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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Türhohlkammerprofile. Gegenstand der Erfindung ist ferner auch ein Hohlkammerprofil.
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Im Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Fenster- oder Türhohlkammerprofile zur Verbesserung der Wärmedämmung bekannt.
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Die
WO 2009/062986 A1 sowie die
DE 197 31 163 A1 beschreiben direkte Online-Verfahren, bei denen die Einbringung des Schaummaterials unmittelbar in den Extrusionsprozess des Hohlkammerprofils integriert ist. Derartige Verfahren sind jedoch verfahrenstechnisch sehr aufwendig und teuer. Darüber hinaus ist die Qualität der damit erhaltenen Ausschäumung häufig unbefriedigend.
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Aus der
DE 43 31 816 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Schaumstoffstreifen nachträglich in das Hohlkammerprofil eingeschoben werden.
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Die
DE 100 35 649 A1 zeigt ein Verfahren zur Ausschäumung von Fensterprofilen, bei dem nach der Profilerzeugung über einen durchgehenden Schlitz in der Profilwandung eine Einbringung von Schaummaterial mittels einer feststehenden Lanze, durch die das Schaummaterial strömt, erfolgt. Bei diesem Verfahren ist jedoch nachteilig, dass nach dem Befüllvorgang in einem weiteren Arbeitsgang ein Verschließen des durchgehenden Schlitzes erforderlich ist, um ein geschlossenes Hohlprofil zu erhalten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile anzugeben, welches einfach durchführbar ist und eine qualitativ hochwertige Ausschäumung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Hohlkammerprofile, insbesondere Fenster- oder Türhohlkammerprofile,
- – wobei zunächst im Wege eines Extrusionsverfahrens die Formgebung des mindestens eine Hohlkammer aufweisenden Hohlkammerprofils erfolgt,
- – wobei danach im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens in eine Außenwandung mindestens einer mit Schaummaterial zu befüllenden Hohlkammer mindestens eine Öffnung eingebracht wird und
- – wobei danach ebenfalls im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens mittels einer in Extrusionsrichtung mitgeführten Vorrichtung eine Einbringung von Schaummaterial durch die Öffnung in die zu befüllende Hohlkammer erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Integration des Ausschäumvorgangs in das kontinuierliche Fertigungsverfahren (Online-Schaumvorgang) fertigungstechnische Vorteile bietet, da ein separater nachträglicher Arbeitsschritt zur Ausschäumung entfällt. Andererseits werden bei der erfindungsgemäßen Lehre die prozesstechnischen Nachteile umgangen, die bei einer unmittelbaren Integration des Schaumvorgangs in den Extrusionsprozess vorliegen. So wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst das Hohlkammerprofil hergestellt und danach – aber noch während sich das Extrusionsprofil in der Extrusionsstrecke befindet – eine Öffnung in die zu befüllende Hohlkammer eingebracht, durch die in das weiterhin in der Extrusionsstrecke voran laufende Profil das Schaummaterial eingebracht wird. Erfindungsgemäß erfolgt dadurch eine Entkoppelung der Prozessschritte Extrusion und Ausschäumung und eine Online-Ausschäumung ist dennoch sichergestellt. Hierdurch ist unter Bereitstellung eines vergleichsweise einfachen Herstellungsprozess ein kontinuierliches Ausschäumverfahren möglich. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, dass mehrere, beispielsweise nebeneinander liegende oder auch durch dazwischen liegende Hohlkammern voneinander getrennte Hohlkammern des Hohlkammerprofils ausgeschäumt werden.
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Die Vorrichtung zur Einbringung des Schaums kann in beliebiger Position in der Extrusionsstrecke integriert werden. Daher kann die Qualität des eingebrachten Schaums durch geeignete Wahl der Position der Vorrichtung in der Extrusionsstrecke optimiert werden.
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Das Schaumgefüge des eingebrachten/sich entwickelnden Schaums hängt von der Temperatur der Füllkavität ab. Beispielsweise ist bei einem PUR-Schaum die optimale Aufschäumtemperatur eine Temperatur der Kavität im Bereich 40°C bis 45°C. Dadurch kann ein homogenes Gefüge des Schaums bei geringer Dichte des Schaums (und damit gutem Dämmwert des Schaums), gleiche Rohdichtenverteilung und kurzer Reaktionszeit erzielt werden. Diese Bedingungen können durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt werden.
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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 Materialien 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.
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Die Öffnung, durch die das Schaummaterial in die zu befüllende Hohlkammer eingebracht wird, wird vorzugsweise spanlos erzeugt. Dies kann mit Hilfe eines Stanzvorgangs oder aber auch über einen thermischen Prozess, zum Beispiel durch Laserbeaufschlagung, erfolgen. Vorzugsweise wird die Öffnung unmittelbar nach der Einbringung des Schaummaterials wieder verschlossen, um ein Auslaufen von Schaummaterial zu verhindern. Dies kann mechanisch erfolgen, zum Beispiel durch das Anbringen einer entsprechenden Verschlusskappe oder durch Aufbringung von Heißkleber an der entsprechenden Stelle. Der Verschluss der Öffnung erfolgt vorzugsweise Online, wodurch ein Offline-Verschluss des Hohlkammerprofils außerhalb des kontinuierlichen Fertigungsprozesses jedoch nicht ausgeschlossen ist. Vorzugsweise wird die Öffnung an einer Nicht-Sichtfläche des Hohlkammerprofils erzeugt, so dass das optische Erscheinungsbild des Hohlkammerprofils durch die Öffnung nicht beeinträchtigt wird.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass das Hohlkammerprofil nach der Formgebung zunächst kalibriert wird, bevor die Einbringung von Schaummaterial erfolgt. Hierbei kommt insbesondere eine Trockenkalibrierung in Betracht. Die Kalibrierung ist eine dem Extruder nachgeschaltete Einheit, um das extrudierte Material auf die späteren Produktmaße zu fixieren. Dabei wird das noch schmelzeflüssige Material auf eine Temperatur abgekühlt, bei der eine nachträgliche Verformung nicht mehr möglich ist. Die vollständige Abkühlung erfolgt in der nachfolgenden Kühlstrecke. Durch die Einbringung des Schaummaterials nach der Kalibrierung ist sichergestellt, dass das Hohlkammerprofil aufgrund des Ausschäumvorgangs keine nachträgliche Deformation erleidet. Üblicherweise wird das mit Schaummaterial befüllte Hohlkammerprofil mit Hilfe einer Schneideinrichtung abschließend abgelängt.
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Das Hohlkammerprofil kann bereichsweise oder vollständig 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 Türhohlkammerprofilen üblicherweise erforderlichen Stahlarmierungen entbehrlich machen, wodurch sich der innere freie Profilhohlraum, der zur Befüllung mit Wärme dämmendem Schaummaterial genutzt werden kann, vergrößert. Die Verwendung von unverstärktem Kunststoffmaterial wird hierdurch jedoch selbstverständlich nicht ausgeschlossen.
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Die Vorrichtung zur Einbringung von Schaummaterial weist zweckmäßigerweise eine Einrichtung auf, die eine Mitführung der Vorrichtung parallel zur Extrusionsrichtung sicherstellt. Hierbei kann die Einrichtung in mindestens einer in Extrusionsrichtung verlaufenden ortsfesten Schiene laufen und/oder in die Öffnung eingehakt sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es z. B. auch, die Schaumeinbringung über eine Lanze mit abgeknicktem Lanzenende durchzuführen, wobei die Lanze im Knickbereich in die Öffnung des Hohlkammerprofils eingehakt wird.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die vom Schaummaterial verdrängte Luft über mindestens einen Entlüftungskanal in mindestens eine benachbarte Hohlkammer entweichen kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich beim Schaumverfahren kein unzulässig hoher Überdruck in der auszuschäumenden Kammer einstellt, der möglicherweise eine Deformation zur Folge hätte. Ein hoher Prozessdruck beim Schäumvorgang kann insbesondere – aber nicht nur – dann entstehen, wenn ein chemisches Schäumen erfolgt, beispielsweise mit Polyurethan. Die in der Regel in Extrusionsrichtung in gleichmäßigen Abständen angeordneten Entlüftungskanäle können während der Extrusion des Hohlkammerprofils erzeugt werden, beispielsweise über eine getaktete Stanzvorrichtung im Werkzeug. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass in die Hohlkammer soviel Schaummaterial eingebracht wird, dass überschüssiges Schaummaterial über den Entlüftungskanal in eine benachbarte Hohlkammer entweicht. Die Entlüftungskanäle 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.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass in die mit Schaummaterial zu befüllende Hohlkammer eine verformbare Trennwandung eingebracht wird, die die Hohlkammer in mindestens zwei Bereiche unterteilt, wobei danach in einen von Hohlkammerwandung und Trennwandung begrenzten Bereich das Schaummaterial eingebracht wird und wobei durch den beim Schaumvorgang entstehenden Überdruck die Trennwandung derart verformt wird, dass sich der auszuschäumende Bereich vergrößert und dadurch eine durch den Schaumvorgang bedingte Deformation des Hohlkammerprofils vermieden wird. Hierbei wird über die Trennwandung ein so genannter „Pufferbereich” erzeugt, welcher nicht ausgeschäumt wird und sich zwecks Vermeidung eines zu hohen Druckes in der Hohlkammer beim Schaumprozess während dieses Prozesses verkleinert. Die Trennwandung kann als knickbarer Steg, vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel 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. Der Steg kann auch bereits vor der Schaumeinbringung mindestens einen Knick aufweisen. Alternativ hierzu kann die Trennwandung auch als Folie ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Trennwandung in die Hohlkammer eingeklemmt. Die Trennwandnung kann entweder im Rahmen eines Ko-Extrusionsprozesses gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil extrudiert werden oder aber auch alternativ 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.
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Alternativ hierzu oder ergänzend kann an mindestens einer Innenwand der auszuschäumenden Hohlkammer 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 Schaumvorgang entstehenden Überdrucks vermieden wird. In Analogie zur vorstehend beschriebenen 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 aus Kunststoff bestehen. Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungsband an der Innenseite einer Außenwand des Hohlkammerprofils angeordnet und besitzt zweckmäßigerweise eine Wandstärke von ... bis ... mm. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass an beiden Innenseiten der seitlichen Außenwände des Hohlkammerprofils jeweils mindestens ein Verstärkungsband angeordnet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein gemäß einem der Ansprüche 1–12 hergestelltes Hohlkammerprofil.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausschäumen eines Hohlkammerprofils,
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2 ein erfindungsgemäß hergestelltes Hohlkammerprofil in der Querschnittsdarstellung,
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3a, b eine weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils in der Querschnittsdarstellung vor und nach dem Schaumvorgang
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4 ebenfalls eine weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils in der Querschnittsdarstellung.
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Die 1 zeigt ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial 1 in ein Fenster- oder Türhohlkammerprofil 2. Zunächst erfolgt in einem Extruder 3 im Wege eines Extrusionsverfahrens die Formgebung des mehrere Hohlkammern 4 aufweisenden Hohlkammerprofils 2, welches aus Kunststoff, vorzugsweise Hart-PVC, besteht. Der Kunststoff ist bereichsweise mit Glasfasern verstärkt, so dass eine Stahlarmierung des Hohlkammerprofils 2 nicht erforderlich ist. Nach der Formgebung wird das Hohlkammerprofil 2 zunächst mit Hilfe eines Kalibers 5 kalibriert, um die Produktmaße des Profils 2 zu fixieren. Danach werden mit Hilfe einer Öffnungserzeugungseinrichtung 6 im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens in eine Außenwandung 7 der mit Schaummaterial 1 zu befüllenden Hohlkammer 4 in bestimmten, vorzugsweise äquidistanten, Abständen Öffnungen 8 eingebracht. Diese werden spanlos – mechanisch oder thermisch – erzeugt, wobei die Öffnungserzeugungseinrichtung 6 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 9 Schaummaterial 1 durch die Öffnung 8 in die zu befüllende Hohlkammer 4 eingebracht. Das eingebrachte Schaummaterial 1 besteht aus einem organischen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylen oder Polyurethan. Unmittelbar nach der Einbringung des Schaummaterials 1 werden die Öffnungen 8 mithilfe einer Verschlussvorrichtung 18 mit einer Kappe oder durch Aufbringung von Heißkleber verschlossen (nicht näher dargestellt). Dieses Verschließen erfolgt ebenfalls Online innerhalb des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens. Die Öffnungen 8 werden an einer Nicht-Sichtfläche des Hohlkammerprofils 2 erzeugt, um dessen optisches Erscheinungsbild nicht zu beeinträchtigen. Abschließend wird das mit Schaummaterial 1 gefüllte Hohlkammerprofil 2 mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Schneideinrichtung abgelängt. Die Vorrichtung 9 zur Einbringung von Schaummaterial 1 weist eine (nicht näher dargestellte) Einrichtung auf, die eine Mitführung der Vorrichtung 9 parallel zur Extrusionsrichtung x sicherstellt. Dabei kann die Einrichtung beispielsweise in einer ortfesten, parallel zur Extrusionsrichtung x verlaufenden Schiene laufen und/oder in die Öffnung 8 eingehakt werden. Sobald ein der jeweiligen Öffnung 8 zugewiesener Bereich der Hohlkammer 4 ausgeschäumt ist, fährt die Vorrichtung 9 entgegen der Extrusionsrichtung x wieder zurück und geht zur Befüllung des nächsten Hohlkammerbereiches über die nächste Öffnung 8 über.
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Der 2 ist zu entnehmen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die vom Schaummaterial 1 verdrängte Luft über Entlüftungskanäle 10 in zwei benachbarte Hohlkammern 4', 4'' entweichen kann. Hierdurch wird der Aufbau eines unzulässig hohen Prozessdruckes durch den Schaumvorgang, welcher eine Deformation des Hohlkammerprofils 2 nach sich ziehen kann, sicher vermieden.
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Bei dem in 3a, b dargestellten Beispiel wird in die mit Schaummaterial 1 (hier Polyurethan) zu befüllende Hohlkammer 4 eine verformbare Trennwandung 11 eingebracht. Diese kann entweder gemeinsam mit dem Hohlkammerprofil 2 koextrudiert werden oder als bereits vorgefertigtes Profil 11 in den Extrusionsprozess einlaufen. Die Trennwandung 11 unterteilt die Hohlkammer 4 in mindestens zwei Bereiche 13, 14, wobei danach in einen von Hohlkammerwandung 12 und Trennwandung 11 begrenzten Bereich 13 das Schaummaterial 1 eingebracht wird. Aufgrund der chemischen Reaktion der Polyisocyanate mit den Polyolen dehnt sich das Schaummaterial aus und ein Überdruck entsteht. Aufgrund dieses Überdrucks wird die Trennwandung 11 derart verformt (s. 3b), dass sich der auszuschäumende Bereich 13 vergrößert und dadurch während des Aufschäumvorgangs eine Deformation des Hohlkammerprofils 2 aufgrund des Prozessdrucks vermieden wird. Es verbleiben lediglich kleine nicht ausgeschäumte Bereiche 14'.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind an den beiden Innenseiten 15 der seitlichen Außenwände 16 des Hohlkammerprofils 2 jeweils ein Verstärkungsband 17 angeordnet. Diese Verstärkungsbänder 17 dienen während der Befüllung der Hohlkammern 4 mit Schaummaterial 1 der Armierung und verhindern eine Deformation der Hohlkammern 4 aufgrund des beim Schaumvorgang entstehenden Überdrucks.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/062986 A1 [0003]
- DE 19731163 A1 [0003]
- DE 4331816 A1 [0004]
- DE 10035649 A1 [0005]
