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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wischgummis.
Solche Wischgummis werden insbesondere bei Scheibenwischvorrichtungen
von Fahrzeugen eingesetzt.
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Zur
Herstellung von Wischgummis dienen derzeit im Wesentlichen zwei
Verfahren. Verbreitet ist die in 1a gezeigte
Extrusion oder Co-extrusion von Kautschukmischungen mit nachfolgender
Vulkanisation der extrudierten Kautschukmischung in einem Salzbad
oder einem Heißluftkanal oder durch Bestrahlung mit infraroter
Strahlung. Bei der Extrusion wird eine Kautschukmischung unter Druck
aus einem Extruder 1 durch eine in 1b näher
gezeigte Extrusionsdüse 2 herausgepresst. Im Vulkanisationsbereich 18 erfolgt
eine Vulkanisation des Extrudats. Das in 1c gezeigte
Profil des erhaltenen Produkts entspricht damit im Wesentlichen
dem Querschnitt der Extrusionsdüse. Zu berücksichtigen
sind nachfolgende Formänderungen durch die Vulkanisation
des Profils. Bei der Co-extrusion werden gleichzeitig verschiedene
Materialien in verschiedenen Bereichen der Extrusionsdüse
herausgepresst. Die Extrusionsdüse weist zu diesem Zweck
bevorzugt zwei benachbarte Teildüsen für die unterschiedlichen
Materialien auf. Damit können Produkte hergestellt werden,
die aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung eines Wischgummis ist das Pressen
oder Spritzen von Kautschukmischungen. Beim Spritzen einer Kautschukmischung
wird der Kautschuk in eine Form gespritzt, welche vom teilweise
erstarrten Kautschukprodukt dann abgenommen werden kann. Beim Pressen
wird eine Form auf eine vorhandene Kautschukmasse gedrückt.
Damit wird ein Kautschukprodukt in der gewünschten Form
erhalten.
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Gegenüber
dem Pressen oder Spritzen hat der Extrusionsprozess mehrere Vorteile.
Er ist kostensparend, weil es sich um einen kontinuierlichen Prozess
handelt. Die typischen erreichten Extrusionsgeschwindigkeiten für
Wischgummis betragen zwischen 5 m/min und 60 m/min. Die erwähnte
Möglichkeit der Co-Extrusion gestattet unterschiedliche Kautschukmischungen
für den Kopf eines Wischgummis und die Lippe eines Wischgummis.
Durch die Gestaltung der Extrusionsdüse kann der Wischgummi
einen Hohlraum aufweisen, in den beispielsweise eine Federschiene
aufgenommen werden kann. Demgegenüber kann mit dem Pressen
oder Spritzen ein Wischgummi mit geringeren Maßtoleranzen
erzeugt werden. Ferner ermöglicht das Pressen oder Spritzen
auch die Produktion von Wischgummis mit Profilen, welche in der
Längsrichtung nicht konstant sind. So können beispielsweise
sogenannte ”Quersteg”-Wischgummiprofile erzeugt
werden. Diese sind aus der
WO 2006/106109 A1 bekannt.
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Die
in der
WO 06/106109
A1 offenbarten Wischgummi-Profile weisen zwischen der sogenannten
Keilschulter und der Steifleiste Querstege auf, welche eine Reduzierung
des an der Umkehrlage der Wischanlage auftretenden Umlegegeräuschs
bewirken. Derartige Wischgummis können aufgrund des Profiles,
welches in der Längsrichtung nicht konstant ist, nicht
mit dem kostengünstigen Extrusionsverfahren erzeugt werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung
von Wischgummis bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst. Die zur Durchführung dieses Verfahrens
notwendige Vorrichtung wird in Anspruch 10 angegeben. Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und
Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken
näher erläutert. Dabei zeigen
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1a, 1b, 1c einen Wischgummi-Herstellprozess mit
einem Extrusionsverfahren nach dem Stand der Technik.
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2a,
b, c zeigen eine Grundform der Erfindung, bei der in einem Extruder
mit Hilfe der Extrusionsdüse eine Vorform erzeugt wird,
welche durch zwei gegenüberliegende Walzrollen in die gewünschte
Endform gewalzt werden.
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3 zeigt
eine optimierte Extrusionsdüse
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4a, 4b veranschaulichen
die Herstellung von Wischgummis mit Quersteg.
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5a, 5b zeigen
Kippstege mit Quersteg.
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6a–d
zeigen Wischlippen, welche an den Enden länger sind als
in der Mitte
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Den
Kern der Erfindung zeigt 2a. Im
Extruder 1 wird eine Vorform des gewünschten Wischgummis
erzeugt, indem die Kautschukmischung durch die Extrusionsdüse 2 mit
hinreichendem Druck gedrückt wird. Anschließend
sind zwei gegenüberliegende Walzrollen 3 angeordnet,
welche die extrudierte Vorform 4 zur gewünschten
Endform 5 auswalzen. Dadurch wird das nicht vulkanisierte
Profil erzeugt. Anschließend erfolgt die Vulkanisation
des Profils im Vulkanisationsabschnitt 18.
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In
den hier dargestellten Beispielen wird stets ein Wischgummidoppelprofil
erzeugt, aus dem zwei Wischgummis bereit gestellt werden können.
Es ist grundsätzlich aber denkbar nur ein Einzelprofil oder
ein Mehrfachprofil zu erzeugen. Der Grundgedanke der Erfindung bleibt
davon unberührt. Soweit von einer gewünschten
Endform 5 nach dem Walzen gesprochen wird, ist hierbei
berücksichtigt, dass durch die Vulkanisation des Doppelprofils
noch eine geringfügige Änderung der Form eintreten
kann. Die tatsächliche Form des fertigen Wischgummis kann also
geringfügig von der beim Walzen erzeugten Endform abweichen.
Beim Walzvorgang darf das Kautschukmaterial jedoch noch nicht ausvulkanisiert sein,
da bei der Vulkanisation die langkettigen Kautschukmoleküle
vernetzt werden, wodurch die plastischen Eigenschaften des Kautschuks
bzw. der Kautschukmischung verloren gehen. Der Fachmann wird daher
bei der Wahl der Form der Walzrollen 3 die nachfolgende
Formänderung bei der Vulkanisation berücksichtigen.
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Für
den Kautschuk sind verschiedene Materialien möglich, wie
etwa Naturkautschuk (NR), Chlorophenkautschuk CR, Ethylenpropylendienmonomer (EPDM),
Ethylenpropylenmonomer (EPM) oder Mischungen davon.
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Bei
der in 2a gezeigten Ausführungsform
ist das Material beim Walzen noch völlig unvulkanisiert.
Dies gestattet eine einfache Bearbeitung, kann aber zu einer reduzierten
Formstabilität führen, so dass gegebenenfalls
bereits vor den Walzrollen 3 eine teilweise Vulkanisation
des Kautschukmaterials vorgenommen wird.
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Wenn
die Walzrollen 3 oder zumindest deren Oberflächen
eine niedrige Oberflächenenergie aufweisen und/oder reibungsreduzierend
ausgebildet sind, kann das Ankleben von Kautschukmaterial an den
Walzrollen 3 vermieden werden. Dies kann erreicht werden,
wenn die Walzrollen 3 oder zumindest deren Oberfläche
aus Kunststoffen wie z. B. Polytetraflourethylen (PTFE) oder einem
Polyethylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht (UHMW-PE) bestehen.
Fallweise kann auch eine Beschichtung der Walzrollen vorgesehen
sein, welche beispielsweise Polytetraflourethylen (PTFE) oder amorphen
Kohlenstoff oder amorphen Kohlenwasserstoff enthält.
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Eine
Ergänzung oder eine Alternative zum Vermeiden des Verklebens
von Kautschukmaterial an der Walzrolle 3 sind flüssige
oder feste Trennmittel. Als festes Trennmittel kommt beispielsweise
Talkum in Frage. Das flüssige Trennmittel kann beispielsweise
Trennseife sein. Die Trennmittel können entweder auf das
Kautschukmaterial oder auf die Walzrollen 3 aufgebracht
werden. Selbstverständlich ist es auch möglich,
die Trennmittel sowohl auf das Kautschukmaterial als auch auf die
Walzrollen 3 aufzubringen. Das Kautschukextrudat hat nach
der Extrusion typischerweise eine Temperatur im Bereich von 50°C
bis 150°C. Bevorzugt erfolgt das Walzen auch in diesem
Temperaturbereich, wobei auch andere Temperaturen denkbar sind.
Haben die Walzrollen 3 die gleiche Temperatur wie das Kautschukextrudat,
wird ein Temperaturschock vermieden. Allerdings ist häufig
eine Kühlung der Walzrollen 3 vorteilhaft, um
ein Anhaften des Kautschukextrudats an den Walzrollen 3 besser
zu vermeiden.
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In
einigen Ausführungsformen der Erfindung können
auch die vorgenannten Maßnahmen nicht verhindern, dass
migrierende Stoffe aus dem Kautschukextrudat sich bei dauerhaftem
Betrieb auf den Walzrollen 3 ablagern. Um dieser Ablagerung
entgegenzutreten, wird in den Walzprozess ein Reinigungssystem integriert.
Eine geeignete Möglichkeit hierfür ist es, auf
der dem Extrudat abgewandten Seite der Walzrollen 3 Bürsten 6 anzubringen.
Durch die Drehung der Walzrollen 3 werden diese damit im
Betrieb dauernd gebürstet und somit vom Gummiextrudat befreit.
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Die
Walzrollen 3 können in einem unterschiedlichen
Abstand vom Extruder 1 positioniert werden. Bevorzugt,
aber nicht zwingend, sind die Walzrollen 3 in einem Abstand
von weniger als 10 cm vom Extruder 1 positioniert. Sollte
dies etwa aus geometrischen Gründen nicht möglich
sein, ist auch ein Abstand von mehr als 10 cm möglich.
In diesem Fall kann die Position des Extrudatstrangs senkrecht zur Extrusionsrichtung variieren.
Um eine unerwünschte Führung von nicht vulkanisiertem
Extrudatstrang zu vermeiden, kann die Position der Walzrollen 3 mittels einer
Feedforward-Kontrolle auf Position gehalten werden.
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Wie
in 2b gezeigt wird, kann die Extrusionsdüse 2 die
Form eines Rechtecks haben. Diese Rechteckform wird anschließend
zwischen den Walzrollen 3 zu einem Wischgummidoppelprofil,
wie in 2c ersichtlich, verformt. Dabei
entspricht die extrudierte Materialmenge in etwa der für
das Umformen notwendigen Menge. Überschüsse 7 sind
aber unvermeidlich und werden wie ersichtlich beim Walzen seitlich
herausgepresst und können anschließend entfernt
werden. Es ist aber auch möglich und in vielen Fällen
vorteilhaft, die Extrusionsdüse 2 so zu gestalten,
dass die beim Extrudieren erhaltene Vorform des Extrudats weitgehend
der gewünschten Endform entspricht. Eine derartige Extrusionsdüse 2 ist
in 3 gezeigt. Damit sind nur noch geringe Umformungen
von den Walzrollen 3 zu bewirken. Dies kann einerseits
den Herstellungsprozess beschleunigen und andererseits die Menge
des beim Walzen anfallenden Materialüberschusses 7 reduzieren.
Damit wird der Materialbedarf insgesamt reduziert.
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Zum
besseren Verständnis soll zunächst der Aufbau
eines derartigen Wischgummis, wie in 4b gezeigt,
näher erläutert werden. Ein solcher Wischgummi
besteht im Wesentlichen aus einer Kopfleiste 8 mit seitlichen
Längsnuten 9, in die Federschienen als Tragelemente
eingelegt werden können. Die Kopfleiste 8 ist
mit einem weiteren Steg 10 mit Streifleisten 11 verbunden.
Die Streifleisten 11 erstrecken sich auf beiden Seiten
des Stegs in Längsrichtung des Wischgummis. Mit den Streifleisten 11 ist über
einen Kippsteg 12 eine Wischleiste 13 verbunden,
die eine Wischlippe 14 umfasst. Die Wischleiste 13 verbreitert
sich zum Kippsteg 12 hin und weist dort Keilschultern 15 auf.
Zwischen diesen Keilschultern 15 und den Streifleisten 11 bilden
sich Längsnuten 16 aus. Durch entsprechende Formung der
Extrusionsdüse 2 und der Walzrollen 3 können die
gewünschten Profile hergestellt werden.
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An
den Wendepunkten der Wischbewegung können sich wie einfach
begreiflich die Streifleisten
11 und die Keilschultern
15 berühren.
Dies führt zu einem unerwünschten Umlegegeräusch.
Zur Minimierung dieses Umlegegeräuschs wird in der eingangs erwähnten
WO 2006/106109 A1 vorgeschlagen,
in bestimmten Abständen Querstege
17 vorzusehen, welche
in den Längsnuten
16 liegen und die Keilschultern
15 der
Wischleiste
13 mit den Streifleisten
11 verbinden.
Die Querstege
17 bilden damit Verbreiterungen des Kippstegs
12.
Ein seitlicher Querschnitt des Doppelprofils ist aus
4a ersichtlich.
Die Herstellung eines derartigen Profils mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird nachfolgend erläutert.
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Der
Wischgummi wird zunächst mit Übermaß im
Bereich des Kippsteges 12 extrudiert. Im Übrigen
wird das Profil bereits in der gewünschten Form extrudiert.
Der Querschnitt der Extrusionsdüse 2 entspricht
also abgesehen von einem zu dicken Kippsteg 12 weitgehend
dem Querschnitt des gewünschten Doppelprofils. Die Walzrolle 3 weist
in Drehrichtung verteilt im Bereich des Kippstegs 12, genauer gesagt
in dem Bereich der Walzrolle 3, welche den Kippsteg 12 walzt,
Vertiefungen auf, welche beim Walzen das überschüssige
Material des zu dick extrudierten Kippstegs 12 in die Vertiefungen
hinein walzen. Damit entstehen am Kippsteg 12 die in 4b gezeigten
Querstege 17, welche die Keilschultern 15 der
Wischleiste 13 und die Streifleisten 11 verbinden.
Der Kippsteg 12 kann nach dem Walzen damit eine nominale
Dicke von beispielsweise 0,5 mm erhalten, aber an bestimmten Stellen,
z. B. im Abstand von jeweils 2 cm, einen Quersteg 17 aufweisen.
Das überschüssige Material des im ersten Schritt
zu dick extrudierten Kippstegs wird somit zur Ausbildung der Querstege
genutzt. Dies wird in 5a, welche den Kippsteg 12 nach
der Extrusion zeigt, und in 5b deutlich,
welche die nach dem Walzen erhaltene Form des Kippstegs 12 mit
den Querstegen 17 zeigt. Derartige Wischgummis können
mit den im Stand der Technik bekannten Methoden nicht extrudiert
werden, sind aber technologisch den bisher extrudierbaren Profilen
deutlich überlegen. Die Erfindung ermöglicht somit
eine wirtschaftliche Herstellung derartiger Wischgummis.
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Es
hat sich in vielen Fällen als vorteilhaft herausgestellt,
wenn die Länge der Wischlippe 14 senkrecht zur
Längsausdehnung längs des Wischgummis variiert.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Länge an
den Enden des Wischgummis höher ist als in der Mitte des
Wischgummis. Damit kann das Problem vermieden werden, dass die an
einer gekrümmten Scheibe anliegende Wischlippe 14 in
den Randbereichen nicht hinreichend an die Scheibe gedrückt
wird und damit in diesem Bereich eine schlechte Wischleistung hinzunehmen
ist. Eine gewünschte variierende Länge der Wischlippe 14 kann
durch eine geeignete asymmetrische Geometrie der Walzen erreicht
werden. Dabei wird im Regelfall die Walze so ausgelegt, dass durch
genau eine Umdrehung der Walze ein Wischgummi hergestellt wird. 6a zeigt die
Aufsicht auf ein Doppelprofil mit variierender Wischlippenlänge.
Die 6b–c zeigen die unterschiedlich langen
Wischlippen 14 im Querschnitt. Die seitliche Ausdehnung
der Wischleiste 13 beträgt bei dem in 6b gezeigten
Außenkreis des Wischblatts und dem in 6d gezeigten
Innenkreis 5,8 mm. Bei der in 6c gezeigten
Wischblattmitte ist die seitliche Ausdehnung nur 5,4 mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/106109
A1 [0004, 0025]
- - WO 06/106109 A1 [0005]