DE10116049A1 - Kunststoffprofil - Google Patents

Abstract

Um ein Kunststoffprofil zur Verfügung zu stellen, welches mit einem einfachen Herstellungsverfahren produziert werden kann, welches auch bei der Weiterverarbeitung einfach zu handhaben ist und als Einzelbauelement bei statischen Berechnungen Berücksichtigung finden kann, wird vorgeschlagen, dass dieses Kunststoffprofil gegebenenfalls eine oder mehrere parallel zur Längsrichtung des Profils verlaufende Hohlkammern und eine Last tragende Wand umfasst, welche mit einem kontinuierlichen Faserstrang zur Aufnahme von Biege- und Schubspannungen in einem Teilvolumen verstärkt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffprofil, gegebenenfalls mit einer oder mehreren, parallel zur Längsrichtung des Profils verlaufenden Hohlkammern. Solche Profile sind in vielfältiger Weise bekannt und werden beispielsweise als Bauelemente (z. B. Rahmenprofile) zur Herstellung von Fenstern, Fensterwänden, Tü­ ren, Fassadenelementen etc. Eingesetzt, insbesondere auch als Elemente für die Herstellung von Rahmenprofilen, beispielsweise in Form von Isolierstegen.

Bei diesen Einsatzzwecken werden die Kunststoffprofile kon­ struktiv so ausgebildet, daß sie Druck- und Zugspannungen sowie Biegemomente bei begrenzter Durchbiegung aufnehmen bzw. über­ tragen können.

Um eine ausreichende Steifigkeit zu erzielen, werden die als Rahmenprofile eingesetzten Profile im Nachhinein noch durch einzuschiebende Metallprofile versteift.

Darüber hinaus konnte man bei Rahmenprofilen in gewissen Gren­ zen den mechanischen Anforderungen auch dadurch Rechnung tra­ gen, daß der Profilquerschnitt vergrößert wurde, was bei glas­ tragenden Konstruktionen jedoch nachteilig ist, da der Rahmen­ anteil vergrößert und der Glasanteil verkleinert wird.

Durch die Wahl des zu verwendenden Materials wurde jedoch be­ reits schon die maximale Belastung für das Bauteil und damit die maximale Haugröße, z. B. eines Fensters festgelegt.

Sollten dann höhere zu übertragende Lasten aufzunehmen sein, war es insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffprofilen und kurzfaserverstärkten Thermoplasten notwendig, Metallprofile oder Pultrudate zur Verstärkung in den Innenbereich von Hohl­ kammer(n) einzuschieben.

Insgesamt führt dies zu deutlich komplexeren und aufwendigeren Herstellungsmethoden und erschwert das immer mehr geforderte einfache Recycling der Profile nach der Nutzungsdauer des je­ weiligen Bauteils.

Problematisch in der Verarbeitung solcher Profile ist auch, daß die Verstärkungen bei der Ausbildung von Eckbereichen nicht wie das Profil selbst verschweißt werden können, sondern entweder ohne Verbindung bleiben müssen oder aber mit einer separaten Technologie unter Verwendung von aufwändigen Eckverbindungsele­ menten hergestellt werden müssen.

Kunststoffprofile als Isolierstege waren bisher auf Grund man­ gelnder mechanischer Festigkeit in ihrer Funktion darauf be­ schränkt, einen definierten Abstand von Metallprofilen sicher­ zustellen. Sie konnten deshalb bei statischen Berechnungen als Einzelbauelement keine Berücksichtigung finden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kunststoffprofil vorzuschlagen, welches mit einem einfachen Herstellungsverfah­ ren produziert werden kann, welches auch bei der Weiterverar­ beitung einfach zu handhaben ist und als Einzelbauelement bei statischen Berechnungen Berücksichtigung finden kann.

Diese Aufgabe wird von einem Kunststoffprofil, gegebenenfalls mit einer oder mehreren, parallel zur Längsrichtung des Profils verlaufenden Hohlkammern und mit mindestens einer Last tragen­ den Wand, welche mit einem kontinuierlichen Faserstrang zur Aufnahme von Biege- und Schubspannungen in einem Teilvolumen verstärkt ist, gelöst.

Das Teilvolumen bzw. die Teilvolumina werden so ausgewählt und so angeordnet, daß

• a) eine maximale Biegesteifigkeit des Profils resultiert und
• b) eine minimale Beeinträchtigung des Wärmewiderstandes ver­ ursacht wird.

Bevorzugt werden kontinuierliche Faserstränge in zwei paralle­ len Außenwänden des Profils einextrudiert.

Bei Bedarf kann ein kontinuierlicher Faserstrang auch in einer lasttragenden Querwand des Profils einextrudiert werden.

Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf das Einextrudieren von einem Faserstrang abgestellt wird, so ist dies stets so zu verstehen, daß mindestens ein Faserstrang, bei Bedarf aber auch zwei oder mehr Faserstränge in derselben Wand einextrudiert werden können.

Die erfindungsgemäß verwendeten Faserstränge werden durch das Zusammenfassen eines Bündels an Verstärkungsfasern erhalten, welche von einer Matrix eines ersten Kunststoffmaterials zusam­ mengehalten werden.

Dies läßt sich durch Imprägnieren des Bündels an zunächst losen Verstärkungsfasern mit dem ersten Kunststoffmaterial erreichen oder aber indem man die Verstärkungsfasern mit Kunststofffasern mischt und letztere beim Durchführen des gesamten Faserbündels durch eine Heizstation aufschmilzt, so daß die Kunststofffasern eine die Verstärkungsfasern zusammenhaltende Matrix bilden.

Die Fasern für die Faserstränge sind nicht notwendigerweise Endlosfasern, sondern können auch in Form von Rovings, Matten, Geflechte oder dergleichen vorgelegt und verarbeitet werden.

Faserstränge lassen sich bei der Herstellung des Kunststoffpro­ fils je nach Art und Ausmaß der zu erwartenden mechanischen Be­ lastungen des Hauteils in eine oder mehrere Last tragende Wände des Profils einarbeiten, ohne daß bei höheren Beanspruchungen die Geometrie des Bauteils selbst geändert werden müßte.

Darüber hinaus besteht durch die entsprechende Wahl der Faser­ materialien des Faserstrangs zusätzlich die Möglichkeit, die mechanische Festigkeit des aus den Profilen hergestellten Bau­ teils ohne Geometrieänderung am Bauteil zu verändern.

Eine weitere Anpassung der Festigkeitswerte des Kunststoffpro­ fils an die jeweiligen Anforderungen läßt sich durch die Ände­ rung der Anzahl der in einer Last tragenden Wand oder mehreren Wänden angeordneten Faserstränge zusätzlich erzielen.

Schließlich kann auch noch die Zahl der Fasern pro Faserstrang variiert werden, um geänderten Festigkeitsanforderungen nachzu­ kommen.

Damit läßt sich bei dem erfindungsgemäßen faserverstärkten Kunststoffprofil das Produkt aus E-Modul und Trägheitsmoment auf den jeweiligen Einsatzzweck hin präzise einstellen, ohne daß Änderungen an der Geometrie des Kunststoffprofiles oder gar dessen Größe notwendig sind.

Häufig werden die erfindungsgemäßen Profile als Kunststoffhohl­ profile vorliegen, wobei die Last tragende Wand eine Außenwand der Hohlkammer oder einer der Hohlkammern eines solchen Profils ist.

Aufgrund der erzielbaren mechanischen Festigkeiten der erfin­ dungsgemäßen Kunststoffprofile eignen sich diese insbesondere zur Realisierung von Last tragenden Konstruktionen auf die le­ diglich noch z. B. metallische Abdeckblenden auf der Innen- und Außenseite montiert werden müssen.

Da die Abdeckblenden keine Last tragenden Teile der Konstruk­ tion darstellen, können diese beispielsweise auf die erfin­ dungsgemäßen Kunststoffprofile lediglich aufgeklipst oder auf­ geschoben werden, ohne zusätzlich fixiert werden zu müssen. Dies hat den Vorteil, daß eine schubfeste Verbindung entfällt und bei einer Temperaturdifferenz der Metallteile der Abdeckung außen/innen keine Kräfte auf die Rahmenkonstruktion wirken, da sich die Abdeckblenden unbehindert ausdehnen oder kontrahieren können.

Darüber hinaus eignen sich die erfindungsgemäßen Kunststoffpro­ file auch als Isolierstege für Metallprofilkonstruktionen, ins­ besondere für Rahmenkonstruktionen. Hierbei haben die erfin­ dungsgemäßen Kunststoffprofile gegenüber den herkömmlichen Iso­ lierstegen den Vorteil, daß die erfindungsgemäßen aufgrund ih­ rer höheren mechanischen Festigkeit als Konstruktionselement bei statischen Berechnungen mit ihrem Trägheitsmoment Berück­ sichtigung finden können, so daß die Metallprofile kleiner di­ mensioniert werden können.

Dies führt nicht nur zu einer Einsparung von Materialkosten, sondern auch zu einem geringeren Gewicht der Gesamtkonstruk­ tion.

Bei Rahmenkonstruktionen mit Isolierglasfüllung (Fenster, Türen etc.) können die erfindungsgemäßen Kunststoffprofile den Ab­ standshalter für die Glasscheiben integral enthalten, so dass gegebenenfalls zur Fertigstellung des Bauteils lediglich noch Abdeckblenden auf den erfindungsgemäßen Kunststoffprofilen zu montieren sind.

Darüber hinaus kann das Innere des Hohlprofils, in welches im Stand der Technik die Metallprofile eingeschoben wurden, durch das Vorsehen von mehreren Längsstegen weiter in eine Mehrzahl von Hohlkammern unterteilt werden, was zum einen einen zusätz­ lichen Festigkeitsgewinn ergibt und außerdem zusätzliche erheb­ liche Vorteile in den Wärmedämmwerten.

Das erfindungsgemäße Kunststoffprofil kann ohne die übliche Me­ tallverstärkung oder auch in den Kunststoff eingebettete ver­ einzelte Fasern auskommen und hat aufgrund der Konzentration der Faserverstärkung auf Faserstränge, beispielsweise in außen liegenden Wänden, bereits erheblich bessere Wärmedämmwerte, insbesondere auch deshalb, weil eingeschobene Metallprofile zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften entfallen.

Die Faserstränge können beispielsweise in Form von Bändern ein­ gesetzt werden und können so mit einer minimalen Abmessung in Richtung des Wärmetransports durch das Profil im Einsatzfall mit geringsten Wärmeleitfähigkeitswerten ausgestattet werden, ohne daß dadurch die mechanischen Eigenschaften, die für den Einsatzzweck erforderlich sind, leiden müssen. Die Faserstränge sind dabei bevorzugt vorgefertigte Elemente mit oder ohne einem verträglichen oder unverträglichen Kunststoff versehen und ge­ gebenenfalls mit einem Haftvermittler behandelt.

Das Fehlen der Metallverstärkung macht sich darüber hinaus mit einem geringeren Gewicht sowie der Möglichkeit, schmalere An­ sichtsbreiten beim Profil realisieren zu können, bemerkbar.

Zur Ausbildung der Kunststoffprofile wird ein zweites Kunst­ stoffmaterial verwendet, welches mit dem ersten Kunststoffma­ terial der Faserstränge verträglich ist. Im einfachsten Fall kann das erste und das zweite Kunststoffmaterial vom selben Typ oder gar identisch sein.

Außerdem gelingt hier ein sortenreines Recycling.

Die erfindungsgemäßen Kunststoffprofile werden bevorzugt in zwei im wesentlichen parallelen Außenwänden des Profils mit ei­ nem kontinuierlichen Faserstrang verstärkt sein.

Die Verstärkungsfasern lassen sich auswählen aus Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern und Synthesefasern, insbesondere Ara­ midfasern.

Die erfindungsgemäßen Kunststoffprofile eignen sich insbeson­ dere zur Herstellung von Rahmenkonstruktionen, Fenstern, Türen und Fassaden, einschließlich dreidimensionaler Fassaden und Glasdachkonstruktionen, wobei die erfindungsgemäßen Kunststoff­ profile nicht nur als Isolierstege für Metall-Kunststoffver­ bundprofile, sondern auch als Rahmenprofile für die Glaselemen­ te verwendet werden können und darüber hinaus auch als Last tragende Konstruktionselemente, wie weiter oben bereits er­ wähnt.

Durch die entsprechende Auswahl des Kunststoffes können auch solche Anwendungsfelder abgedeckt werden, bei denen erheblich höhere Temperaturen auftreten als dies bei den bisherigen Kunststoffprofilen der Fall war, insbesondere können Tempera­ turbereiche deutlich oberhalb von 80°C abgedeckt werden.

Dies entspricht beispielsweise Dachkonstruktionen, die einer verstärkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Die Verstärkung mittels der Faserstränge sorgt zudem für eine Verringerung des Ausdehnungskoeffizienten, was insbesondere die Verwendung von den erfindungsgemäßen Kunststoffprofilen in größeren Fensterwänden, großflächigen Fassaden oder dreidimensio­ nalen Konstruktionen verbessert.

Gleichzeitig läßt sich mit den erfindungsgemäßen Kunststoffpro­ filen auch die Einbruchhemmung gegenüber Fenstern aus metalli­ schen Materialien (Aluminium und Stahl) verbessern. Dasselbe gilt für die Durchschußhemmung, da die erfindungsgemäßen poly­ meren Werkstoffe gute Energieabsorber darstellen.

Letztere Eigenschaft ist bei den erfindungsgemäßen Kunststoff­ profilen besonders ausgeprägt, so daß sich diesen Profilen wei­ tere Anwendungsgebiete erschließen, in denen es besonders auf die Energieabsorbereigenschaft ankommt. Beispielhaft seien hier energieabsorbierende Bauteile in Kraftfahrzeugen genannt, ins­ besondere Konstruktionselemente in den Aufprallbereichen/- Knautschzonen der Fahrzeuge.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoff­ profile beinhaltet in einem ersten Schritt das Imprägnieren der ausgewählten Verstärkungsfaserstränge mit einem ersten Kunst­ stoffmaterial und danach das Koextrudieren dieser vorbereiteten Verstärkungsfaserstränge mit einem zweiten, mit dem ersten Kunststoffmaterial verträglichen Kunststoffmaterial zu den er­ findungsgemäßen Kunststoffprofilen.

Wie zuvor erwähnt, sind die Kunststofffaserstränge vorzugsweise in einer oder mehreren Außenwänden des Profils angeordnet, da sie dort am besten zur Erhöhung der mechanischen Festigkeiten des Profils beitragen können. Bei Bedarf können Faserstränge auch in Querwänden des Profils einextrudiert werden.

Erfindungsgemäß wird das Produkt von E-Modul und Trägheitsmo­ ment für das jeweilige Profil durch die Anordnung des oder der Faserstränge im Profil, durch die Anzahl der Faserstränge und/ oder durch die Wahl der Fasermaterialien des Faserstrangs bei vorgegebener Profilgeometrie auf einen vorgegebenen Wert einge­ stellt.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch herkömmlich verstärktes Kunststoffhohlprofil einer Fenster/Rahmenkonstruk­ tion;

Fig. 2 Schnittansicht durch vergleichbare Profile wie in Fig. 1, jedoch in erfindungsgemäßer Ausgestaltung;

Fig. 3 schematische Darstellung einer Produktionsanlage für erfindungsgemäße Kunststoffhohlprofile;

Figuren schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen 4A und 4B sowie eines korrespondierenden herkömmlichen, me­ tallverstärkten Kunststoffhohlprofils;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Kunststoffhohlprofil im Ver­ bund mit einer Metallprofilkonstruktion;

Fig. 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Kunststoffprofil im Verbund mit einer Metallprofilkonstruktion; und

Fig. 7 alternative erfindungsgemäße Kunststoffprofil zur bis 9 Verwendung im Verbund mit einer Metallprofilkon­ struktion gemäß Fig. 6.

In Fig. 1 ist im Querschnitt ein insgesamt mit dem Bezugszei­ chen 10 versehener Fensterflügel und ein mit dem Bezugszeichen 12 versehener Fensterrahmen, wie es jeweils dem Stand der Tech­ nik entspricht, dargestellt.

Der Fensterflügel 10 setzt sich zusammen aus einer Isolierglas­ scheibe 14 und dem Flügelprofil 16, welches die Außenkanten der Isolierglasscheibe 14 umgreift und einfaßt.

Bei der Isolierglasscheibe 14 sind zwei Glasscheiben 18, 19 über einen Abstandshalter 20 auf Abstand voneinander gehalten und gleichzeitig miteinander verbunden. Das Flügelprofil 16 ist mehrteilig aufgebaut und umfaßt zum einen eine Profilleiste 22 mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Hohl­ kammern, welche im vorliegenden Fall nicht näher beschrieben sind, da sie dem Stand der Technik entsprechen und dort viel­ fältig realisiert sind. Eine der Hohlkammern, die mit dem Be­ zugszeichen 24 versehen ist, sei explizit angesprochen, da sie funktionsbedingt zum einen diejenige mit dem größten Volumen ist und darüber hinaus ein metallisches Verstärkungsprofil 26 aufnimmt. Dieses Verstärkungsprofil wird in die zunächst sepa­ rat hergestellte Profilleiste 22 eingeschoben und sorgt für die notwendigen mechanischen Eigenschaften des Profils.

Aufgrund der dadurch notwendigen großvolumigen Hohlkammer 24 sowie zusätzlich durch die guten Wärmeleiteigenschaften des me­ tallischen Verstärkungsprofils 26 stößt der Versuch, die Wärme­ dämmung des Rahmenprofils 16 zu verbessern, an enge Grenzen.

Die Profilleiste 22 weist dann an ihrem äußeren oberen Ende und an ihrem innenliegenden unteren Ende jeweils einen parallel zur Längsrichtung angeordneten Rücksprung 28, 30 auf, welcher in Form einer hinterschnittenen Nut ausgebildet ist um ein Gummi­ dichtprofil 32, 34 aufzunehmen.

Auf der Flügelinnenseite ist eine Abdeckleiste 36 aufgesetzt, die mit einem Vorsprung 38 in eine Nut 40 der Profilleiste 22 eingreift und verrastet. Die Abdeckleiste 36 liegt an der in­ nenliegenden Glasscheibe 18 der Isolierglasscheibe 14 mit einer Abdichtlippe 42 an und fixiert gleichzeitig die Isolierglas­ scheibe 14 innerhalb des aus der Profilleiste gebildeten Flü­ gelrahmens.

Das Fensterrahmenprofil 12 ist als einteiliges Hohlprofil aus­ gebildet und weist eine großvolumige Hohlkammer 44 auf. In diese Hohlkammer 44 wird nach der Herstellung des Fensterrah­ menhohlprofils 12 eine Verstärkung in Form eines metallischen Hohlprofils 46 eingeschoben.

Das Rahmenprofil 12 trägt an einem zur Außenseite gerichteten Vorsprung 48 eine hinterschnittene Nut 50 auf, in die eine Gum­ midichtung 52 eingesetzt ist, die gegen die außenliegende Wand des Fensterflügelprofils 16 im geschlossenen Zustand des Fen­ sters (wie gezeigt) anliegt.

Nachteilig bei dem Fensterrahmenprofil 12 ist, wie bereits zu­ vor im Zusammenhang mit dem Flügelprofil 16 beschrieben, der große Hohlraum 44 sowie die darin eingesetzte metallische Ver­ stärkung 46. Wie zuvor beschrieben, bedingt die metallische Verstärkung einen großen Hohlraum, so daß das metallische Ver­ stärkungselement in ausreichender Dimensionierung eingesetzt werden kann, und bedingt so einen relativ großen zusammenhän­ genden Luftraum, in dem über Konvektion ein Wärmetransport in Gang gesetzt werden kann. Gleichzeitig verstärkt das metalli­ sche Verstärkungselement 46 den Wärmetransport von innen nach außen, so daß auch hier Maßnahmen zur Verminderung des Wärme­ durchgangswertes dieses Rahmenprofils 12 nur sehr begrenzt greifen können.

Fig. 2 zeigt einen mit dem Bezugszeichen 110 versehenen Fen­ sterflügel im Querschnitt, welcher gegen ein Fensterrahmenpro­ fil 112 geschlossen anliegt.

Im Querschnitt sind die einzelnen Bestandteile des Fensterflü­ gels 110 sowie des Rahmenprofils 112 so ausgebildet, daß sie gegen das zuvor in Fig. 1 beschriebene herkömmliche Rahmenpro­ fil 1 : 1 ausgetauscht werden können, so daß die Unterschiede im konstruktiven Aufbau bei den herkömmlichen und bei den erfin­ dungsgemäßen Kunststoffhohlprofilen besonders deutlich werden.

Der Fensterflügel 110 ist wiederum aufgebaut aus einer Isolier­ glassscheibe 114 und einem Fensterflügelprofil 116, welch letz­ teres die Außenkante der Isolierglasscheibe 114 umgreift und umfährt.

Die Isolierglasscheibe 114 ist aus zwei Glasscheiben 118, 119 und einem dazwischen angeordneten Abstandshalter 120 zusammen­ gebaut. Das erfindungsgemäße Flügelprofil 116 ist, wie im Stand der Technik, mehrteilig aufgebaut, und beinhaltet eine Profil­ leiste 122 sowie eine Abdeckleiste 136, welche im vorliegenden Fall der Abdeckleiste 36 des Standes der Technik entspricht. Der Aufbau des Flügelprofils 116 folgt im übrigen bis auf die im folgenden beschriebenen Ausnahmen, dem Aufbau des Flügelrah­ menprofils 22 der Fig. 1, weshalb die dort verwendeten Bezugs­ zeichen, um 100 erhöht, hier ohne weitere Beschreibung und Kom­ mentierung verwendet werden.

Die wesentlichen Unterschiede des erfindungsgemäßen Fensterflü­ gelprofils 116 bzw. dessen Profilleiste 122 zu der Profilleiste 22 der Fig. 1 ergeben sich zum einen in den faserbandförmigen Verstärkungselementen 124, 126, welche in den parallel zuein­ ander laufenden Außenwänden des Fensterrahmenprofils 116 bzw. der erfindungsgemäßen Flügelrahmenprofilleiste 122 angeordnet sind.

Zum anderen ist in Querrichtung in einem Quersteg des Hohlpro­ fils ein Verstärkungsband 127 angeordnet, welches die mechani­ schen Eigenschaften des Profils 122 verbessert. Auf den großen Hohlraum 24, wie in Fig. 1 gezeigt, kann hier verzichtet wer­ den.

Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, daß die Geometrie des Profils ansonsten praktisch unverändert beibehal­ ten oder auch verkleinert werden kann und daß anstelle des gro­ ßen Hohlraums 24 des Profils der Fig. 1 hier eine Vielzahl von einzelnen, durch Stege 154, 155, 156 und 157 abgetrennte Kam­ mern 158, 159, 160, 161 und 162 treten. Die eingeschlossenen Gasanteile können nun allenfalls geringfügige Konvektionsbewe­ gungen ausführen und damit nur zu geringfügigen Wärmetransport­ leistungen innerhalb der einzelnen Kammern 158 bis 162 führen, was eine drastische Verminderung des Wärmetransports durch Kon­ vektion bedeutet. Darüber hinaus bilden die Stege 154 bis 157, die ja aus schlecht leitendem Kunststoffmaterial gebildet sind, zusätzliche Wärmewiderstände zwischen den einzelnen Kammern 158 bis 162, so daß hierdurch der Wärmetransport weiter behindert wird.

Eine vergleichbare Situation findet man in dem Profil 112, in dem ebenfalls der in Fig. 1 noch vorhandene große Hohlraum 44 entfällt und anstelle dessen ein in Einzelkammern unterteiltes Volumen tritt, wobei die Einzelkammern durch durchgehende Stege 170, 171, 172 und 173 voneinander abgetrennt sind. Der erhöhte Wärmedämmeffekt ergibt sich analog dem Effekt, wie er bei dem Profil 116 beobachtet wird.

Weitere Vorteile liegen darin, daß das erfindungsgemäße Profil 122 bzw. 112 deutlich leichter ist als das korrespondierende Profil 22 bzw. 12 der Fig. 1 und daß darüber hinaus mit einfa­ chen Maßnahmen, wie beispielsweise Erhöhen der Zahl der Faser­ stränge in den jeweiligen Wandungen oder der Einbeziehung zu­ sätzlicher Wände, in die weitere Faserbänder eingebracht sind, oder aber den Wechsel des Materials der Faserbänder, variiert werden kann.

Die quer angeordneten Faserbänder 127 und 147 tragen nur ge­ ringfügig zu einer etwas erhöhten Wärmeleitfähigkeit bei, da die Fasern in den Faserbändern, vorzugsweise in Längsrichtung angeordnet sind und so nur einen geringen Wärmeleiteffekt in Querrichtung bewirken können. Darüber hinaus liegen die Fasern des jeweiligen Faserbandes durch den zuvor erfolgten Imprä­ gnierschritt überwiegend voneinander über Anteile der Imprä­ gniermatrix des dort eingesetzten Kunststoffes getrennt und da­ mit wärmetechnisch isoliert vor, was den Wärmetransport in Querrichtung weiter minimiert.

Fig. 3 zeigt schließlich schematisch eine Vorrichtung 200, mit der in einem kontinuierlichen Verfahren erfindungsgemäße Hohl­ profile herstellbar sind, wobei kontinuierlich gearbeitet wer­ den kann. Die gesonderten Schritte der Herstellung der imprä­ gnierten Faserbänder bzw. Faserstränge ist in die Vorrichtung integriert, so daß die Faserstränge bzw. -bänder direkt aus der Herstellung in die Extrusion der Profile einlaufen und dort ohne Zwischenlagerung verwertet werden können.

Die Vorrichtung 200 beinhaltet einen Vorrat an Faserspulen 202, welche in einer Imprägnierstation 204 zu zwei Faserbändern zu­ sammengefaßt und dort jeweils separat mit einem ersten Kunst­ stoffmaterial imprägniert werden.

Aus der Imprägnierstation 204 laufen die beiden Faserbänder in Kanälen 206 und 207 in ein Formwerkzeug 208 ein, welches bei­ spielsweise nach dem Verfahren und der Vorrichtung, wie sie in der DE 38 01 574 beschrieben ist, arbeitet.

Das Formwerkzeug 208 wird zusätzlich seitlich mit schmelzflüs­ sigem Kunststoff eines zweiten mit dem ersten Material verträg­ lichen Kunststoffmaterials aus einem Extruder 210 versorgt, so daß dann die in das zweite Kunststoffmaterial eingebetteten Fa­ serbänder das Formwerkzeug 208 in das erfindungsgemäße Kunststoffprofil 212 (nur schematisch dargestellt) integriert ver­ lassen.

Obwohl hier nur die Vorrichtung in der Weise beschrieben ist, daß sie zwei Faserbänder in das erfindungsgemäße Kunststoff­ hohlprofil 212 integriert, ist doch leicht vorstellbar, daß komplexere oder weitere Imprägnierstationen 204 dem Formwerk­ zeug 208 vorgeschaltet werden können und so in dem Umfang wie vonnöten Faserbänder in das erfindungsgemäße Kunststoffhohlpro­ fil eingearbeitet werden können.

Entsprechend der Zahl der Fasern, die im einzelnen Faserstrang bzw. Faserband verwendet werden sollen, wird die Zahl der Vor­ ratsspulen 208 vergrößert bzw. verkleinert, so daß auch diesbe­ züglich die Anpassung des Produkts aus E-Modul und Trägheitsmo­ ment an die geforderten Eigenschaften des Kunststoffhohlprofils angepaßt werden können.

Schließlich ist in Fig. 3 auch ersichtlich, daß die weitere Anpassung des Kunststoffhohlprofils in seinen Eigenschaften an die im Einsatz gestellten Anforderungen sehr einfach dadurch realisiert werden kann, daß man die Vorratsspulen 202 durch Vorratsspulen mit anderen Fasern, die andere mechanische Eigen­ schaften aufweisen, bewerkstelligen kann.

Die Fig. 4A und 4B zeigen im Vergleich ein erfindungsgemäßes Kunststoffhohlprofil 220 mit Rechteckquerschnitt und einer Ver­ stärkung in Außenwänden 221, 222 in Form von Faserbändern 223, 224. Aufgrund der Integration der Verstärkungselemente in die Außenwände 221, 222 des Profils 220 verbleibt der Innenraum des Profils 220 an sich frei und kann ganz unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung des Wärmewiderstands gestaltet werden. Hierzu wurden im vorliegenden Fall sechs Stege 226 angeordnet, die parallel zu den Außenwänden 221, 222 angeordnet sind, und die den Innenraum des Profils 220 in einzelne Kammern unterteilen, so dass Wärmetransport durch Konvektion im Innern des Profils weitgehend zurückgedrängt ist. Die Stege 226 haben den zusätz­ lichen Nutzen, dass sie das Profil 220 weiter aussteifen und damit die mechanische Festigkeit, insbesondere das Trägheitsmo­ ment des Profils 220 erhöhen. Alternativ könnte auch der Innen­ raum des Profils 220 ohne Stege ausgeführt sein und zur Erhö­ hung des Wärmewiderstands ausgeschäumt werden. Hier fällt dann der aussteifende Effekt der Stege 226 weg. Im Falle der gezeig­ ten Ausführungsform des Profils 220 können zusätzlich noch die Kammern 227 ausgeschäumt werden, so dass dadurch eine weitere Erhöhung des Wärmedurchgangswiderstands erzielt wird.

Fig. 4B zeigt ein zum Profil 220 korrespondierendes, herkömm­ liches Profil 220', dessen Innenraum ganz auf seine Aufgabe ein metallisches Verstärkungsprofil 228 aufzunehmen und zu zentrie­ ren hin konzipiert ist.

Bei gleicher Biegesteifigkeit der Profile 220 und 220' erhält man bei dem erfindungsgemäßen Profil 220 einen um nahezu 80% höheren Wärmedurchlasswiderstand. Verglichen wurden dabei Pro­ file, welche aus PVC gefertigt sind und im Falle des Profils 220 mit Glasfasersträngen 223, 224 in den Außenwänden 221, 222 verstärkt sind und im Falle des herkömmlichen Profils 220' wie in Fig. 4B gezeigt ein metallisches Verstärkungsprofil aus Stahl umfassen.

Fig. 5 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 230 bezeich­ nete Verbundkonstruktion aus einem Isoliersteg 232, einem me­ tallischen Hohlprofil 234 und einem metallischen Flachprofil 236. Der Isoliersteg weist einen im Prinzip ähnlichen Aufbau wie das in Fig. 4A gezeigt erfindungsgemäße Profil 220 auf und ist über an allen vier Eckbereichen 238 angeformte im Quer­ schnitt schwalbenschwanzförmige Rippen 239 auf, welche in kom­ plementäre Schwalbenschwanzführungen 240, 241 der Hohl- bzw. Flachprofile 234, 236 eingreifen.

Der dabei erhaltene Verbund kann insgesamt, d. h. auch mit dem Isoliersteg Kräfte aufnehmen, so dass bei der Konzeption der metallischen Bauteile 234 und 236 die von dem Isoliersteg auf­ genommenen Kräfte in Abzug gebracht werden können.

Der Verbund kann schubfest oder gleitend ausgeführt sein. Im Falle der schubfesten Ausführung bedeutet dies einen Zuwachs an mechanischer Festigkeit und die Option, die Abmessungen der Me­ tall-Bauteile für den vorgesehenen Einsatzzweck zu minimieren.

Die erfindungsgemäßen Profile erlauben jetzt erstmals eine gleitende Verbindung der Metallbauteile mit akzeptablen stati­ schen Eigenschaften des Verbundes.

Fig. 6 zeigt schematisch eine gegenüber der Konstruktion der Fig. 5 gleichartig gestaltete Verbundprofilkonstruktion 250 mit einem metallischen Hohlprofil 234 und einem Flachprofil 236, welche beide miteinander durch zwei Isolierstege 252, 253 verbunden und auf Abstand gehalten sind. Diese Isolierstege lassen sich durch verschiedene Ausführungsformen von erfin­ dungsgemäßen Kunststoffprofilen ersetzen, beispielsweise durch die in den Fig. 7 bis 9 dargestellten. Fig. 7 zeigt einen Isoliersteg 254, der an Stelle der Isolierstege 252, 253 treten kann und der in Außenwänden 256, 257 Faserstrangverstärkungen 258, 259 einextrudiert enthält. Ferner ist der Innenraum des Hohlprofils 254 mit Stegen 260 unterteilt um den Wärmetranport durch Konvektion zu reduzieren. Gleichzeitig tragen die Stege zu einer Aussteifung des Hohlprofils 254 bei und erhöhen dessen Trägheitsmoment. Alternativ können die Stege 252, 253 in Fig. 6 durch erfindungsgemäße Flachprofile 270 ersetzt werden, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind. Dieses Profil 270 weist eine Last tragende Wand 272 in Form eines Steges auf der sich zwischen den Schwalbenschwanz-Fußleisten 274, 275 des Profils 270 er­ streckt. Faserverstärkungen in Form der Faserstränge 276, 277 werden erfindungsgemäß in der Last tragenden Wand 272 einextrudiert. Dabei können sich die Faserstränge wie im Falle des Fa­ serstrangs 276 bis in den Bereich der Fußleiste 274 hinein er­ strecken oder aber ausschließlich im Wandbereich 272 angeordnet sein, wie im Falle des Faserstrangs 277. Die Wahl der Anordnung hängt von der Art der Beanspruchung des Isolierstegs 270 ab und der Funktion den dieser im Gesamtverbund mit den Metallprofilen 234 und 236 zu erfüllen hat.

Schließlich sei als weitere Variante die eine Isolierstegkon­ struktion erläutert wie sie in Fig. 9 ersichtlich ist. Hier wird ein Isoliersteg 280 von zwei Bauelementen 282, 283 gebil­ det, welche erfindungsgemäße Kunststoffprofile darstellen. Diese sind identisch aufgebaut und drehsymmetrisch angeordnet und ergänzen einander zu einem Isoliersteg 280 der in seinem Aufbau dem Isoliersteg 230 der Fig. 5 ähnelt. Das einzelne Bauelement 282 bzw. 283 ist aus einer Wand 284 aufgebaut welche oben und unten Schwalbenschwanzleisten trägt, mit welchen ein kraft- und/oder formschlüssiger oder gleitender Verbund mit Me­ tallprofilen 234 und 236 herstellbar ist. Benachbart zu einer der Schwalbenschwanzleisten 286 ersteckt sich von der Wand 284 eine Last tragende Wand 288 im rechten Winkel weg. Diese Wand 288 beinhaltet eine einextrudierte Faserstrangverstärkung 290, welche der Wand 288 das notwendige Trägheitsmoment verleiht.

Claims (20)

1. Kunststoffprofil, gegebenenfalls mit einer oder mehreren parallel zur Längsrichtung des Profils verlaufenden Hohl­ kammern und mit einer Last tragenden Wand, welche mit ei­ nem kontinuierlichen Faserstrang zur Aufnahme von Biege- und Schubspannungen in einem Teilvolumen verstärkt ist.

2. Kunststoffprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen parallele Außenwände des Profils mit jeweils einem kontinuierlichen Faserstrang verstärkt sind.

3. Kunststoffprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Last tragende Querwand des Profils mit einem kontinuierlichen Faserstrang verstärkt ist.

4. Kunststoffprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern ausgewählt sind aus Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern und Synthesefa­ sern, insbesondere Aramidfasern.

5. Kunststoffprofil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstrang ein Faserband ist, bei dem die Einzelfasern mit einer Vorzugsrichtung in Längsrichtung des Faserbandes vorliegen.

6. Kunststoffprofil nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Hohl­ kammern des Profils ausgeschäumt sind.

7. Kunststoffprofil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Ausschäumung Verstärkungsstoffe be­ inhaltet.

8. Kunststoffprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil als Funktionselement einen Abstandshalter für Glasscheiben integral umfaßt.

9. Rahmenkonstruktion zur Ausfachung mit transparenten oder nicht-transparenten Füllungen, insbesondere in Form eines Fassadenelements, eines Isolierglasfensters oder einer Isolierglastür, hergestellt unter Verwendung eines der fa­ serstrangverstärkten Kunststoffprofils gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 8.

10. Glasdachkonstruktion, hergestellt unter Verwendung eines faserstrangverstärkten Kunststoffprofils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

11. Konstruktion nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die faserstrangverstärkten Kunststoffprofile als Last tragende Konstruktionselemente eingesetzt sind.

12. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen mit einer oder mehr Hohlkammern, dadurch gekennzeichnet, daß in ei­ nem ersten Schritt Verstärkungsfaserstränge mit einem er­ sten Kunststoffmaterial gebunden und danach in einem Koex­ trusionsschritt mit einem zweiten, mit dem ersten Kunst­ stoffmaterial verträglichen Kunststoffmaterial koextru­ diert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Verstärkungsfaserstränge in einer der Außenwände des Kunststoffprofils eingebettet koextrudiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Querwand des Profils mit einem kontinuier­ lichen Faserstrang verstärkt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserstränge so angeord­ net werden, daß das Produkt von E-Modul und Trägheitsmo­ ment für das Kunststoffprofil durch die Anordnung des oder der Faserstränge im Profil, durch die Anzahl der Faser­ stränge, durch die Zahl der Fasern im jeweiligen Faser­ strang und/oder durch die Wahl der Fasermaterialien des Faserstrangs bei vorgegebener Profilgeometrie auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserstränge als vorge­ fertigte Elemente in das Kunststoffprofil einextrudiert werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine oder mehrere der Hohlkammern des Profils ausgeschäumt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschäumen ein Material verwendet wird, welches Ver­ stärkungselemente, insbesondere -fasern umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausschäumen bei der Herstellung des Profils erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausschäumen nach der Herstellung des Profils erfolgt.