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Die Erfindung betrifft eine Scheibenwischvorrichtung mit einem Wellenlagergehäuse und einem Crimpzapfen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Scheibenwischvorrichtung.
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Scheibenwischvorrichtungen, die aus einem Verbund von Kunststoffen bestehen, sind aus dem Stand der Technik zahlreich bekannt. In der Regel besteht eine Scheibenwischvorrichtung aus einem härteren Kunststoff, worin ein Entkopplungselement aus weicherem Gummi am Befestigungsauge eingespritzt ist.
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Aus der
DE 19804135 ist ein Wischerlager bekannt, bei dem das Lagergehäuse und die Dichtung als Zweikomponentenbauteil ausgeführt sind. Bei diesem Wischerlager sind das Lagergehäuse aus einem festen Kunststoff und die Dichtung aus einem weicheren Material gefertigt.
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In der
DE 101 58 099 A1 ist eine Scheibenwischvorrichtung mit einem Wischerlager beschrieben, die in mehreren Stufen gespritzt ist. Hierbei sind das Lagergehäuse sowie Befestigungsabschnitte einstückig aus einem ersten Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Die Lagerschale ist aus einem zweiten Kunststoff gefertigt und wird direkt in das Lagergehäuse eingespritzt.
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Nachteilig an den bekannten Scheibenwischvorrichtungen und Wischerlagergehäusen ist, dass die Materialeigenschaften des Verbundaufbaus nicht den an der Scheibenwischvorrichtung örtlich unterschiedlich auftretenden Druck- und Zugbelastungen genügen und es zu leicht zu irreversiblen Deformationen bis hin zu Zerstörungen der Scheibenwischvorrichtung kommen kann.
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Die erfindungsgemäße Scheibenwischvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass eine belastungsgerechte Ausgestaltung der aus mindestens zwei unterschiedlichen Kunststoffen gefertigten Scheibenwischvorrichtung realisiert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Scheibenwischvorrichtung ist, dass die Scheibenwischvorrichtung ein Kernelement, das aus einem ersten Kunststoff gespritzt ist, und eine mindestens auf einem Teilbereich der Oberfläche des Kernelements aufgetragene Materialschicht, die aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff gespritzt ist, aufweist und bei dem das Kernelement vom Wellenlagergehäuse in den Crimpzapfen übergeht und einstückig ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltungsform kann auf die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Zug- und Druckbelastung der Scheibenwischvorrichtung sowie auf die Funktionalität einzelner Bauteile in Hinsicht auf deren Lager- und Gehäuseanforderungen optimal eingegangen werden.
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Je nach Anforderung kann bei diesem aus zwei Kunststoffkomponenten bestehenden Kunststoffverbund die Materialschicht oder das Kernelement aus einem duktilen Kunststoff bestehen. Die Werkstoffpaarung ist so zu treffen, dass die Lageranforderungen und Gehäuseanforderungen optimal erfüllt werden.
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Das Kernelement bildet den inneren Kern der Scheibenwischvorrichtung und ist für die Lagerung der Welle und für die Vertiefungen am Crimpzapfen, an welchem das Trägerrohr aufgepresst wird, ausgelegt.
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Vorteilhaft ist es, wenn der erste Kunststoff, aus dem das Kernelement gebildet ist, ein für Wellenlager geeigneter Lager-Werkstoff, vorzugsweise Polyoxymethylen (POM), ist.
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Die Materialschicht schließt das Kernelement nach außen gegenüber der Umgebung zumindest teilweise ab und ist vorzugsweise aus einem härteren, belastungsoptimierten Kunststoff gespritzt. Insbesondere ist der hochbelastbare Kunststoff ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Hierdurch erhält die Scheibenwischvorrichtung eine strapazierfähige Hülle, die vorzugsweise am Anschraubauge und/oder am Übergang des Wellenlagers zum Crimpzapfen hochbelastbar wird.
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Die vorgenannte Materialpaarung kann auch invers angeordnet sein, so dass in einer solchen Ausführungsform das Kernelement aus einem hochbelastbaren Kunststoff und die ummantelnde Materialschicht aus einem Lager-Werkstoff gespritzt sind.
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Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Scheibenwischvorrichtung ist, dass auf Einsätze zur Verstärkung des Crimpzapfens sowie auf zusätzliche Lagerbuchsen verzichtet werden kann und somit die Anzahl notwendiger Bauteile reduziert wird, wodurch der Montageprozess vereinfacht wird. Insbesondere verringert sich die Anzahl der zur vollständigen Montage notwendigen Montageeschritte.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Lagerung der Welle durch die Verwendung eines Lager-Werkstoffs hinsichtlich Radialspiel und Verschleiß optimiert wird.
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Ebenfalls wird durch die erfindungsgemäße Materialpaarung die Ausgestaltung des Crimpzapfens optimiert, wodurch insbesondere ein belastungsgerechter Fügevorgang während des Aufpressens des Trägerrohres ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Kernelement im Bereich des Crimpzapfens im Wesentlichen in Form einer skelettartigen Gerüststruktur ausgebildet sein. Vorteilhaft ist auch, wenn die skelettartige Gerüststruktur eine mit Vollmaterial des ersten Kunststoffs ausgefüllte Kanalstruktur aufweist, wobei die Kanäle bis zur Oberfläche des Crimpzapfens geführt sind. Hierdurch können die Eigenschaften des ersten Kunststoffs für die Anbringung des Trägerrohres genutzt werden, insbesondere wenn der erste Kunststoff ein Lager-Werkstoff ist und dessen Oberfläche ausgeprägte Gleiteigenschaften besitzt, wodurch das Einbringen des Crimpzapfens in das Trägerrohr und Ausrichten des Crimpzapfens im Trägerrohr erleichtert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Materialschicht des zweiten Kunststoffs ausschließlich auf der Oberfläche des Teils des Kernelementes, die dem Crimpzapfen zu zuordnen ist, aufgetragen. Hierdurch wird verhindert, dass der Kunststoff des Kernelements beim Aufpressen des Trägerrohres beschädigt wird. Gleichzeitig wird ein definierter Füge-/Umformprozess des Trägerrohres ermöglicht.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Materialschicht des zweiten Kunststoffs unter Aussparung der Bereiche des Kernelements, die für die kraftschlüssige Befestigung des Crimpzapfens an oder in einem Trägerrohr hergerichtet sind, ausgebildet ist.
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In weiteren Ausführungsformen kann das Wellenlager des Kernelements zusätzlich mit mindestens einer eingespritzten Dichtung und/oder einer eingespritzten Lagerschale ausgestattet sein. Die Dichtung oder Dichtungen sowie die Lagerschale können aus dem ersten oder zweiten Kunststoff, aber auch aus einem weiteren Kunststoff, der vom ersten und zweiten Kunststoff verschieden ist, gespritzt sein. Auch können die Dichtung bzw. Dichtungen und die Lagerschale aus verschiedenen Kunststoffen, die vom ersten und zweiten Kunststoff verschieden sind, gespritzt sein. Bei diesen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Scheibenwischvorrichtung handelt es sich dann je nach Anzahl der verwendeten Kunststoffe um Drei- oder Mehrkomponentenkunststoffverbunde.
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Vorzugsweise ist für die Einspritzung von Dichtungen in der Durchgangsöffnung des Wellenlagers durch das Wellenlagergehäuse eine Hohlnut oder ein Absatz eingerichtet, in die das Dichtungsmaterial, welches vorteilhafter Weise ein weiches Gummi ist, eingespritzt wird. Die Dichtungen sind vorteilhafter Weise als Lippendichtung oder Labyrinthdichtung ausgestaltet. Darüber hinaus ist aber jedwede Dichtung, die mittels Spritzgussverfahren herstellbar ist, inbegriffen. Mit den zusätzlich eingespritzten Dichtungen wird erreicht, dass auf die Einrichtung von Wasserschutzkappen und O-Ring-Dichtungen zum Schutz vor eindringender Feuchtigkeit wie Schmutz- und Spritzwasser verzichtet werden kann.
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Das Wellenlager des Kernelements kann gegebenenfalls zusätzlich mit einer Lagerschale ausgekleidet sein, um optimale Lagereigenschaften für den Lauf der Welle im Lager zu schaffen, insofern das Kernelement aus einem Kunststoff gespritzt ist, der keine guten Lagereigenschaften aufweist. Hierzu wird dann in das Wellenlager ein für Wellenlager geeigneten Kunststoff, vorzugsweise Polyoxymethylen (POM), eingespritzt.
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Das Einspritzen der Lagerschale und/oder der Dichtungen kann in den Herstellungsprozess der Scheibenwischvorrichtung integriert werden, wodurch weitere Montageschritte wie das Einpressen oder Eindrücken solcher Bauteile in das Werkstück entfallen und dadurch Kosten reduziert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Scheibenwischvorrichtung birgt den Vorteil, dass durch das Spritzen des Kernelements in einem Spritzgussverfahren mit einem ersten Kunststoff und der anschließenden Ummantelung mindestens eines Teilbereichs der Oberfläche des Kernelements mit einer Materialschicht durch Aufspritzen eines zweiten Kunststoffs die unterschiedlichen Bereiche der Scheibenwischvorrichtung exakt auf deren Belastungssituation eingestellt werden können. Gleichzeitig können mittels des erfinderischen Verfahrens die Prozesskosten aufgrund der Reduzierung der Anzahl notwendiger Verfahrensschritte gesenkt werden.
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Zudem wird durch das Mehrkomponentenspritzgussverfahren eine Gewichtsreduzierung der Scheibenwischvorrichtung gegenüber Einkomponenten-Scheibenwischvorrichtungen oder auch Aluminium-Scheibenwischvorrichtungen erzielt. Gleichzeitig können durch die erfindungsgemäße Verbundlösung die Einsatzgrenzen gegenüber dem genannten Einkomponenten-Scheibenwischvorrichtungen wesentlich erhöht werden, nahezu bis an die Einsatzgrenzen der Aluminium-Scheibenwischvorrichtungen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1.: Längsquerschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Scheibenwischvorrichtung,
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2.: Kernelement,
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3.: Querschnitt der Scheibenwischvorrichtung mit einem mit einer Materialschicht ummanteltem Crimpzapfen,
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4.: Scheibenwischvorrichtung mit einem mit einer Materialschicht ummanteltem Crimpzapfen,
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5.: Längsquerschnitt durch die Scheibenwischvorrichtung mit einem skelettförmig ausgebildeten Gerüststruktur des Kernelements,
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6.: Darstellung der Schnittebene A-A der 5.
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In 1 ist eine Scheibenwischvorrichtung 1 aus einem Kunststoffverbund mit einem Crimpzapfen 2 und einem Wellenlagergehäuse 3 mit einem Wellenlager 4 dargestellt. Die Scheibenwischvorrichtung 1 umfasst ein Kernelement 5, welches aus einem ersten Kunststoff gespritzt ist, und eine auf der Oberfläche des Kernelements 5 aufgetragene Materialschicht 6, welche aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff gespritzt ist. Das Kernelement 5 geht vom Wellenlagergehäuse 3 in den Crimpzapfen 2 über und ist einstückig ausgebildet. Das Kernelement 5 ist im Bereich des Wellenlagergehäuses 3 für die Lagerung einer Wischerwelle ausgelegt und weist ein Wellenlager 4 auf, in welchem die Wischerwelle gelagert ist.
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Der erste Kunststoff, aus dem das Kernelement 5 hergestellt ist, ist ein Werkstoff, der für das Wellenlager 4, insbesondere für die Ausbildung der Wellenlagergleitflächen des Wellenlagers 4, geeignet ist. Der Teil des Kernelements, der den Crimpzapfen 2 bildet und an welchem das Trägerrohr aufgepresst wird, ist teilweise in Längsrichtung des Crimpzapfens 2 hohl in Form einer Bohrung ausgebildet. Die Innenfläche des Hohlraums im Crimpzapfen 2 ist ebenfalls mit der Materialschicht 6 ausgekleidet.
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Das Kernelement 5 ist, bis auf die Kopfflächen der Wellenlageröffnungen des Wellenlagers 4, vollständig von der Materialschicht 6 umschlossen, die aus einem belastungsfähigen Kunstsoff gespritzt ist. Gleichzeitigt wird durch die Materialschicht 6 die Gehäuseform sowie weitere Funktions- und Verstärkungsteile der Scheibenwischvorrichtung 1 gebildet. So weist die Scheibenwischvorrichtung 1 neben dem Crimpzapfen ein weiteres Befestigungsmittel, hier ein Befestigungsauge, auf.
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Durch die Verwendung von zwei oder mehreren unterschiedlichen Kunststoffen kann die Scheibenwischvorrichtung in einem Mehrfachkomponentenspritzgussverfahren hergestellt werden. Je nach Werkstoffkombination entsteht dabei eine stoffschlüssige, zumindest jedoch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Kernelement 5 und der Materialschicht 6.
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Die 2 zeigt ein Kernelement 5, welches aus verschiedenen zusammenhängenden Zylindern zusammengesetzt ist. Die im Bereich des Crimpzapfens 2 ausgebildeten Zylinder des Kernelements 5 dienen der Crimpverbindung mit einem Trägerrohr, in das der Crimpzapfen 2 einschiebbar ist. Die einzelnen Zylinder des Crimpzapfens 2 sind über das Kernelement 5 mit der Wellenlagergleitfläche des Wellenlagers 4 im Wellenlagergehäuse 3 verbunden.
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In der 3 ist ein Querschnitt der Scheibenwischvorrichtung 1 mit einem Crimpzapfen 2 dargestellt bei dem nur der Crimpzapfen 2 mit einer Materialschicht 6 ummantelt ist. Gerade die Crimpverbindung erfordert besondere Eigenschaften, damit der Crimpzapfen 2 beim Aufpressen des Trägerrohres nicht beschädigt wird. Bei dieser besonderen Ausführungsform besteht daher das Kernelement 5 aus einem hochbelastbaren Kunststoff wie beispielsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Der Crimpzapfen 2 ist mit einer Materialschicht 6 aus einem anderen Kunststoff umhüllt. Zusätzlich ist in das Wellenlager 4 eine Lagerschale aus einem für Wellenlager geeigneten Kunststoff, vorzugsweise Polyoxymethylen (POM), eingespritzt, um optimale Lagereigenschaften für die Welle zu schaffen. Je nach Materialwahl kann die Materialschicht 6 des Crimpzapfens 2 mit dem Material der Lagerschale übereinstimmen oder aber auch aus einem anderen Kunststoff gefertigt sein. Je nachdem, welche Kunststoffe gewählt wurden, handelt es sich dann um ein Zweikomponenten- oder Dreikomponentenverbundstoff. Insofern noch weitere Dichtungen in das Wellenlager 4 eingespritzt werden oder weitere Bauteile, wie beispielsweise Entkopplungselemente, eingerichtet werden, die ebenfalls aus Kunststoff gespritzt sind, erhöht sich die Anzahl der Komponenten im Kunststoffkomponentenverbund je nach Wahl der Kunststoffe.
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In der 4 ist eine dreidimensionale Ansicht einer besonderen Ausführungsform der Scheibenwischvorrichtung 1 gezeigt, bei dem die Materialschicht 6 das Kernelement 5 nahezu vollständig umschließt und gleichzeitig die Gehäuseform der Scheibenwischvorrichtung 1 bildet. Nur die Bereiche der Kopfflächen des Wellenlagers 4 und die Bereiche 8 des Crimpzapfen 2, die für die kraftschlüssige Befestigung des Crimpzapfens 2 an oder in einem Trägerrohr hergerichtet sind, sind nicht mit der Materialschicht 6 bedeckt, um die Eigenschaften des Kunststoffs des Kernelements 5 auch für die Verbindungsvertiefungen am Crimpzapfen 2 zu nutzen. Die Scheibenwischvorrichtung 1 ist im Übergangsbereich des Crimpzapfens 2 zum Wellenlagergehäuse 3 mit Verstärkungsstegen ausgestattet, um die beim Vercrimpen des Crimpzapfens 2 mit dem Trägerrohr auftretenden Kräfte kompensieren zu können.
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Die 5 zeigt einen Längsquerschnitt durch eine Scheibenwischvorrichtung 1, bei dem das Kernelement 5 eine skelettartige Gerüststruktur 7 aufweist. Die 6 zeigt den Schnitt A-A der 5. Das Kernelement 5 ist aus einem für Wellenlager geeigneten Kunststoff gespritzt.
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Vorteilhafter Weise ist die skelettartige Gerüststruktur 7 eine mit Kunststoffvollmaterial ausgefüllte Kanalstruktur, bei der die Kanäle bis zur Oberfläche des Crimpzapfens 2 geführt sind. Die Kanalstruktur steht über dessen Kern mit den Gleitflächen des Wellenlagers 4 in direkter, einstückiger Verbindung und ist dergestalt, dass an der Oberfläche des Crimpzapfens 2 ringförmige Strukturen 8 aus dem Material des Kernelements 5 ausgebildet sind, die nur in der Mitte mit der Materialschicht 6 gefüllt sind. Mit diesem Aufbau werden am Crimpzapfen 2 Verbindungsstellen gebildet, die im Randbereich einen ringförmigen Ring 8 aus gleitfähigem Lagermaterial aufweisen und im Mittenbereich aus strapazierfähigem Kunststoff 6 gebildet sind. Dieser Aufbau hat gegenüber bekannten Crimpverbindungsstellen die Vorteile, dass der Crimpzapfen 2 einerseits leicht in die Vercrimpposition im Trägerrohr geschoben werden kann, anderseits aber auch die Verbindungsstellen eine ausreichende Stabilität gegenüber der Krafteinwirkung beim Verpressen des Crimpzapfens 2 mit dem Trägerrohr zeigen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Scheibenwischvorrichtung 1 in mehreren Schritten gespritzt. Im ersten Schritt wird das Kernelements 5 in einem Spritzgussverfahren aus einem ersten Kunststoff gespritzt und vorzugsweise anschließend erkalten gelassen, bis es eine ausreichende Festigkeit besitzt. In einem weiteren Schritt wird das Kernelement 5 mit einer Materialschicht 6 durch Aufspritzen eines zweiten Kunststoffs in mindestens einem Teilbereich der Oberfläche des Kernelements 5 ummantelt und ebenfalls erkalten gelassen. Je nach Ausführungsform der Scheibenwischvorrichtung können in weiteren Spritzschritten Lagerschalen und/oder Dichtungen eingespritzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19804135 [0003]
- DE 10158099 A1 [0004]
