CN110612185B

CN110612185B - 用于制造框架构件的方法、框架构件、框架结构以及框架构件的使用

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Publication number: CN110612185B
Application number: CN201880030700.1A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·梅尔桑; 克里斯蒂安·尼奇格伦堡
Original assignee: VKR Holding AS
Current assignee: VKR Holding AS
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2018-05-01
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2038-05-01
Also published as: EP3621779B1; CN110612185A; DK179516B1; WO2018206061A1; PL3621779T3; EP3621779A1; US20200378175A1; DK201770329A1

Abstract

本发明涉及一种制造用于窗户或门的框架构件的方法，该方法包括以下步骤：提供金属板，将金属板辊压成型成具有预定轮廓的框架壳体，将发泡材料引入到框架壳体中，并且将框架壳体布置在校准管中直到发泡材料固化。金属板具有0.25mm或更小的厚度。本发明还涉及框架构件、框架结构以及这种框架构件的使用。

Description

用于制造框架构件的方法、框架构件、框架结构以及框架构件的使用

技术领域

本发明涉及一种制造用于窗户或门的框架构件的方法，该方法包括以下步骤：

提供金属板，将该金属板辊压成型成具有预定轮廓的框架壳体，并且将发泡材料注入该框架壳体。

本发明还涉及框架构件和框架构件的使用。

此外，该框架构件可以用于为窗户或门创建框架结构、比如窗扇或框架。

背景技术

传统的木制框架或窗扇结构在美学上被认为是使人满意的，但不是很坚固，特别是当暴露于湿气中时不那么坚固，并且它们缺乏在现代建筑中所需的隔热性能。

以前已经通过使用由聚氯乙烯(PVC)制成的窗户框架解决了坚固性问题，该窗户框架已被广泛使用，而其他窗户制造商、包括本申请人已经选择使用由具有木芯、通常为胶合板和聚氨酯(PUR)壳体的型材来制造框架。其他塑料材料也已用于壳体，但是PUR迄今为止使用最广泛，因为它在耐候性、隔热性、可模塑性等方面具有合适的性能。

然而，这些框架仍然缺乏足够的隔热性能以符合在许多国家中采用的更加严格的建筑规定，因此已经尝试将隔热材料包括在框架构件中。

在US6047514中，描述了一种通过将金属辊压成型成结构形状、将热塑性塑料挤出到内部和外部来生产窗户框架的过程。然后将氨基甲酸酯组合物注入该形状中。这导致使用大量材料的复杂生产，并因此导致高成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造具有良好隔热性能的框架构件的方法，该框架构件的制造成本较低，并且由于材料量较少提供了一种环境友好的替代方案，这些材料具有合适的刚度和强度性能。本发明的另一个目的是提供一种框架构件，该框架构件具有由提供较小内部张力并随后保持其给定形状的工艺制成的芯部。

这通过以下进一步的步骤来实现：提供具有0.25mm或更小的厚度的板状金属，并将框架壳体布置在校准管中直至发泡材料固化。

通过使用这样的方法，可以提供发泡材料的芯部。芯部可以呈现轮廓的形状，并且因此可以避免对芯部的任何附加加工。通过允许泡沫在轮廓内膨胀并完全固化，可以防止芯部内的内部张力。校准管可以具有与框架壳体的所需形状相对应的内部形状。因此，可以允许注入的发泡材料在轮廓内并且在校准管内膨胀，从而保持期望的形状。校准管有助于保持所需的形状，由于金属的厚度小，如果不使用校准管则无法达成该形状。因此，发泡材料膨胀以呈现框架壳体的形状。这为框架构件提供了足够的结构强度和隔热性能，其比木材的隔热性能好约4至5倍。强度赋予层优选地主要由具有低热传递值的低导热金属制成。该金属可以以板状金属的盘或卷的方式提供，其被辊压成型成具有轮廓的框架壳体。框架壳体具有开口，发泡材料注入到该开口中。一旦发泡材料膨胀，框架壳体就被保持在校准管或类似装置中，该校准管或类似装置有助于保持金属已被辊压成型的形状，以便控制膨胀。通过允许泡沫在校准管的影响下在框架壳体内膨胀，可以防止芯部内的内部张力。

发泡材料可以由发泡成刚性材料的组合物提供，优选地具有良好的隔热性能。该组合物可以包含异氰酸酯和多元醇，其在相互反应时产生在轮廓内膨胀的泡沫。这是优点，因为组分直到其相互反应都是流体。一旦组分混合，这些组分会相互反应并与空气中的湿气发生反应以形成泡沫，随后该泡沫会膨胀。多元醇可以包含催化剂、表面活性剂、发泡剂等。异氰酸酯可以包含添加剂，比如扩链剂、交联剂、表面活性剂、阻燃剂、发泡剂、颜料和填料。非异氰酸酯也可以用于产生聚氨酯泡沫。

在一个实施方式中，该方法可以包括将反应物添加到该组合物中，其中，该反应物是CO₂或戊烷气体。反应物可以使发泡反应增加。

在一个实施方式中，可以通过向组合物中添加一种或更多种促进剂来加速泡沫的固化。一种或更多种促进剂也可以添加到组合物中，这将减少固化时间并因此减少生产成本。

在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：在发泡材料固化的固化期间，将框架壳体连续地拉动通过校准管。借助于将框架壳体拉动通过校准管，可以同时将框架壳体输送到随后的生产工位。这将使芯部呈现出轮廓的形状，并且不存在膨胀的泡沫使框架壳体的已经辊压成型的形状发生变形的风险。如果发泡尚未结束，则膨胀可能会继续，并且框架壳体可能会变形。校准管可以是挤出模型等。挤出模型可以具有1至40米或者甚至更长的长度。挤出模型/校准管可以是在固化过程中控制轮廓形状的装置。金属型材本身由薄金属箔制成，并且可能容易变形。没有校准管/挤出模型，框架壳体本身可能无法承受发泡所产生的压力。

在一个实施方式中，固化时间可以小于2分钟，优选地小于60秒，更优选地小于30秒，甚至更优选地小于20秒。

在一个实施方式中，方法步骤是在生产线上执行的。生产率可以是40米/分钟或更快、在40米/分钟至20米/分钟之间或者比20米/分钟慢。生产可以在具有连续工位的一条连续生产线上进行。这可以允许制造具有芯部的连续轮廓。随后可以将各个框架构件切成合适的长度。

在一个实施方式中，该方法还可以包括用第二强度赋予层包覆轮廓的步骤。第二强度赋予层可以是装饰层。第二强度赋予层也可以是有助于框架构件的强度的层。

在一个实施方式中，发泡材料可以通过沿着型材的长度延伸的开口引入。开口可以是包括在执行成形时产生的框架壳体中的预弯折部。因此，开口可以沿着框架壳体的整个长度延伸。

在引入发泡材料之后，可以关闭开口。可以通过重叠金属端部、通过添加用以关闭开口的第二种材料、或者通过提供锁定功能来关闭开口。可能还有其他方法可以关闭开口，并且在泡沫固化时，关闭可能是暂时的。

在一个实施方式中，框架壳体由两个或更多个框架壳体部分组成。框架部分可以在注入泡沫之前接合在一起。该接合可以通过焊接或使用粘合剂来进行。

在另一方面，本发明涉及一种框架构件，比如用于窗户或门的窗扇或框架结构的侧面部件、顶部部件或底部部件，所述框架构件包括基本上由发泡材料制成的芯部，其具有低于0.037W/m K的热导率和覆盖芯部的至少一部分的至少一个强度赋予层。强度赋予层包括辊压成型的金属板，该金属板形成为具有预定轮廓的框架壳体。发泡材料适于注入到金属型材中，并且所述至少一个强度赋予层的厚度为0.25mm或更小、优选地0.15mm或更小、更优选地在0.04mm至0.15mm之间。

这提供了由金属板形成并且预先形成为其轮廓形状的框架构件。因此，可以允许注入的发泡材料在轮廓内膨胀。因此，发泡材料膨胀以呈现金属型材的形状。这为框架构件提供了足够的结构强度和隔热性能，其比木材的隔热性能好约4至5倍。此外，由于允许芯部在轮廓内膨胀和冷却，所以芯部保持其给定的形状并且可以防止内部张力。强度赋予层优选主要由具有低热传递值的低导热金属制成。金属可以以板状金属的卷或盘的形式提供，将其辊压成型成具有轮廓的框架壳体。框架壳体可以具有开口，发泡材料可以注入开口中。一旦发泡材料膨胀，可以将框架壳体保持在校准管中以控制膨胀。当膨胀完成时，芯部可以呈现与框架壳体相同的形状。通过使泡沫在校准管的影响下在框架壳体内膨胀，不存在成品框架构件在膨胀的泡沫的影响下变形的风险。

芯部的密度可以高于80kg/m³和/或在80至200kg/m³之间。

在一个实施方式中，芯部可以由聚氨酯制成。聚氨酯具有许多所需的性能、比如良好的隔热性能和合适的刚性。替代性地，可以使用一些具有良好隔热性能的其他材料、比如EPS。聚氨酯可以是基于非异氰酸酯的聚氨酯或基于异氰酸酯的聚氨酯。可以在泡沫固化之前或之后将加强元件结合到芯部中。

在一个实施方式中，发泡材料由包含快速固化的材料、比如异氰酸酯和多元醇的组合物提供。这是优点，因为组分直到其相互反应之前都是流体。一旦材料混合，这些材料可以相互反应并与空气中的湿气发生反应以产生泡沫，并且随后膨胀。框架壳体可以包括开口。可以通过开口插入注入喷嘴。异氰酸酯和多元醇的组合物可以在生产线上通过开口或通过注入喷嘴倒入或注入到框架壳体中。当异氰酸酯和多元醇相互反应并与空气中的湿气反应时可能会发泡。可以通过将CO₂或戊烷气体施加到框架壳体中来加快发泡过程。通常，正常固化时间约为60秒。然而，直到泡沫已经完全膨胀的固化时间可能在约20秒至180秒之间变化。固化时间也可以通过向组合物中添加促进剂来加速。优选地，当框架壳体沿着生产线移动时注入用于泡沫的该配料。

在注入发泡材料之后，框架壳体可以被封闭，并且泡沫可以在其中膨胀。该封闭可以是任何合适的关闭装置、比如按扣锁等。关闭装置也可以是预弯折部，该预弯折部在移除注入喷嘴之后被折叠至其位置中。优选地，所有操作在连续工位的生产线上完成。框架壳体的封闭也可以在框架壳体沿着生产线向下移动时执行。

在不希望受到理论的束缚的情况下，本发明基于以下认识：框架构件的各个部件的强度的贡献使得可以为框架构件提供与局部载荷相对应的特性，并因此提供对弯曲、压缩和抗扭强度的需求。

框架构件的横截面构造受到一些要求的约束。在框架构件的适于面向外部的顶部部分中，局部载荷将主要是压应力，而在适于面向建筑物的内部的底部部分中，拉应力是主要的。越靠近芯部元件的中心，拉应力和压应力均等化因此应力减小。根据静力学定律，惯性矩以及因此的弯曲刚度以所讨论元件的高度的三次幂增加。因此，通过在框架构件的周边加强框架构件、通过在框架构件的一部分或全部框架构件上设置强度赋予层，与在框架的中心设置相同材料相比，向构件提供增强材料的贡献比例更大。

强度赋予层可以由两个或更多个部分形成、比如顶部和底部、或者第一侧部和第二侧部。优选地，芯部优选地最终被完全覆盖，而不管其是否具有一个或更多个部分，以便赋予框架壳体所需的强度能力并保护芯部免受周围环境的影响。

在一个实施方式中，强度赋予层可以被至少一个防热桥间隙中断。该间隙可以定位成防止产生热桥。因为框架壳体优选地由金属制成，所以如果设置间隙，则可以减小从窗的外部到内部的冷/热传递的风险。

在一个实施方式中，防热桥间隙用不同于强度赋予层的材料覆盖。该材料应该优选地是具有非常低的热传递值的材料，比如聚合物带、乙烯基箔等。

框架构件在300牛顿的载荷下可以具有5mm的最大延伸，优选地在800牛顿的载荷下可以具有5mm的最大延伸。

优选地，强度赋予层可以选自由以下组成的组：铝、铜、比如奥氏体不锈钢、AISI316型不锈钢和/或AISI 304型不锈钢的不锈钢合金。铝通常易于使用，并且可以提供多种不同的厚度。奥氏体不锈钢和/或AISI 304型不锈钢的导热系数比铝低得多。铝的导热系数约为240W/m K，而AISI 304型不锈钢的导热系数仅为16.2W/mK，因此要低得多。当将其用于窗户或门的框架构件时，这是特别重要的，其中，热空气和冷空气在框架处会合，从而水蒸气可能积聚在窗户或门的框架的温暖侧，这是不希望的。相比之下，木材的导热系数约为1.2W/mK。

强度赋予层可以由一层或多于一层的相同材料构成，并且/或者不同的强度赋予层可以由不同的材料制成。强度赋予层优选是具有耐候性的膜或箔。强度赋予层也可以由其他类型的钢或合金制成。

框架构件还可以包括至少第二强度赋予覆盖层。第二强度赋予层可以与强度赋予层采用不同的材料。第二强度赋予层可以是由箔或饰面等提供的装饰层。第二强度赋予层可以适于有助于框架构件的强度。

第二强度赋予覆盖层可以选自由以下组成的组：生物基饰面、比如竹饰面、大麻饰面、基本上任何种类的木质饰面或塑料层、比如乙烯基。也可以使用其他材料、比如玻璃纤维、聚丙烯、聚氯乙烯或碳纤维。第二强度赋予覆盖层可以既充当加强层又充当装饰层，因为这将是窗户或门的框架的最外层。第二强度赋予层的厚度优选为0.1mm至1mm，更优选地在0.4mm至0.7mm之间。

框架构件可以设置有附加的接纳元件，其优选地嵌入芯部中。接纳元件可以是用于接纳附接装置的单独的接纳元件，该附接装置以螺钉或销钉的形式直接置于要定位附接的地方。替代地或附加地，板状元件、例如层压板可以在芯部制造后被夹在中间，或者在其模制期间嵌入芯部中。

优选地，强度赋予层和第二强度赋予覆盖层由不同的材料制成。

框架构件可以在包覆装置中包覆，该包覆装置用于将型材包覆在层压板和箔中，优选地，该包覆装置设置有用于不同层的辊子并且被分成多个包覆区域。理想地，区域和/或辊子可以容易地更换以适应生产线。例如在需要不同种类的辊压成型材料或包覆材料的情况下，或者首先是一批需要一个强度赋予层的小框架构件、接着是需要例如两个强度赋予层或需要不同材料或厚度的赋予层的较大框架的情况下，因为能够容易地更换具有不同层的辊子，所以该生产过程允许差异化的辊压成型/包覆。

也有可能使框架构件被半包覆。例如，可以将第一层设置在框架的适于面向建筑物的内侧的侧部上，而框架的面向建筑物的外侧的侧部可以设置有不同的层。

框架构件包覆后被切成合适的长度。

框架构件可以通过角上的鸽尾形连接部接合或粘合在一起，以形成框架结构。

发泡材料可以优选地是刚性材料，以便有助于框架构件的刚性和强度。

框架构件可以是异型和/或棱柱形框架构件。

基本上由发泡材料制成，应解释为意味着可以将其他材料的单独元件结合到芯部材料中，以用于接纳螺钉、销钉或其他附接装置。

这样的框架构件将代替传统的木制框架构件，并且因此将构成窗户或门的支撑结构。因此，框架构件可以形成用于门或窗户的框架或窗扇结构的一部分或构成该框架或窗扇结构。

在另一方面，本发明涉及根据本发明的框架构件用于生产窗户或门的使用。

附图说明

以下，将参照附图进一步详细描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的框架壳体的横截面；

图2a至图2b是在根据本发明的不同生产阶段的框架壳体的实施方式的横截面；

图3是根据本发明的实施方式的框架壳体在生产步骤期间的立体图；

图4a至图4b、图5以及图6是根据本发明的实施方式的框架构件的示意性横截面图。

具体实施方式

图1示出了在框架构件1的生产过程中使用的框架壳体2的横截面。图1中的框架壳体2由已形成为与所得框架构件的形状相对应的板状金属构成。板状金属可以是布置成形成框架壳体2的薄箔，该框架壳体2填充有发泡材料，如图2a至图2b中进一步可见。金属框架壳体可以制成细长的连续轮廓，以便允许完成的框架构件1切割成任何合适的长度。金属框架壳可以设置有开口6，该开口6提供了进入金属框架壳体2的内部空间21的入口。

图2a至图2b示出了生产步骤，其中注入喷嘴5穿过开口6插入。注入喷嘴5用于注入将构成芯部3的材料4。该材料是可以在框架壳体2内膨胀的材料，并且呈与框架壳体2相同的形状。该材料可以是发泡材料4，该发泡材料4在注射之后可以发泡并因此在框架壳体2内膨胀。在图2a中，优选在框架壳体2沿着生产线移动并且注入喷嘴将发泡材料注入至沿着框架壳体的长度延伸的移动的开口中的同时执行注入。在图2b中，注入已经完成并且发泡材料4已经开始膨胀。在图3中示出了生产中的另一步骤，其中，在发泡材料4膨胀期间将框架壳体2布置在校准管10中。执行该步骤是为了确保来自发泡材料4的压力不使框架壳体2变形。校准管10包括与框架壳体2的形状相对应的内部形状11。框架壳体2因此可以在泡沫的膨胀的持续时间内被布置在校准管10中或者被输送或拉动穿过校准管10。根据发泡材料4的配方，膨胀可以在20至180秒内完成。优选地，膨胀在20至60秒内完成。发泡材料4可以产生由聚氨酯制成的芯部。这可以通过包含异氰酸酯和多元醇组分的组合物来实现。这些成分可以相互反应并与空气中的湿气发生反应，从而膨胀。可以通过向组合物中添加反应物来控制膨胀。可以通过向内部空间21注入气体来进一步控制膨胀。该气体例如可以是空气、CO₂或戊烷气体。

如图4a中所示，当膨胀完成时，框架构件1由聚氨酯的芯部3和至少部分地包围的金属框架壳体2构成。在图4b中，示出了框架壳体可以包括中断部7。该中断部可以是防热桥间隙，并且可以被布置成防止来自外部空气的冷气经由金属型材行进到建筑内部。防热桥间隙7又可以用密封带8等覆盖。防热桥间隙7也可以仅被第二强度赋予层覆盖，该第二强度赋予层可以是装饰箔。

框架构件1可以设置有一个或更多个用于接纳附接装置的接纳元件。

图5是框架构件2的实施方式，其中，轮廓被第二强度赋予层13、例如装饰箔包覆。

图6是框架构件1的实施方式，其中，框架壳体2由两个框架壳体部分组成，其具有呈焊接连接或粘接的形式的接头12。

在整个申请中，相同的附图标记适用于相同的特征。本发明的范围由所附的权利要求书阐明。在权利要求书的语境中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。同样，提及诸如“一”或“一个”等的引用不应被解释为排除多个的情况。当提及框架构件时，其应被解释为窗扇构件和/或框架构件。总体上，所示出和描述的实施方式的特征可以自由组合，并且除非在独立权利要求中有陈述，否则不应将任何特征视为必要特征。

Claims

1.一种制造用于窗户或门的框架构件的方法，所述方法包括步骤：

-提供金属板，

-将所述金属板辊压成型成具有预定轮廓的框架壳体，

-将发泡材料引入到所述框架壳体中，其特征在于，

-所述金属板具有0.25mm或更小的厚度，并且将所述框架壳体布置在校准管中直到所述发泡材料固化。

2.根据权利要求1所述的方法，包括提供用于所述发泡材料的组合物，所述组合物包括异氰酸酯和多元醇，所述异氰酸酯和多元醇在相互反应时产生在所述框架壳体内膨胀的泡沫。

3.根据权利要求2所述的方法，包括向所述组合物加入反应物。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述反应物为CO₂或戊烷气体。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，通过向所述组合物加入促进剂来加速所述泡沫的固化。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在所述发泡材料固化的固化期间，将所述框架壳体拉动穿过所述校准管。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述固化时间小于2分钟。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述固化时间小于60秒。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述固化时间小于30秒。

10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：用第二强度赋予层包覆所述轮廓。

11.根据权利要求1所述的方法，包括将所述发泡材料通过沿着所述框架壳体的长度延伸的开口引入。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在引入所述发泡材料的步骤之后，所述开口关闭，并且其中，所述关闭由以下之一执行：

-重叠所述框架壳体的金属端部，

-添加用以关闭所述开口的第二材料，或者

-锁定功能。

13.根据前述权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中，所述框架壳体由两个或更多个框架壳体部分构成。

14.一种框架构件，所述框架构件根据权利要求1至13中的任一项进行生产，所述框架构件包括：

芯部，所述芯部包括具有低于0.037W/m K的导热率的发泡材料；

至少一个强度赋予层，所述至少一个强度赋予层覆盖所述芯部的至少一部分，所述强度赋予层包括辊压成型的金属板，所述金属板形成为具有预定轮廓的框架壳体，并且，

其中，所述发泡材料适于注入到所述金属框架壳体中，其特征在于，所述至少一个强度赋予层具有0.25mm或更小的厚度。

15.根据权利要求14所述的框架构件，其中，所述框架构件是用于窗户或门的窗扇或框架结构的侧部部件、顶部部件或底部部件。

16.根据权利要求14所述的框架构件，其中，所述至少一个强度赋予层具有0.15mm或更小的厚度。

17.根据权利要求14所述的框架构件，其中，所述至少一个强度赋予层具有在0.04mm至0.15mm之间的厚度。

18.根据权利要求14所述的框架构件，其中，所述发泡材料由聚氨酯制成。

19.根据权利要求14所述的框架构件，其中，所述强度赋予层由至少一个防热桥间隙中断。

20.根据权利要求19所述的框架构件，其中，所述防热桥间隙被与所述强度赋予层不同的材料覆盖。

21.根据前述权利要求14至20中的任一项所述的框架构件，其中，所述强度赋予层选自由以下组成的组：铝、铜或不锈钢合金。

22.根据权利要求21所述的框架构件，其中，所述不锈钢合金为奥氏体不锈钢、ANSI316型不锈钢和/或AISI 304型不锈钢。

23.一种用于门或窗户的框架结构，所述框架结构包括至少一个根据权利要求14至22中的任一项所述的框架构件。

24.一种根据权利要求14至22中的任一项所述的框架构件的使用，所述框架构件用于窗户或门的生产。