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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Bauteils, insbesondere eines Formbauteils, welches zumindest Elastomermaterial und zumindest abschnittsweise eine texturierte Oberfläche aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Elastomerbauteil, welches wenigstens zur Verdrängung eines fließfähigen Mediums geeignet ist.
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Stand der Technik
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Grundlegend bekannte Oberflächenbehandlungsverfahren von Elastomerbauteilen und insbesondere Gummiprofilen können im Wesentlichen in zwei unterschiedliche Verfahrensschritte aufgeteilt werden. Hierbei beinhaltet der erste Verfahrensschritt insbesondere eine chemische Behandlung des Elastomerbauteils, wie beispielsweise eine Halogenierung, wie insbesondere eine Bromierung oder Chlorierung, mittels welcher eine nukleophile Addition der Halogenatome auf den ungesättigten Karbonverbindungen erzielt wird. Mittels einer entsprechenden chemikalischen Behandlung wird folglich die Oberfläche des Elastomerbauteils zumindest im Bereich einiger Mikrometer Materialtiefe gehärtet, um folglich die Abtragungsresistenz zu erhöhen und den Reibungskoeffizienten zu reduzieren. Weitere chemikalische Behandlungen, welche insbesondere auf energetischen Methoden basieren, sind beispielsweise die Behandlung mit einem Elektronenstrahl, mit UV-Licht oder Laserlicht usw. Der zweite Verfahrensschritt umfasst insbesondere das Aufbringen einer Beschichtung, wobei vornehmlich eine reibungsreduzierende Schicht aufgebracht wird. Ein Auftragen einer derartigen reibungsreduzierenden Schicht erfolgt bekannterweise insbesondere mittels einer Plasmaabscheidung oder mittels eines Beschichtens mit trockenen Partikeln, wie beispielsweise mittels einem Pulverbeschichtungsverfahren, oder auch mittels der Verwendung des Nassbeschichtungsverfahrens, wie beispielsweise dem Lackieren, bei welchen insbesondere Lösungsmittel, Bindemittel und auch Graphite oder andere reibungsreduzierende Partikel, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder ultrahochmolekular gewichtetes Polyethylen zum Einsatz kommen. Die oben genannten grundlegend bekannten Oberflächenbehandlungen sind jedoch bei Polymeren mit beispielsweise ungesättigtem Rückgrat, wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, zur Erzeugung entsprechender Reibungsreduzierungen nicht anwendbar. Des Weiteren kann basierend auf diesen Oberflächenbehandlungsmethoden nachteilig insbesondere bei der Verwendung des Elastomerbauteils bzw. des Elastomerprofils als Scheibenwischer ein Quietschen oder Fiepen während des Wischvorgangs erzeugt werden. Das bedeutet, dass hierbei nicht nur die Komfortfunktion (Geräuschreduzierung) gemindert ist, gleichzeitig kann auch der Abtransport des Regenwassers von der Scheibe und insbesondere der Fahrzeugscheibe nicht hinreichend gewährleistet werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bauteils, insbesondere eines Formbauteils, sowie ein Bauteil und insbesondere ein Elastomerbauteil, wie beispielsweise eines Scheibenwischergummis, zur Verfügung zu stellen, mittels welchen auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise die Abtragungsresistenz des Bauteils erhöht und das Auftreten von störenden Geräuschen, wie ein Quietschen oder Schleifen, reduziert werden kann. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches unabhängig des verwendeten Elastomermaterials angewandt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Bauteils, insbesondere eines Formbauteils, welches zumindest Elastomermaterial und zumindest abschnittsweise eine texturierte Oberfläche aufweist mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Bauteil und insbesondere ein Elastomerbauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bauteil und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Bauteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
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Es ist im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Bauteils, insbesondere eines Formbauteils, welches zumindest ein Elastomermaterial und zumindest abschnittsweise eine texturierte Oberfläche aufweist, beansprucht. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- – a) Formen des Bauteils unter Verwendung eines Formwerkzeuges, und
- – b) Bearbeiten wenigstens eines Abschnittes einer Oberfläche des Bauteils mit einem Ionenbehandlungsprozess zur Erzeugung einer texturierten Oberfläche.
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Im Rahmen der Erfindung ist es folglich möglich, dass das Bauteil, welches insbesondere ein Formbauteil ist, beispielsweise in einem Spritzgussprozess durch Anwendung eines Extruders hergestellt wird und folglich ein Spritzgussbauteil ist. So ist es denkbar, dass dieses Bauteil beispielsweise ein Gummiprofil und insbesondere ein Scheibenwischerprofil oder eine Tür- oder auch eine Fensterdichtung ist. Vorteilhaft wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf zumindest einem Bereich bzw. Abschnitt dieses Bauteils eine texturierte und insbesondere eine strukturierte Oberfläche erzeugt, so dass das Bauteil hierbei zumindest abschnittsweise ein definiertes Profil innerhalb einer Materialschichtdicke von vorteilhaft wenigen Mikrometern aufweist. Vorteilhaft wird zur Erzeugung einer entsprechend texturierten Oberfläche insbesondere ein Ionenbehandlungsprozess angewandt. Als Texturierung wird im Rahmen der Erfindung ein Vorgang der Strukturierung der Oberfläche und insbesondere wenigstens eines Abschnittes der Oberfläche vorteilhaft im Mikrometermaterialdickenbereich des Abschnittes der Oberfläche des Bauteils verstanden, wobei insbesondere auf einer zuvor im Wesentlichen glatten bzw. unstrukturierten Oberfläche des Bauteils eine Art Struktur, wie beispielsweise einer Kräuselstruktur aufgebracht wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass im Schritt b) als Ionenbehandlungsprozess ein Ionenbeschussverfahren angewandt wird. Bei dem Ionenbeschussverfahren (Ionenbombardement) wird mit folglich einem Ionenstrahl auf die Oberfläche des Bauteils geschossen, um diese Oberfläche aufzurauen und/oder den Reibungskoeffizienten zu verringern oder auch zu erhöhen.
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Bei dem Ionenbehandlungsprozess transferieren die beschleunigten Ionen ihre Energie in das Gummimaterial, wodurch der Prozess der Kettenspaltung und der Rekombination initiiert wird. Diese Prozesse wiederum führen zu einer erhöhten Vernetzungsdichte in den oberen Schichten der Oberfläche des Gummimaterials bzw. des Elastomermaterials. Aufgrund der Energieverteilung der beschleunigten Ionen kommt es folglich zu einer unterschiedliche Penetrationstiefe der in die Kautschukmatrix eindringenden Ionen. Hieraus folgt, dass die Vernetzungsdichte einen Gradienten von der Oberfläche (höherer Dichte) in Richtung der Masse (Ausgangsdichte) aufzeigt. Die durch den Ionenbeschuss induzierte Kettenspaltung erzeugt vorteilhaft freien Radikalen, welche die Vernetzungsreaktion und/oder die Herstellung von flüchtigen Nebenprodukten initiieren. Die Variation der Vernetzungsdichte ist, im Vergleich mit der Vernetzung der verbliebenen Masse, verantwortlich für die Oberflächenspannung in den oberen Schichten des Elastomers, welche zur Bildung von Oberflächenrissen und entsprechend einer texturierten Oberfläche führt. Die Delamination bzw. Ablösung dieser oberen Schichten wird aufgrund des guten, durch die kontinuierliche Steigung der Vernetzung gewährleisteten Zusammenhaltes vermieden. Die resultierende Oberflächentexturierung wirkt sich zudem vorteilhaft auf den Reibungskoeffizienten aus.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass während des Schrittes a) zumindest eine Voraufrauung der Oberfläche in dem Abschnitt der zu texturierenden Oberfläche des Bauteils während des Formens des Bauteils erzeugt wird. Dieser Zwischenschritt kann im weiteren Verlauf mit dem Schritt a') bezeichnet werden. Das bedeutet, dass das Bauteil selbst während des Spritzgussprozesses eine definierte raue Oberfläche aufweist, wobei die definierte aufgeraute Oberfläche beispielsweise durch die Verwendung eines gewissen Mischmaterials erzeugt werden kann, welches zur Herstellung des Bauteils verwendet wird.
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Es ist des Weiteren möglich, dass zeitlich dem Schritt b) vorangehend zumindest der eine texturierte Oberfläche aufzuweisende Abschnitt des Bauteils während eines Beschichtungsprozesses zur Erzeugung einer Voraufrauung oder auch zur Härtung der aufzurauenden Oberfläche in dem Abschnitt der zu texturierenden Oberfläche beschichtet wird. Dies kann vorteilhaft mit dem Schritt a'') bezeichnet werden. Demzufolge ist es möglich, dass nach dem Formen des Bauteils auch ein Beschichtungsprozess angewandt wird, welchem dann vorteilhaft der Ionenbehandlungsprozess nachfolgt. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, dass die bisher genannten einzelnen Schritte a), b), a') und a'') in unterschiedlicher Reihenfolge nacheinander oder zumindest zeitweise auch gleichzeitig miteinander ablaufen. Vorteilhaft erfolgt jedoch das Formen des Bauteils zeitlich vor dem Bearbeiten einer Oberfläche des geformten bzw. erzeugten Bauteils. Vorteilhaft wird durch die Erzeugung einer Voraufrauung der Oberfläche des Bauteils, insbesondere in dem Abschnitt, welcher später eine texturierte Oberfläche aufweisen soll, eine Energiereduzierung bei der Erzeugung der texturierten Oberfläche mittels insbesondere einem Ionenbehandlungsverfahren ermöglicht. Die Erzeugung der Texturierung und insbesondere einer Mikrotexturierung bzw. Nanotexturierung der Oberfläche des Bauteils ist vorteilhaft abhängig von der chemischen Zusammensetzung des verwendeten Bauteilmaterials.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es des Weiteren denkbar, dass im Schritt a'') als Beschichtungsprozess ein Pulverbeschichtungsprozess angewandt wird. Das Pulverbeschichten, welches auch als Pulverlackieren bezeichnet werden kann, ist ein Beschichtungsverfahren, bei welchem beispielsweise ein elektrisch leitfähiger Werkstoff mit einem Pulverlack beschichtet wird.
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So ist es denkbar, dass als Pulver für den Pulverbeschichtungsprozess ein Polyamidmaterial, ein Polyethylenmaterial, ein Polyprophylenmaterial, ein ultrahochmolekular gewichtetes Polyethylenmaterial oder ein vergleichbares Material verwendet wird.
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Vorteilhaft erfolgt zeitlich dem Schritt b) vorangehend ein Härten des Materials von wenigstens einem Abschnitt des Bauteils. Mittels des Härtens des Materials wird folglich eine einfache Texturierung der Oberfläche des Bauteils ermöglicht, wobei zudem gleichzeitig eine zusätzliche Verringerung des Reibungskoeffizienten erzeugt wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass zum Härten des Materials ein Halogenierungsprozess, insbesondere ein Chlorierungsprozess, angewandt wird. Das Halogenieren wird insbesondere in der Chemie als eine Überführung eines Elementes oder einer Verbindung in ein Halogenid verstanden. So ist es bekannt, dass je nach Halogen zwischen der Fluorierung, der Chlorierung, der Bromierung oder auch der Iodierung unterschieden werden kann.
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Es ist des Weiteren ein Bauteil, insbesondere ein Elastomerbauteil, wenigstens geeignet zur Verdrängung eines fließfähigen Mediums beansprucht, wobei das Bauteil zumindest abschnittsweise eine texturierte Oberfläche aufweist und mit einem Verfahren gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist. Vorteilhaft ist folglich das Bauteil und insbesondere das Elastomerbauteil gemäß dem oben genannten Verfahren erzeugt.
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So ist es vorteilhaft möglich, dass das Bauteil ein Gummiprofil und/oder ein Scheibenwischerprofil, ein Tür- und/oder Fensterdichtungsprofil oder ein vergleichbares Bauteil ist. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Bauteil ein Kautschukprofil bzw. ein aus kautschukähnlichen Substanzen hergestelltes Profil, wobei es jedoch auch denkbar ist, dass ein vulkanisierter Kautschuk zur Herstellung des Gummiprofils Verwendung findet. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Bauteil mittels eines Hartgummis und insbesondere einem synthetischen Kautschuk hergestellt ist, welcher beispielsweise Styrol oder Butadien aufweist. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Bauteil wenigstens ein natürliches Kautschukmaterial (NR), Chloropren-Kautschukmaterial (CR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk-Material (EPDM), Ethylenvinylacetat-Material (EVA), Styrol-Butadien-Kautschuk-Material (SBR), hydriertes Acrylnitril-Butadien-Kautschuk-Material (HNBR), thermoplastisches Polyurethan-Material (TPU) oder ein vergleichbares Material aufweist bzw. aus Mischungen der vorgenannten Materialsorten besteht.
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Bei dem beschriebenen Bauteil ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zur Erzeugung eines Bauteils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines erfindungsgemäßen Bauteils werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1a Verfahrensschritte eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Erzeugung eines chlorierten Elastomers,
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1b Verfahrensschritte eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Erzeugung eines texturierten Elastomers,
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2a Verfahrensschritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Doppelprofilbauteils mit texturierter Oberfläche,
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2b Verfahrensschritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Einzelprofilbauteils mit texturierter Oberfläche,
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3a Verfahrensschritte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Doppelprofilbauteils mit texturierter Oberfläche,
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3b Verfahrensschritte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Einzelprofilbauteils mit texturierter Oberfläche,
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4 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils während eines Ionenbehandlungsprozesses, und
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5 in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils während eines Ionenbehandlungsprozesses.
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In den 1a und 1b ist jeweils der Ablauf eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils und insbesondere eines Elastomerbauteils gezeigt. Hierbei wird ein Rohmaterial 1 oder auch ein aus unterschiedlichen Komponenten zusammengesetztes Mischmaterial 2 extrudiert 3, wodurch folglich ein weiter zu behandelndes Bauteil erzeugt wird. Nachfolgend wird das Bauteil entweder gehärtet 4 (vgl. 1a) oder zuerst beschichtet 10 und nachfolgend gehärtet 4 (vgl. 1b), wobei insbesondere ein Bereich einer Oberfläche des Bauteils beschichtet wird. Nach dem Prozess des Härtens 4 erfolgt wenigstens einer oder auch zwei Schneidprozesse 5 bzw. 11, mittels welchen das Bauteil entsprechend einer gewünschten geometrischen Ausgestaltung zurecht geschnitten wird. Mittels dem Reihenschneideprozess 11 kann das Bauteil bzw. Profil beispielsweise mittig durchtrennt werden, während unter Verwendung des Längenschneidprozesses 5 das extrudierte Werkstück zu separaten einzelnen Bauteilen separiert bzw. aufgeteilt wird. Wie in der 1a gezeigt, ist es auch denkbar einen Chlorierungsprozessschritt 6 sowie eine Graphitierung 8 durchzuführen. In dem Bearbeitungsschritt 9 wird das bearbeitete Bauteil folglich verpackt. Unter einer Graphitierung wird im Rahmen der Erfindung eine Umwandlung von beispielsweise insbesondere amorphem Kohlenstoff zu polykristallinem Graphit verstanden, welches durch Erhitzen unter Luftabschluss bei etwa 3.000 °C erfolgt. Bei der Chlorierung, welche eine Sonderform der Halogenierung ist, wird vorteilhaft das Element Chlor in eine chemische Verbindung eingeführt, wobei hierfür beispielsweise anorganische oder niedermolekulare organische Chlorierungsmittel verwendet werden.
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In den 2a bis 3b sind Verfahrensschritte unterschiedlicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines mikrotexturierten bzw. nanotexturierten Bauteils und insbesondere Elastomerbauteils aufgezeigt, wobei, wie aus der 2a hervorgeht, auch eine Graphitierung 8 angewandt werden kann. Auf die Chlorierung 6 des erfindungsgemäßen Bauteils wird jedoch vorteilhaft verzichtet, wodurch wiederum der Herstell- bzw. Bearbeitungsprozess optimiert und folglich kostengünstig gestaltet werden kann. Es ist demzufolge denkbar, dass nach der Extrusion 3 des Elastomermaterials des Bauteils eine Härtung, wie mit dem Bezugszeichen 4 gezeigt, stattfindet, wobei dem Härteprozess 4 entweder ein Schneidprozess 5 bzw. 11 oder direkt ein Ionenbehandlungsprozess 20 nachfolgen kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass anstelle des Härtungsprozesses 4, wie in den 2a und 2b gezeigt, ein Beschichtungsprozess 10, wie insbesondere in den 3a und 3b gezeigt, angewandt wird, welchem nachfolgend der Härteprozess 4 durchgeführt wird. Nach dem Härten 4 des Materials des Bauteils und insbesondere einer Oberfläche des Materials des Bauteils ist es denkbar, die Ionenbehandlung 20 in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt durchzuführen, wobei vor der Ionenbehandlung 20 auch ein Schneideprozess 5 bzw. 11 erfolgen kann, mittels welchem die Bauteile entsprechend ihrer Länge bzw. Form zurechtgeschnitten werden können. Es ist des Weiteren denkbar, dass dieser Schnittprozess 5 bzw. 11 auch nach dem Ionenbehandlungsschritt 20 erfolgt, wie insbesondere in der 3a dargestellt.
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In den 4 und 5 sind in perspektivischen Ansichten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bauteils und insbesondere eines Scheibenwischerprofils dargestellt. So ist in der 4 insbesondere ein Doppelprofil 30 eines Scheibenwischers dargestellt, wobei dieses Doppelprofil 30 durch die Anordnung zweier Einzelprofile 31 und 32 erzeugt wird. Hierfür werden die Einzelprofile 31 bzw. 32 insbesondere im Bereich deren Wischlippen aneinandergelegt bzw. auf Stoß gelegt, bevor der Ionenbehandlungsprozess 20 erfolgen kann. Auch ist es denkbar, dass das Doppelprofil 30 in der dargestellten Form aus 4 hergestellt wird und durch eine anschließende Trennung, die insbesondere als letzter Verfahrensschritt erfolgen kann, die Einzelprofile 31 und 32 erzeugt werden. Während des Ionenbehandlungsprozesses 20 wird zumindest ein Abschnitt 33 einer Oberfläche 34 des Bauteils 30 bzw. der Einzelprofile 31 und 32 mit Ionen 50, aufgebracht durch entsprechende Düsen 40 bzw. 41, beschossen. Basierend auf diesem Ionenbombardement 20 wird folglich eine texturierte Oberfläche in dem Abschnitt 33 des Bauteiles 30 erzeugt. Nach dem Ionenbehandlungsprozess können folglich die Einzelprofile 31 bzw. 32 wieder voneinander entfernt werden, so dass vorteilhaft folglich mit einem einzigen Bearbeitungsschritt gleichzeitig zwei Einzelprofile 31, 32 bearbeitet werden können. Dies führt vorteilhaft zu einer Reduzierung der Produktionszeit und folglich auch der Produktionskosten.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass die Einzelprofile 31, wie insbesondere in der 5 gezeigt, separat bearbeitet werden, so ist es möglich, dass das Einzelprofil 31, welches auch das Einzelprofil 32 (vgl. 4) sein kann, mit einer oder auch einer Vielzahl an Düsen 40 bis 44 mit entsprechenden Ionen 50 während des Ionenbehandlungsprozesses 20 beaufschlagt wird. So ist es folglich denkbar, dass je nach Bedarf des Erzeugens einer texturierten Oberfläche unterschiedliche Düsen 40 bis 44 angesteuert werden, um unterschiedliche Abschnitte 33 des Bauteils 31 mit Ionen 20 zu beaufschlagen.
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Vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Reibungskoeffizient sehr variabel eingestellt werden, so dass eine Erhöhung sowie auch eine Verringerung des Reibungskoeffizienten denkbar ist.
