در این متن به بررسی نحوه عملکرد برف پاکن، تاریخچه و انواع مختلف آنها از نظر شکل و چگونگی عملکرد می‌پردازیم.

به گزارش خودروم، برف پاک کن وسیله‌ای برای مقابله با بارش برف، باران و… بر روی شیشه جلوی خودروها است. امروزه تقریباً تمام وسایل نقلیه موتوری از جمله خودروها، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها، لوکوموتیوهای قطار، کشتی‌ها و برخی از هواپیماها به یک یا چند برف پاک کن مجهز بوده و استفاده از آن معمولاً یک الزام قانونی است.

درباره برف پاکن

یک برف پاک کن معمولاً از بازویی فلزی تشکیل می‌شود که یک سر آن می‌چرخد و سر دیگر به تیغه‌های لاستیکی بلندی متصل است. این بازو به واسطه یک موتور با تغذیه توسط دینام و باتری حرکت می‌کند. البته انواع پنوماتیک آنها نیز در برخی از وسایل نقلیه وجود دارد. تیغه روی شیشه جلو و عقب حرکت کرده و قطرات باران و… را از روی سطح شیشه پاک می‌کند. امکان تنظیم سرعت بازو معمولاً در چند درجه مختلف و در خودروهای سال 1969 به بعد وجود داشت. اکثر خودروهای شخصی دو بازو با عملکردی هماهنگ دارند و این درحالی است که بسیاری از خودروهای تجاری به یک یا چند تغیه برف پاک کن با عملکردی ناهماهنگ مجهز هستند.

در برخی از وسایل نقلیه، سیستمی جهت شستشوی شیشه جلو وجود دارد تا عملکرد برف پاک کن در هنگام فعالیت بهبود یابد و در شرایط خشک و یخبندان به خوبی عمل کند. این سامانه شامل چند نازل با موقعیتی مناسب بوده و آب یا مایع شستشوی شیشه را به روی شیشه جلو پخش می‌کند این فرایند به حذف کثیفی‌های حاصل از گرد و غبار روی شیشه جلو با استفاده از تغیه‌های برف پاک کن کمک خواهد کرد.

از مایع شیشه شوی ضد یخ برای حذف برف و یا یخ زدگی شیشه استفاده می‌شود. اما اگر این فرایند به هر دلیلی رخ نداد؛ امکان استفاده از برف پاک کن‌های دارای بخاری وجود دارد. این برف پاک کن‌ها با اتصال خود به سیستم گرمایشی خودرو، موجب یخ‌زدایی و ذوب شدن برف‌های روی شیشه می‌شوند و از یخ‌زدگی برف بر روی شیشه و در هنگام حرکت جلوگیری می‌کنند. همچنین برف پاک کن‌ها انواع مینیاتوری و بسیار کوچکی هم دارند که روی چراغ‌های جلو نصب می‌شوند تا عملکرد آنها در هنگام بارش را بهبود ببخشند.

تاریخچه برف پاک کن

یکی از اولین اختراعات به عنوان برف پاک کن شیشه جلو توسط جورج جی. کپول(George J. Capewell) از هارتفورد کانکتیکات است که در 6 اوت 1896 به ثبت رسید. اختراع او برف پاک کنی خودکار بود که روی خودروها، لوکوموتیوها و سایر وسایل نقلیه زمینی نصب می‌شد.

اولین برف پاک کن

طرح اولیه دیگری برای پاک کردن شیشه جلو توسط جوزف هوفمان(Józef Hofmann) یک پیانیست کنسرت و اهل لهستان به ثبت رسید. همچنین میلز مونیشن(Mills Munitions) از بریمنگام هم ادعا می‌کرد که اولین کسی است که برف پاک کن شیشه جلو را در انگلستان ثبت اختراع کرده و از این جهت دارای اعتبار است. تقریباً همزمان با او سه اختراع دیگر توسط مری اندرسون(Mary Anderson)، رابرت داگلاس(Robert Douglass) و جان آپجان(John Apjohn) در سال 1903 برای تمیزکردن شیشه جلو به ثبت رسید. در آوریل 1911 هم حق اختراع آن توسط اسلون و لوید بارنز(Sloan & Lloyd Barnes) به عنوان نمایندگان ثبت اختراع لیورپل انگلستان، برای گلداستون آدامز(Gladstone Adams) از خلیج ویتلی به ثبت رسید.

مری اندرسون چه کرد؟

در میان شخصیت‌های یادشده، مخترع آمریکایی، مری اندرسون به دلیل ابداع نوع اولیه برف پاک کن‌های شیشه جلو در سال 1903 بیشترین شهرت را دارد. او در برگه حق اختراع خود، ابداع مزبور را دستگاه تمیزکردن پنجره برای خودروهای الکتریکی و سایر وسایل نقلیه نامید. نسخه‌ای از اختراع او توسط یک اهرم داخلی کار می‌کرد و شباهت زیادی به نمونه‌های امروزی داشت. اندرسون یک نمونه تولیدی از طرح خود ساخت و آن را در 18 ژوئن 1903 به عنوان یک پتنت ثبت کرد و سپس اداره ثبت اختراعات ایالات‌متحده در 10 نوامبر 1903، ثبت اختراع او را تایید می‌کند.

برف پاکن جیمز آبژان

مخترع دیگری از ایرلند به نام جیمز هنری آبژان(James Henry Apjohn) هم دستگاهی برای تمیز کردن شیشه کالسکه، خودروهای موتوری و… ساخت که به یک بُرس متصل بود و به شکل خودکار یا دستی کار می‌کرد. بُرس‌ها در بالا و پایین یا فقط در یک جهت شیشه‌ای عمودی شکل قرار داشتند. این اختراع نیز در 9 اکتبر 1903 در بریتانیا به ثبت رسید.

جوهان آر. اوشیه

جوهان آر. اوشیه(John R. Oishei) شرکتی به نام Tri-Continental را در سال 1917 تاسیس کرد و اولین برف پاکن شیشه جلو به نام Rain Rubber را برای شیشه‌های جلو دو تکه شکاف‌دار موجود در آن زمان معرفی کرد. امروزه شرکت او به نام Trico Products شناخته می‌شود و یکی از بزرگترین تولیدکنندگان برف پاکن در جهان است. بوش نیز در بلژیک یکی از بزرگترین کارخانه‌های برف پاک کن جهان را اداره کرده و روزانه 350 هزار تیغه تولید می‌کند. اولین تیغه خودکار هم در سال 1917 توسط شارلوت بریگوود(Charlotte Bridgwood) به ثبت رسید.

ویلیام ام. فولبرث

مخترعان بعدی ویلیام ام. فولبرث(William M. Folberth) و برادرش فِرد بودند که در سال 1919 پتنت یک تیغه خودکار شیشه جلو را ثبت کرده و در سال 1921 نیز حق اختراع آن به ثبت رسید. نمونه اخیر اولین تیغه خودکار ساخت یک آمریکایی بود. اما اختراع اصلی به فردی از هاوایی به نام اورماند وِل(Ormand Wall) نسبت دارد. شرکت برف پاکن سازی تریکو اختلافات مربوط به این اختراع را حل و فصل کرد و شرکت مالک آن یعنی Folberth’s Cleveland را خریداری کرد.

ریموند اندرسون

مخترع برف پاک کن‌های زمان‌دار یا متناوب شاید ریموند اندرسون(Raymond Anderson) باشد . او در سال 1923 طرحی الکترومکانیکی را به ثبت رساند. در سال 1958 اوشیه(Oishei) و همکاران او درخواست ثبت اختراع یک برف پاکن الکترومکانیکی با عملکرد حرارتی و هیدرولیکی را داشتند و در سال 1961 جان آموس(John Amos)، از شرکت مهندسی خودرو بریتانیا و صنایع لوکاس، اولین درخواست ثبت اختراع برف پاکن الکترونیکی حالت جامد در بریتانیا را ثبت کرد.

رابرت کرنز

در سال 1963 شکل دیگری از برف پاک کن‌های زمان دارد توسط رابرت کرنز(Robert Kearns)، استاد مهندسی دانشگاه ایالتی وین در دیترویت، میشیگان اختراع شد. او از عملکرد چشم انسان که هر چند ثانیه پلک می‌زند؛ تقلید کرد و در سال 1963 اولین تیغه خود را با استفاده از قطعات الکترونیکی خارج از خودرو ساخت. در نمونه اولیه خازن با دریافت انرژی کار می‌کرد و بلافاصله تخلیه انرژی صورت می‌گرفت و یک موتور چرخش برف پاکن را انجام می‌داد و این فرایند تکرار می‌شد. کرنز طرح خود را به شرکت فورد ارائه داد و به آنها پیشنهاد داد که از این طرح استفاده کنند. مدیران فورد در آن زمان پیشنهاد کرنز را رد کردند؛ اما بعدها ساختاری مشابه در خطوط تولید مرکوری فورد در مدل‌های 1969 نصب شد. کرنز از فورد شکایت کرد و در نهایت او پس از چند سال برنده شد.

در سال 1970 نیز خودروساز فرانسوی سیتروئن تیغه‌های زمان‌دار حساس به باران را در مدل‌های SM معرفی کرد. این تیغه‌ها هنگام بارش فعال می‌شدند. اگر شیشه کمی خیس بود؛ تیغه با عملکردی نسبتاً طولانی فعال می‌شد و تاخیری طولانی داشت. اما اگر شیشه باز هم خیس بود؛ تایمر به گونه‌ای تنظیم می‌شد که تاخیر حرکت تیغه‌ها به حداقل برسد.

تامین قدرت برف پاک کن

قدرت و توان تیغه‌ها در وسایل نقلیه مختلف به شیوه‌های گوناگون تامین می‌شود. اکثر خودروهای امروزی از طریق یک موتور الکتریکی و اجزای مکانیکی و اتصال 4 نوار به شکل سری یا موازی تغذیه می‌شوند.

خودروهای دارای ترمز بادی گاهی اوقات از برف پاکن‌های پنوماتیکی استفاده می‌کنند. با وارد کردن ضربه به روی پدال ترمز، میزان بسیار کمی از هوا به یک موتور کوچک منتقل می‌شود. نیروی مورد نیاز تیغه‌ها برای حرکت را تامین می‌کند. این برف پاکن‌ها با بازکردن دریچه‌ها فعال می‌شود و اجازه می‌دهند که هوای تحت فشار وارد موتور مخصوص تیغه‌ها شود.

برف پاک کن‌های اولیه اغلب یک موتور خلاء داشتند که با منیفولد کار می‌کرد. این سیستم به دلیل وابستگی منیفولد به موقعیت دریچه گاز بسیار پر ایراد بود؛ زیرا زمانی که دریچه گاز باز باشد برف پاک کن‌ها یا کُند هشتند یا اصلاً تکان نمی‌خوردند. البته این مشکل تا حدودی با بهره‌گیری از پمپ تقویت‌کننده سوخت برطرف شد.

برخی از خودروها نیز عمدتاً در دهه 1960 و 1970 مانند لینکلن کانتیننتال مدل 61 تا 69 و کانتیننتال مارک 3 مدل 69 تا 71 به همراه فورد تاندربر مدل 63 تا 71 دارای تیغه‌های سرعت متغیر و هیدرولیکی بودند. در این نوع از برف پاک کن‌ها پمپ هیدرولیک با بهره‌گیری از مکانیزم فرمان برقی نیز تغذیه می‌شد.

در سیتروئن 2CVهای قبلی، برف پاک کن توسط یک سیستم کاملاً مکانیکی با یک کابل متصل به جعبه دنده تغذیه می‌شد. برای کاهش هزینه‌ها، کابل مزبور وظیفه تغذیه سرعت سنج را نیز برعهده داشت. بنابراین سرعت تغیه‌ها با سرعت خودرو هماهنگ می‌شد. هنگام ثابت بودن خودرو، تیغه‌ها کار نمی‌کردند؛ اما در صورت حرکت، سرعت سنج اجازه فعال شدن برف پاک کن را می‌داد.

شکل برف پاک کن

اکثر برف پاکن‌های اولیه متشکل از تیغه‌ای پلاستیکی و متصل به یک پایه فلزی هستند. اما نگرانی‌های آیرودینامیکی و معرفی شیشه‌های منحنی جلو، باعث تغییر ظاهر آنها شد. در سال 1945، جان دبلیو. اندرسون(John W. Anderson) بنیانگذار رقیب شرکت تریکو یعنی کمپانی آنکو، حق اختراع برف پاک کنی با بازوهای مشعب را به ثبت رساند که به شکل یک نواخت روی شیشه خمیده و صاف کشیده می‌شد. این تیغه تقریباً با هر انحنای شیشه جلو سازگار بود و همان طور که شیشه‌های منحنی محبوبیت بیشتری پیدا می‌کردند؛ بزودی این تیغه‌ها نیز به یکی از تجهیزات استاندارد و جهان خودروها در سال 1947 تبدیل شدند. جنس تیغه‌ها از لاستیک طبیعی، لاستیک اتیلن پروپیلن و یا ترکیب هر دو است. چون در هوای سرد لاستیک طبیعی عملکرد بهتری داشت؛ اما لاستیک اتیلن پروپیلن گیر نمی‌کرد و در برابر حرارت مقاوت بهتری داشت. البته برخی از سازندگان هم بسراغ پوشش گرافیت رفتند.

هندسه برف پاک کن

اکثر برف پاک کن‌ها از دو محور و بازویی متصل به موتور الکتریکی تشکیل می‌شوند و معمولاً این تیغ‌ها را در خودروها، کامیون‌ها، قطارها، کشی‌ها، هواپیماها و… می‌بینیم.

برف پاکن کن موازی

برف پاکن‌های مدرن در خودروهای امروزی معمولاً موازی یکدیگر حرکت می‌کنند. با این حال برخی از مدل‌های مرسدس‌بنز و فولکس‌واگن برف پاک کن‌های غیر موازی داشته و تیغه‌ها در جهت مخالف یکدیگر حرکت می‌کنند. این تیغه‌ها از نظر مکانیکی پیچیدگی بیشتری دارند؛ اما تقریباً تمام شیشه جلو را پوشش می‌دهند. علاوه بر این در زمان صادرات خودروهای مجهز به تیغه‌های مزبور به کشورهای بریتانیا و… که فرمان در خودروهای آنها سمت راست قرار دارد؛ نیازی به جابجایی و تحمیل هزینه اضافی به خودروساز نیست.

برف پاک کن پانتوگراف

نوع دیگری از برف پاک کن‌ها مشهور به پانتوگراف است. از آن در وسایل نقلیه تجاری، به ویژه شیشه جلوی اتوبوس‌ از آنها استفاده می‌شود. در این نوع از دو بازو برای هر تیغه استفاده می‌شود که هر تیغه نیز روی یک نوار افقی متصل به دو بازو قرار دارد. یکی از بازوها به موتور متصل بوده و دیگری روی محوری آزاد است. گاهی نیاز است که وسط شیشه جلو در خودروهای تجاری تمیز شود؛ لذا یک بازو در سمت راننده و یک بازو در سمت سرنشین قرار می‌گیرد.

برف پاک کن محوری

نمونه دیگری از تیغه‌ها، به شکل محور مرکزی هستند و معمولاً در شیشه‌های عقب و همچنین در جلوی برخی از خودروها استفاده می‌شوند. یکی دیگر از انواع هندسی تیغه‌های مزبور را باید Monoblade دانست که مرسدس بنز پیشگام بکارگیری آن بود. در این سیستم تنها یک بازوی تک محور وجود دارد و عرض شیشه را طی می‌کند. مسیر حرکت بازو تا حدودی شبیه به حرف M بوده و قسمت‌های زیادی از شیشه جلو را پوشش می‌دهد.

برخی از خودروهای بزرگ در اواخر دهه 70 و اوایل 80 به ویژه در آمریکا، یک تیغه پانتوگراف در سمت راننده به همراه یک محور معمولی در سمت سرنشین داشتند. این چیدمان باعث می‌شد که قسمت بیشتری از شیشه جلو سمت راننده پاک شود و به همین خاطر بیشتر فضای سمت چپ شیشه را پاک می‌کرد. در خودروهای فرمان راست نیز یک اتصال کوچک به تیغه سمت راست باعث می‌شد که برف پاک کن بخش‌های بیشتری از شیشه جلو را پاک کند.

برف پاک‌کن عقب

در بعضی از خودروها از برف پاک کن شیشه عقب استفاده می‌شود. تیغه این بخش معمولاً در هاچ‌بک‌ها، استیشن‌ها، خودروهای اسپرت و مینی‌ون‌ها به شکل عمودی نصب است.

اولین بار در دهه 1940 از تیغه عقب استفاده شد. در دهه 1970 پس از معرفی مدل 1966 پورشه 911 و ولوو 145 در سال 1969، استفاده از آنها مرسوم می‌شود.

برف پاک‌کن چراغ جلو

در دهه 1960، محققان به افزایش ایمنی خودروها علاقه‌مند شد. آنها شروع به انجام تحقیقاتی در مورد سامانه‌های ممکن برای تمیزکردن چراغ‌های جلو کردند. اواخر سال 1968، شورلت واشرهای فشار قوی چراغ‌های جلو را روی انواع مدل‌های 1969 خود معرفی کرد. سال 1970 نیز کمپانی ساب برف پاک‌های چراغ جلو را برای طیفی از محصولات خود معرفی کرد. مکانیسم تیغه‌های مزبور وابسطه به یک موتور کوچک بود. بعدها برای هر تیغه یک موتور جداگانه نصب شد. در سال 1972 سیستم تمیز کردن چراغ‌های جلو در سوئد اجباری می‌شود.

امروزه اثری از تیغه‌های پاک کننده چراغ‌های جلو نیست و اکثر خودروهای مدرن از اسپری پرفشار برای تمیزکردن چراغ‌های جلو استفاده می‌کنند. این امر هزینه‌ها را کم می‌کند و کشش آیرودینامیکی را کمتر می‌کند و این موضوع منطبق با مقررات اتحادیه اروپا است که استفاده از تیغه تمیزکننده چراغ جلو را محدود به چراغ‌های شیشه‌ای می‌کند.

شوینده شیشه جلو و برف پاک‌کن

اکثر برف پاک کن‌های امروزی به شیشه شور هم مجهز هستند. یک پمپ مخلوطی از آب، الکل و مواد شوینده را از درون یک مخزن به روی شیشه جلو پخش می‌کند. مایع از درون نازل‌های کوچک روی کاپوت پخش می‌شود. معمولاً از نازل‌های معمولی استفاده می‌شود؛ اما بعضی اوقات طراحان از یک نوسان‌گیر سیال برای پخش موثرتر مایع استفاده می‌کنند.

در آب و هوای گرم، این سیستم به خوبی کار می‌کند. اما احتمالاً در هوای سرد، مایع یخ می‌زند و به پمپ آسیب برساند. در این مورد می‌توان از ضد یخ استفاده کرد. البته هر چند که از نظر شیمیایی ضد یخ به شیشه آسیب نمی‌زند. اما در صورت اسپری شدن روی بدنه، رنگ خودرو آسیب جدی خواهد دید. به نظر می‌آید که برای نخستین بار در سال 1931 شرکت Richland Auto Parts  واقع در اوهایو با ایده هکتور سوپیسی سدس(Héctor Suppici Sedes)، راننده و مکانیک خودروی مسابقه‌ای اروگوئه‌ای، از شیونده شیشه جلو استفاده کرده است.

از سال 2012، اسپری‌های پاشش مایع روی شیشه در برخی از خودروها مانند محصولات تسلا و… با سیستمی به نام AquaBlade و توسط شرکت Valeo جایگزین شدند. در این سیستم مایع شستشو مستقیماً از طریق تیغه برف پاکن به روی شیشه اسپری می‌شود. این یعنی به طور موثری از بروز اختلال بینایی در حین رانندگی جلوگیری می‌شود و زمان واکنش راننده در برابر بروز خوادث کاهش می‌یابد.

برف پاک‌ کن مخفی

در برخی از خودروهای بزرگ از برف پاک کن‌های مخفی استفاده می‌شود. این نوع از برف پاکن‌ها، تیغه‌ها زیر کاپوت مخفی می‌شوند. در واقع شیشه جلو تا زیر کاپوت امتداد می‌یافت. تیغه‌ها در زیر کاپوت و دور از دید شما قرار می‌گیرند.

برف پاک کن حساس به باران

در برخی از وسایل نقلیه کنونی، برف پاکن‌هایی خودکار و متصل به سنسور باران وجود دارد. این سنسور به شکل خودکار سرعت و قدرت تیغه‌ها را براساس میزان بارندگی تنظیم می‌کند. این نوع از سیستم‌ها معمولاً دکمه‌ای برای کنترل دستی تیغه‌ها دارند.

تیغه‌های خودکار و حساس به باران در اواخر قرن بیستم ظاهر شد و سیتروئن  SM اولین نمونه آن بود. در اوایل سال 2006 امکان استفاده از تیغه‌های حساس به باران در همه کادیلاک‌ها و اکثر فولکس‌واگن‌ها به شکل اختیاری یا استاندارد برای مشتریان فراهم شد. این سیستم در سال 1978 توسط یک استرالیایی ثبت اختراع شد و در ابتدا به شکل خودکار برف پاک کن، چراغ‌ها و مایع شوینده شیشه جلو را به کار می‌انداخت.