Внесок склоочисників у життя автомобілістів та у розвиток науки і техніки
Міністерство освіти і науки України
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
Кафедра історії науки та техніки
РЕФЕРАТ
на тему: Внесок склоочисників у життя автомобілістів та у розвиток науки і техніки
Виконав:
студент групи О-43в
Кобєлєв М.С.
Харків 2016
План
Вступ
1. Перші склоочисники
2. «Легенди» та дійсно легенди
. «Проблиск геніальності»
. Подальшій розвиток склоочисників
Висновки
Література
Вступ
На сьогоднішній день, мабуть, кожен з автомобілістів замислювався над тим, що є для них найкориснішою річчю в обладнані власного авто. Можливо це підігрів керма, можливо парктронік, а можливо для когось цією річчю є автоматична система блокування гальм. Це питання індивідуальне, звичайно, але для мене як для автомобіліста з певним стажем та далеко не одною тисячею кілометрів за плечима також є одна, на мій погляд найкорисніша річ.
На сьогоднішній день склоочисники або «двірники», є незамінним атрибутом практично всіх видів моторної техніки. Він встановлюється на літаки, поїзди, водний транспорт і, звичайно, автомобілі. З його допомогою здійснюють механічну очистку оглядових стекол від дощу, снігу, пилу і бруду.
Однак на початку ХХ століття дощ, бруд і сніг доставляли автомобілістам багато клопоту. Адже перші автомобілі склоочисників не мали. Доводилося постійно зупиняти машини і вручну протирати скла. Для цього пропонувалися різні засоби. Довгий час найпоширенішим способом очищення лобового скла було використання спеціального скребка з гумовою пластинкою, яким водій зі свого місця міг очищати скло. Зараз очевидно, що цей спосіб не найвдаліший. Хоча багато людей на початку ХХ століття вважали інакше.
То що ж сталося і як людство дійшло до такого винаходу? Про це і буде мій реферат.
.Перші склоочисники
Існує багато версій хто ж насправді винайшов склоочисники. Тому почну з першої.
В 1903 році молода американка Мері Андерсон запатентувала склоочисники. Ідея народилася у Мері під час подорожі з Алабами в Нью-Йорк. Сидячи в трамваї в морозний день, вона зазначила, що машиніст їхав з відкритими передніми стеклами через труднощі підтримки лобове скло чистим в снігопад. Коли вона повернулася до Алабами, вона найняла дизайнера і місцеву компанія для виробництва робочої моделі. Її пристрій складався з гумового скребка, спеціальних важелів і поворотній пружини, що дозволяють управляти скребком з автомобіля. За допомогою важеля, притискний пристрій з гумкою описувало дугу на склі, видаляючи краплі дощу, пластівці снігу зі скла і поверталося на первісну позицію. Аналогічні пристрої пропонувалися і раніше, але у Мері Андерсон вийшло створити перше дійсно ефективний пристрій. Однак коли вона спробувала продати свій винахід однієї канадської компанії їй відмовили, заявивши, що таке пристрій не комерційно успішним.
Рисунок 1. - Схема до патенту Андерсон
Проте, через 10 з невеликим років склоочисник став стандартним обладнанням автомобіля. На Рис. 1. Зображено схему Мері Андерсон, яку вона додала до свого патенту.
Ліцензія на патент був виданий їй патентним відомством США 10 листопада 1903 року.[1]
Аналогічний пристрій реєструється за 3 місяці до патенту Андерсона, з подачі Роберта Дугласа ліцензується патент на "очищувач паровозоремонтного вікна кабіни» 12 березня 1903. Пристрій Дугласа дещо відрізнявся від запатентованого Андерсон. На Рис.2. досить добре це видно.[2]
Рисунок 2. - Схема до патенту Дугласа
Варто також згадати ірландського винахідника Джеймса Генрі Апджона (1845-1914), який запатентував «апарат для чистки автомобільних вікон» направлений використовувати або щітки, або двірники і який міг бути або з приводом від двигуна або приводиться в дію вручну. Щітки або скребки були призначені для очищення як вгору, так і вниз або тільки в одному напрямку по вертикалі вікна. Винахід Апджона був зареєстрованій в Великобританії 9 жовтня 1903.[3]
На Рис.3. чітко видно, що пристрій Апджона був найпримітивніший, але як кажуть: « усе геніальне - просте».
Рисунок 3. - Схема до патенту Апджона
. «Легенди» та дійсно легенди
Не міг не згадати кілька легенд про винахід склоочисників. Наприклад, у квітні 1911 року патент на склоочисники був зареєстрований «Sloan & Lloyd Barnes» патентним бюро в Ліверпулі, Англія, для Гладстоуна Адамса з Уитли-Бей. Але документального підтвердження не знайшлося. Також, ніби-то перші конструкції для склоочисника вітрового скла зараховувалися на рахунок польського піаніста Йозефа Гофмана і Бредлі Мілса - завідуючого складами боєприпасів у Бірмінгемі, який також стверджував, що був першим на патент склоочисників у Англії.[4]
Що стосується відомих виробників, то можна згадати не багато. Ось, наприклад Джон Р. Ошей (1886-1968), який сформував «Tri-Continental Corporation» в 1917 році і ця компанія представила перший склоочисник на спеціальній дощовій гумі, для щілинних, що складаються з двох частин вітрових стекол, знайдених на багатьох автомобілях того часу. Сьогодні «Trico Products» є одним з провідних світових виробників лобового скла протиральні системи, склоочисник леза і заправок, з склоочисником рослин на п'яти континентах. Фірма «Bosch» має найбільший в світі склоочисників завод в Тьєнені, Бельгія, яка виробляє 350000 щіток склоочисників кожен день.[5]
Не міг пройти повз винахідника Вільяма М. Фольберта, який подав заявку на патент для автоматичного пристрою склоочисника в 1919 році, а був наданий лише в 1922 році як перший автоматичний механізм. Компанія «Trico» пізніше врегулювала патентну суперечку з Фольбертом і купила компанію «Cleveland Folberth», переназвавши у «The Folberth Auto Co». Спеціалізація нова - вакуумна система з механічним приводом швидко стала стандартним обладнанням на автомобілях, але принцип вакууму не був у вжитку приблизно до 1960 рр. В кінці 1950-х років, що особливо часто зустрічається на сучасних автомобілях, вперше з'явилися автоматично працюючі склоочисники для двох або трьох швидкостей коли була натиснута кнопка склоочисників вітрового скла, що робить непотрібним вручну включати двірники на авто.
На сьогоднішній день використовується мініатюрний електронний таймер, але спочатку невеликий вакуумний циліндр механічно звязувався з вимикачем, лише за умови, що вакуум буде в порядку.[6]
У 1962 році жителю Детройта і власнику автомобіля Форд, Роберту Кернсу прийшла ідея створити автомобільні двірники. Він був професором машинобудування в Wayne State University в Детройті, штат Мічиган, тому досить добре розумівся в механіці. І в 1964 році він запатентував склоочисник з переривчастим «кліпаючим» режимом роботи.
Та не все так швидко. Шлях до його двірників почався на багато раніше, в ніч його весілля в 1953 році, коли корок від шампанського вистрілив йому в ліве око, на яке в кінцевому підсумку він майже повністю осліп. Майже десять років по тому, Кернс був за кермом свого Ford Galaxie, що їхав через невеликий дощ, і постійний рух склоочисників дратував його вже до нестями. Ось в цей час він раптом подумав про людське око, яке має свій власний вид склоочисника, а саме повіку, яка автоматично закривається і відкривається через кожні кілька секунд. Нарешті, в 1963 році Кернс свою ідею в дію, будує свою першу переривчасту систему склоочисника за допомогою виключення готових електронних компонентів. Свій винахід він назвав «кліпаючи око».
При проектуванні Кернс, інтервал між «кліпаннями» визначали за швидкістю протікання струму в конденсаторі. Коли заряд в конденсаторі досягає певної напруги, конденсатор був виписаний, що активує електродвигун склоочисника протягом одного циклу.
А потім він зробив найбільшу помилку, яку тільки може зробити власник патенту на нове і всіма затребуване винахід. Він переоцінив свої здібності бізнесмена. Кернс вирішив, що зможе стати кимось на кшталт засновника імперії Жиллет (винахідник і власник патенту на Т-подібну бритву). Але він не врахував, що до жиллет бритвеною індустрії не існувало, а в його час вже були автомобільні гіганти.
Вірніше, Кернс чомусь вирішив, що Форд буде щасливий купувати у нього нові двірники, замість того щоб робити їх самому. Тому він відмовився продати свій патент і почав створювати власну фірму з випуску нових склоочисників. Після ретельного тестування, керівники Форд вирішили запропонувати конструкцію, аналогічну двірників Кернса в якості опції на авто Mercury лінії компанії, починаючи з 1969 моделей. Кернс і Форд взяли участь у багаторічній патентній суперечці, що в кінцевому підсумку була вирішена в судовому порядку.
Потім сталося те, що зазвичай відбувається в світі бізнесу. Велика акула з'їла дрібнішого конкурента. Форд для початку купив пробну ліцензію на «двірники» для використання на одній з моделей і запевнив Кернса в подальшій тісній співпраці. Але незабаром почав самостійний випуск двірників Моргана, оригінальною, як він оголосив, конструкції. А Кернс залишився з незатурбованим обладнанням, купленим під великі кредити.
Однак завзяття у винахідника було більше, ніж здібностей до бізнесу. І з 1978 року протягом 12 років Кернс вів довгі тяжби з приводу порушення його авторських прав з Фордом (Ford Motor Corporation) і все-таки виграв першу справу в 1990-му, відсудивши у нього 10,1 млн доларів. А в 1992-му він отримав вже 18,7 млн доларів від компанії Крайслер (Chrysler Corporation). Іншим автомобільним гігантам він також не давав нудьгувати.
Однак якби Кернс з самого початку реально оцінив перспективи свого бізнесу, то міг би просто торгувати ліцензіями і отримувати невеликі відрахування від кожного нового склоочисника своєї конструкції. Не знаю я, взяв би він більше грошей, ніж зумів відсудити, (хоча, напевно, все-таки отримав би), але скільки часу, сил і, головне, нервів він собі б заощадив! Адже, як ми бачимо, патент на Заході - це велика сила. Потрібно тільки її правильно використовувати.[7]
У березні 1970 року, Citroën, схиляючись до ідею Кернса, представив чутливих до дощу переривчасті склоочисники на їх останній моделі SM. Коли переривчаста функція була обрана перемикачем, склоочисник одним помахом все протирав. Якщо лобове скло було відносно сухим, електродвигун склоочисника привертав високий струм, який встановлений таймером ланцюга управління, щоб затриматись, і в наступну секунду стерти «найдовші» краплини. Якщо двигун привертав невеликий струм, це значило, що скло було мокре, встановлений таймер працював щоб мінімізувати затримку склоочисників.[8]
. Подальшій розвиток склоочисників
До середини 1940-х рр., З'явилася нова серйозна проблема. Завдяки старанням автомобільних дизайнерам змінився профіль вітрового скла - скла стали опуклі. Питання очищення таких стекол намагались вирішити, використовуючи щітки невеликого розміру, зменшуючи площу поверхні, що очищається. Адже і на опуклому склі можна найти підходящі ділянки з мінімальною кривизни та чистити їх невеликою прямою щіткою. Це рішення дозволило зняти гостроту проблеми, але не могло стати основною, так як привело до значного Зменшення зони огляду, а отже й безпеки.
Почався пошук ідеї, що забезпечує щільне прилягання гумової стрічки до поверхні опуклого вітрового скла. В середині 50-х рр ХХ століття був запропонований звичний зараз і іменований далі «традиційним» або «каркасних», варіант каркаса щітки склоочисника, що складається з системи «коромисел» і однієї-двох пружних пластин, розташованих усередині гумової стрічки. Після численних удосконалень він став основним і зараз такий каркас складається з 3-7 «коромисел», створює 4-8 точок притиску стрічки до скла і застосовується дуже широко.[9]
В подальшому розвитку автомобільних склоочисників можна виділити два напрямки.
Перше - це удосконалення самої гумової стрічки, що контактує зі склом і механічно очищає його. Довгі роки основним матеріалом, що використовувалися для її виробництва, була гума, що виготовляється з натурального каучуку. Однак, у зв'язку з тим, що гума тріскається на холоді, умови експлуатації різних ділянок стрічки відрізняються один від одного, оптимальні характеристики цих ділянок також різні, фірмою «Denso» кінці 1980-х рр., Було запропоновано використовувати двошарову, повністю або частково синтетичну, гуму з робочим поверхневим шаром, що був спеціальній хімічній обробці. Ця ідея була швидко підхоплена і розвинена іншими учасниками ринку. У середині 1990-х рр. «Bosch» почала випуск двокомпонентних стрічок (торгова марка «Twin»), що складаються з двох типів синтетичної гуми. М'яка гумова основа забезпечує рівномірний безшумний хід щітки, а жорстка робоча поверхня з мікрокромкой забезпечує якісне очищення скла. Трохи пізніше, для додаткового посилення жорсткості леза і поліпшення його антифрикційних властивостей, «Bosch» стала покривати робочу поверхню леза спеціальним складом на основі порошкового графіту. Такий гумовою стрічкою оснащуються, наприклад, безкаркасні «Bosch Aerotwin».
Компанія «Valeo» також не залишалася осторонь від інновацій і стала в деяких своїх щітках використовувати трикомпонентний склад стрічок, наприклад, безкаркасних «Valeo Silencio» X-TRM, в яких лезо складається з натуральної гуми, верхня частина - з більш м'якою синтетичної гуми, а вся стрічка покрита спеціальним водовідштовхувальним захисною оболонкою. Ця розробка дозволяє по-своєму врахувати різницю в особливостях експлуатації різних ділянок стрічки та поліпшити характеристики щітки, особливо в складних погодних умовах.
Друге найважливіше напрямком удосконалення автомобільних двірників - удосконалення каркаса. Необхідно знайти спосіб щільно і рівномірно притискати щітку до скла під час її руху. Адже чим більше розміри скла і складніше кривизна його профілю, тим важче за допомогою традиційного каркаса зробити це якісно по всій довжині щітки. Для цього необхідно збільшувати кількість рівнів і загальне число «коромисел» в каркасі, що веде до збільшення висоти і маси щіток, погіршує видимість і якість очищення, збільшує аеродинамічний шум і вивести з ладу всіх елементів склоочисника, та й вписати такі величезні щітки в дизайн сучасних автомобілів не просто.
Перші ідеї по заміні традиційних двірників більш витонченими і ефективними стали з'являтися в кінці 80-х років ХХ століття. Значно пізніше, коли стало ясно, що нові щітки мають хороші перспективи і можуть бути успішно використані там, де традиційні двірники не справляються зі своєю роботою, їм придумали назви, що обіграють їх головна відмінність - відсутність системи «коромисел». Їх стали називати «безкаркасні», «безарматурние», «плоскі».
Безкаркасна щітка являє собою вигнутий пружинний сталевий елемент, розміщений всередині еластичної мотузки - щітки та має профіль, який розраховують для профілю конкретного вітрового скла. Робоча кривизна щітки повинна зберігатися весь термін її служби незалежно від динамічно змінюються навантажень і температури навколишнього середовища. Ця, здається простою, пластина є насправді досить високотехнологічним продуктом і по праву є, поряд з гумовою стрічкою, найважливішим секретом високоякісних щіток.
Завдяки попередньо розрахованій кривизни профілю щітки стало можливим забезпечити значно більш рівномірний і точний притиск стрічки до скла і кращу його очищення. Як правило, такі щітки мають інтегрований спойлер, що, поряд з їх зменшеною висотою, дозволяє ще більше підвищити якість очищення на високих швидкостях і знизити аеродинамічний шум. Відсутність в конструкції щітки сполучаються рухомих елементів каркаса дозволяє не турбуватися про погіршення якості очищення скла взимку через замерзання води в шарнірах і різкого зниження їх рухливості. Зменшена висота безкаркасної щітки сприятливо позначається і на оглядовості.
Однак прогрес не стоїть на місці, і це рішення незабаром виявило свої недоліки. І зараз на багатьох нових автомобілях, особливо японських виробників з'явилися щітки склоочисника нового типу. Так звані «гібридні» щітки склоочисника. Першопрохідцем в черговий раз стала компанія «Denso». Ці щітки поєднують в собі переваги як «каркасних» так і «безкаркасних» технологій. Усередині склоочисника розташований стандартний шарнір, що забезпечує чудову прилягання щітки до скла будь-якого профілю, а жорстке гумове лезо з графітним покриттям забезпечує м'яку і більш ефективну очистку. Вся конструкція щітки повністю прихована в корпусі, що перешкоджає замерзанню води в шарнірах.[10]
Висновки
Патент у сучасному житті відіграє важливу роль у формуванні культури сприйняття науки і техніки, а також сприяє її розвитку на початковому етапі. Адже у більшості випадків винаходи без патенту не знаходять шлях до визнання та не конкурують з іншими. Незамінність патентів в питаннях досягнення високого технічного рівня розробок і високорентабельної підприємницької діяльності доведена багаторічною зарубіжної та вітчизняної практикою. Це правило діє як для структурно великих, так і для малих виробників.
Що стосується склоочисників, то однозначно можна сказати, що це дійсно важливий винахід людства, а з точки зору автомобілістів - чи не найкорисніший з усього обладнання сучасного авто. Можна з упевненістю казати, що склоочисники залишили вагомий внесок в історії науки і техніки, хоч у більшій мірі своїми суперечками, патентними судами, але найголовніше - дивовижною примітивністю та простотою у технічному плані.
Я сам володар автомобіля «Волга» ГАЗ 24, 1973 року випуску, я пишаюсь цим автомобілем, особливо після того як повністю його від реставрував. Лише зараз я зрозумів, що на це авто за 70 років історії склоочисників встановлювали примітивні щітки, які мають лише 2 режими швидкості, досить підозрілу гуму, не кажучи про переривчастий режим та датчик дощу. На цьому прикладі можна продивитись доволі різкий розвиток сучасних склоочисників, які у найближчому майбутньому матимуть змогу роздавати WI-FI та приглядатимуть за вашими малими дітьми.
Література
1. Кольберт А.Н. Перші склоочисники. - «За кермом», 1974. №4, с. 24, з іл.
. Боровських Ю.А. Легкий винахід. - «За кермом», 1986. №11, с. 16, з іл.
. Ковалев В.В. Обладнання автомобілів. - «Енергія», 1970. с. 46, з іл.
. Ілюхін Ф.І. Легенди автомобілебудування. - «За кермом», 1996. №6, с 8.
. Дорофєєв С.А. Сучасні тенденції. - «Авторевю» 2013. с. 11.
6. Жаровский С.Н. Електроніка для автомобілістів. - К. «Техніка», 1976. 40 с.
. Джон Сібрук. Проблиск геніальності. Правдиві історії винаходів. «Флеш», 461 с.
. Томас Ліс. Істина посередині. «Хай іглс», 240 с.
. Соловьев Б.Б. Короткий автомобільний довідник. - М. «Транспорт», НИИАТ, 1972. 511 с.
Бірюков К. М. Автомобільні склоочисники. - «АвтоЦентр» 2011. С. 34.