DE102010049099A1

DE102010049099A1 - Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile sowie Hohlkammerprofil

Info

Publication number: DE102010049099A1
Application number: DE102010049099A
Authority: DE
Inventors: Torsten Wagner
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: WO2012052142A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial (3) in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofile. Im Wege eines Extrusionsverfahrens erfolgt die Formgebung des mindestens eine Hohlkammer (2, 2') aufweisenden Hohlkammerprofils (1). In die mit Schaummaterial (3) zu befüllende Hohlkammer (2) wird eine verformbare Trennwandung (4) eingebracht, die die Hohlkammer (2) in mindestens zwei Bereiche (5, 6) unterteilt. Danach wird in einen von Hohlkammerwandung (7) und Trennwandung (4) begrenzten Schäumbereich (5) Schaummaterial (3) eingebracht und durch den beim Schaumvorgang entstehenden Überdruck wird die Trennwandung (4) derart verformt, dass sich der Schäumbereich vergrößert und dadurch eine durch den Schaumvorgang bedingte Deformation des Hohlkammerprofils vermieden wird. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Hohlkammerprofil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofile.
In der Literatur sind verschiedene derartige Verfahren beschrieben. So ist beispielsweise aus der DE 100 35 649 A1 bekannt, nach der Erzeugung des Hohlkammerprofils über einen durchgehenden Schlitz in der Profilwandung Schaummaterial mittels einer feststehenden Lanze in eine Hohlkammer einzubringen.
Die WO 2009/062986 A1 sowie die DE 197 31 163 A1 beschreiben direkte Online-Verfahren, bei denen die Einbringung des Schaummaterials unmittelbar in die Extrusion des Hohlkammerprofils integriert ist.
Aus der DE 43 31 816 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Schaumstoffstreifen nachträglich in das Hohlkammerprofil eingeschoben werden.
Bei der Ausschäumung von extrudierten Hohlkammerprofilen besteht grundsätzlich das Problem, dass es aufgrund des beim Schaumvorgang entstehenden Überdrucks zu einer Deformation der Hohlkammergeometrie kommen kann. Dies kann dazu führen, dass sich die Hohlkammerprofile beispielsweise ausbeulen oder verbiegen, insgesamt also nicht mehr die für eine ordnungsgemäße Verarbeitung notwendige Maßgenauigkeit besitzen. Dieses Problem ist insbesondere dann zu beobachten, wenn ein chemischer Schaumvorgang vorgesehen ist, beispielsweise zur Herstellung von Polyurethan. Bei der Herstellung von Polyurethan werden die beiden Komponenten Polyisocyanat und Polyol in die Hohlkammer eingebracht und nehmen dort zunächst ein vergleichsweise geringes Volumen ein. Aufgrund der chemischen Reaktion zwischen diesen beiden Komponenten kommt es jedoch dann zu dem beabsichtigten Schaumvorgang, der mit der Entstehung eines großen Überdrucks einhergehen kann. Insbesondere bei endlosen Extrusionsprofilen besteht daher die Problematik, dass sich dieser Überdruck oft nur über die zuvor beschriebene Deformation des Hohlkammerprofils abbauen kann, weshalb die prozesstechnische Beherrschung des Ausschäumvorgangs bei Extrudaten häufig sehr schwierig ist. Auch bei physikalischen Schaumvorgängen kann aufgrund des für die physikalische Schäumung erforderlichen Prozessdrucks eine Deformation der Hohlkammerwandung nicht ausgeschlossen werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile anzugeben, bei dem eine Deformation des Hohlkammerprofils aufgrund des Schaumvorgangs sicher vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofile,

– wobei im Wege eines Extrusionsverfahrens die Formgebung des mindestens eine Hohlkammer aufweisenden Hohlkammerprofils erfolgt,
– wobei in die mit Schaummaterial zu befüllende Hohlkammer eine verformbare Trennwandung eingebracht wird, die die Hohlkammer in mindestens zwei Bereiche unterteilt,
– wobei danach in ein von Hohlkammerwandung und Trennwandung begrenzten Schäumbereich Schaummaterial eingebracht wird und
– wobei durch den beim Schaumvorgang entstehenden Überdruck die Trennwandung derart verformt wird, dass sich der Schäumbereich vergrößert und dadurch eine durch den Schaumvorgang bedingte Deformation des Hohlkammerprofils vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird über die Trennwandung sozusagen ein „Pufferbereich” erzeugt, welcher nicht ausgeschäumt wird und sich zwecks Vermeidung eines zu hohen Drucks in der Hohlkammer beim Schaumprozess verkleinert. Der Abbau des beim Schaumvorgang entstehenden Überdrucks erfolgt entsprechend über eine Deformation der Trennwandung, welche eine Vergrößerung des auszuschäumenden Bereiches gewährleistet.
Die Trennwandung kann als knickbarer Steg, vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Weich-PVC, ausgebildet sein. Die Dicke des Steges beträgt vorzugsweise ... bis ... mm.
Der Steg kann während des Schaumvorgangs ein- oder mehrfach geknickt werden und sich hierbei vorzugsweise an die Wandung des nicht ausgeschäumten Bereiches der Hohlkammer anlegen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass der Steg bereits vor der Schaumeinbringung mindestens einen Knick aufweist. Während des Schaumvorganges kommt es zu einer Veränderung des Knickwinkels, die mit einer Vergrößerung des auszuschäumenden Bereiches einhergeht. So kann beispielsweise der Knick im nicht ausgeschäumten Zustand der Hohlkammer dem auszuschäumenden Bereich zugewandt sein. Während der Ausschäumung kommt es zu einer Streckung der Trennwandung, die mit einer Vergrößerung des auszuschäumenden Bereiches einhergeht.
Alternativ kann die Trennwandung auch als Folie ausgebildet, also entsprechend dünnwandig sein. Zweckmäßigerweise ist die Trennwandung in die Hohlkammer eingeklemmt. Die Trennwandung kann entweder im Rahmen eines Co-Extrusionprozesses gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil extrudiert werden oder aber alternativ auch als bereits vorgefertigtes Profil in den Extruder einlaufen.
Zweckmäßigerweise liegt die Trennwandung nach dem Schaumvorgang zumindest nicht vollflächig an der Hohlkammerwandung an, so dass in der Hohlkammer mindestens ein nicht ausgeschäumter Bereich verbleibt.
Das Hohlkammerprofil kann bereichsweise oder vollflächig aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, wobei als Verstärkungsmaterialien insbesondere Mineral-(z. B. Glas-) und/oder Carbon- und/oder Aramid- und/oder Basaltfasern verwendet werden können. Die Verstärkungsmaterialien können die bei Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofilen üblicherweise erforderliche Stahlarmierung entbehrlich machen, wodurch sich der innere freie Profilraum, der zur Befüllung mit wärmedämmendem Schaummaterial genutzt werden kann, vergrößert. Die Verwendung von unverstärktem Kunststoffmaterial wird hierdurch jedoch selbstverständlich nicht ausgeschlossen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass nach der Formgebung des Hohlkammerprofils in eine Außenwandung des mit Schaummaterials zu befüllenden Hohlkammer mindestens eine Öffnung eingebracht wird, wobei danach ebenfalls im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens mittels einer in Extrusionsrichtung mitgeführten Vorrichtung die Einbringung von Schaummaterial durch die Öffnung in die zu befüllende Hohlkammer erfolgt. Mit dieser Maßnahme wird eine Online-Ausschäumung sichergestellt, ohne dass hierbei verfahrenstechnische Probleme auftreten, wie sie bei einer unmittelbaren Integration der Schaummaterialeinbringung in den Extrusionsprozess (z. B. gemäß WO 2009/062986 A oder DE 197 31 163 A1 ) häufig festzustellen sind. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung insbesondere für einen sequenziellen Herstellungsprozess eignet, bei dem zunächst das Hohlkammerprofil erzeugt wird und erst danach die Ausschäumung erfolgt. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lehre bei direktem Online-Verfahren, bei dem die Einbringung des Schaummaterials unmittelbar in den Extrusionsprozess des Hohlkammerprofils integriert ist (sh. vorgenannte Druckschriften), soll hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen werden.
Als zusätzliche Maßnahme zur Verhinderung eines, durch den Schaumvorgang bedingten, zu großen Überdrucks kann zweckmäßigerweise die vom Schaummaterial in der Hohlkammer verdrängte Luft über mindestens einen Entlüftungskanal in mindestens eine benachbarte Hohlkammer entweichen. Hierbei kann über vergleichsweise einfach herzustellende Entlüftungskanäle die vom Schaummaterial während des Schaumvorgangs verdrängte Luft in die benachbarte Hohlkammer abströmen, wodurch der Aufbau eines unzulässig hohen Überdrucks während des Schaumvorgangs vermieden wird. Entsprechend unterstützt diese Maßnahme die Wirkung der erfindungsgemäßen Trennwandung. Durch die benachbarte Hohlkammer kann die vom Schaummaterial verdrängte Luft problemlos abströmen, insbesondere wenn die benachbarte Hohlkammer selbst nicht ausgeschäumt wird. In der Regel werden die Entlüftungskanäle in Extrusionsrichtung in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Vorzugsweise werden die Entlüftungskanäle während der Extrusion des Hohlkammerprofils erzeugt, beispielsweise mittels einer getakteten Stanzvorrichtung im Werkzeug. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass in die Hohlkammer so viel Schaummaterial eingebracht wird, dass überschüssiges Schaummaterial über den Entlüftungskanal in eine benachbarte Hohlkammer entweicht. Die Entlüftungskanale können die Form von länglichen Schlitzen aufweisen, welche einerseits fertigungstechnisch vergleichsweise einfach herstellbar sind und andererseits eine vernachlässigbare mechanische Schwächung des Profils zur Folge haben.
Alternativ hierzu oder ergänzend kann an mindestens einer Innenseite der auszuschäumenden Hohlkammer auch mindestens ein Verstärkungsband angeordnet werden, wobei danach das Schaummaterial in die zu befüllende Hohlkammer eingebracht wird und wobei durch das Verstärkungsband eine Deformation der Hohlkammer aufgrund des beim Schaumvorgangs entstehenden Überdrucks vermieden wird. Auch hier dient entsprechend die Anordnung des Verstärkungsbandes zu einer Unterstützung der Wirkung der erfindungsgemäßen Trennwandung. In Analogie zur Trennwandung kann auch hier das Verstärkungsband entweder gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil koextrudiert werden oder ein bereits fertiges Verstärkungsband in den Extruder einlaufen. Das Verstärkungsband kann aus Metall oder aber alternativ auch aus Kunststoff bestehen. Es besitzt beispielsweise eine Wandstärke von ... bis ... mm.
Vorzugsweise besteht das Schaummaterial aus einem organischen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Hierbei können insbesondere Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polyurethan oder Mischungen zweier oder mehr der genannten Materialen verwendet werden. Die Wärmeleitfähigkeit des Schaummaterials λ beträgt vorzugsweise 0,02 bis 0,04 W/mK. Dies gewährleistet eine nachhaltige Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften des gesamten Hohlkammerprofils. Alternativ kann das Schaummaterial auch anorganisch sein.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 13.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
1a, b ein erfindungsgemäß hergestelltes Hohlkammerprofil in der Querschnittsdarstellung,
2, 3 weitere Ausführungsformen der Erfindung in einer der 1a, b entsprechenden Darstellung und
4 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils.
1a, b zeigt ein Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofil 1 aus Kunststoff, vorzugsweise Hart-PVC, in der Querschnittsdarstellung. Das Hohlkammerprofil 1 weist mehrere Hohlkammern 2, 2' auf, wobei eine Hohlkammer 2 mit Schaummaterial 3 befüllt wird. In die hier mit Polyurethan-Schaummaterial 3 zu befüllende Hohlkammer 2 wurde eine verformbare Trennwandung 4 eingebracht. Diese kann entweder gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil 1 koextrudiert werden oder als bereits vorgefertigtes Profil in den Extrusionsprozess einlaufen. Die Trennwandung 4 unterteilt die Hohlkammer 1 in zwei Bereiche 5, 6, wobei danach in einen von Hohlkammerwandung 7 und Trennwandung 4 begrenzten Bereich 5 das Schaummaterial 3 eingebracht wird. Aufgrund der chemischen Reaktion von Polyisocyanat mit Polyol dehnt sich das Schaummaterial 3 aus und ein Überdruck entsteht. Die Trennwandung 4 ist als knickbarer Steg ausgebildet und besteht aus Weich-PVC. 1a ist zu entnehmen, dass der Steg 4 vor der Schaumeinbringung bereits einen Knick 8 aufweist. Durch den Überdruck wird die Trennwandung 4 derart verformt (sh. 1b), dass sich der auszuschäumende Bereich 5 vergrößert und dadurch während des Ausschäumvorgangs eine Deformation des Hohlkammerprofils 1 aufgrund des Überdrucks vermieden wird. Hierbei wird der in 1a dargestellte Knickbereich 9 zum nicht ausgeschäumten Bereich 6 hin gedrückt. Mit zunehmender Ausschäumung der zu befüllenden Hohlkammer 2 legt sich der Steg 4 an immer mehr Stellen an die Hohlkammerwandung 7' im nicht auszuschäumenden Bereich 6 an, wodurch sich nach und nach eine immer weitergehende Ausdehnung des auszuschäumenden Bereiches 5 einstellt. Nach Beendigung des Ausschäumvorgangs (1b) liegt die Trennwandung 4 an mehreren Stellen an der Hohlkammerwandung 7' an und es verbleiben lediglich kleine nicht ausgeschäumte Bereiche 6'.
Bei dem 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die auszuschäumende Hohlkammer 2 über mehrere Entlüftungskanäle 10 mit einer benachbarten Hohlkammer 2' verbunden, in die während des Schaumvorgangs verdrängte Luft über die Entlüftungskanäle 10 entweichen kann. Hierdurch wird eine zusätzliche mechanische Entlastung des Hohlkammerprofils 1 während des Schaumvorgangs gewährleistet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind an zwei Innenseiten 11 der auszuschäumenden Hohlkammer 2 zusätzlich ein Verstärkungsband 12 angeordnet. Bei der Befüllung der Hohlkammer 2 mit Schaummaterial 3 wirkt dieses Verstärkungsband 12 ergänzend als Armierung und daher ebenfalls einer Deformation des Hohlkammerprofils 1 während des Schaumvorgangs entgegen.
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils 1. Zunächst erfolgt in einem Extruder 13 im Wege eines Extrusionsverfahrens die Formgebung des mehrere Hohlkammern (nur die auszuschäumende Hohlkammer 2 ist dargestellt) aufweisenden Kunststoff-Hohlkammerprofils 1. Der Kunststoff ist bereichsweise mit Glasfasern verstärkt, so dass eine Stahlarmierung des Hohlkammerprofils 1 nicht erforderlich ist. Gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil 1 wird die erfindungsgemäße Trennwandung 4 koextrudiert (nicht dargestellt). Nach der Formgebung wird das Hohlkammerprofil 1 zunächst mit Hilfe eines Kalibers 14 kalibriert, um die Produktmaße des Profils 1 zu fixieren. Danach werden mit einer Öffnungserzeugungseinrichtung 15 im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens in einer Außenwandung 16 der mit Schaummaterial 3 zu befüllenden Hohlkammer 2 in bestimmten, vorzugsweise äquidistanten, Abständen Öffnungen 17 eingebracht. Diese werden spanlos – mechanisch oder thermisch – erzeugt, wobei die Öffnungserzeugungseinrichtung 15 z. B. als Stanzwerkzeug oder aber auch als Laser ausgebildet sein kann. Danach wird ebenfalls im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens mittels einer in Extrusionsrichtung x mitgeführten Vorrichtung 18 Schaummaterial 3 durch die Öffnung 17 in die zu befüllende Hohlkammer 2 eingebracht. Unmittelbar nach der Einbringung des Schaummaterials 3 werden die Öffnungen 17 mit Hilfe einer Verschlussvorrichtung 19 mit einer Kappe oder durch Aufbringung von Heißkleber verschlossen (nicht näher dargestellt). Dieses Verschließen erfolgt ebenfalls online innerhalb des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens. Die Öffnungen 17 werden an einer Nicht-Sichtfläche des Hohlkammerprofils 1 erzeugt, um dessen optisches Erscheinungsbild nicht zu beeinträchtigen. Abschließend wird das mit Schaummaterial 3 gefüllte Hohlkammerprofil 2 mit einer (nicht dargestellten) Schneideinrichtung abgelängt. Die Vorrichtung 18 zur Einbringung von Schaummaterial 3 weist eine (nicht näher dargestellte) Einrichtung auf, die eine Mitführung der Vorrichtung 18 parallel zur Extrusionsrichtung x sicherstellt. Dabei kann die Einrichtung beispielsweise in einer ortsfesten, parallel zur Extrusionsrichtung x verlaufenden Schiene laufen und/oder in die Öffnung 17 eingehakt sein. Sobald ein der jeweiligen Öffnung 17 zugewiesener Bereich der Hohlkammer 2 ausgeschäumt ist, fährt die Vorrichtung 18 entgegen der Extrusionsrichtung x wieder zurück und geht zur Befüllung des nächsten Hohlkammerbereiches über die nächste Öffnung 17 über.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10035649 A1 [0002]
WO 2009/062986 A1 [0003]
DE 19731163 A1 [0003, 0015]
DE 4331816 A1 [0004]
WO 2009/062986 A [0015]

Claims

Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial (3) in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofile, – wobei im Wege eines Extrusionsverfahrens die Formgebung des mindestens eine Hohlkammer (2, 2') aufweisenden Hohlkammerprofils (1) erfolgt, – wobei in die mit Schaummaterial (3) zu befüllende Hohlkammer (2) eine verformbare Trennwandung (4) eingebracht wird, die die Hohlkammer (2) in mindestens zwei Bereiche (5, 6) unterteilt, – wobei danach in einen von Hohlkammerwandung (7) und Trennwandung (4) begrenzten Schäumbereich (5) Schaummaterial (3) eingebracht wird und – wobei durch den beim Schaumvorgang entstehenden Überdruck die Trennwandung (4) derart verformt wird, dass sich der Schäumbereich (5) vergrößert und dadurch eine durch den Schaumvorgang bedingte Deformation des Hohlkammerprofils (1) vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandung (4) als knickbarer Steg, vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel Weich-PVC, ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Steg (4) während des Schaumvorgangs ein- oder mehrfach geknickt wird und sich hierbei vorzugsweise an die Hohlkammerwandung (7') des nicht ausgeschäumten Bereichs (6) anlegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) bereits vor der Schaumeinbringung mindestens einen Knick (8) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandung (4) als Folie ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandung (4) in die Hohlkammer (2) eingeklemmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandung (4) nach dem Schaumvorgang zumindest nicht vollflächig an der Hohlkammerwandung (7') anliegt, so dass in der Hohlkammer (2) mindestens ein nicht ausgeschäumter Bereich (6') verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil (1) bereichsweise oder vollständig aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Formgebung des Hohlkammerprofils (1) in eine Außenwandung (16) der mit Schaummaterial (3) zu befüllenden Hohlkammer (2) mindestens eine Öffnung (17) eingebracht wird, wobei danach ebenfalls im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens mittels einer in Extrusionsrichtung (x) mitgeführten Vorrichtung (18) die Einbringung des Schaummaterials (3) durch die Öffnung (17) in die zu befüllende Hohlkammer (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Schaummaterial (3) in der Hohlkammer (2) verdrängte Luft über mindestens einen Entlüftungskanal (10) in mindestens eine benachbarte Hohlkammer (2') entweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Innenseite (11) der auszuschäumenden Hohlkammer (2) mindestens ein Verstärkungsband (12) angeordnet wird, wobei danach das Schaummaterial (3) in die zu befüllende Hohlkammer (2) eingebracht wird und wobei durch das Verstärkungsband (12) eine Deformation der Hohlkammer (2) aufgrund des beim Schaumvorgang entstehenden Überdrucks vermieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (3) aus einem organischen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polyurethan oder Mischungen zweier oder mehr der genannten Materialien, besteht.
Hohlkammerprofil hergestellt nach einem der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–12.