Бесхребетники: бескаркасные щетки стеклоочистителя 29.10.2007

Глядя на новомодные бескаркасные щетки стеклоочистителя, понимаешь: все гениальное просто. И отчего раньше никто до этого не додумался?

А может, и не так все просто: почему многие автопроизводители остаются верны щеткам на обычном металлическом каркасе? Ответы на эти вопросы я попытался найти в тихом городке Битигхайм под Штутгартом, на заводе фирмы SWF, входящей в группу компаний Valeo — крупнейшего поставщика щеток стеклоочистителя на конвейеры автозаводов.

Оказавшись на аккуратных лужайках вокруг главного корпуса завода SWF и вдыхая чистейший воздух без малейшего намека на едкий запах и сажу, и не скажешь, что именно здесь делают по 118 тысяч щеток в день. Переработка резины — одно из самых вредных производств. А тут… Здание из зеленоватого стекла скорее напоминает огромный бизнес-центр, а не производственную площадку. Недаром этот завод, построенный всего пять лет назад, получил в 2004 году премию за промышленный дизайн.

Заходишь внутрь — та же офисная эстетика, чистота и свежесть. Но в цехах тебя накрывает запах резины. Производство!

Сборку бескаркасных щеток на заводе Valeo ведут роботы...

...а люди лишь контролируют качество

На расположенных здесь 23 линиях делают не только щетки, но и поводки стеклоочистителей (58000 штук в день) и электромоторы (22000 штук в день). Ведь Valeo разрабатывает механизмы щеток стеклоочистителя «под ключ» и поставляет их в сборе на конвейеры ведущих производителей — Toyota, General Motors, Peugeot, Citroen, Volkswagen, BMW… А еще Valeo занимает первое место не только в области конвейерных поставок, но и на рынке запчастей : общий объем выпуска составляет более ста миллионов «дворников» и 30 миллионов электроприводов в год.

Но основную производственную программу составляют именно щетки. Причем на Valeo не делают какой-то разницы между «дворниками» первой комплектации и теми, что идут в магазины запчастей, — их лишь по-другому упаковывают. Резиноленту для щеток различной конструкции — и обычных, и бескаркасных — в Битигхайме изготавливают методом экструзии. Гигантская «мясорубка» перемалывает гранулы сырой резины, а из спрофилированных отверстий выдавливается «колбаска» в виде двух бесконечно длинных щеток, сросшихся, подобно сиамским близнецам, передними частями. Затем в специальных закрытых камерах «колбаску» обрабатывают солями для придания упругости, размягчают поверхность бромированием (т.е. вводят в молекулы резины атомы брома) и охлаждают в ванночках с водой. И, наконец, резка: сверхострый нож формирует идеально ровную чистящую кромку. Производство автоматизировано на 100%, люди лишь «кормят» автоматы заготовками. Ручная работа — только при упаковке. Поэтому на заводе трудятся лишь 1450 человек, включая администрацию и уборщиц.

Предмет моего пристального внимания — бескаркасные щетки. Сегодня в Битигхайме они составляют лишь треть производственной программы: при том, что их делают на пяти линиях, а обычные щетки — на шести.

Почему?

Как устроена обычная щетка стеклоочистителя? Резиновая лента закреплена в металлическом каркасе, который призван более-менее равномерно распределить усилие прижима от подпружиненного поводка, а еще придать щетке необходимую поперечную жесткость — иначе бы резинка гнулась, но не чистила. А чтобы она не извивалась волнами, в ее пазы вложены две полоски из пружинной стали.

До поры до времени такая конструкция устраивала всех. Но стекла становились все больше, по прихоти дизайнеров и специалистов по аэродинамике увеличивалась их кривизна, сами щетки становились длиннее, а их каркас — более громоздким. Что, в свою очередь, приводило к росту аэродинамического сопротивления, ухудшало обзорность, увеличивало шумность… С этим, конечно, боролись. Например, Volkswagen Golf третьего поколения оснащался стеклоочистителями со скругленным каркасом для уменьшения высоты щетки. Но это были полумеры.

Радикальное решение придумали в восьмидесятых годах прошлого века. Уж раз стекло выпуклое, то почему бы соответст­вующим образом не изогнуть «поддерживающие» полоски из пружинной стали внутри резиноленты? Сделать их пошире для придания необходимой поперечной жесткости, фиксатор поводка закрепить прямо на них, а громоздкий каркас выбросить за ненадобностью. Так и появились бескаркасные щетки.

Обычная щетка с каркасом на высокой скорости создает позади себя зоны высокого разрежения. А бескаркасную щетку воздух обтекает легче: результат — ниже сопротивление, подъемная сила и аэродинамические шумы

Первыми за идею ухватились фирмы Bosch и Valeo, а главной проблемой оказалось надежное крепление к поводку. Только к 1991 году Bosch запатентовал первый работоспособный узел, но опытная эксплуа­тация показала его ненадежность — на высокой скорости щетки попросту улетали. На доводку ушло долгих шесть лет. Первые бескаркасные щетки Bosch со специально сконструированными поводками появились на «пятерке» BMW в 1997 году, а нынче около половины всех выпускаемых в Европе автомобилей оснащаются на конвейере бескаркасными щетками, и их доля продолжает расти.

Для инженеров фирмы Valeo преимущества «плоских» щеток стали настолько очевидны, что к 2003 году они первыми разработали для них крепление на традиционном поводке, благодаря чему бескаркасные «дворники» теперь можно установить практически на любой автомобиль. Каковы же их достоинства?

Главное — более равномерное прижатие чистящей кромки к стеклу, за счет чего улучшается качество очистки (см. график). Это достигается благодаря предварительному изгибу «пружинящих» полос в точном соответствии с кривизной стекла автомобиля. Число отрезков, где изменяется кривизна, может достигать 15, а контроль усилия прижатия на щетках Valeo производится в 32 точках. Но из этого следует и недостаток: бескаркасный «дворник» уже не может быть таким универсальным! Например, щетки для довольно выпуклого стекла вазовской «десятки» будут сильно натирать края, если их заставить чистить более плоское стекло Самары.

Второе преимущество — аэродинамическое. Цельная конструкция, даже с «хохолком» спойлера, получается в два-три раза ниже традиционной щетки. Отсюда и уменьшение лобового сопротивления, и снижение подъемной силы, отрывающей «дворник» от стекла. Особенно это актуально для машин с распашной схемой стеклоочистителя (Honda Civic, Peugeot 307, Citroen C4 Picasso): там против потока работает не только водительская, но и пассажирская щетка. Еще один аэродинамический плюс — снижение шума: воздушный поток не запутывается и не завывает в хитросплетениях каркаса. На скорости 120 км/ч эффект может достигать внушительных двух децибелов.

Третье достоинство, особенно актуальное в России и странах с холодным климатом, — бескаркасная щетка меньше подвержена обмерзанию. Ведь как только влага в шарнирах обычного «дворника» замерзает, щетка леденеет и перестает справляться со своими функциями. В бескаркасной конструкции этого не происходит. А качество очистки снизится лишь в том случае, если лед образуется непосредственно на резинке. Но очистить «пружинящую» щетку намного проще: стоит лишь резко, как хлыстом, взмахнуть ею в воздухе — и лед моментально отлетит.

И, наконец, бескаркасные щетки улучшают обзорность и способствуют безопасности пешеходов. Ведь при наезде голова несчастного встретится не с твердой железкой, а с мягкой резинкой.

На графиках распределения усилия прижима хорошо видно, что бескаркасная щетка прилегает к стеклу гораздо ровнее традиционной щетки, у которой есть пики давления в опорных точках каркаса

А недостатки? Главный из них — высокая цена. Она-то и сдерживает спрос на бескаркасные щетки на вторичном рынке. О том, насколько выше себестоимость бескаркасных щеток, можно судить по производительности завода Valeo: в день на одной линии изготавливается либо 13300 обычных щеток, либо 7700 бескаркасных — почти вдвое меньше! Еще «бесхребетные» щетки, как мы уже отметили, не столь универсальны, причем связано это не только с кривизной стекла конкретного автомобиля: отличаются и системы крепежа «дворников». В настоящее время существует более 12 вариантов — например, на поводок фирмы Valeo уже не поставишь щетку Bosch, и наоборот. Мало того, даже щетки одной и той же фирмы могут отличаться креплением. А это лишняя головная боль для автовладельцев. Кстати, именно поэтому в Valeo сейчас остановились на едином универсальном варианте.

Кроме того, крепеж на поводок для обычной каркасной щетки получается громоздким, что снижает преимущества в аэродинамике и обзорности, да и сам выигрыш не столь существен для щеток средней длины, особенно на относительно плоских стеклах. К примеру, Mitsubishi Lancer и Toyota Corolla последнего поколения прекрасно обходятся традиционными щетками.

Обычная щетка со спойлером

Бескаркасная щетка для обычного поводка стеклоочистителя

Оригинальная бескаркасная щетка

Бескаркасная щетка гораздо компактнее обычной — даже в месте крепления она как минимум на 20% ниже, а в среднем по длине — в два раза. Фиксация на оригинальном поводке еще больше уменьшает габаритную высоту щетки

Тем не менее будущее именно за «беcхребетниками». Только они смогут обеспечить качественную очистку огромных и сильно искривленных стекол современных автомобилей с минимальными потерями в аэродинамике.

А к разговору о достоинствах и недостатках различных конструкций «дворников» мы еще вернемся: близится к финалу масштабный тест Авторевю, в котором принимают участие 20 щеток — и обычных, и бескаркасных.

Юрий ВЕТРОВ Фото Степана Шумахера и фирмы Valeo