Verfahren und Vorrichtung zur Kovul anisation von thermoplastischen Kunststoffen und Elastomeren

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (EP 0 528 560 AI) wird ein thermoplastischer Kunststoff einerseits und ein elastomerer Werkstoff andererseits in einen Mehrkom- ponentenspritzkopf eingespeist und daraus durch Koextru- sion als Verbund ausgetragen. Dieser koextrudierte Verbund wird unmittelbar danach vulkanisiert und ge¬ kühlt. Der Kunststoff bildet schließlich dünne Schichten von geringem Reibungskoeffizienten an denjenigen Ober¬ flächenbereichen eines Dichtungsprofils, die in Berüh- rung mit einer bewegbaren Kfz-Seitenscheibe treten.

Aus der EP 0 501 037 A2 ist es bekannt, dem Spritzkopf

eines Elastomerextruders eine reaktionsfreudige Urethan- Heißschmelzmischung zuzuführen. Das Ergebnis sind die gleichen, reibungsarmen dünnen Schichten auf den mit der Kfz-Seitenscheibe in Berührung tretenden Oberflächenbe¬ reichen eines Dichtungsprofils.

Ein anderes bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art (DE 37 37 891 AI) benutzt als Elastomere bestimmte Kautschukarten und thermoplastische Formmassen. Erwähnt ist ein Arbeiten nach dem zweistufigen Extrusionsverfah-

ren, das zeit- und arbeitsaufwendig ist.

Die DE 34 35 939 Cl zeigt als an sich bekannt bei der Verarbeitung von Elastomeren die Verwendung von zwei Scherkopfextrudern, die in einen gemeinsamen Spritzkopf einspeisen.

Aus der DE-PS 2 059 496 ist eine Vorrichtung zum Plasti- fizieren von Kunststoffen, insbesondere eine Spritzgu߬ maschine, an sich bekannt, bei der zwei unabhängig voneinander arbeitende Einrichtungen zur Erzeugung von Plastifizierwärme vorgesehen sind. Eine dieser Einrich¬ tungen ist eine Scherwärme liefernde, durch einen ro¬ tierbaren Dorn gebildete Schereinrichtung.

Aus der DE 31 18 429 AI ist es an sich bekannt, einen Polsterstreifen aus geschäumtem Polyurethan oder Vinyl- chlorid jeweils über eine drucksensitive, adhäsive Beschichtung einerseits mit einem Profilkörper aus thermoplastischem Material und andererseits mit einem Liner zu verkleben.

Aus der DE 38 35 211 AI ist es an sich bekannt, einen Dichtstreifen aus einem U-förmigen Klemmstreifen aus Hartgummi, einer vollständigen Um antelung des Klemm¬ streifens und mit Lippen aus Weichgummi und einem Dicht¬ schlauch aus Moosgummi aus einem gemeinsamen Spritzkopf zu extrudieren. Das Verbundprofil durchläuft anschlie- ßend eine Erwärmungsstation und eine die Vulkanisation vollendende Heißluftstrecke.

Aus der DE 36 27 537 AI (Ausführungsform nach Fig. 1) ist es an sich bekannt, auf einen Randstreifen eines schwenkbaren Kfz-Ausstellfensters einen U-förmigen Profilstrang aus einer Klebermasse auf PU-Basis mit

seinem Mittelsteg aufzuextrudieren (Ausführungsform nach Fig. 3). Der Profilstrang weist eine hinterschnittene Einstecknut auf, in die ein komplementärer Halteab¬ schnitt eines Einsteck-Dichtprofils zur formschlüssigen Halterung eindrückbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwen¬ dungsbereich des eingangs genannten Verfahrens zu erwei¬ tern.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf diese Weise ist die kostengünstige und qualitativ hochwertige kontinuierliche Herstellung von Verbundprofilen aus thermoplastischen Kunststoffen und Elastomeren ermöglicht. Besonders eignet sich das erfin¬ dungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Dichtprofilen, in denen bisher Befestigungsschienen aus Metall als Halterung für daran verankerte Elastomerprofilteile dienen. Diese letztere Bauweise ist aufwendig und bei der Montage verhältnismäßig schwierig zu handhaben. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die metalli- sehen Befestigungsschienen durch insgesamt besser geeig¬ nete Profilteile aus Kunststoffen zu ersetzen und das Verbundprofil aus Kunststoff und Elastomeren kostengün¬ stig in einem kombinierten Extrusionsverfahren herzu¬ stellen. Es entfällt dabei insbesondere eine nachträg- liehe Verankerung der elastomeren Profilteile mit einer metallischen Befestigungsschiene. Kunststoff und Elasto¬ mere werden erfindungsgemäß vielmehr duch chemischen Verbund schon während der gemeinsamen Extrusion aneinan¬ der befestigt. Es läßt sich besonders günstig Einfluß auf die Betriebsparameter jeder Komponente des Verbund¬ profils nehmen. Der Kunststoff wird einerseits kali¬ briert und andererseits auf die Temperatur für die nachfolgende gemeinsame Extrusion mit den Elastomeren

aus dem Mehrkomponentenspritzkopf heruntergekühlt. Es können z.B. eine bis drei unterschiedliche Elastomer¬ komponenten Verwendung finden, z.B. Moos- oder Weichgum¬ mi in unterschiedlichen Härten. Diese Elastomerko ponen- ten werden in den Mehrkomponentenspritzkopf hinein extrudiert und gemeinsam mit der wenigstens einen Kun¬ ststoffkomponente aus dem Mehrkomponentenspritzkopf extrudiert. Für den Kunststoff beträgt zweckmäßigerweise die Verarbeitungs- oder Erweichungstemperatur 180 bis 300 C. Die Vernetzung kann in an sich bekannter Weise in einer Heißluft- oder UHF-Anlage oder in einem Salzbad oder im Fluidbett geschehen.

Die Merkmale des Anspruchs 2 gestatten eine wirkungsvol¬ le Temperierung des Elastomers zur Erreichung des für alle Werkstoffkomponenten optimalen Temperaturniveaus in dem Mehrkomponentenspritzkopf.

Gemäß Anspruch 3 geht man vor, wenn sich der gewünschte chemische Verbund nicht auch ohne eine zusätzliche Verbindungsschicht aus Verbundmaterial erreichen läßt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Bekannte bzw. an sich bekannte Vorrichtungselemente sind den zuvor erwähnten Druckschriften für anderweitige Einsatzfälle zu entnehmen.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind durch die Ansprüche 5 und 6 gekennzeichnet.

Die Ansprüche 7 bis 14 kennzeichnen jeweils vorteilhaf¬ te, erfindungsgemäß hergestellte Verbundprofile.

Grundsätzlich eignet sich die Erfindung nicht nur zur Schaffung besonders günstiger Dichtprofile. Insbesondere lassen sich für die Kraftfahrzeugindustrie auf diese Weise günstig z.B. Regenleisten und Wasserkastendichtun¬ gen unter der Motorhaube von Kraftfahrzeugen herstellen. In diesen Fällen übernimmt die eine Komponente aus thermoplastischem Kunststoff die Funktion der bisherigen metallischen Befestigungsschiene.

Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen und Verfahrensprodukten gemäß der Erfin¬ dung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 1 ver- größerten Teil einer zweiten Ausführungsform der Vor¬ richtung,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 1 ver¬ größerten Teil einer dritten Ausführungsform der Vor¬ richtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein erstes Verfahrens¬ produkt in montiertem Zustand,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein weiteres Verfahrens-

produkt in montiertem Zustand und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein drittes Verfahrens¬ produkt und

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein viertes Verfahrens- produkt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines chemischen Verbundes zwischen thermoplastischen Kunst¬ stoffen einerseits und Elastomeren andererseits durch Kovulkanisation .

Die Vorrichtung 1 weist einen Kunststoffextruder 2 auf, dessen Auslaß 3 mit einem Einlaß 4 einer Kalibrier- und Kühlstrecke 5 verbunden ist. Ein Auslaß 6 der Kalibrier- und Kühlstrecke 5 ist mit einem Einlaß 7 eines Mehrkom¬ ponentenspritzkopfes 8 verbunden.

Die Vorrichtung 1 verfügt ferner über zwei Elastomerex¬ truder 9 und 10, deren Auslässe 11 und 12 jeweils mit einem weiteren Einlaß 13 und 14 des Mehrkomponenten- spritzkopfes 8 verbunden sind.

Aus einem Auslaß 15 des Mehrkomponentenspritzkopfes 8 wird kontinuierlich ein aus Kunststoff und Elastomeren bestehendes Verbundprofil extrudiert, dessen Komponenten chemisch aneinander gebunden sind.

Das Verbundprofil bewegt sich in Richtung eines Pfeils 16 zunächst durch eine Vernetzungsstrecke 17 und danach durch eine Kühlstrecke 18, um dann durch eine Transport¬ raupe 19 einer Trenneinheit 20 zugeführt zu werden. In der Trenneiπheit 20 wird das endlose Verbundprofil in benötigte Abschnitte abgelängt.

In allen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile mit glei¬ chen Bezugszahlen versehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die Vorrich¬ tung 1 zusätzlich zu den Elementen gemäß Fig. 1 eine Eintragsvorrichtung 21 für ein den chemischen Verbund zwischen dem Kunststoff und dem Elastomer förderndes Kupplungsmaterial auf (vgl. z.B. 42 in Fig. 5 und 7). Ein Auslaß 22 der Eintragsvorrichtung 21 ist an einen weiteren Einlaß 23 des Mehrkomponentenspritzkopfes 8 angeschlossen. Auf diese Weise kann das Kupplungsmate¬ rial unmittelbar in den Mehrkomponentenspritzkopf 8 eingebracht und zwischen die miteinander zu kombinieren¬ den Kunststoff- und Elastomerflächen gespeist werden. Aus Platzgründen kann die Eintragsvorrichtung 21 räum- lieh oberhalb der Extruder 2,9,10 angeordnet sein. Ein Auslaßkanal 24 der Eintragsvorrichtung 21 verläuft dann schräg nach unten bis zu dem Einlaß 23.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 weist die Vor¬ richtung 1 an den Auslässen 11,12 der Elastomerextruder 9,10 jeweils einen Scherkopf 25 und 26 auf, deren Aus¬ lässe 27 und 28 jeweils mit den Einlassen 13, 14 des Mehrkomponentenspritzkopfes 8 verbunden sind.

Mit den Scherköpfen 25,26 ist es besonders wirksam möglich, die Temperatur der Elastomere bei ihrem Ein- tritt in den Mehrkomponentenspritzkopf 8 auf das ge¬ wünschte Niveau einzustellen. Auch bei dem Ausführungs¬ beispiel nach Fig. 3 können bei Bedarf ein oder mehrere Eintragsvorrichtungen entsprechend der Eintragsvorrich¬ tung 21 gemäß Fig. 2 eingesetzt werden.

Fig. 4 zeigt ein Verbundprofil 29, das aus vier Profil-

strängen 30 bis 33 zusammengesetzt ist. Die Profilsträn¬ ge 30, 32 bestehen aus Moosgummi, wobei der Profilstrang 30 mit einem durchgehenden Hohlraum 34 versehen ist, um seine Federungseigenschaften noch zu verbessern.

Der Profilstrang 31 ist ebenfalls mit einem durchgehen¬ den Hohlraum 35 zur Erzielung optimaler Federungseigen¬ schaften versehen. Der Profilstrang 31 besteht wie die Profilstränge 30, 32 aus einem Elastomer. Als Elastomere für die Profilstränge 30 bis 32 können z.B. folgende Stoffe eingesetzt werden:

Moosgummi einer Härte von 10 bis 30 Shore-A oder

Weichgummi einer Härte von 30 bis 70 Shore-A, beide z.B. hergestellt aus

EPDM, SBR,

CR,

ECO,

Verschnitten (Abmischungen) von EPDM mit SBR mit einem EPDM-Gewichtsanteil von 20 bis 90 %, Verschnitten von EPDM mit SBR und/oder Polyoctenamer, oder

NBR.

Einsetzbar sind z.B. auch folgende thermoplastische Elastomere (TPE) :

TPE auf der Basis Styrol Ethylen Butylen Styrol (S-EB-S) ,

TPE auf der Basis Styrol Butadien Styrol (SBS) ,

TPE auf der Basis Styrol Isopren Styrol (SIS) ,

TPE auf der Basis von Elastomerlegierungen als TP0-

Blends oder TPO-Alloys, z.B. von vernetztem

EPDM/Propylen-Blend (EPDM/PP) oder

Ethylenvenylacetat/Vinylidenchlorid (EVA/PVDC) oder

TPE auf der Basis von thermoplastischen Polyurethanen (TPU) ; TPO ist Kurzzeichen für thermoplastische

Polyolefin(elastomer)e.

Die Profilstränge 30 bis 32 sind jeweils durch einen der zuvor beschriebenen Elastomerextruder geformt und an¬ schließend entlang den miteinander in Berührung stehen- den Grenzflächen aneinander vulkanisiert worden. So besteht zwischen den Profilsträngen 30 bis 32 jeweils ein chemischer Verbund von ausreichender Festigkeit.

Der Profilstrang 33 besteht dagegen aus einem thermo¬ plastischen Kunststoff. Dafür kommen z.B. folgende Stoffe in Betracht:

PPE Polyphenylenether,

PP Polypropylen,

PE (LDPE, low density PE) ,

PE (HDPE, high density PE) , PIB Polyisobutylen,

PS Polystyrol,

PA Polyamid,

PC Polycarbonat,

PETP Polyethylenterephthalat, P0M Polyoxymethylen, Epoxyharze, Phenolformaldehydharze,

PES Polyester,

PP0 Polyphenylether oder PVC Polyvinylchlorid.

Diese Kunststoffe können mit oder ohne Verstärkung, z.B

durch Kohle- oder Glasfasern, verwendet werden.

Der Profilstrang 33 ist durch einen der zuvor beschrie¬ benen Kunststoffextruder 2 mit nachfolgender Kalibrier- und Kühlstrecke 5 hergestellt und in dem zuvor beschrie- benen Mehrkomponentenspritzkopf 8 mit den Profilsträngen 30 bis 32 koextrudiert worden. Durch die nachfolgende Kovulkanisation ist auch zwischen den Profilsträngen 31 und 33 ein ausreichend fester chemischer Verbund ent¬ standen.

Das so gewonnene Verbundprofil 29 ist einerseits durch eine Verankerungsnut 36 an einer Falzkante 37 einer Kraftfahrzeugkarosserie 38 gehalten und andererseits mit einer den Profilstrang 33 durchdringenden Blechschraube 39 an einem Karosserieblech 40 befestigt. So ergibt sich mit einfachsten Mitteln eine stabile Verbindung des

Verbundprofils 29 mit der Karosserie 38. Das Verbundpro¬ fil 29 dient z.B. als Dichtprofil für die Seitenteile des Dachrahmens eines Faltverdecks oder Hardtops für ein Cabriolet oder auch für ein Coupe.

Fig. 5 zeigt ein Verbundprofil 41, das im wesentlichen in der gleichen Weise aufgebaut und ausgebildet ist wie das Verbundprofil 29 gemäß Fig. 4. Auch der Anschluß an die Kraftfahrzeugkarosserie 38 erfolgt in der gleichen Weise wie in Fig. 4. Der Unterschied gegenüber Fig. 4 besteht darin, daß zwischen den Profilsträngen 31 und 33 noch eine Schicht aus einem Kupplungsmaterial 42 angeord¬ net ist. Das Kupplungsmaterial 42 hat die Aufgabe, den chemischen Verbund zwischen dem Elastomer des Profil¬ stranges 31 und dem thermoplastischen Kunststoff des Profilstranges 33 zu verbessern. Als Kupplungsmaterial 42 kommen z.B. folgende Stoffe in Betracht:

EPDM im Verschnitt mit PP, PE, PS, PIB, PES, sowie anderen Polymeren aus der vorerwähnten Aufstellung der Stoffe des Profilstrangs 33 in Gewichtsanteilen < 20%, Verschnitte EPDM - CR - SBR - Polyoctenamer oder EPDM-Compounds mit Harzbeimengungen (z.B. Epoxyharzen) .

Wenn der Profilstrang 33 aus einem TPE besteht, kommt als Kupplungsmaterial 42 z.B. ein Polypropylenprimer in Betracht.

Fig. 6 zeigt ein anderes Verbundprofil 43, bei dem der Profilstrang 30 aus Moosgummi besteht und das Verbundpro¬ fil 43 fast ganz umgibt. Im Inneren des Profilstrangs 30 ist der Profilstrang 31 angeordnet, der ebenfalls aus einem Elastomer besteht und an den Trennflächen einen chemischen Verbund mit dem Profilstrang 30 aufweist. Zwischen den Profilsträngen 30 und 31 sind durchgehende Hohlräume 44 und 45 zur Verbesserung der Elastizitätsei¬ genschaften des Verbundprofils 43 ausgebildet.

Der Profilstrang 33 weist in Fig. 6 eine im wesentlichen T-förmige Querschnittsfläche auf und ist teilweise in die Profilstränge 30, 31 eingebettet, wobei auch hier an den Grenzflächen eine ausreichend feste chemische Bin¬ dung aufgrund der vorerwähnten Koextrusion und Kovul- kanisation besteht.

An seinem unteren freien Ende weist das Verbundprofil 43 in Fig. 6 in Längsrichtung im Abstand voneinander ange¬ ordnete Montageöffnungen 46 auf, durch die hindurch jeweils ein Befestigungselement geführt und mit einem nicht gezeichneten Karosserieteil verbunden werden kann. Eine Lippe 48 des aus Moosgummi bestehenden Profil-

Strangs 30 überdeckt die Montageöffnungen 46. Das Ver¬ bundprofil 43 dient z.B. als Dichtprofil für den vorde¬ ren Querabschnitt des Dachrahmens eines Faltverdecks oder Hardtops für ein Cabriolet oder auch für ein Coupe.

Fig. 7 zeigt ein wiederum anderes Verbundprofil 47, das insbesondere als Dichtprofil für den vorderen Querab¬ schnitt und die Seitenteile des Dachrahmens eines Falt¬ verdecks oder Hardtops für ein Cabriolet oder auch für ein Coupe geeignet ist.

Das Verbundprofil 47 weist den im wesentlichen mit U- förmiger Querschnittsfläche ausgebildeten Profilstrang 33 aus einem thermoplastischen Kunststoff auf. Der Profilstrang 33 ist mit mehreren, in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Montageöffnungen 46 versehen, die jeweils mit allseitigem Spiel zu einer Blechschraube 39 ausgebildet sind. So kann das Verbund¬ profil 47 bei der Montage in Längs- und Querrichtung in Grenzen relativ zu den Blechschrauben 39 verschoben werden, bis die optimale Position des Verbundprofils 47 erreicht ist. Dann werden die Blechschrauben 39 festge¬ zogen.

Ein Längsende des Profilstrangs 33 ist als erstes Kupp¬ lungselement 49 geformt. An den Profilstrang 33 ist an seine dem ersten Kupplungselement 49 gegenüberliegende Längsseite ein Deckprofilstrang 50 anvulkanisiert. Der Deckprofilstrang 50 weist einen zusätzlichen Profil¬ strang 51 aus Moosgummi auf, der über das Kupplungsmate¬ rial 42 an eine Basis 52 und einen Schenkel 53 des Profilstrangs 33 anvulkanisiert ist. Bestandteil des Deckprofilstrangs 50 ist auch ein den Profilstrang 33 überdeckender weiterer Profilstrang 54 aus Weichgummi, der mit einem Längsende an den zusätzlichen Profilstrang

51 und mit seinem anderen Längsende an einen Kupplungs¬ profilstrang 55 anvulkanisiert ist. Der Kupplungsprofil¬ strang 55 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff und weist ein mit dem ersten Kupplungselement 49 einen Schnappverschluß 56 bildendes zweites Kupplungselement

57 auf.

An die dem zusätzlichen Profilstrang 51 gegenüberliegen¬ de Seite des Profilstrangs 33 ist ein Dichtprofilstrang

58 aus Moosgummi über das Kupplungsmaterial 42 anvulka- nisiert.

In Fig. 7 ist strichpunktiert oben das Karosserieblech 40 angedeutet, an welches das Verbundprofil 47 zu mon¬ tieren ist. Dabei werden die gezackten Teile der Profil¬ stränge 51, 58 dichtend an das Karosserieblech 40 ange- preßt und entsprechend deformiert. Bis zu dem vorerwähn¬ ten Festziehen der Blechschrauben 39 ist der Schnappver¬ schluß 56 gelöst und der weitere Profilstrang 54 nach unten hin aus dem Weg des Schraubendrehers geklappt. Nach dem Festziehen der Blechschrauben 39 wird der weitere Profilstrang 54 mit dem Kupplungsprofilstrang 55 nach oben geklappt und der Schnappverschluß 56 geschlos¬ sen. Dadurch entsteht ein Hohlraum 59, in den hinein eine Scheibe 60 des Kraftfahrzeugs den weiteren Profil¬ strang 54 beim Aufsetzen des Verdecks deformieren kann, wie dies in Fig. 7 strichpunktiert angedeutet ist.

In Fig. 7 sind der größte Teil der Außenfläche des zusätzlichen Profilstrangs 51 und des weiteren Profil¬ strangs 54 mit einer übertrieben dick angedeuteten, in Wirklichkeit hauchdünnen Gleitschicht 61 überzogen. Die Gleitschicht 61 setzt die Gleitreibung zwischen dem weiteren Profilstrang 54 und der Scheibe 60 herab.