DE102005032406A1

DE102005032406A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren von elastomeren Kunststoffen

Info

Publication number: DE102005032406A1
Application number: DE102005032406A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kleyer; Sven Meisen; Friedrich Triebs
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren von hochviskosen Elastomeren, speziell Kautschuk- und EPDM-Materialien, in situ auf Substrate, insbesondere Fensterscheiben (2), beschrieben, auf denen sie als ausgeformter Profilstrang in situ vulkanisiert werden. Erfindungsgemäß wird dazu eine Einheit aus einer Dosiereinheit (7) bzw. einer Schneckenzahnradpumpe oder Hochdruckpumpe und einer damit fest verblockten Extrusionsdüse (8) verwendet. Ein der Schneckenzahnradpumpe von einer Plastifiziereinheit (Extruder 8) zugeführter Materialstrang wird auf einem begrenzten Abschnitt (B) frei geführt, so dass Schwankungen des verarbeiteten Massenstroms ausgeglichen werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Extrudieren von hochviskosen elastomeren Kunststoffen mithilfe einer Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Sie bezieht sich auch auf Produkte, insbesondere Fensterscheiben, die mit in situ extrudierten Strängen aus solchen Materialien ausgestattet sind.

Es ist bekannt ( DE 41 23 588 A1 ), eine pastöse thermoplastische Masse aus einem Extruder über einen beheizten Druckschlauch einer Extrusionsdüse zuzuführen, die ihrerseits von einem Roboter zum direkten Extrudieren in situ von Profilsträngen auf Gegenstände wie insbesondere Fensterscheiben beweglich geführt ist. Bei dieser Lösung ist dem Extruder eine Zahnradpumpe unmittelbar nach- und dem Druckschlauch vorgeschaltet, um einen gleichmäßigen Volumenstrom am Materialaustritt sicherzustellen.

Eine Phase des verwendeten Elastomers besteht aus vernetztem EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer), die andere Phase ist Polypropylen (man bezeichnet diese Materialien auch als TPE/V, z. B. unter dem Handelsnamen Santoprene). Erst die Vermischung des EPDM mit Polypropylen stellt die thermoplastischen, d. h. einer mehrfachen Verarbeitung zugänglichen Eigenschaften des Werkstoffs sicher.

Vulkanisierte EPDM haben gegenüber TPE einen deutlich niedrigeren Druckverformungsrest (= höheres Rückstellvermögen) und sind deshalb vor allem für dynamisch und statisch hoch belastete Dichtungen in Fahrzeugen besser geeignet. Beispielsweise werden Türdichtungen aus EPDM vorgefertigt und dann an den Rahmenteilen befestigt.

Wenn auch die bislang verwendeten thermoplastischen Elastomere im Allgemeinen eine hinreichende Dauerelastizität aufweisen, so können doch bestimmte neue Anforderungen beispielsweise an die Rückstellkräfte, Dauer-Dichtheit etc. von Randprofilen für Fahrzeug-Fensterscheiben, besser mit vulkanisierten EPDM bewältigt werden.

Bekannt ist aus EP 508 285 B1 ein Verfahren nebst Vorrichtung, wobei eine Zahnradpumpe einen gleichmäßigen Volumenstrom sicherstellt, die über einen vom Extruderantrieb unabhängigen – elektromotorischen – Antrieb verfügt und das von ihr verdichtete Material einer Extrusionsdüse zuführt.

WO 02/26471 A1 und DE 102 45 306 A1 befassen sich ebenfalls mit solchen Verfahren und Vorrichtungen, wobei der Schwerpunkt auf einem gemeinsamen, hinsichtlich des korrekten Druckverlaufs in der zu extrudierenden Kunststoffmasse optimierten Antrieb für den Extruder und die Zahnradpumpe liegt.

In all diesen Fällen ist jedoch eine enge räumliche Einheit des Extruders mit der Zahnradpumpe vorgesehen und beabsichtigt. Das bedeutet, dass die Beweglichkeit der eigentlichen Extrusionsdüse sehr beschränkt ist, oder gar dass sie nur zum stationären Extrudieren von Profilsträngen auf bewegliche Unterlagen und/oder Substrate geeignet ist.

Der austretende EPDM-Profilstrang wird nach dem Stand der Technik mit geeigneten Mitteln, z. B. in einem Heißlufttunnel im Durchlauf vulkanisiert. Erst nach der Vulkanisation hat das Material seine endgültigen (nicht reversiblen) Eigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem hochviskose Polymere wie EPDM, bei deren Extrusion auf eine Dosiereinrichtung nicht verzichtet werden kann, direkt auf ein beliebiges Zielsubstrat extrudiert und in situ vulkanisiert werden können, sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die besonders zum Durchführen dieses Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Patentanspruchs 14 geben eine entsprechende Vorrichtung an. Die Merkmale des Patentanspruchs 29 geben entsprechend ausgestattete Produkte an. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.

Erfindungsgemäß wird also ein Strang aus einem EPDM oder vergleichbaren Polymer auf ein Zielsubstrat direkt als Strang extrudiert und in situ vulkanisiert. Dabei kann entweder die Düse beweglich und das Zielsubstrat festgelegt sein, oder die Düse steht fest und das Zielsubstrat wird an der Düse entlang bewegt, um den Strang in dem gewünschten Verlauf abzulegen. Durch das in-situ-Vulkanisieren des EPDM wird zugleich eine gute, dauerhafte Haftung an dem Zielsubstrat sowie eine hohe mechanische Beständigkeit des extrudierten Materials erreicht.

Das Zielsubstrat kann vorzugsweise ein scheibenförmiger Körper, z. B. eine Fensterscheibe, sein, auf deren Umfang der Profilstrang als Dichtung (ggf. mit einer Dichtlippe) aufextrudiert wird.

Das Vulkanisieren des extrudierten Materials durch Erhitzen in situ kann ganz bevorzugt dadurch erreicht werden, dass man den Profilstrang in an sich bekannter Weise ( DE 42 32 554 C1 , DE 101 03 865 C1 ) in ein beheiztes Formbett hinein extrudiert, das mit dem Zielsubstrat in Kontakt steht. Das Formbett kann beispielsweise, wie auch in den genannten Druckschriften beschrieben, eine Auflage für das Zielsubstrat (zum Beispiel eine Fahrzeug-Fensterscheibe oder eine anderweitige Abdeckung) bilden, wobei der Profilstrang aus EPDM als randseitige Fenster- oder Deckeldichtung extrudiert wird.

Abweichend davon sind aber auch andere Möglichkeiten anwendbar, das Material in situ zu vulkanisieren. Beispielsweise wäre Kontakt-, Konvektions- und/oder Strahlungswärme anwendbar. Konkreter könnte eine Heißluftbehandlung oder Bestrahlung mit Mikrowellen vorgesehen werden, die ggf. unmittelbar dem Extrusionsablauf folgen könnte. Der entsprechende Vorrichtungsteil wäre dann nahe der Extrusionsdüse anzubringen. Diese Möglichkeit eignet sich für alle Fälle, in denen kein Formbett der vorstehend genannten Art zur Verfügung steht, und insbesondere für die Fälle, in denen ein Profilstrang nicht entlang dem Rand eines Zielsubstrats, sondern in dessen Fläche abgelegt werden soll. Jedoch können die erwähnten Beheizungsmittel auch in Kombination mit einem Formbett angewendet werden.

In einer bevorzugten Ausführung wird das pastöse Material von einer beweglichen Dosiereinheit aus der Hochdruck-, vorzugsweise Zahnradpumpe, und der Extrusionsdüse auf das in einer Vorrichtung fixierte Zielsubstrat extrudiert. Damit kann die vom Extruder gespeiste Zahnradpumpe unmittelbar vor der Düse die benötigte Verdichtung des viskoselastischen Materials leisten, die dessen in-situ-Extrusion auf Substrate ermöglicht. Insgesamt wird damit eine Weiterverwendung bisheriger aufwändiger Roboter-Anlagen auch für die in-situ-Extrusion hochelastischer Materialien erreicht, die grundsätzlich mit einer beweglichen Dosiereinheit/Hochdruckpumpe nachgerüstet werden können.

Die Verwendung von in der Kfz-Industrie schon lange gängigen und zugelassenen Kautschuk- und/oder EPDM-Mischungen nach dem Stand der Technik ist dabei ohne weiteres möglich. Diese Zulassungen umfassen Material-Spezifikationen hinsichtlich Umweltverträglichkeit, Beständigkeit, Recycling etc.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der die Dosiereinrichtung/Zahnradpumpe nicht unmittelbar mit der Plastifiziereinheit/dem Haupt-Extruder mechanisch gekuppelt sein kann, muss natürlich die Pumpe einen eigenen Antrieb besitzen. Vorzugsweise wird eine Dosiereinrichtung der bekannten Art verwendet, die einen elektrischen oder hydraulischen Antrieb hat.

Als Dosiereinrichtung kann alternativ auch z. B. ein „Federspeicher" (Pumpkolben etc.) verwendet werden, in den vorplastifiziertes EPDM eingefüllt wird, das sodann der Düse zugeführt wird.

In dieser Hinsicht können weitere Anforderungen dadurch entstehen, dass der von der Extrusionsdüse als Profilstrang verbrauchte oder abgelegte Massenstrom nicht immer konstant sein muss. Ggf. arbeitet sogar die Düse selbst im Aussetzbetrieb, während die Plastifizier-Einheit (der Extruder) vorzugsweise durchläuft.

Man möchte bei Bedarf auch Extrusionsdüsen mit veränderlichen Querschnitten verwenden können, um bestimmte Sonderfälle der zu extrudierenden Profilquerschnitte herstellen zu können ( DE 196 04 397 C1 ).

Die Erfindung hat auch das Problem gelöst, das sich aus den auftretenden Unterschieden zwischen dem Massenstrom, der aus dem Extruder austritt, und dem Massenstrom, der von der Zahnradpumpe und der Extrusionsdüse letztlich in situ abgegeben wird, ergibt. Mit einem druckfesten Schlauch kann hier nicht gearbeitet werden, sondern man sieht nach der Erfindung einen Pufferbereich vor, in dem die erwähnten Massenstrom-Abweichungen zwischen dem Plastifizieren und dem Extrudieren aufgefangen werden können.

Grundsätzlich ist das (entgaste) EPDM-Material, der aus der Plastifiziereinheit (dem Extruder) austritt, zwar flexibel, aber fest genug, um als Strang geführt zu werden. Die Erfindung sieht deshalb eine „freie" Führung dieses Strangs zwischen dem Austritt aus dem Extruder und dem Eintritt in die Dosiervorrichtung vor, in der bei zeitweise geringerem Verbrauch der Dosiervorrichtung bedeutende Längenunterschiede und Volumina gepuffert werden können. Grundsätzlich bedarf der Strang in diesem Bereich keiner besonders präzisen Führung, sondern kann beispielsweise durchhängen, wobei durch geeignete, höhenverstellbare Aufhänge- oder Stützpunkte einerseits Abrisse verhindert und andererseits stets ein definierter Zulauf zur Dosiervorrichtung sichergestellt bleibt.

Ein sehr vorteilhaftes Mittel zum Führen dieses Strangs kann eine flexible Führung mit Rohrquerschnitt sein, deren mit dem Strang in Berührung kommende Innenflächen nach Möglichkeit reibungsarm ausgestattet sein müssen.

In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen praktischen Umsetzung dieser Führung wird deren Außenhülle jedenfalls im direkten Vorlaufbereich zur Dosiervorrichtung und im Arbeitsbereich des letztere führenden Roboters von einer oder mehreren aufeinander folgenden Schraubenfedern gebildet, deren freier Innenraum größer als der Querschnitt des Strangs ist.

Ganz bevorzugt werden auf deren Windungen Rollen aufgefädelt. Die Rollen verringern die Reibung auf vernachlässigbare Werte, und damit auch die Einwirkung der Führung auf die Außenhaut des Strangs. Diese Ausführung hat alle benötigten Eigenschaften zum quasi freien Führen des Strangs zwischen der Plastifiziereinheit und der Dosiervorrichtung. Die Schraubenfeder lässt sich recht leicht elastisch biegen, kann allen Bewegungen eines Roboterarms folgen, und kann in geringem Umfang auch Längenänderungen aufnehmen. Sie kann auch sehr einfach mit Ösen aufgehängt werden, die zwischen den Rollen aufgezogen werden können.

Die Führung kann mehrere Abschnitte mit solchen Schraubenfedern umfassen. Zusätzlich wird man zum Ausgleich von größeren Pufferlängen im Strangverlauf auch mindestens einen freien Abschnitt vorsehen mit dem entsprechenden Freiraum, in dem sich Schlaufen des Strangs bilden können. Stützpunkte in diesem freien Abschnitt können bei Bedarf ebenfalls durch kurze Abschnitte der vorerwähnten Schraubenfeder-Führung gebildet werden, die an beweglichen (Seil-)Aufhängungen befestigt sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im Folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.

Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
1 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoffen,
2 eine detailliertere schematische Ansicht eines Beispiels für eine freie und Längenschwankungen puffernde Führung eines flexiblen Materialstrangs,
3 eine Teilansicht einer umhüllenden Führungseinrichtung für den Materialstrang,
4 eine Frontalansicht der Führungseinrichtung aus 3,
5 eine Detaildarstellung aus 3,
6 ein Detail aus einer Extrusions-Arbeitsstation.
Gemäß 1 umfasst eine Vorrichtung 1 zum Extrudieren von Profilsträngen auf ein Substrat 2 (hier eine Fahrzeug-Fensterscheibe mit im Wesentlichem trapezförmigem Umriss) einen Plastifizierer oder Extruder 3, dem bei 4 Elastomer-Grundstoffe zugeführt werden können. Aus dem Förderausgang des Extruders 3 tritt ein plastifizierter und entgaster Strang 5 des EPDM-Materials aus, der mit später noch näher erörterten Führungsmitteln frei laufend geführt ist. An einem oder mehreren Punkten 6 sind der Strang und seine Führungsmittel beweglich (beispielsweise über Seile) abgestützt oder aufgehängt. Anders als beim eingangs erwähnten Stand der Technik ist kein flexibler, druckfester Schlauch zum Führen des Strangs notwendig.
Der Strang 5 wird so dem Eingang einer Dosiereinrichtung oder Hochdruckpumpe 7 zugeführt, die über einen eigenen, nicht dargestellten Antrieb verfügt. Insbesondere zieht diese den Strang 5 selbst ein (beispielsweise mithilfe einer integrierten, angetriebenen Speisewalze, welche auf den Strang einwirkt). An den Ausgang der Hochdruckpumpe 7 wiederum ist eine Extrusionsdüse 8 angeschlossen. Diese lässt die pastöse Masse in an sich bekannter Weise als geformten Profilstrang mit vorgegebenem Querschnitt austreten und legt diesen auf das Substrat 2 ab. Letzteres ist mittels einer Haltevorrichtung 2H ortsfest gegenüber der räumlich frei beweglichen Extrusionsdüse festgelegt.
Zwar könnte eine solche Extrusionsdüse grundsätzlich – bei geeigneter Gewichtsentlastung – auch manuell geführt werden, jedoch wird man für die industrielle Fertigung von Profilsträngen mit genau definierten Verläufen und Querschnitten eine mechanisierte Handhabung der Extrusionsdüse 8 nebst der Hochdruckpumpe 7 bevorzugen. Diese Handhabung ist hier in Gestalt eines beweglichen Arms eines gegenüber einer Basis 9 räumlich beweglichen und in an sich bekannter Weise programmierbaren Handhabungsautomaten 10 realisiert.
An dessen freiem Ende ist die Hochdruckpumpe 7 befestigt. Bei Bedarf wird man eine relative Schwenk- und/oder Drehbeweglichkeit der Hochdruckpumpe 7 gegenüber dem Automaten 10 vorsehen.
Die Extrusionsdüse 8 kann an der Hochdruckpumpe 7 fest oder – bevorzugt – ebenfalls schwenk- oder drehbeweglich, ggf. um mehrere Achsen, steuerbar angeordnet sein.
Auf Einzelheiten der Düse 8 und deren ggf. beweglicher Lagerung muss hier allerdings nicht näher eingegangen werden, da sie als bekannt vorausgesetzt werden können (vgl. auch den eingangs genannten Stand der Technik).
Gleiches gilt für den prinzipiellen Aufbau der Hochdruckpumpe. Auch hierzu sei auf die eingangs erwähnte Literatur verwiesen. Die Anschlüsse für den Antrieb der Hochdruckpumpe 7 können über den Arm des Handhabungsautomaten 10 oder auch unabhängig davon beweglich zugeführt werden. Auch die Steuerung eventueller Dreh- und Schwenkantriebe zwischen der Hochdruckpumpe und dem Automatenarm wird vorzugsweise über den letzteren geführt.
Im Ergebnis wird nach dem Einlegen eines Substrats 2 in die Haltevorrichtung 2H und entsprechender Programmierung des Handhabungsautomaten und ggf. der Antriebe der Extrusionsdüse 8 durch Antreiben des Extruders 3 eine kontinuierliche Zufuhr eines Strangs einer pastösen Masse durch den Schlauch 5 zur selbst einziehenden Hochdruckpumpe 7 erzeugt. Sie verdichtet und plastifiziert die Masse und presst sie dann durch die Extrusionsdüse 8 aus. Diese wird ggf. nach einem gewissen Vorlauf in an sich bekannter Weise beispielsweise entlang dem äußeren Rand des Substrats 2 geführt, um dort einen Profilstrang mit vorgegebenem Querschnitt wenigstens entlang einem Teilabschnitt dieses Randes, ggf. über mehrere Teilabschnitte oder rahmenartig um den gesamten Umfang des Substrats herum abzulegen. Dieser Profilstrang kann in an sich bekannter Weise eine Dichtung, ein Montageprofil, eine Zentrierhilfe (in Lippenform) und dgl. bilden.
Die Einzelheiten des Ablegens eines solchen Profilstrangs in ein beheiztes Formbett müssen hier an sich ebenfalls nicht näher dargestellt werden, da sie sich ohne weiteres dem eingangs erwähnten Dokument DE 42 32 554 C1 entnehmen lassen. Die Beheizung bzw. Temperatursteuerung des Formbetts wird an den hier beschriebenen Prozess und das Kautschuk- oder EPDM-Material selbstverständlich anzupassen sein, damit letzteres materialgerecht vulkanisiert wird. Es ist auch denkbar, ein nicht beheiztes Formbett zu verwenden und das EPDM-Material auf andere Weise auf die zum Vulkanisieren erforderliche Temperatur zu bringen.
Selbstverständlich kann dieser Prozess aber auch zum Ablegen von Profilen in der Fläche eines Substrats genutzt werden, wobei dann zum Vulkanisieren andere Mittel als ein Formbett (Heißluft, Mikrowellenstrahler und dgl.) benutzt werden können.
2 zeigt eine detailliertere schematische Ansicht eines Beispiels für eine freie Führung des aus dem Extruder 3 austretenden Strangs 5 auf einem insgesamt mit „B" bezeichneten freien Förderabschnitt, der zum Puffern oder „balancing" der schon erwähnten betriebsbedingten Massenstrom- und Längenschwankungen vorgesehen ist.
Der aus dem Extruder 3 austretende Strang 5 gelangt im freien Durchhang zunächst auf eine Rollenführung 11. Diese umfasst ein Gestell 12 und eine darin drehbar und höhenverschiebbar gelagerte Rolle 13. Letztere hat vorzugsweise zwei Spurkränze, zwischen denen der Strang auch seitlich geführt ist. Die Höhenlage der Rolle 13 im Gestell 12 kann bei Bedarf mit einem (nicht gezeigten) Stellantrieb eingestellt werden (durch einen Doppelpfeil angedeutet).
Von der Rolle 13 läuft der Strang 5 ab zu einer Erfassungs- oder Messeinrichtung 14. Diese umfasst beispielsweise Taster oder Sensoren 15, mit denen die aktuelle Höhenlage des durchlaufenden Strangs 5 erfasst wird.
Von der Erfassungseinrichtung 14 aus gelangt der Strang 5 zu einem stationären Zulaufflansch 16, an den ein Einlaufende einer Längs- und Radialführung 17 angeschlossen ist. Diese umhüllt drucklos den weiteren Verlauf des Strangs 5 bis zu dessen Einlauf in die Dosiervorrichtung 7.
Offensichtlich kann durch Hoch- und Herunterfahren der Rolle 13 im Gestell 12 eine variable, je nach Höhenlage der Rolle 13 größere oder kleinere Stranglänge zwischen dem Austritt aus dem Extruder 3 und dem Zulaufflansch 16 der umhüllenden Führung 17 aufgenommen (gepuffert) werden, ohne den aus dem Extruder 3 austretenden Massenstrom zu verändern.
Mit den Signalen der Erfassungseinrichtung 14/15 kann einerseits die Höhenlage der Rolle 13, andererseits aber auch die Drehzahl des Extruders 3 gesteuert werden. Beispielsweise wird man die Extruderdrehzahl dann reduzieren, wenn der durch die Höhenverstellung der Rolle 13 verfügbare „Stauraum" für Strangmaterial allein nicht mehr ausreicht. Insgesamt ist hier ein hochgradig flexibler Pufferbereich für die Schwankungen des Materialsverbrauchs an der Extrusionsdüse 8 gebildet. Zugleich wird sichergestellt, dass das Strangmaterial im Bereich des Zulaufflanschs 16 stets auf einer geeigneten Durchhanghöhe gehalten wird, damit Strangabrisse verhindert werden.
Im Bereich der Erfassungseinrichtung 14 bzw. des Zulaufflanschs 16 können natürlich bei Bedarf noch weitere Stützelemente (Rollen) vorgesehen werden, die ggf. den Selbsteinzug der Hochdruckpumpe unterstützen.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Beispiel für eine einfache Ausführungsform der Führung 17. Diese umfasst als Basis oder Gerüst eine langgestreckte Schraubenfeder 18 (hier ist nur ein kurzer Abschnitt davon gezeigt). Deren freier Innendurchmesser bzw. lichter Innenraum ist größer als der maximale Durchmesser oder Querschnitt des Strangs 5. Folglich kann der Strang 5 den Innenraum der Schraubenfeder 18 durchlaufen. Seine Laufrichtung ist durch einen Pfeil links angedeutet. Ein rechts gestrichelt gezeichneter Pfeil deutet an, dass diese Führung 17 natürlich auch in Gegenrichtung und in wechselnder Vorschubrichtung durchlaufen werden könnte.
Damit beim Kontakt zwischen dem Strang 5 und den Windungen der Schraubenfeder 18 möglichst wenig Reibungsverluste auftreten, sind auf die Windungen Rollenkörper oder besser – in Anbetracht ihrer real geringen Größe – Röllchen 19 aufgefädelt, die sich frei in beide Richtungen um die Windung drehen können.
Die Röllchen 19 sind hinreichend dicht benachbart, um jeden direkten Kontakt des Stranges 5 mit den Federwendeln zu verhindern. Zugleich werden sie aber auch auf einem solchen gegenseitigen Abstand gehalten, dass sie sich nicht gegenseitig blockieren können.
An einem Stützpunkt 6 (wie in 1 angedeutet) kann zwischen zwei Röllchen 19 eine Lasche 20 aufgefädelt sein, an der die Schraubenfeder 18 aufgehängt werden kann. Solche Stützpunkte können auch – abweichend von 1 – selbst beweglich sein, und insbesondere an dem Roboterarm 10 angeordnet sein. Mit diesen Maßnahmen wird eine gute Anbindung der flexiblen Führung 17 an den Roboterarm 10 erreicht.
Es sei klargestellt, dass diese Führung 17 nichts mit bekannten Schnecken- oder Wendelförderern gemein hat, da nicht beabsichtigt ist, die Schraubenfeder 18 selbst für den Vortrieb des Strangs zu nutzen.
4 zeigt zur Verdeutlichung eine Frontal- oder Schnittansicht einer Windung oder Wendel der Schraubenfeder 18 (unter Vernachlässigung der Schraubensteigung und der sich daraus ergebenden Perspektiv-Verzerrungen) mit aufgefädelten Röllchen 19 und dem darin geführten Strang 5.
5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung der Röllchen 19. Demnach sind diese jeweils mehrteilig mit einer direkt auf den Federdraht 18 aufgefädelten Innenhülse 19.1 und dem darauf frei drehbar gelagerten, jedoch axial fixierten Rollenkörper 19.2 ausgeführt. Die Innenhülse 19.1, die sich nicht drehen muss, ist etwas länger als der Rollenkörper 19.2 und steht beidseitig über diesen vor. Ihr Innendurchmesser ist so bemessen, dass sie sich ohne Verkanten über die Wendeln des Schraubenfederdrahts auffädeln lassen.
Erkennbar können sich die Rollenkörper 19.2 auch dann nicht berühren, wenn benachbarte Innenhülsen 19.1 in direkten Kontakt kommen. Dies kann beispielsweise bei Verdrillungen der Schraubenfeder 18 bei bestimmten Bewegungsabläufen des Roboterarms auftreten, stört aber infolge der Gestaltung der Röllchen nicht den freien Durchlauf des Stranges 5.
Ein einzelner oder mehrere aufeinander folgende Abschnitte mit praktisch beliebigen Längen einer solchen Führung 17 verbinden den Zulaufflansch 16 mit dem Eingang der Dosiervorrichtung 7. Diese nimmt den Strang 5 auf und führt ihn nach erneuter Plastifizierung der Extrusionsdüse 8 zu.
Diese Bauart der Führung 17 kann mit nur geringem Widerstand nahezu jeder beliebigen sphärischen Bewegung des Roboterarms 10 folgen, ohne den Durchlauf des Strangs 5 zu blockieren oder zu behindern. Die Federwindungen sind hinreichend steif, um einerseits ihren Innendurchmesser nicht übermäßig zu verengen und andererseits auch die Röllchen 19 auf benachbarten Windungen nicht in gegenseitigen Kontakt geraten zu lassen. Zugleich sind sie in der Längserstreckung der Schraubenfeder 18 so elastisch, dass sie auch relativ kleine Biegungsradien annehmen können, und darüber hinaus grundsätzlich sogar geringfügige Längenänderungen aufnehmen können. Die Dicke und Steifigkeit des Federdrahts ist natürlich nach Bedarf zu ermitteln. Es versteht sich, dass die elastischen Verformungskräfte der Feder die Arbeit und Positioniergenauigkeit des Roboters nicht beeinträchtigen dürfen.
6 zeigt schließlich noch schematisch die unmittelbare Umgebung im Arbeitsfeld der Extrusionsdüse 8. Die monolithische Scheibe 2 ist in einer hier als Formbett im Wesentlichen nach dem Stand der Technik ausgeführte Haltevorrichtung 2H eingelegt. Das Formbett besteht hier in an sich bekannter Weise beispielsweise aus zwei Halbformen 21 und 22, die an einer Trennfuge 23 fest, aber lösbar miteinander verbunden sind. Die Seitenkante der Scheibe 2 ruht auf einer Unebenheiten ausgleichenden umlaufenden oder jedenfalls alle mit einem Profilstrang zu versehenden Abschnitte dieser Kante überdeckenden Dichtungsauflage 24 und wird in nicht näher dargestellter Weise (durch einen nach unten gerichteten Pfeil angedeutet) auf diese aufgedrückt.
Die Halbformen 21 und 22 sowie die in sie eingelegte Seitenkante der Scheibe 2 bilden in wiederum bekannter Weise eine offene Kavität 25, die zum Ausformen eines Profilstrangs genutzt werden kann. Diese Kavität 25 kann über ihre Längserstreckung wechselnde Querschnitte aufweisen, so dass auch der entstehende Profilquerschnitt mit unterschiedlichen Querschnitten ausgeführt wird. Diese Querschnitte können beispielsweise spezielle Lippengeometrien, spezielle Ausformungen an Scheibenecken oder weitere typspezifische Anpassungen an die spätere Einbauumgebung bilden.
Wie in 6 erkennbar, kann der Profilstrang sowohl auf einer der Hauptflächen der Scheibe 2 als auch deren Stirnkante übergreifend ausgeformt werden. Er bildet damit einen Rahmen für die Scheibe 2, wobei mit "Rahmen" hier sowohl Rahmenabschnitte oder vollständig umlaufende Rahmenprofile gemeint sind.
In den Formhälften 21 und 22 sind jeweils hier nur schematisch ohne elektrische Anschlüsse angedeutete Heizwiderstände 26 vorgesehen. Diese stellen das Aufheizen des Formbettes auf eine zum Vulkanisieren des in der Kavität abgelegten Profilstrangs geeignete Temperatur und damit auch dessen Anhaftung an der Scheibe 2 sicher.
Bei monolithischen Glasscheiben oder anderen hinsichtlich der Arbeitstemperatur unkritischen Substraten kann die Temperatur des relativ kalt (etwa 60 bis 100 °C) aus der ggf. beheizten Düse austretenden EPDM-Materials zum Vulkanisieren/Vernetzen auf etwa 160 bis 220 °C erhöht werden. Bei temperaturempfindlichen Substraten, z. B. Verbundglasscheiben mit einer Kunststoff-Zwischenschicht, kann es erforderlich sein, die Vulkanisierungstemperatur auf geringere Werte zu beschränken, was ggf. Anpassungen des speziell verwendeten EPDM-Materials erfordert.
Die Düse 8 kann entlang der schlitzförmigen Öffnung der Kavität 25 über die Scheibenoberfläche – senkrecht zur Zeichnungsebene in 6 – geführt werden und dabei plastifiziertes Kautschuk- oder EPDM-Material unter Hochdruck in die praktisch drucklose Kavität 25 einfüllen. Der sich daraus ergebende Profilstrang hat die vom Formbett, der Scheibenkante und der Kante der weiterlaufenden Extrusionsdüse 8 definierte, ggf. im Längsverlauf variable Querschnittsform. Er kann sich rahmenartig über den gesamten Umfang der Fensterscheibe oder auch nur über einen oder mehrere Teilabschnitte erstrecken. Die Extrusionsdüse kann nicht nur kontinuierliche Strangzüge erzeugen, sondern kann auch vom Substrat und/oder vom Formbett abgesetzt und an einer anderen Stelle wieder angesetzt werden.
Eine Fläche des so erzeugten Profilstrangs schließt sich flächenbündig an die in Einbaulage außen liegende Hauptfläche der Fensterscheibe 2 an. Er dient damit sowohl als generelle Dichtung als auch zum Verschließen eines zwischen der Außenkante der Fensterscheibe und dem Rand einer Karosserieöffnung gebildeten Spalts. Er kann auch, wie hier angedeutet ist, in einer Lippe auslaufen, welche in Verlängerung der Hauptfläche der Scheibe von deren Kante auskragt.
Wenn als Substrat eine Verbundscheibe aus mindestens zwei flächig-adhäsiv mithilfe einer (in der Regel thermoplastischen) Klebeschicht oder -folie verbundenen starren Scheiben vorliegt, würde der in situ extrudierte und vulkanisierte Profilstrang den äußeren Rand der Klebeschicht ebenso wie eine oder beide Stirnkanten der starren Scheiben überdecken. Wie bei dem in DE 101 03 865 C1 beschriebenen Verfahren kann auch hier eine Anhaftung des Profilstrangs an einer oder beiden den Stirnkanten vermieden werden, wenn die Zwischenschicht nicht von ihm versiegelt werden soll. Es versteht sich, dass in diesem Fall eine hinreichende Haftungsbasis auf der Hauptfläche der Scheibe zu schaffen ist.
Der Profilstrang kann unmittelbar in situ auf die Scheibenoberfläche extrudiert werden, oder auch auf eine zuvor aufgebrachte Zwischenschicht, beispielsweise eine Haftvermitt ler- oder Primerschicht und/oder auf eine opake Farbschicht (hier nicht dargestellt), die in bekannter Weise Einwirkung von UV-Strahlung auf das Material des Profilstrangs abschirmt. Es sei festgehalten, dass in allen Fällen keine gesonderte Verklebung des Profilstrangs mit zusätzlichen Klebstoffen vorzusehen ist, sondern dass das extrudierte Material unmittelbar selbst an der Scheibenoberfläche bzw. der Zwischenschicht anhaftet und anschließend in situ vulkanisiert wird.
Abweichend von der Darstellung der 6 kann der Profilstrang auch außerhalb einer Kavität dadurch geformt werden, dass allein die Düse 8 ihm die gewünschte Querschnittform verleiht. Diese Querschnittform kann auch dann beispielsweise eine frei auskragende elastische Lippe umfassen, die eine Spaltabschluss- und Dichtungsfunktion und ggf. auch eine Zentrierfunktion hat.

Claims

Verfahren zum Extrudieren von hochviskosen Elastomeren auf Substrate (2), wobei der plastifizierte Elastomer mittels einer Düse (8) als Profilstrang auf einem Substrat (2) abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Düse (8) vorgeschalteten Dosiervorrichtung (7) nicht vulkanisierte Kautschuk- und/oder EPDM-Materialien in Form eines kontinuierlichen Strangs (5) vorzugsweise entgast zugeführt werden und nach dem haftenden Ablegen auf dem Substrat in situ vulkanisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (7) mit der Düse (8) bezüglich des Substrats (2) fest angeordnet ist und das Substrat (2) zum Ablegen des Profilstrangs in einer vorgegebenen Bewegungsbahn an der Düse entlang geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (7) mit der Düse (8) beweglich angeordnet ist und zum Ablegen des Profilstrangs in einer vorgegebenen Bewegungsbahn an dem Substrat (2) entlang geführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Dosiervorrichtung (7) eine mit der Extrusionsdüse (8) verblockte Hochdruck-, insbesondere Zahnrad- oder Schneckenzahnradpumpe verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (5) zwischen der Plastifiziereinheit (3) und der Dosiervorrichtung (7) wenigstens auf einem begrenzten Abschnitt mit freier und variabler Länge geführt wird, um Schwankungen des Massenstroms auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (5) über mindestens eine bewegliche Rolle (13) geführt wird, um einen Pufferbereich für Längenschwankungen zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der freien Führung mittels einer Erfassungseinrichtung (14) ständig die Durchhanghöhe des Strangs erfasst wird, und dass die Signale der Erfassungseinrichtung zum Steuern der momentanen Pufferlänge des Strangs genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (5) im Bereich der freien Führung mittels einer Führungsvorrichtung nach Bedarf angetrieben und abgebremst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (5) der Dosiervorrichtung (7) durch eine flexible, ihn drucklos umhüllende Längsführung (17, 18) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung durch mindestens eine Schraubenfeder (18) mit einem Innendurchmesser gebildet ist, der größer ist als der Querschnitt des Strangs (5).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang nach dem Auftragen in situ durch Wärmezufuhr mittels Kontakt- und/oder Konvektionswärme und/oder Strahlungswärme (zum Beispiel Mikrowellen) zur Vulkanisierung erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang in Kontakt mit dem Substrat (2) und mit einem letzteres aufnehmenden Formbett (21, 22) abgelegt wird, wobei das Formbett als in-situ-Vulkanisiereinrichtung gesteuert auf eine das Vulkanisieren des Profilstrangs begünstigende Temperatur beheizt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat vor dem Ablegen des Strangs (5) eine Haftvermittlerschicht in dem vom Strang überdeckten Bereich aufgetragen wird.
Vorrichtung zum Extrudieren von hochviskosen Elastomeren auf Substrate, insbesondere auf Fensterscheiben (2), mit einem Extruder (3) zum Herstellen und Fördern einer aus den Elastomeren hergestellten pastösen Masse zu einer Extrusionsdüse, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Extrusionsdüse (8) eine diese speisende Dosiervorrichtung (7), insbesondere eine Hochdruck-Zahnradpumpe, zum Verdichten einer ihr vom Extruder (3) als Strang (5) zugeführten pastösen und vorzugsweise entgasten Kautschuk- oder EPDM-Masse angeordnet ist, und dass zwischen dem Extruder (3) und der Dosiervorrichtung (7) ein Förderabschnitt (B) mit freier Führung des aus dem Extruder kontinuierlich austretenden Strangs (5) zumindest auf einem Teil von dessen Länge vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsdüse (8) unmittelbar mit der Hochdruckpumpe (7) starr verblockt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Handhabungsautomaten (10) zum Führen eines von der Hochdruckpumpe (7) und der Extrusionsdüse (8) gebildeten Blocks entlang einer vorgegebenen Bahn zum Erzeugen eines Profilstrangs umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich (B) mindestens eine Längenausgleichsvorrichtung (11) angeordnet ist, um temporäre Unterschiede im Massenstrom aus dem Extruder (3) und in der Hochdruckpumpe (7) auszugleichen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich (B) mindestens eine Erfassungseinrichtung für die momentane Durchhanghöhe des Strangs (5) vorgesehen ist, und welche Signale zum Steuern des Längenausgleichs in dem Bereich (B) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich (B) mindestens eine Antriebs- und/oder Bremsvorrichtung für den Strang (5) angeordnet ist, um dessen Zulaufgeschwindigkeit zu der Hochdruckpumpe (7) zu regeln.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Laufrichtung des Strangs (5) auf den Bereich (B) eine diesen drucklos umhüllende Führungsvorrichtung (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (17) mindestens eine Schraubenfeder (18) umfasst, deren lichter Innenraum größer als der Querschnitt des Strangs (5) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die umhüllende Führung (17, 18) mit Rollenkörpern (19) für rollenden Kontakt mit dem Strang (5) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenkörper (19) auf die Windungen einer Schraubenfeder (18) der umhüllenden Führung (17) aufgefädelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenkörper (19) in eine Innenhülse (19.1) und einen darauf drehbar gelagerten, axial fixierten Rollenkörper (19.2) unterteilt sind, wobei die Innenhülse (19.1) zu beiden Seiten über den Rollenkörper (19.2) vorsteht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Erhitzen in situ des abgelegten Profilstrangs durch Kontakt-, Konvektions- und/oder Strahlungswärme aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, weiter umfassend eine feststehende oder bewegliche Haltevorrichtung (2H) zum Fixieren der Substrate (2), auf welche mittels der Extrusionsdüse (8) Profilstränge abzulegen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (2H) ein Formbett (21, 22) umfasst, das eine Kante des Substrats (2) unterfängt und auf das der Profilstrang neben dem Substrat (2) zur Ausformung ablegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Formbett (21, 22) mit Heizeinrichtungen (25) ausgestattet ist, welche das Vulkanisieren des extrudierten Profilstrangs ermöglichen.
Substrat, insbesondere Fensterscheibe, mit einem in situ durch Extrusion im direkten Kontakt auf eine seiner Oberflächen oder durch in-situ-Extrusion auf eine Vorbeschichtung der Oberfläche haftend abgelegten Profilstrang aus einem vulkanisierten gummielastischen Material, insbesondere aus EPDM, wobei der Profilstrang mit einem über seine Längenerstreckung gleich bleibenden oder veränderlichen Querschnitt ausgeführt und durch eine Wärmebehandlung in situ vulkanisiert ist.
Substrat nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es eine für die Verklebung in eine Karosserieöffnung vorbereitete Fahrzeug-Fensterscheibe aus Glas oder Kunststoff ist, wobei der Profilstrang entlang dem Außenrand dieser Scheibe als Dichtung gegenüber dem Rand der Karosserieöffnung vorgesehen ist.
Substrat nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Profilstrang flächenbündig und/oder spaltabdeckend an die in Einbaulage außen liegende Flächenseite der Fensterscheibe anschließt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Profilstrangs eine frei auskragende, insbesondere von der Kante einer Scheibe nach außen auskragende Lippe umfasst.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verbundscheibe aus mindestens zwei flächig-adhäsiv mithilfe einer Klebeschicht oder -folie verbundenen starren Scheiben ist, wobei der Profilstrang den äußeren Rand der Klebeschicht überdeckt.