamiętamy pompkę spryskiwaczy szyby na tablicy przyrządów PF 126p… a to jak pamiętamy początek lat 70.! Ale!

Jedne z pierwszych elektrycznie sterowanych spłuczek szyb samochodowych (tak określano to polskiej nomenklaturze technicznej) w Europie jako wyposażenie standardowe wprowadziło w 1956 r. Volvo. Wtedy urządzenia te wytwarzały te same co wycieraczki firmy.

Nie dość, że spryskiwacze w doskonały sposób poprawiły efektywność czyszczenia szyb (teraz można było zmywać również zaschnięty już brud), to „przy okazji” wydłużyły żywotność samych piórek.

Ba, od początku lat 70. wyposażono je w specjalnie podgrzewane elektrycznie (w większości łącznie z szybami lusterek zewnętrznych i tylną ogrzewaną szybą) końcówki, które zapobiegały zamarzaniu płynu podczas niskich temperatur. Czasem to sam płyn podgrzewany był w zbiorniczku poprzez spiralę połączoną z systemem chłodzenia silnika.

Dla poprawienia efektywności zmywania szyby już w latach 60. niektórzy producenci samochodów stosowali rozwiązanie polegające na doprowadzenie płynu elastycznym wężykiem do samego piórka.

Podobnie było w przypadku „chowania” od 1967 r. wycieraczek pod maski silników. Faktem oczywistym jest, że chodziło o wyeliminowanie możliwości okaleczeń pieszych podczas wypadków, ale pomogło to również kondycji piórek. Podczas jazdy przy dobrej pogodzie, kiedy nie są używane nie są też narażone na działanie kurzu, pyłu i słońca – naturalnego wroga gumy. Same zalety!

Czy to już wystarczało? Czy koncentrując się jedynie na technologii wytwarzania odpowiednich mieszanek i zabezpieczających ją środków (np. stosowania grafitu) uznano, że nic więcej nie da się wymyślić?

Otóż nie. W połowie lat 80. firma Bosch skonstruowała wycieraczkę, w której zastosowano jedno tylko ramię i piórko, ale dzięki specjalnemu i dość skomplikowanemu rodzajowi napędu z wykorzystaniem mechanizmu krzywkowego, czyszczona powierzchnia szyby zwiększyła się do ponad 80%. Po raz pierwszy w Mercedesie 124 z1987 r. ramię wycieraczki poruszało się w dwóch kierunkach, obrotowo i wzdłużnie.

Niedługo potem Peugeot zastosował jeszcze bardziej zaawansowaną technicznie innowację, a mianowicie samoczynne włączanie się wycieraczek w zależności od uwarunkowań pogodowych.

Umieszczone w przedniej szybie sensory przekazywały informacje o natężeniu opadu, dając impuls do układu elektrycznego, który uruchamiał wycieraczki z odpowiednią szybkością. Obecnie system ten dzięki najnowszym osiągnięciom elektroniki został znacznie unowocześniony.

Stosowany jest w wielu współczesnych autach i wbrew pozorom nie chodzi tu jedynie o wygodę. Szczególnie pomocny okazuje się w momencie tzw. „zaskoczenia” (np. w czasie wyprzedzania innego pojazdy, który przejeżdża właśnie przez znajdującą się na drodze kałużę), kiedy od dobrej widoczności zależy bardzo wiele, a kierowca zareaguje wolniej niż system.

Kolejnym wynalazkiem, tym razem firmy Bosch, są również powszechnie obecnie stosowane od początku XXI piórka Twin i Aerotwin, pozbawione metalowej konstrukcji przegubowej, która zastąpiona została dwuwarstwową płaską sprężystą szyną gumową.

Dzięki najnowszej technologii tworzyw piórka Aerotwin są znacznie prostsze, lżejsze i dzięki optymalnemu, liniowemu rozkładowi sił docisku doskonale przylegają do powierzchni szyby. Dzięki specjalnym uniwersalnym adapterom nie wymagają zmiany dotychczasowych standardowych ramion, dlatego dopasowując wymaganą długość można je montować w każdym samochodzie. Wyglądają tak, jakby wykonane były jedynie z gumy.

Są też bezpieczniejsze podczas ewentualnych kolizji z pieszymi, a ze względu na unowocześnienie technologii produkcji ich koszt nie jest dużo wyższy w porównaniu do standardowych.  Na koniec warto również wspomnieć o jeszcze jednej, ale powiązane z obecnymi tendencjami kwestii a mianowicie wycieraczek o nazwie typu „eco” wyposażonych w standardowe metalowe ramię i piórko wykonane z jednego rodzaju gumy o specjalnie opracowanym przekroju z dwoma metalowymi szynami stabilizującymi.

Czy w stuletniej historii wycieraczek są to ostatnie osiągnięcia? Przyglądając się często prezentowanym wizjom samochodu przyszłości, w futurystycznych formach rzadko dostrzegamy ten „niechciany” przez stylistów szczegół. Na ogół unikają go, bo źle się komponuje z całością, zostawiając go innym.

Pewnym jednak jest, że póki samochody będą poruszać się po coraz bardziej zatłoczonych drogach ich kierowcy muszą dobrze widzieć, przynajmniej do czasu kiedy wzrok zastąpiony zostanie jakimś kolejnym rodzajem rozpoznawanych przez układy scalone fal czy promieni…, albo autonomiczne pojazdy obdarzone sztuczną inteligencją staną się doskonalsze od pospolitego i ułomnego pod względem zmysłów dzisiejszego użytkownika dróg.

Pierwsza część historii wycieraczek samochodowych – „Widoczny problem – wycieraczki samochodowe – część 1„.

Zdjęcia: Internet, Bosch, TRICO, archiwum autora