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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbundprofilstreifen zum
Kontakt mit einer Scheibe und insbesondere auf ein Dichtungsprofil
mit einem Profilkörper
aus Elastomer, einer harten Lagerschicht und einer reibungsvermindernden
Oberflächenbeschichtung
auf der Lagerschicht, wobei die Beschichtung Partikel einschließen kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Viele
Fahrzeuge verwenden aus Glasscheiben gebildete Fenster, wobei das
Fenster auf einen Fahrzeugabschnitt bezogen fest oder beweglich
angebracht sein kann. Eine übliche
Konstruktion schließt
die Verwendung einer Glasscheibe in einer Tür ein, wobei die Tür und die
Glasscheibe auf den Rest des Fahrzeuges bezogen beweglich ist und
die Glasscheibe auf die Tür
bezogen beweglich ist. Bei dieser Konstruktion wird die Glasscheibe,
auf die Tür und/oder
einen Abschnitt des Fahrzeugrahmens bezogen, häufig zwischen einer geöffneten
Position und einer geschlossenen Position bewegt. Vorgänge einer
verstärkten
Geschäftstätigkeit,
wie bei einem Restaurant-, Banken-, oder Apothekenservice, werden heute
regulär
im Durchfahrbetrieb angeboten. Solche Vorgänge erfordern ein wiederholtes
Freigeben und wieder Eingreifen zwischen der Glasscheibe und dem
Fahrzeug. Das wiederholte Öffnen
und Schließen
der Glasscheibe bringt eine signifikante Beanspruchung der Dichtung
zwischen Glasscheibe und Fahrzeug mit sich.
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Dichtungsprofile
werden auch an der Grenzfläche
zwischen einer festen Scheibe, wie der Windschutzscheibe oder Heckscheibe
und dem angrenzenden Fahrzeugabschnitt verwendet.
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Herkömmlich werden
Dichtungsprofile an der Grenzfläche
zwischen der Glasscheibe und der Fahrzeugtür und/oder dem Fahrzeug verwendet.
Die Grenzfläche
zwischen dem Dichtungsprofil und der Glasscheibe muss ausreichend
beschaffen sein, um im Wesentlichen das Durchdringen von Wasser,
luftgetragenen Partikeln und Luft den Umfang der Glasscheibe entlang
auszuschließen
und dabei noch ohne weiteres das Eingreifen und wieder Trennen der
Glasscheibe zu gestatten, ohne eine übermäßige Kraftanstrengung zu erfordern.
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EP-A2-0
021 989 offenbart eine Dichtungskomponente für eine Oberfläche, die
bezogen auf einen festen Rahmen, in welchem sie montiert ist, bewegt
werden kann. Die Dichtungskomponente umfasst eine Befestigungsauflage
(1, 6, 10) aus einem harten Elastomer
oder Plastomer und eine Dichtungslippe (2, 7, 16)
aus einem flexiblen Elastomer oder Plastomer, dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungslippe (2, 7, 16) aus
einem flexiblen Elastomer oder Plastomer mit einer Härte von
höchstens
75 nach Shore A in ihrer Berührungszone
mit der beweglichen Oberfläche
mit mindestens einer Rippe (3, 8, 12)
aus einem harten Elastomer oder Plastomer mit niedrigem Reibungskoeffizienten
versehen ist, und wobei der als Härte nach Shore A ausgedrückte Härteunterschied
zwischen der Dichtungslippe (2) aus flexiblem Material
und den Rippen (3, 8, 12) aus hartem
Material in der Größenordnung
von 30 liegt.
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Deshalb
besteht Bedarf für
ein Dichtungsprofil, das beim Eingreifen an einer Fensterscheibe und
wieder Trennen von derselben eine verminderte Reibung bietet. Es
besteht auch Bedarf für
ein Dichtungsprofil, das eine Scheibe auf ihrer Bewegung relativ
zum Dichtungsprofil führen
kann und dabei eine verminderte Gleitreibung beibehält. Ferner
besteht Bedarf für
ein Dichtungsprofil, das Ermüdungsprüfungen hinsichtlich
der Gleitkraft besteht, ohne relativ kostspielige Materialien zu
erfordern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht einen Verbundprofilstreifen zum Eingriff
an einer Scheibe vor, wobei der Verbundprofilstreifen die Reibung
bei der relativen Bewegung zwischen Profilstreifen und Scheibe reduziert.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Verbundprofilstreifen zum
wieder trennbaren oder ständigen
Eingriff an einer Scheibe vor.
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In
einer ersten Konfiguration schließt der Verbundprofilstreifen
der vorliegenden Erfindung einen Elastomerkörper ein, der in Bereichen
der Berührung
mit der Scheibe eine harte Lagerschicht aufweist, wobei die Lagerschicht
eine Oberflächenbeschichtung
zur Reduzierung der Reibung einschließt. Eine Konfiguration der
Oberflächenbeschichtung kann
Partikel oder aus Partikeln bestehendes Material einschließen. Die
Lagerschicht und die Oberflächenbeschichtung
wird so ausgewählt,
dass der Kraftaufwand für
die Gleitbewegung der Scheibe relativ zum Verbundprofilstreifen
reduziert wird. Die mit Partikeln besetzte Oberflächenbeschichtung
bildet eine unregelmäßige Oberflächentextur
für den
Eingriff an der Scheibe. Eine Konfiguration der vorliegenden Erfindung
umfasst einen Verbundprofilstreifen, der einen relativ weichen Elastomerkörper, wie etwa
mit einer Härte
von 70 nach Shore A, eine harte Lagerschicht mit einer Härte von
mehr als annähernd 40
nach Shore D und eine Oberflächenbeschichtung auf
der Lagerschicht aufweist, wobei die Oberflächenbeschichtung wahlweise
Partikel einschließen kann.
In einer weiteren Konfiguration hat die Lagerschicht eine Härte zwischen
annähernd
60 und 65 nach Shore D.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivansicht eines Fahrzeuges, das eine Anzahl von Dichtungen
verwendet.
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2 ist
eine Perspektivansicht eines Dichtungsprofils, in das die vorliegende
Erfindung aufgenommen ist.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, aus der die Beziehung zwischen einer Scheibe
und einem Dichtungsprofil ersichtlich ist.
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4 ist
eine Perspektivansicht einer weiteren Konfiguration des Dichtungsprofils.
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5 ist
eine Perspektivansicht einer alternativen Konfiguration des Dichtungsprofils.
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6 ist
eine Perspektivansicht einer weiteren Konfiguration des Dichtungsprofils.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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sDer
Verbundprofilstreifen 10 der vorliegenden Erfindung kann
in einem Kraftfahrzeug 12 verwendet werden, wie in 1 gezeigt.
Der Verbundprofilstreifen 10 kann an verschiedenen Stellen
als Dichtungsprofil für
den wiederholten, wieder trennbaren Eingriff an einer Scheibe 14 verwendet
werden. Für
Zwecke der Beschreibung wird der Verbundprofilstreifen 10 der
vorliegenden Erfindung als Dichtungsprofil in einem Kraftfahrzeug
beschrieben, aber es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf diese besondere Anwendung begrenzt ist.
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Der
Begriff „Verbundprofilstreifen" 10 schließt Extrudate,
Formartikel, Verzierungen, Verzierungsstücke, Kantenstücke, Fensterführungskomponenten,
Fensterführungen,
Dichtungsprofile und Dichtungen ein, ohne darauf begrenzt zu sein.
Der vorliegende Verbundprofilstreifen 10 kann als Dichtungsprofil
für die
Abdichtung von Konstruktionen, einschließlich von Wohn- und Geschäftsgebäuden, sowie
in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet werden. In der Kraftfahrzeugindustrie
sind Dichtungsprofil-Konfigurationen des vorliegenden Verbundprofilstreifens
für den
Einsatz in vielen Bereichen geeignet, einschließlich, aber nicht begrenzt
auf Fensterführungskomponenten,
Fensterscheibenführungen, Türdichtungen,
Dachleisten, Kofferraumklappen, Dichtungen zwischen Motorhaube und
Motorraum, Fensterdichtungen, Schiebedachdichtungen, oder Fensterführungsschachtdichtungen.
Insbesondere findet die vorliegende Erfindung Anwendung für Fensterführungsschachtdichtungen.
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Die
Scheiben 14 können
aus einer Reihe verschiedener Materialien bestehen und sie begrenzen
die vorliegende Erfindung nicht. Zum Beispiel kann eine Scheibe 14 aus
Glas, Metall oder ein Verbundkörper
sein, lackiert, oberflächenbehandelt
oder blank. In der Betriebsumgebung kann die Scheibe 14 wiederholt
mit dem Dichtungsprofil 10 in Eingriff gebracht und wieder
getrennt werden. Der Eingriff zwischen der Scheibe 14 und
dem Dichtungsprofil 10 kann sich aus der Bewegung der Scheibe
relativ zum Dichtungsprofil ergeben. Alternativ kann das Dichtungsprofil 10 relativ
zur Scheibe 14 bewegt werden.
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Das
Dichtungsprofil 10 der vorliegenden Erfindung schließt einen
Elastomerkörper 40,
eine Lagerschicht 60 und eine Oberflächenbeschichtung 90 ein,
wobei die Oberflächenbeschichtung
mit oder ohne eine Vielzahl von Partikeln ausgebildet werden kann.
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Elastomerkörper
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Der
Elastomerkörper 40 bildet
eine Unterlage oder ein Substrat, mit dem die Lagerschicht 60 verbunden
wird. Der Elastomerkörper 40 kann
aus einer Reihe verschiedener Materialien, einschließlich von
thermoplastischem oder in Wärme
aushärtendem
Material, einschließlich,
aber nicht begrenzt auf TPE, EPDM oder Kombinationen davon, ausgebildet werden.
Geeignete vulkanisierte oder vernetzte (in Wärme aushärtende) Polymere schließen EPDM,
mit Chlorbutyl modifiziertes EPDM, mit Nitril modifiziertes EPDM,
Polyäthylen, Äthylenvinylacetat
oder Polypropylen ein.
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Der
Elastomerkörper 40 kann
einen relativ steifen Abschnitt und einen relativ weichen Abschnitt aufweisen.
Das heißt,
der Elastomerkörper 40 kann zwei
verschiedene Härtekennlinien
aufweisen. Der Elastomerkörper 40 kann
ein Verstärkungselement 42,
wie etwa Draht oder Metallträger,
auch in einer bekannten Konstruktion (wie etwa Drahtgewirk, geschlitztes
oder geprägtes
Metall) einschließen.
Es ist beabsichtigt, dass der Elastomerkörper 40 auch einen
thermoplastischen Abschnitt und einen in Wärme aushärtenden Abschnitt einschließen kann,
wobei jeder dieser beiden Abschnitte eine eigene Steifheit hat und
wobei der thermoplastische Abschnitt üblicherweise die Steifheit
des Dichtungsprofils 10 erhöht. Zusätzlich kann der Elastomerkörper 40 in unterschiedlicher
Dicke ausgebildet werden, um unterschiedliche Steifheitsgrade zu
erhalten. Der Elastomerkörper 40 kann
eine Reihe verschiedener Querschnitte haben. Zum Beispiel kann der
Querschnitt allgemein U-förmig,
J-förmig,
L-förmig
oder planar sein. Der Elastomerkörper 40 kann
einen äußeren oder
Zierabschnitt 80 einschließen, der die Scheibe 14 nicht
berührt.
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Es
wurde entdeckt, dass ein thermoplastisches Material (TPE) oder eine
Gummimischung auf Grundlage von EPDM ein zufriedenstellendes Material
für den
Elastomerkörper 40 ist.
Der Elastomerkörper 40 hat
eine Härte
von annähernd
50 bis 80 nach Shore A, wobei eine Härte von annähernd 70 Shore A bevorzugt
wird.
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Lagerschicht
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Die
Lagerschicht 60 wird mit dem Elastomerkörper 40 so verbunden,
dass sie im Bereich der Berührung
zwischen der Scheibe 14 und dem Dichtungsprofil 10 gelegen
ist. Die Lagerschicht 60 wird mit dem relativ weichen Abschnitt
des Elastomerkörpers 40 verbunden.
Das heißt,
wenn der Elastomerkörper 40 ein
Verstärkungselement 42 einschließt, liegt
die Lagerschicht 60 eher auf dem relativ weichen Abschnitt
als auf dem Verstärkungselement. Die
Lagerschicht 60 kann so auf dem weicheren Elastomerkörper 40 angeordnet
werden, dass sie einen Abschnitt dieses Körpers überdeckt.
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Alternativ
kann die Lagerschicht 60 stumpf an den weicheren Elastomerkörper 40 angrenzen. Das
heißt,
die Lagerschicht 60 kann einen Abschnitt des Querschnittsprofils
des Dichtungsprofils 10 bilden. Wie in 2 zu
sehen ist, überdeckt
die Lagerschicht 60 hier nicht einen Abschnitt des Elastomerkörpers 40,
sondern grenzt an diesen Körper
an.
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Die
Lagerschicht 60 hat mit Ausnahme bestimmter Konstruktionen
des Verstärkungselementes 42 eine
wesentlich größere Härte, als
der Elastomerkörper 40.
Vorzugsweise hat die Lagerschicht 60 eine Härte von
annähernd
40 bis 80 Shore D, wobei eine Härte
von 60 bis 65 Shore D mehr bevorzugt wird. Somit hat die Lagerschicht 60 eine
wesentlich größere Härte als
der angrenzende Abschnitt des Körpers 40.
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Die
Lagerschicht 60 hat allgemein eine obere Oberfläche und
eine untere Oberfläche,
wobei die Oberflächenbeschichtung 90 auf
der oberen Oberfläche
angeordnet und der Elastomerkörper 40 mit
der unteren Oberfläche
verbunden ist. Somit kann die Lagerschicht 60 so mit dem
Elastomerkörper 40 verbunden
werden, dass sich ihre obere Oberfläche im Abstand von einem angrenzenden
Abschnitt des Körpers 40 befindet,
mit diesem koplanar oder in denselben eingelassen ist. Ferner können Abschnitte der
Lagerschicht 60 eingelassen sein, während ein verbleibender Abschnitt
im Abstand vom angrenzenden Abschnitt des Körpers 40 angeordnet
ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Lagerschicht 60 so
angeordnet werden kann, dass ihre obere und untere Oberfläche freiliegen
und ein Randabschnitt der Lagerschicht mit dem Körper 40 verbunden
ist.
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Die
Härte der
Lagerschicht 60 ist von einer Steifheit der Lagerschicht
zu unterscheiden. Deshalb kann die Lagerschicht 60 eine
Dicke haben, die allgemein flexibel ist, zumindest flexibel genug,
um auszuschließen,
dass die Lagerschicht 60 den Körper die Kurven oder Biegungen
des Dichtungsprofils 10 entlang verformt, während eine
ausreichende Härte
aufrecht erhalten wird, um die Reibung im Zusammenwirken mit der
Oberflächenbeschichtung 90 zu
reduzieren.
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Die
Lagerschicht 60 kann aus einer Reihe verschiedener Materialien
bestehen, welche die gewünschte
Härte zeigen
und mit dem Körper 40 ausreichend
kompatibel für
eine Bindung an den Körper mit
oder ohne ergänzende
Haftmittel sind. Die Lagerschicht 60 kann die Form eines
getrennten Streifens oder Bandes zur Anbringung am Körper 40 haben. Alternativ
kann die Lagerschicht 60 vor oder nach der Aushärtung des
Körpers 40 (falls
der Körper
aus einem aushärtbaren
Material besteht) auf dem Körper 40 aufextrudiert
werden.
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Die
Lagerschicht 60 hat eine Dicke, die zumindest teilweise
durch die erwünschten
Betriebsparameter des resultierenden Dichtungsprofils 10 bestimmt
wird. Das heißt,
die Dicke der Lagerschicht 60 steht in Beziehung zur relativen
Härte des
Materials der Lagerschicht, zum erwarteten Kraftaufwand am Dichtungsprofil 10 und
zur Oberflächenbeschichtung 90.
Für eine
Lagerschicht 60 mit einer annähernden Härte von 65 Shore D hat sich
eine Dicke zwischen annähernd
10 μm bis
500 μm als
zufriedenstellend erwiesen. Ein Hartgummi, wie zum Beispiel Ebonit kann
ebenfalls verwendet werden. Auch ein Polyäthylen von ultrahohem Molekulargewicht
(UHMW) kann verwendet werden. In den Konstruktionen, in denen die
Lagerschicht 60 die Kanten entlang mit dem Körper verbunden
ist, hat die Lagerschicht allgemein eine Dicke, die der Dicke des
angrenzenden Abschnittes des Körpers
entspricht.
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Geeignete
Materialien für
die Lagerschicht 60 schließen ohne darauf begrenzt zu
sein Thermoplaste, in Wärme
aushärtendes
Material, TPE oder UHMW-Polyäthylen
mit einer Härte
von mehr als 50 shore D ein. Zufriedenstellende Materialien schließen Hartgummi
(härter
als 60 Shore D) oder UHMW-Polyäthylen
ein. Vorzugsweise wird die Lagerschicht 60 so gewählt, dass
sie alle Verarbeitungsparameter einschließlich der mit der relevanten Ausformung
des Körpers 40 verbundenen
erhöhten Temperaturen
oder der Anbringung der Oberflächenbeschichtung 90 auf
der Lagerschicht aushält.
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Oberflächenbeschichtung
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Die
Oberflächenbeschichtung 90 wird
auf der Oberfläche
der Lagerschicht 60 angebracht. Die Oberflächenbeschichtung 90 bildet
eine Kontaktfläche
für die
Berührung
mit der Scheibe 14. Die Oberflächenbeschichtung 90 kann
selektiv so ausgebildet werden, dass sie eine Vielzahl von Partikeln
einschließt
und dadurch eine partikelbesetzte Beschichtung bildet. Die partikelbesetzte
Beschichtung 90 schließt
ein Trägerharz 92 und
eine Vielzahl von Partikeln 94 ein. Bezugnehmend auf die 4–6 bildet
die Vielzahl von Partikeln 94 zumindest einen Abschnitt
einer Kontaktfläche.
Alternativ kann die Ober flächenbeschichtung 90,
wie aus 2 ersichtlich, mit dem Trägerharz 92 ausgebildet
werden, ohne die Partikel 94 einzuschließen.
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Die
Partikel 94 werden so ausgewählt und in ihrer Größe bemessen,
dass sie eine ausreichende Rauheit bieten, um die Reibung zwischen
dem Dichtungsprofil 10 und der Scheibe 14 ohne
Einbuße
in der erwünschten
Dichtungsfunktion zu reduzieren. Das heißt, das Dichtungsprofil 10 schließt unter
den vorgesehenen Gebrauchsparametern im Wesentlichen eine Umgebungsmigration,
wie etwa Leckagen von Wasser oder Luft über die Grenzfläche zwischen Scheibe
und Dichtungsprofil aus.
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Die
Partikel 94 können
gleichförmig über die Oberflächenbeschichtung 90 verteilt
werden. Alternativ können
die Partikel 94 proximal zur Oberfläche der Beschichtung 90 angeordnet
sein. Die Kontaktfläche
wird somit definiert durch eine Vielzahl von Vorsprüngen, die
sich aus der Oberfläche
der relativ harten Lagerschicht 60 heraus erstrecken. Die
Oberflächenvorsprünge definieren
allgemein die Kontaktfläche
zwischen dem Dichtungsprofil 10 und der Scheibe 14.
Die Oberflächenvorsprünge können eine Dichte
von annähernd
1 bis 5 Vorsprünge
pro Quadratmillimeter haben. Üblicherweise
erstrecken sich die Oberflächenvorsprünge von
einem angrenzenden Abschnitt der Beschichtung aus über eine
Entfernung von 5 bis 125 μm.
Es ist zu verstehen, dass Konstruktionsüberlegungen Vorsprünge und
damit Partikel 94 einer alternativen Größenbemessung erfordern können.
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Die
Oberflächenvorsprünge können ausgebildet
werden, wenn die Partikel 94 im Trägerharz 92 eingekapselt
sind. Dass heißt,
eine konvexe Wölbung
im Harz wird von einem darunterliegenden Partikel ausgebildet. Alternativ
können
die Vorsprünge durch
eine freiliegende Oberfläche
der Partikel 94 gebildet werden. Das heißt, der
Partikel 94 ist teilweise im Harz 92 eingebettet
und ein Abschnitt des Partikels ist als Oberflächenvorsprung freigelegt. Ferner kann
der Partikel 94 effektiv oben auf dem Harz 92 aufliegen,
wobei im Wesentlichen der gesamte Partikel den Vorsprung definiert.
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Die
durch die Vorsprünge
definierten, relativ hohen Punkte sorgen dafür, dass ein reduzierter Oberflächenbereich
mit der Scheibe 14 in Berührung kommt. Die Vorsprünge haben
eine ausreichende Größe und ausreichende
Abstände,
um die Abdichtung zwischen dem Dichtungsprofil 10 und der
Platte 14 aufrecht zu erhalten. Wegen der durch die Partikel geschaffenen
reduzierten Kontaktfläche
ergibt sich ein reduzierter statischer und dynamischer Reibungskoeffizient
zwischen dem Dichtungsprofil und der Scheibe 14. Zusätzlich wird
durch die vorliegende Konfiguration die Gleitreibung vermindert.
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Die
Partikel 94 und das Trägerharz 92 werden
so gewählt,
dass eine ausreichende Bindung geschaffen wird, um eine Trennung
der Partikel vom Trägerharz
auszuschließen,
sowie um eine nicht beabsichtigte Trennung der Lagerschicht 60 bei
der Herstellung, Montage und Verwendung des Dichtungsprofils 10 auszuschließen.
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Die
Partikel 94 können
aus einer Reihe verschiedener Materialien, einschließlich von
Keramik, Mineralien, in Wärme
aushärtendem
und thermoplastischem Material ausgebildet werden. Üblicherweise
für die
Partikel 94 verwendete Materialien schließen Polyäthylen,
UHMW-Polyäthylen
(mit ultrahohem Molekulargewicht), Polypropylen, Polyamid oder vernetzte
Versionen davon ein. Es ist auch zu verstehen, dass die Partikel 94 oberflächenbehandelt sein
können,
um die Haftung am Harz 92 und/oder an der Lagerschicht 60 zu
verbessern. Vorzugsweise bewirken die Partikel 94 keine
Verschlechterung der Scheibe 14. Die Vielzahl von Partikeln 94 kann
aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Das heißt, ein
erster Abschnitt der Vielzahl von Partikeln 94 kann aus
einem ersten Material und ein zweiter Abschnitt der Vielzahl von
Partikeln aus einem zweiten Material bestehen.
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In
einer ersten Konfiguration, wie in 2 gezeigt,
ist die Vielzahl von Partikeln chemisch am Harz 92 und
an der Lagerschicht 60 gebunden. Vorzugsweise werden die
Partikel 94, das Trägerharz 92 und
die Lagerschicht 60 so gewählt, dass eine ausreichende
chemische Bindung entsteht, ohne dass sekundäre Haftmittel erforderlich
sind. Es ist jedoch zu erwarten, dass Haft mittel oder Abbindemittel
verwendet werden können,
um die Retention der Partikel 94 zu unterstützen. Es
wird auch in Betracht gezogen, die Partikel 94 durch mechanische
Verbindung mit dem Harz 92 zu verbinden oder in der Beschichtung
oder der Lagerschicht 60 festzuhalten. Das heißt, die
primäre
Rückhaltekraft
ergibt sich aus der entsprechenden Struktur, die zwischen den Partikeln 94 und
dem Harz 92 für
die mechanische Zurückhaltung
der Partikel besteht. Ferner können
die Partikel 94 durch eine Kombination von chemischer Bindung
und mechanischer Retention festgehalten werden.
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Die
partikelbesetzte Konfiguration der Oberflächenschicht 90 kann
unterschiedliche Dicken aufweisen, wie sie durch die beabsichtigte
Betriebsumgebung des Dichtungsprofils 10 diktiert werden.
Zum Beispiel kann die Beschichtungsdicke zwischen annähernd 25 μm und annähernd 1000
Mikron betragen. Die Partikelgröße kann
in Verbindung mit der gewünschten
Beschichtungsdicke gewählt
werden.
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Bei
den partikelbesetzten Konfigurationen der Oberflächenbeschichtung 90 schließt eine
Konfiguration eine Vielzahl thermoplastischer Partikel 94 in
einem warmaushärtenden
Trägerharz 92 ein,
wobei die Vielzahl von Partikeln eine Schmelztemperatur hat, die
höher ist,
als die Aushärtetemperatur
des Trägerharzes.
In dieser Konfiguration sind die Partikel 94 Olefinpartikel
von ultrahohem Molekulargewicht (UHMW) und das Trägerharz 92 ist
ein vernetzbares Urethan.
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In
dieser Konfiguration wird das warmaushärtende Trägerharz 92, sowie
die zugehörigen
Partikel 94 auf der Lagerschicht 60 aufgebracht
und das Harz wird danach ausgehärtet
(vernetzt). Ein geeignetes Material für das Trägerharz 92 ist eine
Urethanbasis mit einem Katalysator und einem Silikon zur Erhöhung der
Lubrizität.
Das Trägerharz 92 kann
aus einem warmaushärtenden
Harz ausgebildet werden, das unter Einsatz einer Reihe verschiedener
Mechanismen, einschließlich
von Chemikalien, Wärme
und Strahlung ausgehärtet
werden kann. Üblicherweise für das warmaushärtende Harz 92 verwendete
Materialien schließen,
ohne darauf begrenzt zu sein, vernetzbares Urethan oder eine Mischung
auf Grundlage von Kautschuk, wie etwa EPDM und modifiziertes EPDM,
ein. Ein spezielles Material für
das Trägerharz 92 ist
eine vernetzbare Urethanlösung
CHEMLOK Z320 von der Lord Corporation, mit einem Katalysator, wie
zum Beispiel Z320 B. Das Trägerharz 92 hat
eine Aushärtetemperatur,
bei der das Material vernetzt wird und warm aushärtet. In dieser Konfiguration
erfährt
das Trägerharz 92 eine
ausreichende Bindung an der Lagerschicht 60, um die Notwendigkeit,
Haftmittel dazwischen einzufügen,
zu erübrigen.
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Die
thermoplastischen UHMW-Olefinpartikel 94 werden so im warmaushärtenen Trägerharz 92 eingebettet,
dass sie sich mit dem Trägerharz
und damit auch mit der Lagerschicht 60 verbinden. Vorzugsweise
werden die UHMW-Olefinpartikel 94 chemisch
mit dem warmaushärtenden
Material des Trägerharzes
verbunden.
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In
dieser Konstruktion der partikelbesetzten Konfiguration der Oberflächenbeschichtung 90 können die
UHMW-Olefinpartikel 94 aus Polypropylen mit ultrahohem
Molekulargewicht bestehen und das warmaushärtende Trägerharz 92 kann ein
vernetztes Urethan sein. Die resultierende partikelbesetzte Konfiguration
der Oberflächenbeschichtung 90 kann
eine Dicke im Bereich von annähernd
25 μm bis
annähernd
1000 μm
haben.
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Die
UHMW-Olefinpartikel 94 können eine Größe im Bereich
von annähernd
20 μm bis
annähernd
200 μm aufweisen,
mit einem ausgewählten Bereich
von annähernd
35 μm bis
annähernd
120 μm und
einem bevorzugten Bereich von annähernd 35 μm bis annähernd 65 μm.
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Die
UHMW-Olefinpartikel 94 sind thermoplastisch und deshalb
haben sie eine Schmelztemperatur. Durch Steuerung des Molekulargewichtes
der Partikel 94 und des Materials der Partikel kann die Schmelztemperatur
ausgewählt
werden. Üblicherweise
liegen die Molekulargewichte für
das UHMW-Olefinmaterial
zwischen annähernd
3 Millionen und annähernd
6 Millionen. Die Schmelztemperatur der UHMW-Olefinpartikel 94 wird
so gewählt, dass
sie die Aushärtetemperatur
des Trägerharzes 92 übersteigt.
UHMW-Ole finpartikel 94 wie die oberflächenmodifizierten Partikel
INHANCETM von der Fluoro-Seal, Inc., Houston,
Texas, haben sich als geeignet erwiesen.
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In
der partikelbesetzten Konfiguration der Oberflächenbeschichtung 90 sind
die Partikel 94 im warmaushärtenden Trägerharz 92 zumindest
teilweise eingebettet. Ein Prozentsatz der thermoplastischen Partikel 94 ist
vollständig
im Trägerharz 92 eingekapselt
und ein Prozentsatz der UHMW-Olefinpartikel ist zumindest teilweise
im Trägerharz
eingekapselt.
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Man
glaubt, dass das Trägerharz 92 an
seiner Oberfläche
von den thermoplastischen (UHMW-Polyäthylen) Partikeln 94 abgenützt werden kann,
wodurch das UHMW-Olefinmaterial an der Scheibe 14 freigelegt
wird. Die Partikel 94 aus modifiziertem UHMW-Polyäthylen haben
eine ausreichende chemische Bindung am Trägerharz 92 aus modifiziertem
Urethan, die eine Trennung der Partikel vom Trägerharz im Wesentlichen ausschließt. Wenn
das überdeckende
Trägerharz 92 entfernt,
abgerieben oder abgebaut wird, trennen sich die Partikel 94 aus UHMW-Olefin
nicht vom Trägerharz
und von der Lagerschicht 60. Ferner induziert die Beanspruchung der
Partikel 94 aus UHMW-Olefin beim Eingriff und wieder Trennen
der Scheibe 14 keine Trennung der UHMW-Olefinpartikel vom
Trägerharz 92.
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In
einer alternativen Konstruktion kann das Trägerharz 92 ein thermoplastisches
Harz, wie etwa ein Olefin sein und kann Polypropylen oder Polyäthylen mit
niedrigem Schmelzindex einschließen. Es ist zu verstehen, dass
Füllstoffe,
Bindemittel oder Zusatzstoffe im Trägerharz 92 eingeschlossen
sein können.
Vorzugsweise wird das Trägerharz 92 so
ausgewählt,
dass eine Bindung am Material der Lagerschicht 60 und an
den Partikeln 94 ohne sekundäre Haftmittel erreicht wird.
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In
einer weiteren Konfiguration kann die Vielzahl von Partikeln 94 aus
einem warmaushärtenden Material
bestehen, wie etwa aus einer Reihe von Materialien, die keine Schmelztemperatur
aufweisen, sondern sich bei einer ausreichenden Wärmeanwendung
auflösen
oder abbauen, ohne zu schmelzen. Das heißt, dass die Partikel 94 nicht
schmelzbar sind und bei Wärmeanwen dung
zunächst
ihren festen Aggregatzustand behalten. Nach Anwendung einer ausreichend
hohen Wärmebeanspruchung
werden die Oberflächenpartikel
unumkehrbar abgebaut, so dass sie nach dem Abkühlen nicht mehr zu ihrer ursprünglichen
Zusammensetzung zurückgelangen. Vorzugsweise
werden die Partikel 94 aus PTFE, Molybdändisulfid, keramischem Material
oder Strahlungsveernetztem Polyäthylen
mit ultrahohem Molekulargewicht ausgebildet. Die Partikel 94 werden
so ausgewählt,
dass sie eine ausreichend hohe Festigkeit haben, um bei ihrer Gebrauchsbelastung
nicht brüchig
zu werden oder zu zerbrechen.
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Die
Lagerschicht 60, das Trägerharz 92 und die
Vielzahl von Partikeln 94 werden so ausgewählt, dass
die Partikel bei Anwendung einer Kompressionskraft gegen die Beschichtung
und gegen die Vorsprünge
nicht im Wesentlichen in die Lagerschicht 60 hinein verschoben
werden. Das heißt,
die Partikel 94 halten die Kontaktfläche zwischen dem Dichtungsprofil 10 und
der Scheibe 14 aufrecht und die Kontaktfläche wird
bei einer Druckerhöhung
nicht signifikant vergrößert.
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Die
ohne Partikel 94 ausgebildete reibungsvermindernde Oberflächenbeschichtung 90 kann
aus einer Reihe verschiedener Beschichtungen, einschließlich der
vorstehend erörterten
Trägerharze 92 bestehen,
wie zum Beispiel aus CHEMLOK Z320 und einem Katalysator, wie etwa
Z230 B, beide von der Lord Corporation. Die Oberflächenbeschichtung 90 wird
so ausgewählt,
dass sie einen niedrigeren Reibungskoeffizienten bietet, als die
darunterliegende Lagerschicht 60. In einer bevorzugten
Konfiguration bietet die Oberflächenbeschichtung 90 einen
niedrigeren Koeffizienten der statischen Reibung und der dynamischen
Reibung als die unbeschichtete Lagerschicht 60. In Abhängigkeit
von den vorgesehenen Betriebsparametern kann die Oberflächenbeschichtung 90 mit
oder ohne die Partikel 94 verwendet werden.
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Herstellungsverfahren
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Der
Elastomerkörper 40 kann
nach einer Reihe verschiedener herkömmlicher Herstellungsverfahren
ausgebildet werden. Extrusion, Formpressen und Umformung sind alle
als Formgebungsverfahren für
den Körper 40 bekannt,
mit oder ohne ein Verstärkungselement 42.
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Die
Lagerschicht 60 kann in einer Reihe von Konfigurationen
ausgebildet werden, wie etwa als vorgeformtes Band, zusammen mit
dem Körper 40 koextrudiert
oder nachher auf den Körper
aufextrudiert.
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Die
partikelbesetzte Konfiguration der Oberflächenbeschichtung 90 kann
auf der Lagerschicht 60 aufgebracht werden, vor oder nach
Anbringung der Lagerschicht 60 auf dem Körper 40.
Das heißt, die
Partikel 94 können
nach Verbindung der Lagerschicht mit dem Körper und Anwendung des Harzes durch
eine Reihe von Belagbildungsverfahren, wie streichen, sprühen oder
mit Walzen auftragen im Harz 92 aufgenommen werden. Somit
kann die Oberflächenbeschichtung 90 Partikel 94 einschließen, die durch
Streichen, Sprühen
oder Auftragen mit Walzen auf dem Trägerharz 92 aufgetragen
oder in das Trägerharz 92 eingebracht
wurden. In einer bevorzugten Konstruktion wird der Körper 40 durch
Extrusion ausgebildet und die Lagerschicht 60 am Körper angebracht.
Dann wird das Teil einer Oberflächenbehandlung
durch chemische Grundierung oder Coronabehandlung unterzogen. Eine übliche chemische
Grundierung schließt
CHEMLOK 459x von Lord Chemical ein. Das Material für die partikelbesetzte
Beschichtung (das Harz 92 und die Mischung von Partikeln 94) wird
dann auf die Lagerschicht 60 gesprüht, zerstäubt, gegossen oder gestrichen.
Das Dichtungsprofil 10 wird dann im Ofen ausgehärtet, damit
die partikelbesetzte Konfiguration der Oberflächenbeschichtung 90 auf
der Lagerschicht 60 anhaftet. Die ohne die Partikel 94 ausgebildete
Oberflächenbeschichtung 90 kann
mit ähnlichen
Verfahren so angewandt werden, wie es durch die spezifischen Verarbeitungsparameter
diktiert wird.
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Während eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung gezeigt und ausführlich
beschrieben wurde, ist voll einzusehen, dass sich dem Fachmann aus
der Lehre der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen
und Modifikationen anbieten können.
Es ist beabsichtigt, dass alle solchen Änderungen und Modifikationen,
die im Rahmen der angefügten
Ansprüche
liegen, mit erfasst sind.