Wischblatt, insbesondere für Scheiben von Kraftfahrzeugen, sowie Verfahren zum Herstellen eines Wischblatts

Stand der Technik

Bei Wischblättern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art soll das Tragelement über das gesamte vom Wischblatt bestrichene Wischfeld eine möglichst gleichmäßige Verteilung des vom Wischerarm ausgehenden

Wischblatt-Anpressdrucks an der Scheibe gewährleisten. Durch eine

entsprechende Krümmung des unbelasteten Tragelements - also wenn das Wischblatt nicht an der Scheibe anliegt - werden die Enden der im Betrieb des Wischblatts vollständig an der Scheibe angelegten Wischleiste durch das dann gespannte Tragelement zur Scheibe belastet, auch wenn sich die

Krümmungsradien von sphärisch gekrümmten Fahrzeugscheiben bei jeder Wischblattposition ändern. Die Krümmung des Wischblatts muss also etwas stärker sein als die im Wischfeld an der zu wischenden Scheibe gemessene stärkste Krümmung. Das Tragelement ersetzt somit die aufwendige

Tragbügelkonstruktion mit zwei in der Wischleiste angeordneten Federschienen, wie sie bei herkömmlichen Wischblättern praktiziert wird.

Die Erfindung geht aus von einem Wischblatt nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1, wie es mit der DE-OS 197 18 490 bekannt geworden ist. Dort wurde vorgeschlagen, dass die Anschlussvorrichtung die Federschiene des

Tragelements umfasst und in diesem Bereich die Federschiene mit der

Anschlussvorrichtung verschweißt wird.

Nachteilig bei einer solchen Verschweißung ist, dass die

Schweißprozessparameter sehr exakt eingehalten werden müssen, um den hohen Biege- und Scherkräften in diesem Bereich über die Lebensdauer des Wischblatts Stand zu halten. Dies verursacht insbesondere bei in Massen hergestellten Wischblättern hohe Zusatzkosten.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das Wischblatt mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass sich die eingekoppelte Schweißenergie an einer definierten Stelle konzentriert und in definierter Richtung ausbreitet. Damit wird insbesondere die

Schweißschmelze vorbestimmbar erzeugt und der Schweißvorgang im zeitlichen Ablauf festgelegt. Es ist damit ausgeschlossen, dass die Schweißschmelze an einem beliebigen Punkt entsteht und je nach Ausbreitungsrichtung im Bereich der Anschlussvorrichtung unterschiedlich lange Zeiten benötigt, um das Ende der Anschlussvorrichtung zu erreichen. Die maximale Schweißzeit ist dadurch deutlich eingegrenzt.

Die Anschlussvorrichtung lässt sich einfach beispielsweise als Spritzgussteil fertigen, wenn die das Tragelement umgreifend den Schenkel mindestens einem Energierichtungsweiser an einer der Unterseite des Tragelements zugewandten Seite aufweist.

Das Einkuppeln der Schweißenergie gelingt besonders einfach, wenn der Energierichtungsweiser klein ist im Verhältnis zur Schweißfläche, insbesondere wenn er punktförmig ausgestaltet ist. Ein linienförmig nur Energierichtungsweiser kann dann vorteilhaft sein, wenn sich die Schenkel über eine längere Strecke entlang des Tragelements erstrecken.

Es ist besonders vorteilhaft, mehrere Energierichtungsweiser anzuordnen, da dadurch die maximale Schweißzeit, die benötigt wird, um die Schweißschmelze über die notwendige Fläche zu verteilen, weiter reduziert werden kann. In diesem Fall ist es sinnvoll, die eingekoppelte Schweißenergie entsprechend höher zu wählen, als im Falle eines einzelnen Energierichtungsweisers. Der Energierichtungsweiser weist bevorzugt eine konvexe, insbesondere spitzige Form auf, so dass die punktgenaue Einleitung der Schweißenergie gelingt.

Außerdem kann eine im Spritzgussverfahren hergestellte Anschlussvorrichtung sehr einfach entformt werden.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, Energierichtungsweiser im Bereich der Schenkel mit einer Grundfläche von ungefähr einem Quadratmillimeter bereitzustellen. Ferner hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Abstand zwischen einzelnen Energierichtungsweiser ungefähr dem dreifachen der Größe der Grundfläche entspricht.

Insbesondere wenn die Anschlussvorrichtung aus Kunststoff und die

Federschienen des Tragelements aus Metall gefertigt sind kann bevorzugt die Schweißenergie mittels Ultraschallschweißens eingebracht werden.

Hohe Stabilität kann erreicht werden, wenn die Schweißenergie von der

Oberseite des Tragelements eingebracht wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anschlussvorrichtung im Bereich der Oberseite des

Tragelements mindestens einen Durchbruch aufweist, durch die in die

Schweißenergie einbringbar ist. Die Stabilität kann weiter erhöht werden, wenn mindestens einem Energierichtungsweiser dem Durchbruch gegenüberliegt.

Die Montage des noch nicht geschweiften Wischblatts wird vereinfacht, wenn der Schenkel beziehungsweise die Schenkel die Schiene des Tragelements mit Spiel umgreifen. Der Schenkel kann mit einer Quetschnaht ausgebildet sein, die die Form einer Erhöhung in Richtung auf die Federschiene aufweist und die auch als Energierichtungsweiser verwendet werden kann.

Wird eine Schmelzflussrinne vorgesehen, kann die Prozesssicherheit verbessert werden, wenn der Fluss der Schweißschmelze gelenkt bzw. gestoppt werden kann. Die Schmelzflussrinne verläuft bevorzugt entlang einer Längserstreckung der Schiene. Die Montage kann weiter vereinfacht werden, wenn die Anschlussvorrichtung im Bereich des mindestens einen Schenkels eine Einführschräge zum erleichterten Einführen der mindestens einen Schiene aufweist.

Es hat sich gezeigt, dass sich die Schweißenergie besonders prozesssicher einkoppeln lässt, wenn die Höhe der Energierichtungsweiser 30% bis 80% der Dicke der Federschiene entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einer Federschiene zwischen 0,8 mm und einem Millimeter der oder die

Energierichtungsweiser ungefähr 0,5 mm Höhe aufweisen.

Ein kostengünstiges Wischblatt ergibt sich, wenn die Anschlussvorrichtung zumindest teilweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem

thermoplastischen Kunststoff besteht. Die Verschweißung der

Anschlussvorrichtung mit dem Tragelement gelingt dein besonders gut, wenn die Federschienen mit einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff umwandelt sind.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Wischblatts, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist. Zuerst erfolgt ein Einschieben einer oder mehrerer Federschienen in eine Anschlussvorrichtung, die einen oder mehrere Energierichtungsweiser für die Schweißenergie ein mindestens einem Schenkel aufweist. Dann wird die Schweißenergie derart eingebracht, dass der Energie Fluss sich vom Energierichtungsweiser ausgehend ausbreitet, und die Schweißung kontrolliert und vorbestimmt abläuft.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wischblatts dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. l ein Wischblatt in Schrägansicht,

Fig. 2 ein Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt nach Linie III in Fig. 2, Fig. 4 a-c und 5 Ausführungsbeispiele für Energierichtungsweiser,

Fig. 6 und 7 teilweise einen Schenkel der Anschlussvorrichtung,

Fig. 8 eine Anschlussvorrichtung in einer Ultraschallschweißvorrichtung und

Fig. 9 eine Variante der Fig. 8.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Figur 1 gezeigtes Wischblatt 10 weist ein bandartig langgestrecktes, federelastisches Tragelement 12 auf (Figuren 1 und 2), an dessen unteren, der Scheibe zugewandten, konkaven Bandseite 13 eine langgestreckte,

gummielastische Wischleiste 14 längsachsenparallel befestigt ist. An der oberen, von der Scheibe abgewandten, konvexen Bandseite 11 des auch als

Federschiene zu bezeichnenden Tragelements 12 ist in dessen Mittelabschnitt eine wischblattseitige Anschlussvorrichtung 15 angeordnet, mit deren Hilfe das Wischblatt 10 gelenkig mit einem in Figur 1 strichpunktiert angedeuteten

Wischerarm 16 lösbar verbunden werden kann. Der in Richtung eines

Doppelpfeils 18 in Figur 1 pendelnd angetriebenen Wischerarm 16 ist in Richtung eines Pfeils 24 zur zu wischenden Scheibe - beispielsweise zur

Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs belastet - deren Oberfläche in Figur 1 durch eine strichpunktierte Linie 22 angedeutet ist. Da die Linie 22 die stärkste Krümmung der Scheibenoberfläche darstellen soll ist klar ersichtlich, dass die Krümmung des mit seinen beiden Enden an der Scheibe anliegenden, noch unbelasteten Wischblatts stärker ist als die maximale Scheibenkrümmung (Figur 1). Unter dem Anpressdruck (Pfeil 24) legt sich das Wischblatt 10 mit seiner Wischlippe 26 über seine gesamte Länge an der Scheibenoberfläche 22 an. Dabei baut sich im aus Metall gefertigten, federelastischen Tragelement 12 eine Spannung auf, welche für eine ordnungsgemäße Anlage der Wischleiste 14 beziehungsweise der Wischlippe 26 über deren gesamte Länge an der

Scheibenoberfläche 22 sowie für eine gleichmäßige Verteilung des

Anpressdrucks (Pfeil 24) sorgt.

Im Folgenden soll nun auf die besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wischblatts näher eingegangen werden. In Fig. 2 ist die Anschlussvorrichtung 15 im Schnitt gezeigt. Sie besitzt einen Grundkörper 30, der eine Bolzenaufnahme 32 (Figur 1) aufweist, die in Fig. 2 durch ihre Achse 34 dargestellt ist. Am

Grundkörper 30 sind zwei sich gegenüberliegenden Schenkel 36 mit im

Querschnitt U-förmiger Gestalt angeformt, dessen U-Öffnungen zueinander weisen. Dadurch entsteht ein Hohlraum, in dem zwei Federschienen 38 des Tragelements 12 gelagert sind, die ihrerseits zwischen sich die Wischleiste 14 aufnehmen.

Die Schenkel 36 sind im Ausführungsbeispiel leistenförmig und erstrecken sich über die gesamte Länge der Anschlussvorrichtung 15 sie weisen mit dem Grundkörper 30 verbundene obere Leisten 40, dem Grundkörper 30

gegenüberliegende und leichten 42 sowie die obere Leisten 40 mit den unteren Leisten 42 verbindende Stege 44 auf. In alternativen Formen können die Schenkel 36 jedoch auch kragenartig ausgebildet sein und sich nur partiell entlang der Anschlussvorrichtung erstrecken.

In Fig. 3 ist teilweise ein Schenkel 36 in Richtung der Linie nach III in Fig. 2 dargestellt, wobei die Verschweißung zwischen Anschlussvorrichtung 15 und Tragelement 12 noch nicht stattgefunden hat und deshalb

Energierichtungsweiser 46 erkennbar sind. Die Energierichtungsweiser 46 sind an der unteren Leiste 42 so angeordnet, dass sie in Richtung der ihnen gegenüberliegenden Federschiene 38 weisen. Im Ausführungsbeispiel sind sieben Energierichtungsweiser 46 gleichmäßig über die Länge der unteren Leiste 42 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, nur einen einzelnen

Energierichtungsweiser 46 vorzusehen, der dann am besten mit sich die platziert wird.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, sind sowohl der einzelne Energierichtungsweiser 46 als auch die Summe aber Energierichtungsweiser 46 in ihrer Fläche klein gegenüber der Fläche der unteren Leiste 42. Dies gilt auch für den

Überlappungsbereich zwischen der unteren Leiste 42 und der ihr

gegenüberliegenden Federschiene 38. Der Energierichtungsweiser 46 ist ungefähr quadratisch in seiner Grundfläche 48 und besitzt eine pyramidenförmige Erhebung 50, wie sie auch in Fig. 4a zu sehen ist. Jede Seitenlänge der Grundfläche beträgt ungefähr 1 mm, die Höhe der Pyramide ungefähr 0,5 mm. In Fig. 4b ist eine pyramidenstumpfförmige

Ausführung gezeigt, bei der die Breite b der kleinen Fläche klein ist gegen die Breite B der Grundfläche, welche wiederum klein ist relativ zur Breite B* der Leiste 42. In Fig. 4c ist dargestellt, dass die Energierichtungsgeber 42 auch paarweise nebeneinander angeordnet sein können. Im Extremfall wird eine Vielzahl von Energierichtungsweiser angeordnet, die zu einer Strukturierung der Oberfläche führen.

Wie in Fig. 5 zu sehen ist, kann die Erhebung 50 auch konvex, insbesondere halbkreisförmig geformt sein. Der erste Kontakt zwischen dem

Energierichtungsweiser 46 und der Federschienen 38 kann somit als

punktförmige Berührung angesehen werden oder zumindest eine Berührung mit einer kleine Fläche.

Der Abstand 52 zwischen zwei Energierichtungsweiser 46 ist ungefähr dreimal so groß wie die Seitenlängen 47, 49 der Grundfläche 48 und liegt im

Ausführungsbeispiel deshalb bei ungefähr 3 mm. Größe und Abstand der Energierichtungsweiser 46 richten sich nach der einzukoppelnden

Schweißenergie, die ihrerseits umso höher zu wählen ist, je kürzer die zur Verfügung stehende Schweißzeit gewählt wird.

Im Extremfall kann der Energierichtungsweiser 46 linienförmig ausgebildet sein, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Dort ist auch zu erkennen, dass im Querschnitt gesehen der Energierichtungsweiser 46 dreieckförmig ausgebildet sein kann. Je nach den weiteren geometrischen Verhältnissen innerhalb der U-Form der Schenkel 36 und der Dicke der Federschienen 38 kann der

Energierichtungsweiser 46 und insbesondere der linienförmige

Energierichtungsweiser 46 als Quetschnaht fungieren, das heißt, die

Federschienen 38 sind nach deren Einführen in die Schenkel 36 durch die Quetschnaht in einer leichten Presspassung in den Schenkeln 38 gehalten. Auch der linienförmige Energierichtungsgeber 46 kann pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein. Und auch hier können die Energierichtungsgeber paarweise auftreten.

In Fig. 8 ist dargestellt, wie die Verbindung zwischen der Anschlussvorrichtung 15 und dem Federschienen 38 hergestellt wird. Dabei liegt die

Anschlussvorrichtung 15 mit ihren beiden unteren Leisten 42 auf einem Amboss 54 auf während die Schweißenergie in Form von Ultraschall von oben ein gekoppelt wird. Dazu weist der Grundkörper 30 sowie die oberen Leisten 40 Aussparungen 58 auf, durch die Sonotroden 60 bis auf die oberen Seiten der Federschienen 38 reichen und ihre Ultraschallenergie in die Federschienen einkoppeln. Die Ultraschallwellen durchlaufen die in der Regel in Metall gehaltenen Federschienen 38 und gelangen auf deren Unterseite auf die Spitzen der Energierichtungsweiser 46. Von dort ausgehend wird die Spot-artig erzeugte Hitze in die untere Leiste 42 eingeleitet und verteilt.

Es hat sich herausgestellt, dass es besonders günstig ist, wenn mindestens ein Energierichtungsweiser 46 direkt unter jeder Aussparung 48 und damit direkt unter der Sonotrode 60 liegt. Ausgehend von diesen exponierten

Energierichtungsweiser 46 ergibt sich eine Kaskaden-förmige Ausbreitung des Schmelzflusses entlang den weiteren Energierichtungsweiser 46 auf der unteren Leiste 42.

Um den Schmelzflusses noch besser zu leiten kann eine Schmelzflussrinne 64 vorgesehen sein, wie dies in einer Variante in Fig. 6 dargestellt ist. Diese

Schmelzflussrinne 64 verhindert ein übermäßiges abfließen des Schmelzflusses in Richtung der Stege 44 und verbessert den Fluss entlang der unteren Leiste 42. In der Regel genügt es, die Tiefe der Schmelzflussrinne 64 entsprechend der Höhe Energierichtungsweiser 46 vorzusehen.

Die Höhe der Energierichtungsweiser 46 sollte sich in einem Bereich zwischen 30% in 80% der Dicke dazu Verschweißen den Federschiene 38 bewegen und wird bei Schienen bieten von 0,8 mm bis 1 mm bevorzugt mit 0,5 mm zu wählen sein. In der Regel umgreifen die Schenkel 36 die Federschienen 38 des Tragelements 12 mit Spiel, so dass die Federschienen 38 problemlos in die Schenkel 36 einführbar sind. Wird jedoch, wie weiter oben beschrieben ist, eine Quetschnaht eingesetzt, ist das Einführen erschwert. Erleichterung bringt eine Einführschräge 62 im Bereich der Schenkel 36. Die Fügerichtung der Federschienen 38 in die Schenkel 36 ist dann entlang des Pfeiles 66.

Im Ausführungsbeispiel ist die Anschlussvorrichtung 15 aus einem

thermoplastischen Kunststoff gefertigt und bevorzugt als Spritzgussteil hergestellt. Die Federschienen 38 bestehen in der Regel aus Stahl und können, wie in Fig. 4 angedeutet ist, eine Ummantelung 68 aufweisen. Diese

Ummantelung 68 dient dem Schutz der Federschiene 38 sowie dem besseren Schweißverhalten zwischen Federschiene 38 und untere Leiste 42. die

Ummantelung 68 kann ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Wischblatts 10 werden zuerst die Federschienen 38 in die Schenkel 36 der

Anschlussvorrichtung 15 eingeschoben und in der zu verschweißenden Lage auf einem Amboss 54 einer Ultraschallschweißanlage fixiert. Dann werden vier Sonotroden 60 in die vier Aussparungen 58 eingefahren bis sie auf der Oberseite der Federschienen 38 aufliegen. Unter Druck der Sonotroden 60 auf die

Federschienen 38 wird die Ultraschallenergie in die Federschiene 38 ein gekoppelt. Die Schallwellen durchlaufen die Federschiene 38, treffen auf die Spitzen der Energierichtungsweiser 46 und beginnen diese aufzuschmelzen. Von dort ausgehend erwärmt sich der Kunststoff der unteren Leisten 42 und bildet eine Schmelze aus. Der Schmelzfluss erstreckt sich ausgehend von den

Energierichtungsweiser 46 und gefördert durch den beauftragten Druck gleichmäßig über die der Federschiene 38 zugewandten Oberfläche der unteren Leiste 42 und kann mit Hilfe einer Schmelzflussrinne 64 gebündelt werden.

Die Zuführung der Ultraschallenergie wird gestoppt und sobald das Aushärten des Schmelzflusses beginnt wird der Druck der Sonotroden 60 auf die

Federschienen 38 verringert und die Sonotroden 60 aus den Aussparungen 58 herausgefahren. Die Federschienen 38 und damit das Tragelement 12 sind mit Anschlussvorrichtung 15 fest verbunden und es können weitere Elemente wie die Wischleiste 14 und gegebenenfalls Spoiler und Endkappen ergänzt werden. Es ist auch denkbar, die Energie nicht durch Ultraschall sondern mittels Laser einzukoppeln, wobei Transmissions- und Absorptionskoeffizienten der

Anschlussvorrichtung 15 bzw. der Federschienen 38 oder deren Umwandlungen 68 so auf die Laser-Wellenlänge abgestimmt sind, dass die erste

Wärmeerzeugung im Bereich der Energierichtungsweiser 46 erfolgt.