-
1. Technisches Gebiet:
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer
Dichtung an einem Rahmen oder einer Zarge eines Gebäudefensters
durch Extrusion. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Gebäudefenster
mit einer extrudierten Dichtung.
-
Im
Stand der Technik ist es bekannt zwischen unterschiedlichen Arten
von Fensterdichtungen zu unterscheiden, nämlich dynamischen Dichtungen
und statischen Dichtungen. Dynamische Dichtungen sind Dichtungen,
die wiederholt in zwei Zuständen
verwendet werden: einem dichtenden Zustand und einem nicht-dichtenden
Zustand. Ein typisches Beispiel einer dynamischen Dichtung für ein Gebäudefenster
dient dazu, den Rahmen des Fensters gegenüber der Zarge des Fensters
abzudichten. Wenn das Fenster geschlossen ist, ist die Dichtung im
dichtenden Zustand; wenn das Fenster offen ist, ist die Dichtung
im nicht-dichtenden Zustand. Eine statische Dichtung ist hingegen
eine Dichtung, die immer im dichtenden Zustand ist. Ein Beispiel
für eine
statische Dichtung findet sich ebenfalls in einem Gebäudefenster,
nämlich
zur Dichtung zwischen der Glasscheibe und dem Fensterrahmen. Diese
Art der Dichtung hat zwei Aufgaben. Zum einen dichtet sie natürlich den Übergang
von der Glasscheibe zum Fensterrahmen. Zum anderen hält sie die
Scheibe in ihrer Position innerhalb des Rahmens. Naturgemäß ist solch
eine Dichtung nach ihrer Montage nicht zwei verschiedenen Betriebszuständen (dichtend
und nicht-dichtend) unterworfen. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere dynamische Dichtungen im obigen Sinne, auf die im folgenden
als Dichtungen für
Gebäudefenster
Bezug genommen wird.
-
Bei
der Herstellung von Fenstern für
Gebäude
o.ä. (beispielsweise
Schiffe) werden entlang des Rahmens und der Zarge des Fensters Dichtungen angebracht,
um die Dichtigkeit des Fensters gegenüber Luft und Feuchtigkeit zu
gewährleisten
und um eine möglichst
gute Schall- und Wärmeisolation
zu erreichen.
-
Wie
oben erwähnt
lassen sich die Dichtungen eines Gebäudefensters danach unterscheiden, ob
sie beim Öffnen
und Schließen
des Fensters wiederholt komprimiert werden bzw. expandieren (dynamische
Dichtungen) oder ob sie nach Abschluß der Herstellung und Montage
des Fensters über
ihre gesamte Lebensdauer hinweg in der gleichen Konfiguration verbleiben
(statische Dichtungen). Typischerweise sind dynamische Dichtungen
an korrespondierenden Bereichen des Rahmens und/oder der Zarge angebracht,
während
statische Dichtungen beispielsweise den Übergang von der Glasscheibe
zum Rahmen abdichten.
-
Sowohl
statische als auch dynamische Dichtungen für Gebäudefenster werden heutzutage üblicherweise
separat aus einem Kunststoff, beispielsweise einem Polyurethan,
gefertigt und in einem der letzten Schritte der Herstellung des
Fensters am Rahmen oder der Zarge befe stigt. 3 zeigt
exemplarisch den Querschnitt durch einen solchen dynamischen Dichtungsstreifen 200.
Die Befestigung des vorgefertigten Dichtungsstreifens 200 erfolgt
dabei manuell, indem der untere Teil 210 zur mechanischen Verbindung
in eine entsprechenden Aussparung des Rahmens oder der Zarge eingeführt wird.
In manchen Fällen
wird die Dichtung auch einfach mit dem Rahmen oder der Zarge manuell
verklebt.
-
Der
für diesen
Herstellungsschritt notwendige hohe Arbeitsaufwand, insbesondere
für eine
saubere Gestaltung an den Ecken des Rahmens bzw. der Zarge, bestimmt
zu einem wesentlichen Teil die Herstellungskosten für das Fenster.
Bei einer ungenauen Anbringung des Kunststoffstreifens 200,
verschlechtert sich zudem erheblich die Dichtigkeit des Fensters.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik
liegt in der Tatsache begründet,
daß beim
Befestigen der vorgefertigten Kunststoffstreifen große Mengen
an Kunststoffmaterial durch den jeweils notwendigen Zuschnitt verloren gehen.
-
Im
Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt, Dichtungen
direkt auf einen Körper
aufzubringen. Die Druckschrift "Der
Plastverarbeiter" offenbart
in der Ausgabe 9/1997 auf den Seiten 32–34 ein Verfahren zum Auftragen
einer aufgeschäumten
Dichtung mittels eines Mischkopfes. Verwendung findet dieses Verfahren
bei der Herstellung von Dichtungen in Schaltschränken, in Langfeldleuchten oder
für Abdeckungen
zwischen PKW-Innenraum und Motorbereich.
-
Die
Druckschrift GAK (Gummi, Fasern, Kunststoffe) beschreibt in der
Ausgabe 12/1997 auf den Seiten 969–973 unterschiedliche Arten
aufschäumender
Dichtungen und ihre Herstellungsmethoden. Als Anwendungsgebiete
werden die Industriezweige Auto-/Wohnmobil, Elektro, Elektronik,
Emballagen, Leuchten, Luftfahrt und Verpackungen genannt. Als spezielle
Anwendungen für
aufschäumende
und geschäumte
Silikon-Dichtungen werden in dieser Druckschrift Dichtungen im Motorraum
oder in Filtern erwähnt.
-
Die
DE 34 31 112 C2 beschreibt
einen Mischkopf zur reaktiven Mischung von zwei oder mehr Kunststoffkomponenten
in einer Mischkammer. Ein wesentliches Einsatzgebiet eines solchen
Mischkopfes ist die Herstellung von in sich geschlossenen Dichtungen,
wie sie z.B. bei Leuchten zwischen dem Leuchtenkörper und dem Leuchtenglas oder
bei Türen
von Apparategehäusen
verwendet werden.
-
Aus
der
DE 44 34 882 A1 ist
ein Verfahren zum Anbringen von Dichtungen an Druckgussteilen bekannt,
das eine Corona-Elektrode zur Reinigung der Oberfläche verwendet.
Die Dichtungen werden auf die vorgesehenen Flanschflächen des
Druckgussteils appliziert, oder mittels einer Spritzgussform an
das Druckgussteil angespritzt.
-
Schließlich beschreibt
die
DE 195 38 290
A1 ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung an ein Formteil
mittels einer Gegenform. Eine Dichtungsnut des Formteils und eine
Profilnut der Gegenform bilden beim Zusammenfügen einen Formhohlraum für die Dichtung.
In die Dichtungsnut des Formteils und die Profilnut der Gegenform
werden jeweils ein Strang eines Kunststoff-Materials extrudiert.
Formteil und Gegenform werden dann zusammengefügt, so dass sich die beiden
Stränge
vereinigen und das Kunststoff-Material in den Formhohlraum ausreagiert.
-
Weiterhin
ist aus dem Automobilbereich bekannt, Dichtlippen, beispielsweise
für Windschutzscheiben,
aus Polyurethan o.ä.
mit einem Roboter direkt auf die Glasscheibe zu extrudieren. Vorrichtungen
dazu sind beispielsweise aus der
EP 0 271 640 A2 und der
EP 0 271 662 A2 bekannt.
Dieses Verfahren lässt
sich jedoch nicht auf die Dichtungen von Gebäudefenstern übertragen,
da die genannten Dichtlippen im Automobilbereich vergleichsweise starr
sind und nur statische Funktionen im obigen Sinne haben. Sie weisen
somit keine ausreichende Elastizität für eine dynamische Dichtung
auf, die im Laufe ihrer Lebensdauer viele tausend Male komprimiert
und expandiert wird. Der vorliegenden Erfindung liegt daher das
Problem zugrunde, ein Verfahren zum Befestigen einer Dichtung an
einem Rahmen oder einer Zarge eines Gebäudefensters zu schaffen, das
zur Kostensenkung und zur Qualitätssicherung
sowie zur Verringerung des bei der Herstellung anfallenden Abfalls
einen hohen Grad an Automation ermöglicht.
-
Gemäß eines
weiteren Aspekts liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde,
ein Fenster mit einer verbesserten Dichtigkeit gegenüber Umwelteinflüssen zu
schaffen.
-
3. Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer
dynamischen Dichtung an einem Rahmen oder einer Zarge eines Gebäudefensters,
bei dem eine Mischung aus einer Dichtungsmasse und einem Gas hergestellt
wird, die Mischung auf den Rahmen oder die Zarge des Fensters extrudiert
wird und die Mischung beim Extrudieren aufschäumt und eine mit dem Rahmen
oder der Zarge verbundene dynamische Dichtung erzeugt.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren werden
mehrere Vorteile erreicht. Zum einen läßt sich die Extrusion der Mischung
aus der Dichtungsmasse und dem Gas einfach automatisieren, so daß der arbeits-
und damit kostenintensive Schritt der manuellen Befestigung der
Dichtung entfällt.
Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß die
Mischung beim Extrudieren aufschäumt
und dadurch eine feste Verankerung am Rahmen oder der Zarge des
Fensters ermöglicht.
Zum anderen weist die aus der aufgeschäumten Mischung geformte dynamische Dichtung über viele
Belastungszyklen hinweg eine hohe Flexibilität auf. Gleichzeitig wird durch
die Automatisierung eine gleichbleibende Qualität der erzeugten Fenster gewährleistet
und der anfallende Kunststoffabfall erheblich reduziert, da nur
die jeweils benötig ten
Mengen an Dichtung durch das Aufschäumen bei der Extrusion hergestellt
und mit dem Rahmen oder der Zarge verbunden werden.
-
Vorzugsweise
wird die Mischung in einen Hohlraum des Rahmens oder der Zarge extrudiert. Dadurch
wird beim Aufschäumen
und der damit verbundenen Expansion der Mischung in den Hohlraum hinein
eine stabile Verankerung der Dichtung am Rahmen oder der Zarge des
Fensters erreicht.
-
Das
Gas und die Dichtungsmasse werden vorzugsweise in einem Verhältnis 5,
und besonders bevorzugt ≥ 9
gemischt. Die beschriebenen Verhältnisse
beziehen sich auf die Volumenanteile von Gas und Dichtungsmasse.
-
Bei
diesen Bedingungen entwickelt der die Dichtung bildende Schaum die
insbesondere für
eine dynamische Dichtung notwendige Flexibilität.
-
Bevorzugt
wird die Mischung aus Dichtungsmasse und Gas während des Mischens und/oder
des Extrudierens erwärmt,
vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 50° C und 100° C, besonders bevorzugt auf
75° C. Zur
Extrusion der Mischung wird bevorzugt eine Extrusionsdüse verwendet
die sich in unmittelbarer Nähe
des Rahmens oder der Zarge befindet und vorzugsweise von einem Roboter
mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen 10 mm/sec und 200
mm/sec, besonders bevorzugt 120 mm/sec entlang des Rahmens oder
der Zarge bewegt wird. Durch die Temperatur und die Depositionsgeschwindigkeit
kann zusätzlich
zu der gewählten
Mischung die Elastizität
der resultierenden aufgeschäumten Dichtung
beeinflußt
werden.
-
Vorzugsweise
weist die Dichtungsmasse eine oder mehrere der Komponenten Silikon,
Polyurethane, Plastisole und Thermoplaste auf. Aus diesen Materialien
lassen sich Schäume
gemäß der vorliegenden
Erfindung extru dieren, die einerseits eine für dynamische Dichtungen ausreichende
Elastizität aufweisen,
andererseits die für
eine statische Dichtung benötigten
Eigenschaften haben. Als Gas wird bevorzugt ein inertes Gas, vorzugsweise
Stickstoff verwendet.
-
Gemäß eines
weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung ein Gebäudefenster
mit einem an einem Rahmen oder einer Zarge des Fensters vorgesehenen
Aufnahmebereich für
eine Dichtung, einer Dichtung aus einer aufgeschäumten Mischung eines Gases
und einer Dichtungsmasse; wobei die Dichtung durch Extrusion mit
dem Aufnahmebereich des Rahmens oder der Zarge verbunden ist. Die
stabile Verankerung des extrudierten Schaums gewährleistet auch in den Ecken
des Rahmen bzw. der Zarge eine zuverlässige Befestigung der Dichtung,
so daß eine
gute Dichtigkeit des Fensters über
seine gesamte Lebensdauer hinweg erreicht wird.
-
Vorzugsweise
weist der Aufnahmebereich einen Hohlraum auf, der vorzugsweise im
wesentlichen vollständig
von der aufgeschäumten
Mischung der Dichtung ausgefüllt
wird. Im Ergebnis ist dadurch die aufgeschäumte Dichtung ebenso mit dem
Rahmen oder der Zarge mechanisch verbunden wie ein manuell aufgeclipstes
oder in den Spalt eingeschobenes Dichtungsprofil.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Aufnahmebereich für
die Dichtung so angeordnet, daß die
Dichtung beim Schließen
des Fensters komprimiert wird und beim Öffnen des Fensters expandiert.
In diesem Fall bildet die erfindungsgemäße Dichtung eine dynamische
Dichtung.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Aufnahmebereich so angeordnet, daß die Dichtung den Übergang
zwischen einer im Rahmen angeordneten Glasscheibe und dem Rahmen
abdichtet. In diesem Fall bildet die erfindungsgemäße Dichtung
eine statische Dichtung.
-
Weitere
Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und des erfindungsgemäßen Fensters
sind Gegenstand weiterer abhängiger
Ansprüche.
-
4. Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
In
der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben,
in der zeigt:
-
1:
Ein Schnitt durch den Rahmen eines erfindungsgemäßen Fensters mit zwei Flügeln;
-
2:
Eine schematische Darstellung eines Aufbaus zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
-
3:
Ein Querschnitt durch eine dynamische Dichtung nach dem Stand der
Technik.
-
5. Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
-
Unter
Bezugnahme auf 1 wird im folgenden erläutert, wie
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
an einem Rahmen 10 eines Fensters so wohl mehrere statische 20 als
auch mehrere dynamische Dichtungen 60 angebracht werden.
Obwohl in 1 lediglich ein Ausschnitt eines
zweiflügeligen
Fensters dargestellt ist, kann das im folgenden dargelegte Verfahren
nicht nur zur Befestigen einer Dichtung zwischen den zwei Rahmen 10, 10' sowie den Doppelglasscheiben 30 und
den Rahmen 10, 10' verwendet werden
sondern auch zur Dichtung zwischen den Rahmen 10 und einer
Zarge (nicht dargestellt) des Fensters.
-
Fensterrahmen
(und Zargen) können
aus den verschiedensten Materialien gefertigt werden. So wird in älteren Gebäuden häufig Holz
eingesetzt, während
bei moderner Architektur Kunststoffe oder Aluminium vorherrschen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann unabhängig
vom Material des Rahmens oder der Zarge durchgeführt werden. 1 zeigt
daher nur beispielhaft einen oberen 10 und einen unteren
Rahmen 10' aus
Aluminium. Zur besseren thermischen Isolation weisen die Rahmen 10, 10' mehrere Isolatoren 80 aus
Kunststoff auf, die jedoch auf das erfindungsgemäße Verfahren keine Auswirkung
haben.
-
Das
in 1 dargestellte Fenster umfasst zwei Arten von
Dichtungen. Die statischen Dichtungen 20 dichten jeweils
die Spalte zwischen den Rahmen 10 bzw. 10' und einer der
zwei Glasscheiben 31, 32 der entsprechenden Doppelglasscheibe 30 ab. Dadurch
wird zum einen verhindert, daß sich
in dem hinter der Dichtung 20 befindlichen Hohlraum 40 Feuchtigkeit
und Verschmutzung ansammelt, zum anderen tragen die statischen Dichtungen 20 zu
einer stabilen und vibrationsfreien Befestigung der Scheiben 31, 32 in
den Rahmen 10, 10' bei.
-
Je
nach Größe und Form
des Spalts können die
statischen Dichtungen 20 durch den im folgenden beschriebenen
Vorgang vor oder nach der Montage der Doppelglasscheiben 30 in
den Rahmen 10, 10' angeordnet
werden:
Zunächst
wird, wie in 2 schematisch dargestellt, in
einem Mischungsbehälter 100 eine
Mischung aus einer Dichtungsmasse und einem Gas hergestellt, indem
die Dichtungsmasse aus einem Vorratsbehälter 110 und das Gas
aus einer Druckgasflasche 120 zugeführt werden. Sowohl das Gas – vorzugsweise
inerter Stickstoff (denkbar sind jedoch auch Edelgase) – als auch
die Dichtungsmasse stehen dabei unter einem Druck von vorzugsweise
zwischen 60 und 80 Bar. In dem Mischbehälter 100 werden die
Dichtungsmasse und das Gas miteinander vermengt und vorzugsweise
auf eine Temperatur zwischen 50°C und
100°C, besonders
bevorzugt 75°C,
erwärmt,
bevor sie über
einen Schlauch (nicht dargestellt) o.ä. an eine Extrusionsdüse 130 geliefert
werden. Beim Austritt der Mischung aus der Düse bilden sich Gasbläschen, die
zu einem Aufschäumen
der Mischung führen.
-
Zur
Herstellung der Dichtungen 20 wird die Düse 130 bevorzugt
mit einer konstanten Geschwindigkeit und mit einer konstanten Flußrate entlang
des Spalts geführt,
der gedichtet werden soll. Vorzugsweise wird die Extrusionsdüse 130 dazu
an einen Roboterarm (nicht dargestellt) montiert. Die Geschwindigkeit
der Bewegung der Extrusionsdüse 130 beträgt vorzugsweise
zwischen 10 und 200 mm/sec und besonders bevorzugt 120 mm/sec. Bei
der Extrusion tritt die Dichtungsmasse in den kleinen Hohlraum 50 des
Rahmens 10, 10' ein
und füllt
ihn durch die Volumenexpansion im Zuge des Aufschäumens im
wesentlichen vollständig
aus. Zu diesem Zweck wird die Extrusionsdüse in unmittelbarer Nähe der Öffnung des
Hohlraums 50, vorzugsweise geneigt geführt. Vor der Befestigung des
Dichtungsschaums wird die Doppelglasscheibe 30 durch geeignete
Mittel, die im Stand der Technik für die Herstellung von Fenstern bekannt
sind, in Position gehalten.
-
Je
nach verwendeter Dichtungsmasse benötigt der entstandene Schaum
mehrere Minuten oder einige Stunden zum Aushärten. Nach dem Aushärten ist
die entstandene Dichtung 20 durch ihren sich in dem Hohlraum 50 erstreckenden
Bereich ebenso fest mit den Rahmen 10, 10' verankert wie
ein nach dem Stand der Technik hergestelltes Dichtungsprofil (vergl. 3),
das manuell in den Hohlraum 50 eingeführt wird.
-
Neben
dem bevorzugten Auffüllen
eines Hohlraums ist es auch möglich,
der Dichtungsmasse Klebstoffanteile hinzuzufügen, die für eine zuverlässige Haftung
am Rahmen 10, 10' sorgen.
In diesem Fall kann auf den Hohlraum 50 verzichtet werden. Denkbar
ist jedoch auch eine Kombination von Verkleben und mechanischer
Verbindung, um eine besonders stabile Dichtung zu erzeugen.
-
Die
Dichtungsmasse und die Extrusionsparameter (Verhältnis Gas zu Dichtungsmasse
im Mischungsbehälter,
Temperatur der Mischung, Druck der einzelnen Komponenten, Extrusionsgeschwindigkeit
etc.) werden für
die Dichtung 20 so gewählt, daß ein vergleichsweise
starrer Schaum entsteht, der zur Stabilität der Verankerung der Doppelglasscheiben 30 an
den Rahmen 10, 10' beitragen
kann.
-
Für die Herstellung
der dynamischen Dichtungen 60, die in dem zweiflügeligen
Fenster aus 1 dargestellt ist, wird das
gleiche erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt.
Allerdings können
hier geringfügig
andere Dichtungsmassen und Extrusionsparameter verwendet werden,
um einen möglichst
elastischen Schaum zu gewährleisten.
Die dynamischen Dichtungen 60 dichten die beiden Spalte zwischen
dem oberen 10 und dem unteren Rahmen 10' in 1 ab.
Beim Öffnen
des Fenster (Bewegung des oberen Rahmen 10 in Pfeilrichtung)
expandieren die Dichtungen 60, während sie beim Schließen des Fensters,
d.h. bei einer Bewegung des oberen Rahmens 10 entgegen
der Pfeilrichtung, zwischen den beiden Rahmen 10, 10' zusammengedrückt werden. Auch
hier sind zur Verankerung der Dichtungen 60 vorzugsweise
entsprechende Hohlräume 70 vorgesehen,
in die der Schaum hinein extrudiert worden ist.
-
Eine
wichtige Größe, die
die Elastizität
des ausgehärteten
Schaums beeinflußt,
ist das Mischungsverhältnis
zwischen dem Gas und der Dichtungsmasse im Mischungsbehälter 100.
Dabei hat sich herausgestellt, daß Mischungsverhältnisse ≥ 5 und insbesondere ≥ 9 dauerhaft
zu einer guten Elastizität
des erzeugten Schaums führen.
Gleichzeitig reduzieren große
Mischungsverhältnisse
den Verbrauch an Dichtungsmasse und senken dadurch die Herstellungskosten
der Dichtung.
-
Als
Materialien kommen für
das erfindungsgemäße Verfahren
mehrere Stoffgruppen in Betracht, die sich gut extrudieren lassen.
Als besonders bevorzugt haben sich dabei Silikon, Polyurethane, Plastisole
und Thermoplaste, sowie Mischungen dieser Materialien herausgestellt.