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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strangprofilen
aus einem Elastomermaterial.
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Strangprofile
aus einem Elastomermaterial werden zum Beispiel als Wischgummi für
Scheibenwischer in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise werden
die Wischgummis spritzgegossen oder endlos extrudiert. Hierzu wird
ein zuvor zusammengemischtes Ausgangsmaterial, beispielsweise ein
unvulkanisierter Natur- oder synthetischer Kautschuk, geformt und
vulkanisiert. Üblicherweise werden aus wirtschaftlichen
Gründen Doppelprofile hergestellt. Zur Herstellung einzelner
Wischgummis werden die Doppelprofile nach dem Vulkanisieren und
bei der gegebenenfalls folgenden Nachbehandlung entlang einer Schnittkante,
die im Allgemeinen die spätere Wischkante darstellt, getrennt.
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Die
Herstellung eines Wischerblattes, das einen Wischgummi umfasst,
ist zum Beispiel aus
DE-A 10
2005 000 851 bekannt. Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit
durch Reduzierung des Reibwertes wird auf das Wischgummi eine Beschichtung aufgetragen.
Als Beschichtungen werden zum Beispiel Folien oder Granulate eingesetzt.
Das Auftragen der Beschichtung kann dabei vor oder nach dem Vulkanisieren
erfolgen.
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Auch
aus
DE-A 101 25 045 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Wischerblattes bekannt. Das Wischerblatt
weist einen Wischgummi mit einer Wischgummilippe auf. Zur Reduzierung
des Trockenreibwertes ist die Wischgummilippe teilweise aus Polyethylen
gefertigt. Das Polyethylen kann dabei entweder als Beschichtung
auf die Wischgummilippe aufgetragen sein oder im Volumen der Wischgummilippe
enthalten sein.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Wischgummis geht die Beschichtung
eine unlösbare haftende Verbindung mit dem Material des Wischgummis
ein.
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Ein
Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung
von Wischgummis ist, dass das nach der Formgebung noch nicht ausvulkanisierte
Profil durch Schwerkraft und Auftriebskräfte im zur Vulkanisation
eingesetzten Salzbad bleibend deformiert wird. Derzeit werden Wischgummiprofile
mit hohen Wandstärken produziert, um die Deformation zu
minimieren. Die hohen Wandstärken begrenzen jedoch die
Funktionseigenschaften des Wischgummis, wie Umlegegeräusche,
in negativer Weise.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von
Strangprofilen aus einem Elastomermaterial umfasst folgende Schritte:
- (a) Formen des Strangprofils aus dem Elastomermaterial,
- (b) vollständiges oder teilweises Ummanteln des Strangprofils
mit einem thermoplastischen Material,
- (c) Vulkanisieren des mit dem thermoplastischen Material ummantelten
Elastomermaterials,
- (d) Entfernen des thermoplastischen Materials nach dem Vulkanisieren
des Elastomermaterials.
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Durch
das vollständige oder teilweise Ummanteln des Strangprofils
kann dieses verstärkt werden. Durch die Verstärkung
aufgrund der Ummantelung wird eine Deformation des Strangprofils
vor und während des Vulkanisierens vermieden. Auf diese Weise
können filigrane, dünnwandige Strangprofile aus
Elastomermaterial ohne Deformation hergestellt werden. Wenn das
Strangprofil als Wischgummi eingesetzt wird, können Lippen
und Streifleisten des Wischgummis sehr viel dünner und
mit höherer Prozesssicherheit gefertigt werden als bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
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Das
Strangprofil kann zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren oder
ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Bevorzugt wird das Strangprofil jedoch
durch ein Extrusionsverfahren geformt.
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Bei
der bevorzugten Herstellung des Strangprofils durch Extrusion erfolgt
das vollständige oder teilweise Ummanteln des Strangprofils
mit dem thermoplastischen Material vorzugsweise während
der Extrusion des Strangprofils. Durch das vollständige oder
teilweise Ummanteln des Strangprofils während der Extrusion
wird die noch nicht formstabile Elastomermasse bis zur vollständigen
Ausvulkanisation durch das thermoplastische Material gestützt.
Zudem wird das Elastomermaterial durch das thermoplastische Material
bedeckt, wodurch die Spritzquellung des Elastomermaterials geringer
wird, da kein direkter Kontakt der Umgebungsluft mit dem Elastomermaterial
erfolgt. Dies führt zu einer Verbesserung der Oberflächengüte,
wodurch auch die Extrusionsgeschwindigkeit gesteigert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass bei einer vollständigen Ummantelung
des Strangprofils aus dem Elastomermaterial die Oberfläche
des Elastomermaterials während der Vulkanisation vor Sauerstoff
geschützt wird. Dies ermöglicht die Herstellung
peroxidischer Mischungen auch im Heißluftverfahren. Dies ist
mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren noch nicht
möglich. Gemäß dem Stand der Technik
ist es notwendig, peroxidische Mischungen im Salzbad zu vulkanisieren.
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Um
das Strangprofil noch während der Extrusion mit dem thermoplastischen
Material zu ummanteln, wird zum Formen des Strangprofils und zum vollständigen
oder teilweisen Ummanteln des Strangprofils vorzugsweise ein Coextrusionsverfahren
eingesetzt. Bei dem Coextrusionsverfahren tritt direkt das bereits
ummantelte Strangprofil aus der Werkzeugdüse aus.
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Das
zur Ummantelung eingesetzte thermoplastische Material wird vorzugsweise
nach dem Entfernen wieder verwendet. Durch das Wiederverwenden des
thermoplastischen Materials ist nur eine geringe Menge erforderlich,
so dass die Produktionskosten gering gehalten werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das thermoplastische Material nicht als
Abfall bei der Produktion des Strangprofils aus dem Elastomermaterial
anfällt.
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Das
Elastomermaterial für das Strangprofil ist vorzugsweise
ausgewählt aus Naturkautschuk, Butadien-Kautschuk, Chloropren-Katuschuk,
Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Urethan-Kautschuk,
Nitril-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk,
Silikon-Kautschuk, Methyl-Silikon-Kautschuk, Methyl-Silikon-Kautschuk
mit Fluor-Gruppen oder Mischungen derselben.
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Besonders
bevorzugt ist das Elastomermaterial für das Strangprofil
ausgewählt aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk,
Chloropren-Kautschuk, Naturkautschuk, Silikon-Kautschuk und Mischungen
derselben.
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Um
das thermoplastische Material nach der Vulkanisation auf einfache
Weise wieder von dem Elastomermaterial entfernen zu können,
ist es bevorzugt, wenn das thermoplastische Material keine haftende
Verbindung mit dem Elastomermaterial eingeht. Als thermoplastisches
Material eignen sich insbesondere thermoplastische Polymere. Geeignete thermoplastische
Polymere, die keine haftende Verbindung mit dem Elastomermaterial
eingehen sind zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen
(PP), vorzugsweise isotaktisches Polypropylen, Polycarbonat (PC),
Polyamid, vorzugsweise Polyamid 6 (PA6) und Polyethylen mit hohem
Molekulargewicht (PE-HMW). Damit das Extrudat auch bei hohen Temperaturen,
vorzugsweise im Bereich von 120°C bis 200°C formstabil
bleibt, wird das thermoplastische Material bevorzugt gefüllt
eingesetzt. Als Füllstoff werden zum Beispiel Kreide, Glasfasern, Glaskugeln
oder Silikate verwendet.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wird das thermoplastische
Material mit einer großen Wandstärke und einer
hohen Temperatur extrudiert. Die Temperatur liegt vorzugsweise im
Bereich oberhalb von 180°C, insbesondere im Bereich von
180°C bis 200°C. Durch die große Wandstärke
dient der Mantel aus dem thermoplastischen Material als Wärmespeicher,
wobei die Wärme zur Vulkanisation des Elastomermaterials
eingesetzt wird. Die Temperatur des Elastomermaterials liegt dabei
beim Ummanteln vorzugsweise im Bereich von 90°C bis 120°C.
Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, die Vulkanisation
des Elastomermaterials in einem Salzbad oder einem Heißluftofen
durchzuführen. Somit kann auf eine kostenintensive Vulkanisationsstrecke
verzichtet werden.
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In
einer Ausführungsform ist das zur Ummantelung eingesetzte
thermoplastische Material elektrisch leitfähig, so dass
das thermoplastische Material als Widerstandsheizung für
die Vulkanisation eingesetzt werden kann. Hierzu ist es erforderlich, dass
das elektrisch leitfähige thermoplastische Material einen
hinreichend großen Widerstand aufweist, um als Widerstandsheizung
genutzt zu werden. Ein derartig elektrisch leitfähiges
thermoplastisches Material enthält üblicherweise
einen elektrisch leitfähigen Füllstoff.
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Weiterhin
ist es auch möglich, dass dem thermoplastischen Material
mindestens eine reibwertmindernde Substanz zugegeben wird, die auf
die Oberfläche des Strangprofils aus dem Elastomermaterial
migriert. Durch die Zugabe der reibwertmindernden Substanz wird
aufgrund der Migration auf die Oberfläche des Strangprofils
der Trockenreibwert herabgesetzt. Hierdurch wird ein Kleben des
Strangprofils, wenn dieses als Wischgummi einge setzt wird, auf der
Scheibe des Kraftfahrzeuges vermieden. Zudem wird durch die reibwertmindernde
Substanz ein Kleben zwischen dem thermoplastischen Material und
dem Elastomermaterial vermindert, vorzugsweise verhindert. Hierdurch
wird auch ein anschließendes Trennen von thermoplastischem
Material und Elastomermaterial erleichtert.
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Als
reibwertmindernde Substanz, die dem thermoplastischen Material zugegeben
sein kann, eignet sich zum Beispiel Stearinsäureamid. Das
Stearinsäureamid löst sich nicht im thermoplastischen Material
und migriert daher auf die Oberfläche und die Grenzfläche
zum Elastomermaterial. Im Allgemeinen wird das Stearinsäureamid
zusammen mit dem Füllstoff mit dem thermoplastischen Material vermischt.
Der Anteil an Stearinsäureamid liegt vorzugsweise im Bereich
von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Masse des thermoplastischen
Materials.
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Das
Strangprofil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt wird, ist vorzugsweise ein Profil für ein Wischgummi.
Wischgummis können zum Beispiel in Scheibenwischern für
Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Weiterhin finden Wischgummis auch
Einsatz in Abziehern für Fensterscheiben.
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Weitere
geeignete Verwendungen für erfindungsgemäß hergestellte
Strangprofile sind zum Beispiel Tür- oder Fensterdichtungen.
Derartige Tür- oder Fensterdichtungen können zum
Beispiel in Gebäuden oder auch bevorzugt in Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden.
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Wenn
das erfindungsgemäß hergestellte Strangprofil
ein Wischgummi für einen Scheibenwischer eines Kraftfahrzeuges
ist, so wird das Strangprofil für das Wischgummi vorzugsweise
als Doppelstreifen ausgeführt. Bei einem solchen Doppelstreifen
sind zwei Wischgummis an ihrer Wischkante miteinander verbunden.
Die Wischkante wirkt somit als Symmetrielinie. Nach Fertigstellung
wird der Doppelstreifen zur Herstellung einzelner Wischgummis entlang
der Wischkante, das heißt der Symmetrielinie getrennt.
Dies hat den weiteren Vorteil, dass eine scharfe Kante entsteht,
die zu einem besseren Wischergebnis führt als eine rundere
Kante, wie sie entstehen würde, wenn ein einzelnes Wischgummi
hergestellt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen Doppelstreifen für ein Wischgummi mit
einer vollständigen Ummantelung,
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2 einen
Schnitt durch einen Doppelstreifen für ein Wischgummi mit
Abstützung in Lippenmitte,
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3 einen
Schnitt durch einen Doppelstreifen für ein Wischgummi mit
dünnem Mantel.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Schnitt durch einen Doppelstreifen für ein Wischgummi
mit einer vollständigen Ummantelung dargestellt.
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Ein
Doppelstreifen 1 für ein Wischgummi ist ein Strangprofil 3,
bei dem zwei Wischgummis geformt werden, die an ihrer Wischkante 5 miteinander verbunden
sind. Zur Herstellung einzelner Wischgummis wird der Doppelstreifen 1 an
der Wischkante 5 getrennt. Die Wischkante 5 stellt
dabei gleichzeitig eine Symmetrielinie 7 des Doppelstreifens 1 dar.
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Um
die Funktionseigenschaften des Wischgummis zu verbessern, insbesondere
um zum Beispiel Umlegegeräusche zu verringern, ist es erwünscht,
die Wischkante 5 mit möglichst geringer Wandstärke
auszubilden. Eine geringe Wandstärke der Wischkante 5 führt
jedoch bei aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren
dazu, dass sich das Strangprofil 3 aufgrund der Schwerkraft
sowie durch Auftriebskräfte im Salzbad, in dem der Doppelstreifen 3 vulkanisiert
wird, bleibend deformiert. Um diese Deformation des Strangprofils 3 zu vermeiden,
wird das Strangprofil 3 erfindungsgemäß mit
einer Ummantelung 9 umschlossen. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform umschließt die Ummantelung 9 das
Strangprofil 3 vollständig.
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Das
Strangsprofil 3 und die Ummantelung 9 können
durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Herstellungsverfahren
hergestellt werden. Üblicherweise erfolgt die Herstellung
durch ein Spritzgussverfahren oder ein Extrusionsverfahren. Besonders
bevorzugt zur Herstellung des Strangprofils 3 ist jedoch
ein Extrusionsverfahren. Um zu vermeiden, dass das Strangprofil
deformiert wird, wird die Ummantelung 9 vorzugsweise in
einem Herstellungsgang mit dem Strangprofil 3 geformt.
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Bei
einem bevorzugt eingesetzten Extrusionsverfahren wird das Strangprofil 3 samt
der Ummantelung 9 vorzugsweise durch ein Coextrusionsverfahren
produziert. Hierbei werden das Material für das Strangprofil 3 und
das Material für die Ummantelung 9 gleichzeitig
durch das Werkzeug zur Formung des Strangprofils 3 gepresst.
Das Strangprofil 3 wird somit während des Herstellungsvorganges
mit der Ummantelung 9 umschlossen. Die Zugabe des Materials
für das Strangprofil 3 und die Ummantelung 9 erfolgt
dabei im Allgemeinen über zwei getrennte Schneckenmaschinen,
die mit einem gemeinsamen Coextrusionswerkzeug verbunden sind.
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Das
Material für die Ummantelung 9 wird vorzugsweise
so gewählt, dass dieses bereits nach einer sehr kurzen
Wegstrecke hinter dem Werkzeug formstabil ist und so eine Deformierung
des Strangsprofils 3 vermieden wird. Als Material für
die Ummantelung 9 wird vorzugsweise ein thermoplastisches Material
eingesetzt. Besonders eignen sich zum Beispiel Polyethylenterephthalat
(PET), Polypropylen (PP), vorzugsweise isotaktisches Polypropylen,
Polycarbonat (PC), Polyamid, vorzugsweise Polyamid 6 (PA6) und Polyethylen
mit hohem Molekulargewicht (PE-HMW). Hierbei ist darauf zu achten,
dass ein thermoplastisches Material für die Ummantelung
eingesetzt wird, das keine Verbindung mit dem Material des Strangsprofils 3 eingeht,
um die Ummantelung 9 nach dem Ausvulkanisieren des Strangprofils
aus dem Elastomermaterial wieder entfernen zu können.
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Wenn
dem Material für die Ummantelung 9 zum Beispiel
reibwertmindernde Substanzen beigesetzt sind, die auf die Oberfläche
des Strangsprofils 3 migrieren sollen, ist es bevorzugt,
die Ummantelung auch nach der Vulkanisation noch eine vorgegebene
Lagerzeit zu belassen, um den reibwertmindernden Substanzen zu ermöglichen,
auf die Oberfläche des Strangprofils 3 zu migrieren.
Beschleunigt werden kann die Migration zum Beispiel durch Zufuhr von
Wärme, wie dies bei der Vulkanisation erfolgt.
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Neben
einer vollständigen Ummantelung 9 ist es auch
möglich, das Strangprofil 3 nur teilweise zu ummanteln.
Dies ist am Beispiel einer Abstützung 11 in der
Mitte des Doppelstreifens 1 in 2 dargestellt.
In diesem Fall erfolgt die Ummantelung lediglich im Bereich der
geringsten Wandstärke des Strangsprofils 3. Diese
tritt genau an der Symmetrielinie 7 auf, an der der Doppelstreifen 1 zur
Herstellung der Wischgummis getrennt wird. Die Herstellung des Strangprofils 3 und
der Abstützung 11 erfolgt entsprechend der Herstellung
des Strangprofils 3 mit der vollständigen Ummantelung 9,
wie sie in 1 dargestellt ist. Auch als
Material für die Abstützung 11 werden
vorzugsweise die gleichen ther moplastischen Materialien eingesetzt.
Vorteil der teilweisen Ummantelung, wie sie in 2 dargestellt
ist, ist, dass nur ein sehr viel geringerer Bedarf an thermoplastischem
Material erforderlich ist, um die Abstützung 11 auszuführen.
Jedoch erlaubt die in der in 2 dargestellten
Ausführungsform nicht, zum Beispiel Additive, die an die
gesamte Oberfläche des Wischgummis migrieren sollen, einzusetzen,
da ein zu geringer Bereich des Wischgummis ummantelt ist. Jedoch
ist es zum Beispiel möglich, gezielt das Strangprofil 3 an
den Positionen zu ummanteln, an denen Additive an die Oberfläche
aufgebracht werden sollen. Hierdurch lässt sich zum Beispiel
eine gezielte Einstellung der Oberflächeneigenschaften
an bestimmten Bereichen des Strangprofiles 3 erzielen.
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Neben
einer Ummantelung 9, wie sie in 1 dargestellt
ist, die eine vergleichsweise große Wandstärke
aufweist, ist es auch möglich, das Strangprofil 3 mit
einem dünnen Mantel 13 zu ummanteln. Auch bei
dem dünnen Mantel 13, wie er in 3 dargestellt
ist, ist der Bedarf an Material für die Ummantelung sehr
viel geringer als in der in 1 dargestellten
Ausführungsform. Bei einem hinreichend formstabilen Material
für die Ummantelung ist der dünne Mantel 13 ausreichend,
um Deformationen des Strangprofils 3 bei der weiteren Herstellung zu
vermeiden. Auch ist ein dünner Mantel 13 bereits ausreichend,
um zum Beispiel zu verhindern, dass Sauerstoff an die Oberfläche
des Strangprofils 3 gelangt. Zudem wird durch eine vollständige
Ummantelung des Strangprofils 3 vermieden, dass dieses
aufquellen kann, da das Material der Ummantelung 9, 13 formstabil
ist und so das Material des Strangprofils 3 daran gehindert
wird, sich auszudehnen. Dies führt zu einer besseren Oberflächegüte
des Elastomermaterials des Strangprofils 3. Zudem lässt
sich durch die bessere Formstabilität auch die Extrusionsgeschwindigkeit
und damit auch die Produktionsgeschwindigkeit steigern.
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Durch
eine vollständige Ummantelung, wie sie in den 1 und 3 dargestellt
ist, wird die Oberfläche des Elastomermaterials vor Substanzen aus
der Umgebung geschützt. Insbesondere kann kein Sauerstoff
an die Oberfläche des Elastomermaterials gelangen. Dies
ermöglicht es, auch peroxidische Mischungen im Heißluft-Verfahren
herzustellen, was mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
nicht möglich ist.
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In
allen drei dargestellten Ausführungsformen erfolgt nach
der Ummantelung die Vulkanisation des Elastomermaterials des Strangprofils 3.
Die Vulkanisation erfolgt dabei nach jedem beliebigen, dem Fachmann
bekannten Verfahren. Üblicherweise wird die Vulkanisation
im Salzbad oder im Heißluft- bzw. Infrarot-Kanal durchgeführt.
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Nach
der Vulkanisation und gegebenenfalls einer Lagerung, um Additiven
zu ermöglichen, an die Oberfläche des Elastomermaterials
des Strangprofils 3 zu migrieren, wird die Um mantelung 9,
die Abstützung 11 bzw. der dünne Mantel 13 wieder
entfernt. Das Entfernen erfolgt zum Beispiel durch Abschälen oder
Abstreifen der Ummantelung 9, der Abstützung 11 oder
des dünnen Mantels 13. Zur Vereinfachung des Abschälens
oder Abstreifens sind bei der Ummantelung 9 zum Beispiel
Kerben 15 vorgesehen.
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Nach
dem Entfernen kann das thermoplastische Material, aus dem die Ummantelung 9,
die Abstützung 11 bzw. der dünne Mantel 13 geformt
ist, erneut eingeschmolzen und wieder verwendet werden.
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Neben
der Vulkanisation im Salzbad oder Heißluft- bzw. Infrarot-Kanal
ist es auch möglich, zum Beispiel dem thermoplastischen
Material der Ummantelung bzw. des dünnen Mantels 13 ein
elektrisches leitfähiges Additiv zuzugeben, so dass das thermoplastische
Material elektrisch leitfähig gemacht wird. Bei einem ausreichenden
Widerstand kann dann das Material der Ummantelung 9 bzw.
des dünnen Mantels 13 als Widerstandsheizquelle
für die Vulkanisation genutzt werden.
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Um
das thermoplastische Material der Ummantelung 9, der Abstützung 11 bzw.
des dünnen Mantels 13 vom Elastomermaterial des
Strangprofils 3 wieder entfernen zu können, wird
vorzugsweise ein thermoplastisches Material eingesetzt, das keine
haftende Verbindung mit dem Elastomermaterial des Strangprofils
eingeht.
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Neben
der Herstellung von Doppelstreifen 1 für Wischgummis,
wie sie exemplarisch in den 1 bis 3 dargestellt
sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch
zur Herstellung jedes beliebigen anderen Strangprofils aus einem
Elastomermaterial eingesetzt werden. So ist es zum Beispiel möglich, durch
das erfindungsgemäße Verfahren auch Strangprofile
für Dichtgummis oder sehr dünnwandige Schläuche
herzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005000851
A [0003]
- - DE 10125045 A [0004]