DE102010030310A1

DE102010030310A1 - Verbundprofil und Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes für ein Verbundprofil

Info

Publication number: DE102010030310A1
Application number: DE102010030310A
Authority: DE
Inventors: Leopold Weiermayer; Erwin Krumböck; Karl Gebesmair
Original assignee: Greiner Tool Tec GmbH
Current assignee: Greiner Tool Tec GmbH
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-22
Also published as: PL2582901T3; ES2687179T3; WO2011161001A3; HUE040160T2; WO2011161001A2; PT2582901T; SI2582901T1; DK2582901T3; EP2582901B1; RU2012156090A; EP2582901A2

Abstract

Die Erfindung betrifft u. a. ein Verbundprofil, insbesondere für Fenster und Türen, mit einem extrudierten Kunststoffprofil (10, 20) und mindestens einem mit diesem weitgehend schubfest verbunden Verstärkungselement (1, 2, 4, 5),
gekennzeichnet durch mindestens ein Haltelement (3) am Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) zur Herstellung einer stoff-, reib- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) und Kunststoffprofil (10, 20), wobei das Haltelement (3) in der Ebene des Verstärkungselementes (1, 2, 3, 4) sowohl in Quer- und Längsrichtung des Verstärkungselements (1, 2, 4, 5) wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundprofil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes für ein Verbundprofil mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Kunststoffprofile werden z. B. als Kunststoffhohlprofil als Rahmenmaterial für Kunststofffenster verwendet, als Bodendielen und für weitere Anwendungen. Dabei treten Kunststoffprofile in Konkurrenz zu Metallprofilen oder zu Holzprofilen.
Kunststoff weist bei den genannten Anwendungen eine hohe Gestaltungsfreiheit und eine formschöne Oberfläche auf, wodurch das Kunststoffprofil direkt in weiten Grenzen an den Einsatzzweck angepasst werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die kunststoff-typische, niedrige Wärmeleitfähigkeit, welche in Kombination mit der Profilausführung mit Hohlkammern und Zwischenwänden zu einer sehr guten Isolierwirkung führt, was ein wichtiges Qualitätskriterium gerade bei Fenstern ist.
Nachteilig ist aber der im Vergleich zu Metallen sehr niedrige E-Modul, wodurch Kunststoffprofile keine sehr hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Für Anwendungen, bei denen eine höhere statische Stabilität erforderlich ist, wird in vielen Fällen eine Kombination mit einem Metallprofil ausgeführt, in dem das Metallprofil in eine Hohlkammer des Kunststoffprofils eingeschoben wird und gegebenenfalls durch Verschrauben innerhalb des Kunststoffprofils gegen Verschieben und/oder Herausfallen gesichert wird. Bei Kunststoff-Fensterprofilen wird diese Art der Versteifung seit Einführung der Kunststofffenster-Technologie angewendet. Weit verbreitet sind z. B. U-förmige Versteifungseisen. Ein Nachteil ist dabei, dass infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Metall-Verstärkungsprofils die betreffende Hohlkammer nahezu keinen Beitrag zur Wärmedämmung leistet, was jetzt im Zuge steigender Energiepreise immer stärker als Mangel erkennbar wird.
Im Falle von Kunststoff-Fensterprofilen gibt es seit längerem Bemühungen, das herkömmliche U-Eisen durch Einbinden von flachen Verstärkungsbändern aus höherfesten Materialien in das Kunststoffprofil, z. B. als Innenwand, zu erhöhen. Sind diese Verstärkungsbänder „parallel zur Glasebene” angeordnet, wird unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit der Verstärkung der Wärmedämmwert, welcher „in senkrechter Richtung zur Glasebene” möglichst hoch sein soll, nicht negativ beeinflusst.
Die DE 10 2008 008 343 A1 beschreibt ein derartiges Verfahren und Kunststoffprofil, bei welchem die Verstärkungsbänder aus einem glasfaserverstärktem, thermoplastischen Kunststoff bestehen. Da aber der E-Modul des betreffenden Kunststoffes bei Weitem nicht an jene von Metallen (Z. B. Stahl oder Aluminium herankommt, ist die Verstärkungswirkung wesentlich geringer als infolge eines herkömmlichen Versteifungseisens.
Die DE 19933099 A1 betrifft das Einextrudieren u. a. von metallischen Verstärkungsbändern, wodurch eine höhere Wirksamkeit in statischer Hinsicht gegeben ist. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die spezielle Randausbildung der Streifen, welche ein Verschieben der Streifen gegenüber dem Kunststoffprofil verhindern soll, wenn das Kunststoffprofil auf Biegung belastet wird. Hier wird eine Stanzung der beiden Ränder vorgeschlagen, wobei die Stanzungen zueinander genau korrespondieren müssen und zwar in dem Sinn, dass eine Lücke auf der einen Seite zu einem Zahn auf der anderen Seite führt.
Ziel der Erfindung ist es, das Einformen von unterschiedlich gestalteten Verstärkungselementen in das Kunststoffprofil so zu gestalten, dass mit geringem Aufwand die schubfeste Verbindung gegenüber dem Kunststoffprofil sichergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verbundprofil, insbesondere für Fenster und Türen, gelöst, mit einem extrudierten Kunststoffprofil und mindestens einem mit diesem weitgehend schubfest verbunden Verstärkungselement. Dabei ist mindestens ein Haltelement am Verstärkungselement zur Herstellung einer stoff-, reib- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Verstärkungselement und Kunststoffprofil angeordnet, wobei das Haltelement gleichzeitig quer und längs zum Verstärkungselement wirkt.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt, dabei zeigt
1 Schnittansichten zweier Ausführungsformen von Kunststoffprofilen mit Verstärkungselementen;
2 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils mit zwei Verstärkungselementen aus Holz;
3 eine Schnittansicht durch ein Rahmenprofil mit einer Holzleiste als Verstärkungselement;
4 eine perspektivisches Teilansicht eines Randbereiches eines gerändelten und/oder geprägten Verstärkungselementes;
5 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit einer Sägezahnstruktur als Halteelement;
6 eine vergrößerte Darstellung der Sägezahnstruktur der 5;
7 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit verformten Segmenten als Halteelement;
8 eine vergrößerte Darstellung der Struktur der 7;
9 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit einer Wellenstruktur als Halteelement;
10 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit einer Längssicke als Halteelement;
11 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit einer Zahnstruktur als Halteelement;
12 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselementes mit einer Struktur aus geschränkten Zähnen als Halteelement;
13 eine vergrößerte Darstellung der Struktur der 12;
14 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches insbesondere eines GFK-Verstärkungselementes mit einer Randstruktur als Halteelement;
15 eine vergrößerte Darstellung der Struktur der 14;
16 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches insbesondere eines GFK-Verstärkungselementes mit einer Randstruktur aus Sicken und Zähnen als Halteelement;
17 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches insbesondere eines Verstärkungselementes aus Holz mit einer Randstruktur aus parallelen, senkrechten Kerben als Halteelement;
18 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches insbesondere eines Verstärkungselementes aus Holz mit einer Randstruktur aus verschränkten Kerben als Halteelement;
19 eine perspektivische Teilansicht eines Randbereiches insbesondere eines Verstärkungselementes aus Holz mit einer Randstruktur aus schrägen Kerben als Halteelement;
20 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils mit eingelegten Drähten als Verstärkungselement;
21 eine Schnittansicht zu 20;
22 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils mit einem Verstärkungselement mit einem Verbund aus fünf Schichten;
23 eine Seitenansicht eines Verstärkungselementes mit einem Verbund aus fünf Schichten;
24 eine Seitenansicht eines Kunststoffprofils mit einem integrierten Verstärkungselementes mit einem Verbunde aus fünf Schichten;
25 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 24;
26 eine perspektivische Darstellung eines auf Gehrung geschnittenen Kunststoffprofils mit eingelegten Verstärkungselementen;
27 eine Detailansicht mit einer Freistellung des Verstärkungselementes;
28 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils mit zurückgesetzten Drähten als Verstärkungselementen;
29 eine Detailansicht eines zurückgesetzten Metalldrahtes;
30 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils mit einem zurückgesetzten Metallstreifen als Verstärkungselement;
31 eine Detailansicht des Kunststoffprofils gemäß 30.
Für eine schubfeste Verbindung zwischen Verstärkungselementen 1, 2, 4, 5 und extrudierten Kunststoffprofilen 10, 20 in Längs- und Querrichtung werden im Folgenden unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt.
Grundsätzlich sind als Material für die Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 vor allem Aluminium, Stahl oder hochfeste Faser-Verbundwerkstoffe geeignet. Da diese Materialien nicht mit dem thermoplastischen Grundmaterial des Kunststoffprofils 10, 20, bei Fensterprofilen PVC-hart, verschweissbar sind, ist die geforderte schubfeste Verbindung vor allem durch eine geeignete formschlüssige Gestaltung der Kontaktflächen zu gewährleisten. Mögliche Ausführungsformen sind z. B. Hinterschneidungen und/oder eine ausreichend große Kontaktfläche.
Die „Verschiebefestigkeit je Längeneinheit” muss dabei gar nicht extrem hoch sein und/oder an die theoretisch bestenfalls erzielbaren Werte heranreichen, da im Falle von geringen Durchbiegungen des Verbundprofils stets die gesamte Verbindungslänge auf Schub beansprucht wird, sich also die tatsächlich wirkende Schubkraft über die gesamte Länge zwischen den beteiligten Komponenten überträgt, und da keine sehr hohe Belastungen auftreten, also keinesfalls annähernd bis an die Bruchgrenze herangegangen wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Versteifung durch ein einsteckbares Verbundprofil bewirkt (siehe 22 bis 25), bei welchem die Nachteile aus Sicht der Wärmedämmwirkung im Vergleich zu einem herkömmlichen U-Verstärkungseisen vermieden werden.
Zusätzlich zu der an sich bereits bekannten Ausführung eines derartigen Verbundprofils mit einer Hartschaum-Mittellage und zwei mit dieser schubfest verbundenen Decklagen, z. B. nach Patent EP 0 153 758 , weist ein Verbundprofil als Ausführungsform der Erfindung zusätzliche Schaum-Decklagen auf. Hintergrund für diesen Aufbau ist, dass beim zu versteifenden Kunststoff-Fensterprofil Innenwände, welche vorwiegend zur Erzielung einer besseren Wärmedämmwirkung dienen, weggelassen werden können. Ein 5-lagiges Verbundprofil wird durch z. B. Befräsen der äußeren Schaumschichten weitgehend an die nunmehr größere Hauptkammer des Kunststoffprofils 10 angepasst, so dass kaum Hohlräume frei bleiben. Da Schäume mit sehr niedriger Dichte eine bessere Dämmwirkung aufweisen als mit Luft gefüllte Hohlkammern, ist die Dämmwirkung des Kunststoffprofils mit eingelegtem Verbundprofil trotz geringerer Kammeranzahl höher als bei üblichen Kunststoffprofilen mit fünf bis sieben Kammern. Ein besonderer Vorteil bei diesem System ist, das Fensterprofile mit weniger Innenkammern ein geringeres Metergewicht aufweisen und zusätzlich wegen der rascheren Abkühlung auch schneller extrudiert werden können, wodurch diese Kunststoffprofile billiger hergestellt werden können.
In 1 werden zwei Ausführungsformen dargestellt, bei denen extrudierte Kunststoffprofile 10, 20 (Kunststoffhohlprofil) jeweils durch Verstärkungselemente 1, 2, hier als Verstärkungsbänder ausgeführt, verstärkt sind. Die Verstärkungselemente 1, 2 bestehen aus einem Material (Metall, GFK) mit relativ hohem Elastizitätsmodul.
Beim ersten Kunststoffprofil 10 ist eines der Verstärkungselemente 1 einer relativ kleinen Hohlkammer 11 angeordnet. Beim zweiten Kunststoffprofil 20 sind die Verstärkungselemente 1, 2 jeweils in einer größeren Kammer 12 angeordnet. Der Fachmann erkennt, dass hier unterschiedliche Kombinationen möglich sind.
Die Kunststoffprofile 10 werden z. B. in einer so genannten Querspritzdüse extrudiert, wobei die Verstärkungselemente 1, 2 durch die Düse in Extrusionsrichtung zugeführt werden.
Um die beabsichtigte Erhöhung der Biegesteifigkeit der Kunststoffprofile 10 zu bewirken, werden die Ränder der Verstärkungselemente 1, 2 verschubfest in Längs- und Querrichtung mit den Kunststoffprofilen 10 verbunden. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass die Ränder der Verstärkungselemente 1, 2 formschlüssig in den Kunststoff eingebettet werden. D. h., die Ränder müssen in Längsrichtung wirkende Halteelemente 3, z. B. Hinterschneidungen aufweisen, welche beim Extrudieren in der Düse mit Kunststoff aufgefüllt werden. Hinterschneidungen in Querrichtung, in der Ebene des Verstärkungsbandes, sind vorgesehen, damit sich der Verbund bei Langzeitbelastung infolge Kraftwirkung und Temperatureinfluss nicht lösen kann.
Im Zusammenhang mit 4 bis 19 werden unterschiedliche Ausbildungen von Halteelementen 3 dargestellt.
Die Ausführungsformen der 1 weisen Verstärkungselemente 1, 2 die Form von Bändern auf. In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffprofils 10 eines Fensterflügelprofils dargestellt, bei dem die Verstärkungselemente 1, 2 durch Holzleisten gebildet sind. Die Holzleisten weisen ein wesentlich größeres Dicken-zu-Breiten Verhältnis auf, als die bandförmigen Verstärkungselemente in 1.
Ausreichend gut wirksame Dicken der Verstärkungselemente 1, 2, wenn sie als Verstärkungsbänder ausgeführt sind z. B.:

Stahl: 0,5 bis 2 mm Dicke

Aluminium: 1 bis 3 mm Dicke

GFK: 2 bis 5 mm Dicke

Holz: 3 bis 12 mm Dicke
Mit der Ausführungsform gemäß 2 ist eine Holzverstärkung möglich, mit welcher fast die gleiche Verstärkungswirkung erzielt wird, als durch eine Verstärkung mit herkömmlichen U-Verstärkungseisen. Diese Holzleisten 1, 2 sind ebenfalls schubfest mit dem Kunststoffprofil 10 verbunden, um mit Bezug auf die neutrale (Biege-)Faser die optimale Verstärkungswirkung zu entfalten.
Die Ausführungsform eines Rahmenprofils gemäß 3 zeigt, dass auch eine einzige Holzleiste als Verstärkungselement 1 in einem Kunststoffprofil 10 verwendbar ist. Dabei ist es nicht zwingend, dass der Querschnitt der Holzleiste rechteckig ist. In diesem Fall wird nahezu die gesamte Hauptkammer des Kunststoffprofils 10 mit einem an den Querschnitt angepasstem Holzprofil 1 ausgefüllt. Infolge des „großen” Holz-Querschnittes erreicht auch diese Verstärkung eine beachtliche Versteifungswirkung. Eine schubfeste Einbindung in das Kunststoffprofil 10 kann vorgenommen, ist aber in Hinblick auf die Verstärkungswirkung nicht zwingend erforderlich, weil die neutrale Faser der Holzverstärkung und jene des Kunststoffprofils 10 geometriebedingt nahe beisammen verlaufen. Das heißt, diese Verstärkung könnte ebenso wie die U-Verstärkungseisen erst während der Fenster-Konfektionierung eingeschoben und mit dem Kunststoffprofil verschraubt werden. Ebenso ist ein Ummanteln und/oder Umspritzen der Holzverstärkung im Zuge der Profilextrusion möglich.
Wird Holz als Verstärkungsmaterial verwendet, sollte es gegen Verfaulen oder Pilzbefall etc. infolge Feuchtigkeitszutritts geschützt werden. Dies erfolgt am besten durch entsprechende Anstrich- oder Imprägniermittel in Verbindung mit einem wasserdichten Einschweißen innerhalb des Kunststoffprofils 10 und/oder des daraus gebildeten Rahmens. Um auch bei geringem Feuchtigkeitszutritt, z. B. infolge von Verschraubungen oder Diffusion, einen stabilen Zustand gewährleisten zu können, empfiehlt es sich auch, durch Belüftungsbohrungen einen gewissen Luftaustausch zu ermöglichen.
Die Verstärkungswirkung gegen Durchbiegen des Kunststoffprofils 10 durch die eingelegten Verstärkungselemente 1, 2 ergibt sich nach den bekannten Gesetzen der Mechanik, wobei als Haupteinflussfaktoren zu nennen sind:

• Größe des tragenden Querschnitts,
• Abstand von der neutralen Faser und
• E-Modul.

Wird die Geometrie des Querschnittes des Verstärkungselementes 1, 2, hier als Verstärkungsband ausgebildet, weitgehend beibehalten und nur die Dicke der Verstärkungsbänder und deren Material geändert, so führen nachstehend angeführten Dicken in Abhängigkeit vom zuordenbaren E-Modul zur etwa gleichen Verstärkungswirkung:

Material	E-Modul [N/mm2]	Dicke [mm] Verstärkungsband
Stahl	210.000	0,67
Aluminium	70.000	2,0
GFK (unidirektional verstärkt)	40.000	3,5
Kurzglasfaserverstärkter Thermoplast	10.000	14,0
Fichtenholz	11.000	12,7

Die Werte für die E-Module sind hier als Mittelwerte zu verstehen. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass metallische Verstärkungselemente 1, 2 die höchsten Elastizitätsmodule aufweisen, gefolgt von unidirektional glasfaserverstärkten Kunststoffen.
Wird zusätzlich noch der Preis betrachtet, schneiden die Metalle am besten ab. Ebenso liegt hierbei Holz sehr gut. Auffällig ist, dass bei kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten, ebenso wie bei Holz die erforderlichen Dicken u. U. schwierig im Kunststoffprofil 10 unterzubringen sind, wodurch hier mit einer deutlichen Verringerung der Verstärkungswirkung im Vergleich zu den Metallen zu rechnen ist. Es ist durchaus auch sinnvoll, Fichtenholz als Verstärkung zu verwenden. Unter Berücksichtigung des Preises ist Fichtenholz den anderen Werkstoffen weit überlegen, auch dem GFK, am nächsten kommt noch Stahl.
In den 4 bis 19 werden unterschiedliche Ausbildungen von Halteelementen 3 dargestellt, die an Verstärkungselementen 1, 2 angeordnet sind. Sie sollen eine festere Verbindung zwischen Kunststoffprofil 10 und Verstärkungselementen 1, 2 herstellen, wobei eine Kraftwirkung in Bandebene sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung vorliegt.
In 4 ist eine Teilansicht eines Randbereiches eines Verstärkungselemente 1 dargestellt. Die Haltelemente 3 sind hier durch Rändeln und/oder Prägen aufgebracht. Dies ist einfach vor allem bei metallischen Verstärkungselementen 1, 2 anwendbar.
Je Rand des Verstärkungselementes 1, 2 werden z. B. zwei Prägewalzen mit scharfkantigen Konturen gegeneinander gepresst, dazwischen wird das Verstärkungselemente 1, 2 geführt. Somit wird eine plastische Verformung bewirkt, an den Kontaktflächen mit den Prägewalzen wird ein ebenfalls scharfkantiges Muster auf das Verstärkungselemente 1, 2 übertragen. Viele kleinräumige Vertiefungen und Aufwerfungen ermöglichen in der Folge die angestrebte, verschubfeste Einbettung mit dem umgebenden Kunststoff im Kunststoffprofil 10 (in 4 nicht dargestellt). Die dargestellte Rändelung bewirkt eine gute formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung gegen Verschubkräfte in zwei Richtungen: In Längsrichtung des Verstärkungselementes 1, 2 und quer dazu.
Da zweckmäßigerweise die Verstärkungselemente 1, 2 in die Bänder in Rollenform bereitgestellt werden, ist vor dem Zuführen in die Düse der Extrusionsvorrichtung ein Geradrichten der Bänder erforderlich. Dies geschieht so, in dem das Band in Längsrichtung zwischen mehreren Rollen durch geführt wird und diese Rollen abwechselnd eine Biegung nach links und nach rechts bewirken. Das Prägen der Ränder kann in diesen Richtvorgang am Beginn der Richtstrecke mit eingebunden werden.
In 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform für Halteelemente 3 dargestellt. An einem bandförmigen Verstärkungselement 1 (vorzugsweise aus Metall) sind an beiden Rändern Sägezahnstrukturen als Halteelemente 3 angeordnet. 6 stellte eine vergrößerte Ansicht der Sägezahnstruktur dar, wobei die nach oben und unten gebogenen Sägezähnen zu erkennen sind. Die Sägezähne sind ähnlich wie die Zähne einer Handsäge angeordnet und werden auch so hergestellt: Ausstanzen von Zahnlücken und Schränken der Zähne, die Zähne werden abwechselnd leicht nach links und rechts gebogen. Diese Ausbildung bewirkt eine formschlüssige Verbindung in zwei Richtungen: In Längsrichtung infolge der Zahnflanken und in Querrichtung infolge der Schränkung der Zähne.
In 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der eine Randausbildung eines Verstärkungselementes 1 mit abwechselnd leicht nach links und rechts gebogenen Segmenten vorliegt.
Werden größere Hinterschneidungen gewünscht, so kann diese Struktur für ein Halteelement 3 ebenfalls mittels gegeneinander wirkender Laufräder erzeugt werden. Diese Laufräder laufen exakt synchron zu einander und weisen abwechselnd Lücken und Vorsprünge auf. Die gegeneinander wirkenden Kanten bewirken ein Durchtrennen der Ränder des bandförmigen Verstärkungselementes 1, 2 ähnlich wie mittels einer Schlagschere und die Vorsprünge bewirken ein geringfügiges Verbiegen der entstehenden „Zähne” abwechselnd in beide Richtungen. Auch hier wird eine formschlüssige Verbindung nach dem Einbetten des Randes in Kunststoff in die beiden Hauptrichtungen erzielt.
In 9 ist eine Ausführungsform für ein bandförmiges Verstärkungselement 1, 2 dargestellt, deren Randausbildung einfach herstellbar ist: Es wird auf das Durchtrennen des Verstärkungselementes 1, 2 verzichtet. Lediglich der Rand des Verstärkungselementes 1, 2 wird plastisch verformt, z. B. wellenförmig. Auch das erfolgt zwischen zwei gegeneinander wirkenden, synchron laufenden Rollen, wobei die Erhebung bei einer Rolle in Laufrichtung „kürzer” ist als die Lücke der Gegenrolle. Dieser gewellte Rand als Halteelement 3 des Verstärkungselementes 1, 2 führt ebenfalls zu einer schubfesten Verbindung, wenn er durch Kunststoff enganliegend umfasst wird. Vorteilhaft ist, dass der tragende Querschnitt des Versteifungsprofils nicht durch Trennfugen geschwächt wird und somit die gesamte Bandbreite zur Verstärkung des Kunststoffprofils beiträgt.
In 10 ist eine weitere Ausführungsform für ein Verstärkungselement 1, 2 dargestellt, wobei diese Ausführungsform nicht auf bandförmige Verstärkungselemente beschränkt ist. Der Rand ist mit zusätzlichen Sicken versehen, was besonders bei der Verwendung von Aluminium durch eine Rollbearbeitung einfach herzustellen ist. Durch diese Sicken wird die formschlüssige Verbindung bei Zugbeanspruchung in Querrichtung höher belastbar. Für den Formschluss in Längsrichtung ist eine Kombination mit den gezeigten Zahn- und Wellenausbildungen empfehlenswert.
In den 11 bis 13 sind unterschiedliche Randstrukturen als Halteelemente 3 für Verstärkungselemente 1, 2 dargestellt. 11 zeigt Zähne mit ausgeklinkten Zähnen für einen Hinterschnitt in Längs- und Querrichtung. 12 (und 13 in Vergrößerung) zeigt Zähne mit geschränkten Zähnen für Hinterschnitt in Längs- und Querrichtung. Im Gegensatz zu der in 7 dargestellten Ausführungsform ist die Schnittrichtung für die Zähne hier nicht senkrecht zum Rand des Verstärkungselementes 1, 2 sondern schräg.
Die Zahnformen gemäß 11 bis 13 sind bei Metallen empfehlenswert, welche leicht gestanzt und/oder durchtrennt werden können, beispielsweise bei Aluminium. Beim Einformen der Verstärkungselemente 1, 2 in den Kunststoff müssen die Zahnlücken und/oder die vorhandenen Freiräume weitgehend mit Kunststoff ausgefüllt werden, indem der Kunststoff mit hohem Druck in die Düse hingepresst wird. Diese Zahnform bewirkt in die beiden Hauptrichtungen eine besonders gute formschlüssige Verbindung, so dass auch in Querrichtung hohe Kräfte übertragen werden können.
In 14 ist ein Verstärkungselement 1, 2 aus GFK dargestellt. Als Material für Verstärkungselemente 1, 2 eignet sich auch glasfaserverstärkter Kunststoff gut. Bei kurzglasfaser-verstärkten, thermoplastischen Kunststoffen ist allerdings nur ein E-Modul in der Größenordnung von etwa 10.000 N/mm² erzielbar. Besser eignen sich endlosglasfaser-verstärkte Kunststoffe, wobei hier bei Verwendung von duroplastischen Kunststoffen als Bindemittel im Vergleich zu thermoplastischen Kunststoffen die höchsten Steifigkeiten erzielt werden. Elastizitätsmodule bis 40.000 N/mm² sind absehbar. Im Gegensatz zu Metallen ist hierbei kaum eine plastische Verformung zur Ausbildung eines Randes als Halteelemente 3 mit Hinterschnitten möglich.
In der Ausführungsform gemäß 14 (und vergrößert in 15) werden z. B. durch Fräsen oder Schleifen mit diamantbestückten Schleifscheiben die gewünschten Einkerbungen in den Rändern des Verstärkungselementes 1 erzeugt. Es kommt dabei nicht auf eine bestimmte Zuordnung der jeweiligen Kerben zueinander oder deren genaue Geometrie an, so dass die Steuerung der verschiedenen Schleifscheiben ebenfalls einfach zu bewerkstelligen ist. Grundsätzlich ist eine solche Randstruktur als Halteelement 3 auch bei Verstärkungselementen 1, 2 aus anderen Materialien möglich.
In 16 ist eine weitere Alternative, insbesondere für Verbindungselemente 1, 2 aus GFK, dargestellt. Um auch in Querrichtung eine Hinterschneidung zu bilden, sind zusätzlich zu den Zähnen auch Nuten in Längsrichtung eingeschliffen.
In 17 bis 19 sind Verstärkungselemente 1 aus Holz, insbesondere Fichtenholz dargestellt, die jeweils einen gekerbten Rand aufweisen. Für Holzleisten als Verstärkungselemente 1, 2 ist eine Randausbildung durch Einkerbungen mittels Säge oder Fräse sinnvoll. Zum Rand senkrechte Schnitte (17) führen zu einer guten Verankerung gegen Verschieben in Längsrichtung. Werden diese Schnitte schräg zur Längsachse (19) oder abwechselnd schräg nach vor und schräg zurück (18) angebracht, ergibt sich auch eine sehr gute Verbindung gegen Ausziehen in Querrichtung.
Die Ausbildung der Verstärkungselemente 1, 2 war in den bisher dargestellten Ausführungsformen bandförmig oder leistenförmig.
Eine weitere Alternative stellt die Einlagerung von Drähten mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul in der Kunststoffprofil dar.
In 20 und 21 ist ein Kunststoffprofil dargestellt, bei dem vier Drähte 1, 2, 4, 5 als Verstärkungselemente im Kunststoffprofil 10 angeordnet sind.
Die Drähte 1, 2, 4, 5 können z. B. aus Stahl oder Aluminium gefertigt werden. Alternativ können auch Endlosholme aus unidirektional glasfaser-verstärkten Kunststoffen, im Kunststoffprofil 10 angeordnet werden. Dabei werden die Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 bevorzugt in möglichst großer Entfernung von der neutralen Faser angeordnet. In 20 und 21 ist erkennbar, dass die Anordnung der Drähte als Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 im Wesentlichen in den Ecken des Kunststoffprofils 10 erfolgt.
Bei einem üblichen Fensterprofil, wie in den 20 und 21 dargestellt, bewirken vier Drähte aus Stahl mit je 3 mm Durchmesser die gleiche Biegesteifigkeit wie ein übliches U-förmiges Versteifungseisen aus 1,5 mm dickem Blech. Wichtig ist hierfür die verschubfeste Einbettung der Stahldrähte in das Kunststoffprofil. Durch Rändeln der Drähte 1, 2, 4, 5 über den gesamten Umfang werden wiederum die erforderlichen Hinterschneidungen als Halteelemente 3 hergestellt. Wird anstelle von Stahl Aluminium verwendet, weil dadurch ein Schneiden und/oder Sägen auf den üblichen Maschinen möglich ist, müsste der Durchmesser der Drähte etwa 1,7 bis 2,0 mal so groß sein wie bei den dargestellten Stahldrähten, um die gleiche Verstärkungswirkung zu erzielen. Mäßige Einbußen hinsichtlich Verstärkungswirkung sind durchaus verkraftbar, so dass auch Aluminiumdrähte mit etwa 3 bis 4 mm Durchmesser durchaus sinnvoll angewendet werden können.
Das Einbringen in das Kunststoffprofil kann z. B. auf zwei Arten erfolgen:

– Einextrudieren in einem Querspritzkopf, analog wie oben bei den Verstärkungsbändern. Beim Ummanteln mit Kunststoff füllt die Kunststoffschmelze die Hinterschneidungen (Halteelemente 3) des Drahtes 1, 2, 4, 5 aus.
– Einpressen in von außen zugängliche Nuten. Der Draht mit der geprägten Oberfläche weist gegenüber der Nut ein Übermaß im Zehntel-Millimeter-Bereich auf.

Das in den 20 und 21 dargestellte Kunststoffprofil 10 für Fenster erlaubt das Einpressen der Verstärkungen in das fertig hergestellte Kunststoffprofil 10. Die Drähte 1, 2, 4, 5 können zweckmäßig im Rahmen der Profilextrusion, z. B. im Anschluss an das Abkühlen, noch bevor das Kunststoffprofil 10 in den Raupenabzug einläuft, eingepresst werden. Sie können aber auch in die fertig abgelängten Profilstangen oder sogar in die für das Konfektionieren der Fenster abgelängten und auf Gehrung geschnittenen Rahmenteile eingepresst werden.
Zweckmäßig hierbei ist, wenn der Draht 1, 2, 4, 5 zusätzlich zum Prägen der Oberfläche auch auf etwa 120 bis 200°C aufgeheizt wird. Nach dem Einpressen wird die Wärme in den benachbarten Kunststoff eingeleitet, dieser erweicht und wird fließfähig und füllt dann die Hinterschneidungen im Draht weitgehend aus. Nach dem Abkühlen sind Draht 1, 2, 4, 5 und Kunststoff optimal verbunden und es können problemlos große Schubkräfte übertragen werden.
Es ist sogar ein Einpressen in den gefügten Rahmen im Zuge der Konfektionierung denkbar: Die vier Rahmenstücke sind auf Gehrung abgelängt, die Gehrungsflächen werden mit einem Kleber bestrichen und exakt zum Rahmen gefügt. Der Kleber braucht einige Zeit zum Aushärten, wobei die benachbarten Teile keinesfalls gegeneinander verschoben werden dürfen. Werden in dieser Aufspannung die Drähte 1, 2, 4, 5 in die von außen zugänglichen Nuten eingelegt und dabei auch exakt um die Ecken gebogen, so übernehmen die Drähte 1, 2, 4, 5 sofort eine hohe Tragfunktion und führen zu einer beachtlichen Eckfestigkeit. Der Rahmen kann daher sofort ausgespannt werden und das Aushärten des Klebers kann dann langsam über eine längere Zeitspanne erfolgen, was dann keinen negativen Einfluss auf die Zykluszeit hat. Zusätzlich zur Gewährleistung der erforderlichen Längssteifigkeit und dem Beitrag zur Eckfestigkeit ist als wesentlicher Vorteil dieser Fertigungsmethode der Entfall des Eckenputzens zu sehen. Das Eckenputzen ist ein vergleichsweise aufwändiger Fertigungsvorgang, welcher darüber hinaus noch häufig zu einer Beeinträchtigung der Oberfläche in ästhetischer Hinsicht führt (z. B. Schattenfuge, Gratbildung und Einkerbungen).
Bisher wurden Verstärkungsformen mit Verstärkungselementen 1, 2, 4, 5 beschieben, bei denen die Verstärkungswirkung aufgrund einer schubfesten Verbindung mittels Halteelementen 3 von eingelegten Verstärkungselementen (Bänder, Leisten Drähte) mit dem Kunststoffprofil 10 bewirkt wird.
Im Folgenden wird gezeigt, dass ein guter Kompromiss aus hoher Verstärkungswirkung bei gleichzeitiger signifikanter Verbesserung der Wärme-Isolierwirkung durch das Einlegen von Verbundprofilen als Verstärkungselementen 1, 2 erzielt werden kann. Diese werden durch Verbinden von hochfesten Bändern und gut wärmeisolierenden Schaummaterialien erzeugt und anstelle eines üblicherweise verwendeten U-Verstärkungseisens im Zuge des Konfektionierens der Kunststofffenster in die abgelängten und auf Gehrung geschnittenen Kunststoffprofile eingelegt.
Das Anwenden von 3-Schichtverbunden für diesen Zweck ist bereits seit längerem bekannt (z. B. EP 0 153 758 A2 ). Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen ist zusätzlich auf die kräftewirksamen Zug/Druck-Verstärkungsgurte mindestens eine weitere Schaumschicht (Deckschichten) 33, 34 aufgeklebt. Wenn U-Verstärkungseisen verwendet werden, so sind diese um 1–2 mm kleiner als die Kammern in Hohlprofilen, so dass sie verschraubt werden müssen. Durch Verwendung mindestens einer Deckschicht 33, 34 kann leicht ein gewisses Übermaß eingestellt werden, so dass das Verstärkungselement dann spielfrei in das Kunststoffprofil 10 einschiebbar ist.
Mit einem 5-Schicht-Verbund (siehe 22) lässt sich die Wärmedämmwirkung des Gesamt-Systems weiter verbessern und gleichzeitig die Extrusion der Kunststoffprofile vereinfachen. Hinsichtlich Steifigkeit erfolgt keine Veränderung im Vergleich zur 3-Schicht-Ausführung.
Den einzelnen Schichten des Verbundprofils kommt folgende Aufgabe zu:

– Kernschicht 30: Hohe Wärmedämmwirkung und ausreichende Schubfestigkeit. Da verstärkte Fensterprofile ohnehin nur mäßig belastet werden dürfen und nur wenige Millimeter Durchbiegung je 1 Meter Länge aufweisen dürfen, ist nur eine mäßige Schubkraft innerhalb des Schaumkerns der Kernschicht 30 zu übertragen.
– Zwei Verstärkungsschichten 31, 32, welche die gewünschte Biegesteifigkeit in die beiden Hauptrichtungen bewirken. Zweckmäßige Materialien sind: Stahl mit Dicken 0,5 bis 2,0 mm, Aluminium mit Dicken 1,5 bis 4 mm oder GFK mit Dicken von 2,0 bis 6,0 mm.
– Weitere Deckschichten 33, 34. Diese Deckschichten sind aus Schaum gebildet und werden in Hinblick auf möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit ausgewählt.

Bei dem zugrunde liegenden 5-Kammerprofil wurden drei Innenwände des Kunststoffprofils entfernt, welche ursprünglich die Hauptkammer, in welche das U-förmige Versteifungseisen einschiebbar war, und weitere Kammern gebildet haben.
Das Verbundprofil als Verstärkungselement 1, 2 nach 22 bis 25 weist fünf Schichten 30, 31, 32, 33, 34 auf.
Für die Anwendung derartiger 5-Schicht-Verbundprofile ist es zweckmäßig, die Kunststoffprofile 10 zu vereinfachen, das heißt extrusionsfreundlicher zu gestalten (sieh 24 und 25). Diese Kunststoffprofile 10 weisen nur drei Kammern auf, d. h. nur zwei Innenwände, welche für die Stabilität und Funktion der Kunststoffprofile 10 erforderlich sind. Im Vergleich zur ursprünglichen Profilform wurden zwei oder drei Innenkammern oder Innenwände weggelassen, wodurch das Profil-Metergewicht verringert wird und eine höhere Extrusionsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Trotzdem wird die Wärmedämmwirkung des Profilsystems letztendlich nicht vermindert, weil die äußeren Schaumlagen des Verbundprofils 30, 31, 32, 33, 34 die Dämmfunktion der ursprünglichen Innenkammern übernehmen und sogar verbessern.
Die Verbundprofile als Verstärkungselemente 1, 2 für das Rahmenprofil nach 24 oder für das Flügelprofil nach 25 entstehen durch Befräsen der Schaum-Anteile aus dem Verbundprofil nach 23. Hierbei ist zu beachten, dass die „Passgenauigkeit” zwischen PVC-Hauptprofil und den Schaumanteilen des Verbundprofils 1 sehr eng bemessen werden kann. Geringfügige räumliche Behinderungen können toleriert werden, weil der Schaum beim Einschieben des Verstärkungsprofils in das PVC-Profil entlang von kleinen vorspringenden Nasen vergleichsweise leicht abgeschert und/oder eingedrückt werden kann. Das heißt, das Verstärkungselement 1 hat einen sehr engen Kontakt mit dem PVC-Profil und unterstützt dieses unmittelbar großflächig oder zumindest linienförmig. Das Verschrauben der beiden Kunststoffprofile 10 kann daher vereinfacht werden, d. h. es genügen weniger Schrauben mit größeren Abständen zueinander. Außerdem erhöht sich die Wärmedämmwirkung, wenn die Schaumeinlage entlang mehrere Linien direkt am PVC-Profil anliegt, weil kein Luftaustausch über größere Entfernungen erfolgen kann, der Wärmetransport infolge Konvektion wird verringert.
Neben der Verbesserung der mechanischen Steifigkeit durch Verstärkungselemente 1, 2 ist die Verbesserung der Wärmedämmwirkung von Bedeutung. Liegen z. B. die Verstärkungselemente 1, 2 parallel zur Glasebene, hat die Wärmeleitung dieser Verstärkungsmaterialien nahezu keinen Einfluss auf die gewünschte Dämmwirkung, welche in senkrechter Richtung zur Glasebene relevant ist. Lediglich durch Wegfall von Wärmebrücken quer zur Glasebene wird auch noch keine besondere Verbesserung der Wärmedämmwirkung erzielt, weil durch Luftkonvektion, welche in Kammern mit lichten. Weiten größer etwa 8 mm deutlich wirksam ist, ein guter Wärmeaustausch weiterhin gewährleistet ist. Es ist daher zweckmäßig, große Hohlkammern zu vermeiden.
Als erste Variante scheint das Einfügen zusätzlicher Innenwände gut geeignet zu sein. Nachteile hierbei sind jedoch:

– eine Erhöhung der Kammeranzahl über 6 hinaus ist kaum mehr wirksam, dadurch ist das Nutzen/Kostenverhältnis sehr angespannt.
– das Metergewicht nimmt deutlich zu und
– das Abführen der Wärme aus dem Profilinneren während der Extrusion wird zunehmend aufwendiger (Reduzierung der Extrusionsgeschwindigkeit oder Verlängerung der Kühlstrecke), so dass
– die Fertigungskosten überproportional zunehmen.

Es ist möglich, die Kammern mit Isolierschäumen auszufüllen. Isolierschäume mit sehr niedriger Dichte verhindern wirksam die Luftkonvektion und haben „wenig wärmeleitende Masse”, so dass auch kaum Wärmeleitung auftritt.
Gut isolierende Schäume sind aus wirtschaftlicher Sicht nicht gleichzeitig mit der Profilextrusion in das Profil einzubringen, da die gewünschte schlechte Wärmeleitung den Kalibrier- und Kühlvorgang deutlich verlängert und im Zuge des Extrusionsvorganges nur eine sehr eingeschränkte Schaumspezifikation zum Einsatz kommen kann. Zweckmäßiger ist es, die Prozesse für die Schaumherstellung einerseits und für die Profilextrusion andererseits getrennt zu optimieren und erst die jeweiligen Halbzeuge zusammen zu führen.
Als Vorteile hierbei zu sind zu sehen:

– keine Einschränkung der Schaumherstellung hinsichtlich Dichte und Produktionsgeschwindigkeit durch den (vergleichsweise langsamen) Extrusionsprozess.
– d. h., die Materialtype kann weitgehend frei gewählt werden, z. B. Polystyrol- oder PE-Schaum
– Optimierungsmöglichkeit hinsichtlich Recycling: Keine stoffliche Verbindung zwischen PVC und Schaum. Späteres Trennen ist aufgrund der extrem unterschiedlichen Dichten leicht möglich.
– geringe Lagerhaltungskosten: Aus vergleichsweise billigen Schaumblöcken können sehr kosteneffizient direkt an der „Fügemaschine” mittels Drahtschneiden, Sägen oder Fräsen die momentan benötigten Konturen und Längen gefertigt werden und unmittelbar danach in das Kunststoffprofil 10 eingeschoben werden.
– selbst der Extrusionsprozess kann kostengünstiger gestaltet werden, wenn Innenwände der Kunststoffprofile 10 entfernt werden, weil deren Aufgabe von eingelegten Schaumprofilen übernommen wird!

Prinzipiell ist es möglich, die Schaumzuschnitte in die 6 m langen Profilstangen einzuschieben oder erst im Zuge des Konfektionierprozesses in die abgelängten und auf Gehrung geschnittenen Rahmenteile einzuschieben. Eine entsprechende automatische Herstellung der Schaumzuschnitte und automatische Einbringung in das Kunststoffprofil 10 spricht eher für das Kombinieren im Zuge der Profilfertigung. Komplikationen bei der Konfektionierung sind dann nicht zu erwarten. Schäume aus PS oder PE haben niedrigere oder gleiche Schmelzpunkte als PVC mit ca. 200°C, so dass sie beim Anwärmen für das Eckenschweißen ebenfalls erweichen und eher zusätzlich als Schweißfläche wirken können.
Beim Konfektionieren von Fenstern werden aus den Profilstangen, welche üblicherweise eine Länge von 6 m aufweisen, die zur Bildung der Fensterrahmen benötigten Längen unter 45°, auf Gehrung, abgeschnitten. Aus jeweils vier Rahmen-Profilen wird dann ein rechteckiger Rahmen geschweißt. Dabei werden die Fügeflächen zunächst auf die Schweißtemperatur, ca. 200°C, erhitzt und anschließend zusammen gepresst. Dabei entsteht je Profil-Fügefläche ein Abbrand von ca. 3 mm. „Abbrand” ist jedoch nicht wörtlich zu verstehen, das bedeutet, die erweichte Kunststoffmasse verformt sich plastisch und bildet einen Wulst, welcher anschließend an den Sichtflächen wieder abgetragen wird.
Das Material der Verstärkungselemente 1, 2 hat daher auch eine Auswirkung auf den Konfektionierprozess. Der Ablängvorgang, das Gehrungsschneiden, muss an das Material angepasst werden. Bei Stahl sind dann keine Sägeblätter mit Hartmetall-Zähnen anwendbar. Hier steht mit Trennschleifen eine kostengünstige Variante zur Verfügung. Die übrigen erwähnten Materialien sind nahezu ohne Veränderung des Prozesses weiterhin mit den Hartmetall-Kreissägeblättern zu trennen.
Beim Schweißvorgang bewirkt die angestrebte hohe Verstärkungswirkung der Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 dann eine Behinderung. Die bei der Schweißtemperatur für den Kunststoff (PVC) unverändert harten Streifen liegen jeweils genau gegenüber und verhindern die Verkürzung der Kunststoffprofile 10 durch den Abbrand. Daher ist es sinnvoll, die Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 vor dem Verschweißen gegenüber der Gehrungsschnittfläche zurückzusetzen.
In 26 ist eine perspektivische Ansicht eines auf Gehrung abgeschnittenen Kunststoffprofils 10 mit zwei Verstärkungselementen 1, 2 z. B. aus Aluminium- oder Stahlblech oder GFK in Bandform dargestellt.
Das Zurücksetzen der harten Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 erfolgt vorteilhafterweise unmittelbar nach dem Gehrungsschneiden, noch in der gleichen Aufspannung der Kunststoffprofile 10. Zu diesem Zeitpunkt ist die Lage des Kunststoffprofils 10 und der Schnittfläche exakt bekannt und festgelegt, so dass mittels Fräs- oder Schleifvorgang die benötigten Flächenanteile exakt bearbeitet werden können. Das kann durch einen Schaft- oder Stirnfräser erfolgen, welcher beispielsweise programmgesteuert die benötigten Konturen abfährt. Gut geeignet ist ein Hochgeschwindigkeits-Fräsaggregat, da dabei nur geringe Kräfte auf das Werkstück übertragen werden und dadurch ein Flattern oder Vibrieren im Falle von dünnen Blechen vermindert wird. Außerdem kommen beim Hochgeschwindigkeitsfräsen Fräser mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser zum Einsatz.
In 27 ist das freigestellte (d. h. freigefräste Verstärkungselement 1) dargestellt.
In analoger Weise könnten auch eingebrachte Drähte 4, 5 bearbeitet werden. In 28 und 29 ist das Zurücksetzen der Drähte dargestellt.
Auch hierfür eignet sich ein Hochgeschwindigkeits-Fräsaggregat sehr gut. Der Fräser ist achsparallel zum Kunststoffprofil 10 ausgerichtet, über eine geeignete, programmierbare Wegsteuerung werden die erforderlichen Positionen angefahren.
Alternativ kann auch ein Säge- oder Trennschleifverfahren angewendet werden, wobei in die Gehrungsebene durchgehende Schlitze mit etwa 2 mm Tiefe ausgebildet werden, wie dies in 30 und 31 dargestellt ist. D. h., in der Ebene der Verstärkungselemente 1, 2 (hier als Verstärkungsband ausgebildet) werden auch die eigentlich für den Schweißvorgang geeigneten Kunststoff-Anteile entfernt. Das ist aber kein Nachteil, da beim Schweißvorgang diese „Lücken” im Zuge der Wulstbildung ohnehin wieder mit Kunststoff aus den benachbarten Bereichen aufgefüllt werden.
Üblicherweise erfolgt die Eckverbindung bei Kunststofffenstern durch Verschweißen der Kunststoffprofile 10. Werden die Kunststoffprofile 10 entsprechend dieser Erfindung mit Verstärkungselementen 1, 2, 4, 5 (Bänder aus Metall, Leisten, Drähte etc.) verstärkt, können diese auch für die Eckverbindung herangezogen werden. Da insbesondere die Metallkomponenten örtlich viel größere Kräfte übertragen können als der Kunststoff, kann die erforderliche Eckfestigkeit dadurch gewährleistet werden, dass nur diese Metallkomponenten untereinander haltbar verbunden werden. Diese Verbindung kann entweder durch Verschweißen untereinander oder durch Verkleben mit einem Einlegeteil erfolgen. Der Kunststoff selbst muss dann nicht an der Verbindung beteiligt werden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass der Kunststoff keinen Schweißwulst bildet und dieser in der Folge auch nicht durch das sogenannte „Eckenputzen” mühsam wieder entfernt und/oder zu einer gefälligen Form gefräst oder abgezogen werden muss.
In diesem Fall werden die Metallbänder oder -Drähte nicht gegenüber der Gehrungsfläche zurückgesetzt, sondern selbst untereinander verbunden. Dieses Verbinden kann entweder mechanisch erfolgen oder durch Verschweißen.
Mechanisch: Einpressen der Enden der Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 (Draht- oder Versteifungsbänder-Enden) in Einlegeteile. Durch entsprechende Ausführung der Einlegeteile mit „Widerhaken und Federwirkung” ist ein Fügen mit mäßigem Kraftaufwand möglich. Ein Öffnen erfordert dann einen sehr großen Kraftaufwand. Eine Unterstützung der Festigkeit durch Kleben ist natürlich auch möglich.
Verschweißen: Z. B. Wärmeimpulsschweißen ähnlich Punktschweißen: Die Elektroden werden an die in der Nut von außen zugänglichen Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 (Drähte, Bänder etc.) angelegt. Werden die Gehrungsflächen in Kontakt gebracht, entsteht an der Kontaktfläche eine elektrisch leitende Verbindung bei großem Widerstand – es entsteht kurzfristig ein Lichtbogen, der zur Verschweißung führt.
Z. B. Laserschweißen: Die Gehrungsflächen werden gefügt, so dass auch die Stirnfläche der Metall-Verstärkungsdrähte oder -Bänder in Kontakt kommen oder nur einen sehr engen Spalt bilden. Der Schweiß-Laser wird so geführt, dass das Metall in der Fügefläche aufschmilzt und verschweißt. In Zusammenhang mit den Figuren wurden unterschiedliche Ausführungsformen für Verstärkungselemente 1, 2, 4, 5 dargestellt, wobei in jedem Kunststoffprofil 10, 20 jeweils nur eine einheitliche Bauform zum Einsatz kam. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich aber auch auf Kombinationen der hier beispielhaft dargestellten Ausführungsformen. So kann z. B. ein Rand eines bandförmigen Verstärkungselementes 1, 2 als Haltelement 3 eine Wellenstruktur aufweisen, der andere Rand als Halteelement 3 eine Sägezahnstruktur.
Bezugszeichenliste

1: erstes Verstärkungselement
2: zweites Verstärkungselement
3: Halteelemente
4: drittes Verstärkungselement (Draht)
5: viertes Verstärkungselement (Draht)
10: erstes Kunststoffprofil
11: erste Kammer in Kunststoffprofil
12: zweite Kammer in Kunststoffprofil
20: zweites Kunststoffprofil
30: Kernschicht
31: erste Verstärkungsschicht
32: zweite Verstärkungsschicht
33: erste Deckschicht
34: zweite Deckschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008008343 A1 [0006]
DE 19933099 A1 [0007]
EP 0153758 [0048]
EP 0153758 A2 [0089]

Claims

Verbundprofil, insbesondere für Fenster und Türen, mit einem extrudierten Kunststoffprofil (10, 20) und mindestens einem mit diesem weitgehend schubfest verbunden Verstärkungselement (1, 2, 4, 5), gekennzeichnet durch mindestens ein Haltelement (3) am Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) zur Herstellung einer stoff-, reib- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) und Kunststoffprofil (10), wobei das Haltelement (3) in der Ebene des Verstärkungselementes (1, 2, 3, 4) sowohl in Quer- und Längsrichtung des Verstärkungselements (1, 2, 4, 5) wirkt.
Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) aus Metall, bevorzugt Stahl oder Aluminium, aus glasfaserverstärktem Kunststoff, bevorzugt unidirektional verstärktem Duroplast, wie z. B. ungesättigtem Polyester- oder Epoxidharz, oder aus Holz, bevorzugt Fichtenholz, besteht.
Verbundprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (3) eine Profilierung, eine Rändelung, eine durch Einschnitte und/oder Ausstanzungen erzeugte Struktur, eine Wellenstruktur, eine Sägezahnstruktur, eine Kerbungsstruktur, eine Klebung und/oder eine erhitzbare Stelle aufweist.
Verbundprofil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben und/oder Einschnitte als Haltelemente (3) quer und/oder schräg zur Längsrichtung des Verstärkungselementes (1, 2, 4, 5) angeordnet sind.
Verbundprofil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) als Band, als Leiste und/oder als Draht ausgebildet ist.
Verbundprofil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmwirkung und/oder die Biegsteifigkeit durch Einschieben von vorgefertigten Verbundprofilen (30, 31, 32, 33, 34) in eine oder mehrere Kammer erhöht wird.
Verbundprofil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) Teil eines Verbundprofils mit mindestens vier Schichten, nämlich einer Kern-Schaumschicht (30), zwei mit dieser schubfest verbunden Deckschichten (31, 32) hoher Steifigkeit und mindestes einer Schicht (33, 34) aus Isolierschaum ist, die auf eine der Deckschichten (31, 32) aufgeklebt ist.
Verstärkungselement (1, 2, 4, 5) eingerichtet und ausgebildet zur Verwendung in einem Verbundprofil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes nach Anspruch 8 oder zur Verwendung in einem Verbundprofil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (3) durch eine plastische Verformung, insbesondere Rändeln oder Prägen und/oder durch ein Umformen, insbesondere durch Einrollen und/oder Einpressen von Rillen oder Wellen bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (1, 2, 4, 5) im Zuge der Extrusion des Kunststoffprofils (10, 20) durch eine Düse eingebracht und in das Kunststoffprofil (10, 20) eingebettet werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (1, 2, 4, 5) erst nach dem weitgehenden Abkühlen des Kunststoffprofils (10, 20) in von außen zugängliche Nuten in des Kunststoffprofil (10, 20) eingepresst werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Kunststofffenstern mittels Eckenschweißverfahren eingebettete Verstärkungselemente (1, 2, 4, 5) nach dem Ablängen und Gehrungsschneiden zusätzlich in der gleichen Aufspannung in der Gehrungssäge mittels Fräs- oder Sägevorgang zurückgesetzt werden, um den Schweißvorgang nicht räumlich zu behindern.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung von Flügel- und Blendrahmen die eingebetteten Verstärkungselemente (1, 2, 4, 5) selbst maßgeblich zur Eckenverbindung herangezogen werden, indem diese untereinander durch Verschweißen und/oder Einpressen in einen Einlegeteil verbunden werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass die Verstärkungselemente (1, 2, 4, 5) erst im Zuge der Fensterkonfektionierung zur Ausbildung der Flügel- oder Blendrahmen in von außen zugänglichen Nuten der Kunststoffprofile eingepresst werden, und diese ohne Unterbrechung um zumindest eine Ecke des gebildeten Rahmens laufen, so dass ein Beitrag zur Eckverbindung geleistet wird.