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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Wischblatt, insbesondere für Scheibenwischer
eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke
einer Beschichtung eines Wischblatts nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Damit
sich Scheibenwischblätter
der Kontur der Scheibe eines Kraftfahrzeugs möglichst gut anpassen und auch
bei unterschiedlichen Temperaturen flexibel sind, werden Wischblätter in
der Regel aus Elastomerprofilen gefertigt, wobei im Wesentlichen
Gummimaterialien wie Naturkautschuk oder Synthesekautschuk wie z.B.
Chloroprenkautschuk, Silikonkautschuk oder Polyurethankautschuk.
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Elastomere
weisen gegenüber
Materialien wie Glas oder Kunststoff hohe Gleitreibungskoeffizienten
auf, so dass bei einer festgelegten vertikalen Auflagekraft eines
Elastomerprofils in Form eines Scheibenwischblattes auf der Oberfläche einer
Glasscheibe häufig
ein Vielfaches der Auflagekraft für eine Horizontalbewegung aufgewendet
werden muss. Wird der Scheibenwischer bei Nässe betrieben, stellt dies
kein wesentliches Problem dar, da durch den Wasserfilm auf der Scheibe
ein dünner Schmierfilm
zwischen dem Scheibenwischblatt und der Scheibe gebildet wird, so
dass sich eine hydrodynamische Schmierung einstellt. Probleme treten
jedoch auf wenn das Scheibenwischblatt ohne Wasser als Schmierfilm
betrieben wird, beispielsweise im Sommer oder nach kurzen Regenschauern.
Unter derartigen Bedingungen erfolgt ein schnelles Abtrocknen der
Scheibe, wodurch der Reibungskoeffizient stark ansteigt, was zu
Quietschen, Rattern oder sogar Stillstand des Scheibenwischers führen kann.
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Um
den Reibungskoeffizienten von Scheibenwischblättern gegenüber einer trockenen Glasscheibe
herabzusetzen, wird bisher häufig
eine Chlorierung oder Bromierung der Oberfläche des Scheibenwischblattes,
d.h. eine Härtung,
durchgeführt. Dies
erfordert jedoch eine sehr exakte Prozessführung und ist unter Umweltschutzaspekten
nicht unproblematisch. Darüber
hinaus kann durch derartige Behandlungsverfahren die Wischqualität negativ
beeinflusst werden.
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Des
Weiteren wurde bereits vorgeschlagen, Elastomerprofile mit einer
Beschichtung zu versehen, die insbesondere den Reibungskoeffzienten
unter trockenen Bedingungen, d.h. den Trockenreibwert, herabsetzt.
So ist z.B. bekannt, eine Wischerlippe mit einem Silikongummi zu
beschichten, in das zur Reduzierung des Reibwertes als Trockenschmierstoff
Molybdändisulfid
eingebracht worden ist. Außerdem
ist bekannt, ein Polyurethanlack als Binder einzusetzen, in den
Graphitpulver eingelagert ist. Daneben ist ein einkomponentiger
Polyurethanlack zur Beschichtung von Elastomeren bekannt, der reaktive Polysiloxane
enthält.
Ferner ist eine Beschichtung bekannt, die neben einem Polyurethan
und einem Siloxan auch einen Zusatzstoff wie Ruß, Teflon, Graphit oder Talkum
enthält.
Mit diesem Material können Beschichtungen
auf Elastomeren erzeugt werden, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten
unter trockenen Bedingungen aufweisen.
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Da
sich die bekannten reibungsvermindernden Beschichtungen aufgrund
ihrer schwarzen oder schwarzgrauen Farbe nicht von dem Elastomerprofil des
Wischblattes abheben, ist es bisher nicht möglich, visuell die Qualität der Beschichtung
zu überprüfen. Fehler
in der Beschichtung eines Wischblattes, z.B. Bereiche ohne Beschichtung
oder mit zu geringer Beschichtung, können daher nicht eindeutig nachgewiesen
werden. Die Überprüfung der
Beschichtung hinsichtlich ihrer Verteilung auf dem Wischblatt ist
zusätzlich
dadurch erschwert, dass sich die bekannten reibungsvermindernden
Beschichtungen und das Elastomerprofil des Wischblattes chemisch
sehr ähnlich
sind, da sie hauptsächlich aus
den chemischen Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.
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Aus
US 5 349 718 ist bereits
bekannt, ein Wischblatt mit einer Beschichtung zu versehen, welche
im Gebrauch des Wischblatts unter Einwirkung der atmosphärischen
UV-Strahlung allmählich
ihre Farbe verändert.
Die allmähliche
Farbänderung
soll die Lebensdauer des Wischblatts anzeigen und dem Nutzer des
Wischblatts die Notwendigkeit, das Wischblatt auszutauschen, anzeigen.
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Eine
derartige Beschichtung ist nicht geeignet, Fehler in der Beschichtung,
z.B. eines Gleitlacks, zu detektieren, da sie als separate Schicht
auf das Wischblatt aufgetragen wird und die Farbänderung außerdem nur allmählich erfolgt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Wischblatt mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Das erfindungsgemäße Wischblatt
hat den Vorteil, dass die Schichtdicke der Beschichtung des Wischblatts
bestimmbar ist. Dies geschieht dadurch, dass das Wischblatt zumindest
teilweise mindestens eine Beschichtung aufweist, welche zumindest
eine Indikatorkomponente zur Bestimmung der Schichtdicke der Beschichtung
enthält.
Bei der Beschichtung handelt es sich insbesondere um eine reibungsvermindernde Beschichtung,
vorzugsweise um eine Gleitlackbeschichtung. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung wird unter einer Indikatorkomponente eine Komponente verstanden,
deren Anteil in der Beschichtung wesentlich geringer ist als alle übrigen Komponenten der
Beschichtung. Der Anteil der Indikatorkomponente beträgt bevorzugt
maximal 3 Gew.%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,0 Gew.%. Unter einer
Indikatorkomponente wird weiterhin verstanden, dass sie keinen oder
allenfalls einen vernachlässigbaren
Einfluss auf die tribologischen, physikalischen, chemischen und
anderen Eigenschaften der Beschichtung hat. Insbesondere verhält sich
die Indikatorkomponente gegenüber
der Beschichtung und dem Wischblatt chemisch inert. Schließlich zeichnet
sich eine Indikatorkomponente im Rahmen der vorliegenden Erfindung
dadurch aus, dass ihr Anteil an der Beschichtung, und damit die
Schichtdicke der Beschichtung, zerstörungsfrei messbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass einer Beschichtung eines
Wischblatts eine zusätzliche
Komponente in geringer Menge hinzugefügt wird, die als Indikator
für die
Schichtdicke der Beschichtung dient. Indem die Indikatorkomponente
im Wesentlichen homogen in der Beschichtung verteilt ist, ist der
Anteil der Komponente in der Beschichtung proportional zur deren
Schichtdicke. Durch die Bestimmung des Anteils der Indikatorkomponente
kann daher die Schichtdicke ermittelt werden.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, Fehler in der Beschichtung, wie unbeschichtete Bereiche oder
Bereiche mit zu geringer Schichtdicke oder mit abgeplatzter Beschichtung,
eines Wischblatts zu detektieren. Ebenso kann mit Hilfe der Indikatorkomponente die
Abnutzung der Beschichtung durch den Gebrauch des Wischblatttes
untersucht werden.
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Die
Herstellung der Beschichtung, die eine Indikatorkomponente enthält, kann
nach dem gleichen oder einem ähnlichen
Verfahren erfolgen wie die Herstellung der Beschichtung ohne eine
Indikatorkomponente. Ebenso kann das Aufbringen der Beschichtung
auf das Wischblatt nach dem gleichen oder einem ähnlichen Verfahren erfolgen
wie das Aufbringen einer Beschichtung ohne Indikatorkomponente.
Hierin liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wischblatts,
da das Herstellverfahren der Beschichtung und das Verfahren zum
Aufbringen der Beschichtung nicht geändert werden muss. Es ist lediglich
erforderlich, der Beschichtung bei ihrer Herstellung eine Indikatorkomponente
hinzuzufügen.
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Da
der Anteil der Indikatorkomponente insbesondere zerstörungsfrei
messbar ist, kann das Wischblatt nach Bestimmung der Schichtdicke
der Beschichtung seiner üblichen
Verwendung in einer Scheibenwischanlage, z.B. eines Kraftfahrzeugs, ohne
Beeinträchtigung
der Wischqualität
zugeführt werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung der Schichtdicke nicht
nur stichprobenartig an einzelnen Wischblättern, sondern an einer größeren Anzahl
von Wischblättern
vorgenommen werden kann. Die Bestimmung der Schichtdicke könnte möglicherweise
für jedes
einzelne Wischblatt erfolgen. So kann die Qualität der Beschichtung im Herstellungsprozess
z.B. laufend kontrolliert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Indikatorkomponente eine fluoreszierende Komponente, insbesondere
eine UV-fluoreszierende Komponente, oder eine Mischung verschiedener
fluoreszierender Komponenten. Andere Indikatorkomponenten oder Markerkomponenten
für die
Schichtdicke sind ebenso möglich.
So könnte
beispielsweise eine schwach radioaktive Komponente eingesetzt werden,
deren Strahlung proportional zu der in der Beschichtung enthaltenden
Menge ist. Es wäre
auch möglich,
strahlungslose Kohlenstoff-Isotope, wie z.B. C13, als Indikatorkomponente
einzusetzen, die mittels C13-NMR detektiert werden können. Eine
fluoreszierende Indikatorkomponente hat jedoch den Vorteil, dass
nicht nur die Indikatorkomponente selbst verhältnismäßig günstig ist, sondern auch seine
Bestimmungsmethode, die UV-Spektroskopie, verhältnismäßig günstig und mit geringem Aufwand durchführbar ist.
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Die
fluoreszierende Komponente kann eine anorganische oder organische
Verbindung sein. Sie kann in fester Form, d.h. als Pigment, oder
in flüssiger
Form, d.h. als Farbstoff, vorliegen. Die fluoreszierende Komponente
kann z.B. ein Autunit, Oxazin, Rhodamin, Carbocyanin, Uranin oder
Fluorescein sein.
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Enthält die Beschichtung
eine fluoreszierende Komponente als Indikatorkomponente für die Schichtdicke,
so wird zur Bestimmung der Schichtdicke die Beschichtung des Wischblatts
mittels einer ultravioletten (UV) Strahlungsquelle mit ultravioletter Strahlung
bestrahlt. Die fluoreszierende Komponente absorbiert die ultraviolette
Strahlung und emittiert ein charakteristisches gelb-grünes Licht.
Die Intensität der
emittierten Fluoreszenz kann z.B. mit einem UV-Spektrometer gemessen
und quantifiziert werden, wobei die Intensität der Fluoreszenz proportional
zu der Menge der fluoreszierenden Komponente, und damit der Schichtdicke,
ist.
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Demnach
besteht ein weiterer Gegenstand der Erfindung in einem Verfahren
zur Bestimmung der Schichtdicke einer Beschichtung eines Wischblatts
mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung der Schichtdicke einer Beschichtung eines Wischblatts
umfasst die folgenden Schritte:
- (a) Zumindest
teilweise Beschichten eines Wischblatts mit einer Beschichtung,
welche wenigstens eine fluoreszierende Komponente enthält
- (b) Bestrahlen der Beschichtung des gemäß Schritt (a) beschichteten
Wischblatts mit einer ultravioletten Strahlungsquelle
- (c) Messung der Intensität
der bei der Bestrahlung gemäß Schritt
(b) emittierten Fluoreszenz
- (d) Bestimmung der Schichtdicke der Beschichtung mit Hilfe der
gemäß Schritt
(c) gemessenen Intensität
der Fluoreszenz.
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Das
Beschichten des Elastomerprofils eines Wischblatts (Schritt (a))
erfolgt beispielsweise mittels Besprühen, Bestreichen o.dgl. Die
Beschichtung wird nach dem Auftragen ggf. unter Erwärmen getrocknet.
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Die
Bestrahlung der Beschichtung gemäß Schritt
(b)) des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann mit einer herkömmlichen
UV-Strahlungsquelle und mit der üblichen
Intensität,
wie sie für
die Detektion fluoreszierender Komponten eingesetzt wird, erfolgen.
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Die
Messung der Intensität
der Fluorszenz, die bei der Bestrahlung emittiert wird, kann mit
einem herkömmlichen
UV-Spektrometer vorgenommen werden (Schritt (c)).
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Die
Bestimmung der Schichtdicke der Beschichtung mit Hilfe der gemäß Schritt
(c) gemessenen Intensität
der Fluoreszenz unterliegt der bekannten Gesetzmäßigkeit, wonach der Anteil
der fluoreszierenden Komponente, und damit die Schichtdicke, proportional
zur Intensität
der Fluoreszenz ist.
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Bei
der Beschichtung des erfindungsgemäßen Wischblatts handelt es
sich insbesondere um eine reibungsvermindernde Beschichtung, vorzugsweise
einen Gleitlack. Die reibungsvermindernde Beschichtung kann unmittelbar
auf das Wischblatt aufgebracht sein oder als eine von mehreren verschiedenen
Beschichtungen vorgesehen sein. Sie kann ferner in einer oder mehreren
Schichten aufgebracht sein. Die Schichtdicke der reibungsvermindernden Beschichtung
liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 μm.
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Der
Gleitlack enthält
wenigstens einen Trockenschmierstoff insbesondere Graphit, Polytetrafluorethylen,
Polypropylen, Polyethylen, Molybdändisulfid, ein Bindemittel,
insbesondere Polyacrylat, Polyurethan, Melaminharz, sowie ein Lösungsmittel,
insbesondere Wasser und/oder ein oder mehrere organische Lösungsmittel.
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Bei
dem Gleitlack handelt es sich insbesondere um ein Polyurethansystem,
dem gegebenenfalls eine zweite, reaktive Isocyanatgruppen enthaltende
Komponente zugegeben wird. Die Isocyanatgruppen der zweiten Komponente
bewirken eine nachträgliche,
chemische Vernetzung des Bindemittels, so dass sie einen reibwertsenkenden,
in das Polymer integrierten Bestandteil bilden. Der Gleitlack liegt
bevorzugt als wässriger
Einkomponentenlack oder aber als Zweikomponentenlack vor.
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Als
Trockenschmierstoff ist besonders Gaphit geeignet. Weiterhin ist
die Zugabe von Polypropylenpulver oder von pulverförmigem Polytetrafluorethylen
oder Molybdändisulfid
von Vorteil. Weiterhin können
auch zwei oder mehr der genannten Trockenschmierstoffe dem Gleitlack
zugesetzt werden, eventuell auch in Kombination mit einem Polyamidpulver,
Polyethylenpulver und/oder einer Lösung eines Polyamids. Als besonders
vorteilhaft haben sich Mischungen von Graphit mit einem weiteren
Trockenschmierstoff herausgestellt. So eignet sich insbesondere
Graphit in Kombination mit Polytetrafluorethylen, Polyamid, Polypropylen,
Polyethylen oder Molybdändisulfid.
Derartig mo difizierte Gleitlacke führen zu sehr gut haftenden
Beschichtungen auf Wischblättern
mit besonders niedrigen Trockenreibwerten von maximal 1,5, teilweise
unter 1,0, die gleichzeitig abrieb- und witterungsbeständig sind.
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Der
in dem Gleitlack vorgesehene Trockenschmierstoff weist bevorzugt
eine Teilchengröße von maximal
20 μm, idealerweise
weniger als 10 μm
auf, wodurch ein weitgehend schlierenfreies Wischbild des Wischblatts
gewährleistet
ist.
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Der
Gleitlack mit einem Polyurethan, gegebenenfalls einem Härter und
dem als Trockenschmierstoff zugesetzten Graphitpulver wird in Form einer
dünnen
Beschichtung auf das Elastomerprofil aufgebracht und für 10 min
bei einer Temperatur von 120°C
getrocknet.
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Als
Gleitlack eignet sich beispielsweise ein Gleitlack wie er in WO
03/106575 A beschrieben ist.
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Die
fluoreszierende Komponente hat keinen negativen Einfluss auf die
Funktion des Gleitlacks wie Haftung, Reibwert und Reibwertminderung
sowie auf das Verschleißverhalten.
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Ausführungsbeispiel
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Geeignete
Gleitlacksysteme bestellen aus ca. 10 Gew% Feingraphit, ca. 4-8
Gew% einer wässrigen
Binderdispersion (z.B. Polyarcylat oder Polyurethan), ca. 10-15
Gew% organisches Lösemittel (z.B.
Buthoxyethanol), ca. 0,5 Gew% der Indikatorkomponente (Uranin AP
oder Fluorescein) und ca. 70 Gew% Wasser. Die Herstellung des Gleitlackes
erfolgt in einem geeigenten Dissolver unter mäßigem Rühren.
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Die
Gleitlackbeschichtung wurde mit einer UV-Lampe der Wellenlänge 254
nm und 360 nm bestrahlt. Die Wellenlänge 254 nm eignet sich besonders
gut, da sich die Fluoreszenz besonders intensiv von einem unbeschichteten
oder weniger stark beschichteten Substrat (Wischblatt) abhebt.
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Die
Fluoreszenz wurde mit Hilfe eines handelsüblichen UV-Spektrometers in
Reflektion gemessen und quantifiziert. Daraus wurde nach den bekannten
Gesetzmäßigkeiten
die Schichtdicke bestimmt.