DE10005523A1

DE10005523A1 - Wischblatt sowie Verfahren zum Reinigen einer hydrophoben Oberfläche unter Verwendung eines solchen Wischerblattes

Info

Publication number: DE10005523A1
Application number: DE2000105523
Authority: DE
Inventors: Achim Neubauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-16
Also published as: WO2001058733A1

Abstract

Es soll ein Wischerblatt geschaffen werden, das zur Reinigung von hydrophoben, mikrostrukturierten Oberflächen geeignet ist. Zu diesem Zweck ist ein Wischerblatt vorgesehen, für einen Scheibenwischer, mit einem Wischmittel (16), das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wischmittel (16) aus nebeneinander angeordneten Fasern (20) besteht. Die Fasern können in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen, so daß sämtliche Verunreinigungen, die sich in diesen Zwischenräumen befinden, beseitigt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Wischerblatt, insbesondere für einen Scheibenwischer, mit einem Wischmittel. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche, insbesondere zur Reinigung einer mikrostrukturierten, hydrophob wirkenden Oberfläche.

Um Oberflächen wasserabstoßend, d. h. hydrophob, und in gewissem Maße schmutzabweisend zu machen, ist bekannt, sie mit einer Beschichtung zu versehen, die bestimmte Mikrostrukturierungen mit Strukturgrößen im Bereich von einigen Mikrometern aufweist. Der sich dadurch ergebende schmutzabweisende Effekt wird auch als Lotusblatteffekt bezeichnet. Beschichtungen, mit denen dieser Effekt erhalten wird, werden z. B. im Kraftfahrzeugbereich zur Hydrophobisierung von Windschutz- und Heckscheiben eines Fahrzeugs eingesetzt.

Solche z. B. mit kugel- oder rillenförmigen Mikrostrukturen versehenen, hydrophob wirkenden Oberflächen weisen aufgrund ihrer Topologie eine gewisse selbstreinigende Wirkung auf, da gewöhnliche Schmutzpartikel und größere Wassertropfen aufgrund ihrer Größe nicht in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen und wegen ihrer geringen Auflageflächen nur schwer auf derartig strukturierten Oberflächen haften können und sich daher leicht entfernen lassen.

Allerdings können Schmutzpartikel bei längerer Verweilzeit auf der Oberfläche und bei erhöhten Temperaturen, z. B. durch Sonneneinstrahlung, sich der Topologie der Oberfläche anpassen und in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen, sich sozusagen einbrennen. Sehr kleine Wassertropfen, die z. B. durch hohe Auftreffgeschwindigkeiten der Tropfen auf die Scheibe oder durch mechanisches Zerkleinern beim Wischen der Scheibe entstehen können, können ebenfalls in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen. Diese Prozesse verunreinigen hydrophob wirkende Oberflächen und machen eine Reinigung derselben notwendig.

Werden derartige mikrostrukturierte Scheiben mit konventionellen Wischerblättern, die für unbeschichtete Scheiben ausgelegt sind, gereinigt, z. B. mit einem glatten, mittelharten Wischgummi aus Elastomeren mit Shorehärte 60, kann dies zu einer verstärkten Schlierenbildung führen, da Schmutzreste und Kleinsttröpfchen in den Zwischenräumen zwischen den Mikrostrukturen verbleiben, was letztlich zu einer Verschlechterung der Sicht durch die Scheibe führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wischerblatt und ein Verfahren bereitzustellen, das die Reinigung von mikrostrukturierten, hydrophob wirkenden Oberflächen verbessert.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Wischerblatt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bietet den Vorteil, daß die Fasern, anders als eine bekannte Gummilippe, die zur Reinigung von insbesondere mikroskopisch glatten, hydrophilen Oberflächen verwendet wird, in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen können und eventuelle Verschmutzungen aus den Zwischenräumen entfernen können. Die sich ergebende Reinigungswirkung erfaßt auch zwischen den Mikrostrukturen sitzende Schmutzpartikel und Kleinsttröpfchen. Als Resultat wird die Scheibe schlierenfrei sauber, und die Sicht durch die Scheibe wird verbessert.

Vorzugsweise ist ein Wischmittelhalter vorgesehen, in welchem die Fasern abgewinkelt gehalten werden, wobei die freien Enden der Fasern sich außerhalb des Wischmittelhalters erstrecken. Eine Abwinkelung der Fasern beeinflußt den Winkel günstig, in dem die Fasern auf die Oberfläche treffen, und verbessert so die Reinigungswirkung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fasern in Bündeln und die Bündel in wenigstens einer Reihe angeordnet. So stehen zur Reinigung einer Stelle der Oberfläche eine ganze Reihe von Fasern zur Verfügung, außerdem können bekannte Herstellungsverfahren zur Herstellung des Wischerblatts verwendet werden.

Vorzugsweise weist der Wischmittelhalter einen gekrümmten Abschnitt auf, der eine Krümmung auf die Fasern überträgt. Auf diese Weise wird eine Vorbiegung der freien Faserenden erreicht, die den Fasern eine höhere Biegesteifigkeit entgegen der Bewegungsrichtung verleiht, was die Reinigungswirkung verbessert.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist der Wischmittelhalter eine konkave Anlagefläche auf, die auf die Fasern eine konkave Krümmung überträgt. Auch sind die Fasern in Bewegungsrichtung vorzugsweise konkav vorgebogen, wodurch sie eventuelle Verschmutzungen zwischen den Mikrostrukturen "herausschaufeln" können. Einem Abknicken der Fasern entgegen der Bewegungsrichtung wird so vorgebeugt, und die Reinigungswirkung wird verbessert.

Vorzugsweise beträgt die Länge der freien Enden der Fasern zwischen 0,5 und 5 mm. Diese Länge der freien Enden der Fasern sorgt für eine gute Reinigungswirkung und läßt sich in der Herstellung einfach realisieren.

Vorteilhafterweise beträgt der Durchmesser der einzelnen Fasern zwischen 0,5 und 20 µm. Der Durchmesser der Fasern muß kleiner sein als der mittlere Abstand der Mikrostrukturen auf der Oberfläche. Die beste Reinigungswirkung wird erreicht, wenn der Durchmesser der Fasern deutlich kleiner ist als der mittlere Abstand der Mikrostrukturen.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 bietet den Vorteil, daß aufgrund der Ausrichtung der Fasern bei ihrer Bewegung über die zu reinigende Scheibe die Fasern vorgespannt sind und einen erhöhten Widerstand gegen ein Umbiegen entgegen der Bewegungsrichtung haben. Durch die konkave Vorbiegung können die freien Enden der Fasern in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen und Schmutzpartikel und Kleinsttröpfchen daraus entfernen.

Vorzugsweise ist der Winkel zwischen den freien Enden der Fasern und der Oberfläche in Bewegungsrichtung des Wischerblattes größer als 90°, insbesondere etwa 120°. Wenn zusätzlich zu den konkav vorgebogenen Fasern die freien Enden der Fasern in einem in Bewegungsrichtung gesehen stumpfen Winkel auf die Oberfläche aufgesetzt werden, verbessert sich die Reinigungswirkung.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Wischerblatt;

Fig. 2 in einer abgebrochenen Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Wischmittelhalter mit eingesetztem Wischmittel;

Fig. 3 in einer schematischen Ansicht einer von einem erfindungsgemäßen Wischmittel zu reinigenden Oberfläche;

Fig. 4a in einer schematischen Ansicht eine von einem Wischmittel zu reinigende Oberfläche, wobei das Wischmittel nicht vorgebogene Fasern enthält;

Fig. 4b in einer schematischen Ansicht eine von einem Wischmittel zu reinigende Oberfläche, wobei das Wischmittel vorgebogene Fasern enthält;

Fig. 5a in einer perspektivischen Ansicht eine zu reinigende Oberfläche, wobei ein herkömmliches Wischmittel verwendet wird; und

Fig. 5b in einer perspektivischen Ansicht eine zu reinigende Oberfläche, wobei ein erfindungsgemäßes Wischmittel verwendet wird.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wischerblatt 10. Das Wischerblatt 10 enthält eine konventionelle Befestigung 12, mit der das Wischerblatt an einem (nicht dargestellten) herkömmlichen Wischerarm befestigt ist und die für einen gleichmäßigen Anpreßdruck des Wischmittels auf die Oberfläche sorgt. Diese Befestigung 12 ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht weiter beschrieben. Weiterhin enthält das Wischerblatt 10 einen Wischmittelhalter 14, in welchem ein Wischmittel 16 angeordnet ist, das aus einzelnen, nebeneinander und parallel zueinander angeordneten Fasern 20 besteht.

Die einzelnen Fasern 20 können zu Bündeln 18 zusammengefaßt sein, die z. B. in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, so wie in Fig. 1 dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen der Fasern im Wischmittel denkbar.

Der Wischmittelhalter 14 ist zusammen mit den Fasern 20 des Wischmittels 16 in Fig. 2 näher dargestellt. Der Wischmittelhalter 14 weist eine Faserhalterung 22 auf, die eine oder mehrere Öffnungen 24, beispielsweise als Bohrungen ausgeführt, aufweist, in denen die zu Faserbündeln 18 zusammengefaßten Fasern 20 verklemmt sind. Außerdem enthält der Wischmittelhalter 14 eine Führung 26, die zusammen mit der Faserhalterung 22 eine Halterung bildet, in der die Fasern 20 abgewinkelt gehalten werden.

Die Führung 26 weist eine gekrümmte obere Anlagefläche 32 auf, die die Fasern 20 in einer ersten Richtung abwinkelt, wobei die Fasern 20 vorzugsweise um etwa 90° abgewinkelt werden. Die Führung 26 weist auch eine gekrümmte untere Anlagefläche 34 auf, die die Fasern 20 in einer zweiten Richtung abwinkelt. Die Krümmung der unteren Anlagefläche 34 bewirkt außerdem, daß die aus der Führung 26 austretenden freien Faserenden 38 eine Krümmung annehmen. Beide Anlageflächen 32, 34 sind vorzugsweise konkav gekrümmt.

Der Wischmittelhalter kann auch so ausgebildet sein, daß nur einige der Fasern, z. B. die äußeren Fasern, durch die untere Anlageflächen der Führung vorgebogen werden.

Während seines Einsatzes wird das Wischerblatt 10 in einer Bewegungsrichtung, die in den Figuren durch einen Pfeil dargestellt ist, über eine zu reinigende Oberfläche 36 bewegt. Die untere Anlagefläche 34 ist bezüglich der Bewegungsrichtung so ausgerichtet, daß die freien Faserenden 38 in Bewegungsrichtung gesehen eine konkave Krümmung aufweisen und daß die freien Faserenden 38 in Bewegungsrichtung gesehen einen stumpfen Winkel mit der Oberfläche 36, also zwischen der Oberfläche und den Fasern bilden, der vorzugsweise bei etwa 120° liegt.

Die Oberfläche 36 weist Mikrostrukturen 40 auf, die ihr nach dem sogenannten Lotusblatteffekt eine hydrophobe und teilweise schmutzabweisende Wirkung verleihen. Diese Strukturen haben gewöhnlich die Höhe und den Abstand von einigen Mikrometern. Bekannt sind z. B. kugel- oder rippenförmige Strukturen.

Um eine Reinigungswirkung erzielen zu können, muß der Durchmesser der Fasern 20 kleiner sein als der mittlere Abstand b der einzelnen Mikrostrukturen 40 auf der Oberfläche 36, damit die Fasern 20 in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen eindringen können. Es ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Fasern 20 deutlich kleiner ist als der Abstand b. Bevorzugt weisen die Fasern 20 einen Durchmesser zwischen 0,5 und 20 µm auf. Der Querschnitt der Fasern 20 kann auf die Topologie der Oberfläche 36 abgestimmt sein, wobei die Fasern im einfachsten Fall einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Für eine Reinigungswirkung muß ebenso die Länge der freien Faserenden 38 größer sein als die mittlere Höhe a der Mikrostrukturen 40. Diese Konstellation ist in Fig. 3 dargestellt. Vorteilhafterweise liegt die Länge der freien Enden 38 der Fasern 20 zwischen 0,5 und 5 mm.

Die Fasern 20 bestehen aus einem Material, das es erlaubt, Fasern mit Querschnitten zwischen 0,5 und 20 µm zu fertigen, die einerseits so elastisch sind, daß sie den Mikrostrukturen 40 der Oberfläche 36 folgen können, andererseits aber so starr sind, daß sie Verunreinigungen 42 aus den Zwischenräumen der Mikrostrukturen 40 einer Oberfläche 36 entfernen können. Das Material der Fasern sollte auf die Oberflächentopologie und die Härte der Oberfläche, die verwendete Wischgeschwindigkeit, die zu erwartenden Verschmutzungen, an den Werkstoff der Oberfläche und an die gewünschte Lebensdauer der Fasern abgestimmt sein. Verwendbare Materialien umfassen beispielsweise Polyamid, Polyacrylnitril, Polyester oder Polypropylen. Aus den Abmessungen der einzelnen Fasern läßt sich entnehmen, daß eine sehr große Anzahl von einzelnen Fasern verwendet werden muß, um das Wischmittel zu erhalten.

Fig. 4a zeigt einen Reinigungsvorgang mit einem Wischmittel 16, dessen Fasern 20 an den freien Faserenden 38 nicht in Bewegungsrichtung vorgebogen sind. Aufgrund der Elastizität der Fasern biegen sich diese um, und sie dringen nicht in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen 40 ein, so daß das Bewegen der Fasern 20 über die Oberfläche 36 nicht zu einer Entfernung der Verunreinigungen 42 führt.

Fig. 4b zeigt einen Reinigungsvorgang mit einem Wischmittel 16, dessen freie Faserenden 38 in Bewegungsrichtung (Pfeil) vorgebogen sind. Aufgrund der Vorbiegung dringen die Faserenden 38 in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen 40 ein und "schaufeln" Verunreinigungen 42, z. B. kleine Schmutzpartikel oder Kleinsttröpfchen, aus diesen Zwischenräumen hinaus. Von den nachfolgenden Fasern 20 des Wischmittels 16 werden die Verunreinigungen 42 abtransportiert, so daß eine Reinigung der Oberfläche 36 erzielt wird.

Mikrostrukturierte hydrophobe Oberflächen werden u. a. für Fahrzeugscheiben eingesetzt, z. B. für Windschutzscheiben, Heckscheiben sowie Rückspiegel und Scheinwerferscheiben. Werden solche mikrostrukturierten Oberflächen mit einem herkömmlichen Wischerblatt, z. B. mit einem glatten Wischgummi aus Elastomeren mit Shorehärte 60, mechanisch gereinigt, wie in Fig. 5a schematisch dargestellt, so werden nur die größeren Verunreinigungen, wie große Wassertropfen 44 und größere Schmutzpartikel 46, die nicht zwischen den Mikrostrukturen 40 der Oberfläche 36 eindringen können, entfernt, während Kleinsttröpfchen 44 sowie kleine Schmutzpartikel 46, die sich zwischen den Mikrostrukturen 40 der Oberfläche 36 befinden, nicht entfernt werden und auf der Oberfläche 36 zurückbleiben.

Im Gegensatz dazu ist in Fig. 5b das Reinigungsverfahren mit einem erfindungsgemäßen Wischerblatt 10 dargestellt. Die Fasern 20 des Wischerblatts 10 dringen in die Zwischenräume zwischen den Mikrostrukturen 40 ein und entfernen auch Kleinsttröpfchen 44 sowie zwischen den Mikrostrukturen 40 liegende Schmutzpartikel 46 und hinterlassen eine saubere Oberfläche 36. Der Reinigungsvorgang wird dadurch unterstützt, daß die zwischen den Mikrostrukturen 40 herausgelösten Kleinsttropfen 44 sich zu größeren Tropfen 48 zusammenschließen, welche die Schmutzpartikel 46 lösen oder an sich binden und abtransportieren.

Vorzugsweise ist das Wischmittel so gestaltet, daß sich die beschriebene Geometrie der Faserenden relativ zur zu reinigenden Oberfläche für jede der beiden möglichen Bewegungsrichtungen ergibt, die Faserenden also sowohl bei der Hin- als auch bei der Rückbewegung schräg angestellt sind.

Bezugszeichenliste

10

Wischerblatt

12

Befestigung

14

Wischmittelhalter

16

Wischmittel

18

Faserbündel

20

Faser

22

Faserhalterung

24

Öffnung

26

Führung

32

obere Anlagefläche

34

untere Anlagefläche

36

Oberfläche

38

freie Faserenden

40

Mikrostrukturen

42

Verunreinigungen

43

herkömmlicher Wischgummi

44

kleiner Wassertropfen

46

kleines Schmutzpartikel

48

großer Wassertropfen

50

großes Schmutzpartikel
a mittlere Höhe der Mikrostrukturen
b mittlerer Abstand zwischen Mikrostrukturen

Claims

1. Wischerblatt, insbesondere für einen Scheibenwischer, mit einem Wischmittel (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Wischmittel (16) aus im wesentlichen nebeneinander angeordneten Fasern (20) besteht.

2. Wischblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (20) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

3. Wischblatt nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Fasern (20) verwendet wird.

4. Wischerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wischmittelhalter (14) vorgesehen ist und daß die Fasern (20) in diesem Wischmittelhalter (14) abgewinkelt gehalten werden, wobei freie Enden (38) der Fasern (20) sich außerhalb des Wischmittelhalters (14) erstrecken.

5. Wischerblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wischmittelhalter (14) wenigstens eine Anlagefläche (32, 34) aufweist.

6. Wischerblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (32, 34) gekrümmt ist, so daß sie eine Krümmung auf die Fasern (20) überträgt.

7. Wischerblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (32, 34) konkav ist.

8. Wischerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (20) in Bündeln (18) und die Bündel (18) in wenigstens einer Reihe angeordnet sind.

9. Wischerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der freien Enden (38) der Fasern (20) zwischen 0.5 und 5 mm liegt.

10. Wischerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einzelnen Fasern (20) zwischen 0.5 µm und 20 µm liegt.

11. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche, insbesondere mit einem Wischerblatt (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wischmittel (16) aus nebeneinander angeordneten Fasern (20) in einer Bewegungsrichtung über die Oberfläche (36) bewegt wird und daß freie Enden (38) der Fasern (20) in Bewegungsrichtung gesehen konkav gekrümmt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (38) der Fasern (20) in jeder der beiden möglichen Bewegungs richtungen gesehen konkav gekrümmt sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den freien Enden (38) der Fasern (20) und der Oberfläche (36) in Bewegungsrichtung des Wischerblattes (10) größer als 90° ist und insbesondere etwa 120° beträgt.