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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Schaumkerns in Hohlprofile mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin die Verwendung derartiger Kunststoff-Hohlkammerprofile nach Anspruch 12.
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Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt sind bereits seit den 60er Jahren im Stand der Technik bekannt und finden auch bei der Herstellung von Fenster- und Türrahmenprofilen Anwendung, wobei die Herstellung solcher hohlkammeriger Kunststoffprofile mitunter mittels Endlos-Extrusionsverfahren erfolgt. Für den Türen und Fensterbau kommen diese Profile als Halbzeuge zumeist in Form von länglichen Profilstangen zum Einsatz.
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Obgleich derartige Fenster- und Türrahmenprofile Ihre allgemeinen Zweckanforderungen erfüllen, sind beispielsweise die Anforderungen in den Bereichen Isolation und Dämmung sowie Sicherheitstechnik im Laufe der Zeit gestiegen.
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Der Erfüllung dieser höheren Anforderungen an Fenster- und Türrahmenprofile wurde beispielsweise durch Einbringung eines Schaumkerns in derartige Hohlprofile Rechnung getragen.
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Die hierzu verwendeten Verfahren zum Einbringen eines Schaumkerns in ein Hohlprofil mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt beinhalten zumeist eine Dosierung von flüssigem Polymerschaum in die offenen Enden der entsprechenden Profilstangen.
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Derartige Verfahren erfüllen dem Grunde nach die Anforderung Hohlkammern auszufüllen, wobei die ausgefüllten Profilwaren entsprechend der Auswahl des Füllmaterials spezifische Materialeigenschaften wie beispielsweise Isolationseigenschaften, Schwerentflammbarkeit, etc. aufweisen. Hinzu kommt allerdings die Anforderung einer homogenen Ausschäumung gerade bei längeren Profilstangen, was durch die bekannten Verfahren zum Teil nur ungenügend erfolgt.
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Es besteht für besondere Anwendungsfälle somit Verbesserungsbedarf. Insbesondere bei langen Profilstangen können Probleme einer inhomogenen Ausfüllung bestehen, die zu unzureichenden Material- und/ oder Isolationseigenschaften führen können, die beispielsweise beim Einsatz der Profile in Gebäuden, in welchen Spezifikationen bzgl. Wärme- und/oder Schallkennwerten und/oder Brandschutzauflagen gefordert sind, zu Problemen führen können.
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Die
DE 10 2010 049 097 A1 betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Schaummaterial in Kunststoff-Hohlkammerprofile bei dem im Rahmen des Extrusionsprozesses von Kunststoff-Hohlkammerprofilen kontinuierlich, in gleichbleibenden axialen Abständen Öffnungen in die Hohlkammer eingebracht und Schaummaterial durch diese in das Hohlkammerprofil injiziert werden.
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Die
EP 2 072 743 A2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rahmen aus einen Dämmschaumkern enthaltenden Hohlkammerprofilen. Die Injektion des Schaummaterials erfolgt hier erst nach erfolgter Herstellung des Rahmens aus bis dahin keinen Schaum enthaltenden Hohlkammerprofilen.
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Vor diesem Hintergrund hat es die vorliegende Erfindung zur Aufgabe ein Verfahren zum Einbringen eines Schaumkerns in Hohlprofile zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile bekannter Verfahren zur Ausschäumung von Profilen zumindest teilweise überwindet, und insbesondere eine verbesserte homogenere Ausfüllung von Hohlprofilen erreicht.
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Diese und weitere Aufgaben werden durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einbringen eines Schaumkerns in ein Hohlprofil mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird weiterhin durch die Verwendung erfindungsgemäßer Kunststoff-Hohlkammerprofile mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
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Demnach wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einbringen eines im wesentlichen raumfüllenden festen Schaumkerns in ein Hohlprofil mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt eine Profilstange mit einer vorgegebenen Länge und mit wenigstens einer Hohlkammer bereitgestellt und wenigstens ein Zugang zur Einbringung eines fließfähigen Polymerschaums in wenigstens eine Hohlkammer des Profils hergestellt. Der Zugang wird sodann mit einer Befüllarmatur zur Befüllung der wenigstens einen Hohlkammer mit fließ- und expansionsfähigem Polymerschaum bei einem vorgegebenen Fülldruck und über zumindest die gesamte Länge der Profilstange verbunden. Nach der Befüllung erfolgt ein Verschließen des wenigstens einen Zugangs mit einem Verschlusselement, wobei das Verschlusselement so ausgeführt ist, dass ein dichter Verschluss des Zugangs auch während der Expansion des expansionsfähigen Polymerschaums gewährleistet ist. Beim folgenden Aushärten des expandierten Polymerschaums geht der fließfähige Polymerschaum von einem fließfähigen in einen festen Zustand über.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Zugang im Wesentlichen so in Bezug auf die Länge der Profilstange angeordnet, dass eine gleichmäßige Ausbreitung des fließ- und expansionsfähigen Polymerschaums in bzw. entgegen der Haupterstreckungsrichtung des Hohlraums der Profilstange erfolgt, also vorzugsweise mittig bezüglich der Länge der Profilstange. Überschüssiger Polymerschaum wird durch Anlegen und Führen einer Schnittvorrichtung entlang wenigstens einer Stirnfläche der Profilstange abgetrennt.
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Mit der im Wesentlichen so gewählten Anordnung des Zugangs kann gezielt Einfluss auf die Länge der Fließwege des Polymerschaums insbesondere in Längsrichtung der Profilstange genommen werden und zwar so, dass eine gleichmäßige, bevorzugt im Wesentlichen symmetrische Ausbreitung des fließfähigen Polymerschaums erfolgt. Die Ausbreitung und Verteilung des fließfähigen Polymerschaums kann bei mittiger Anordnung nach beiden Seiten gleichmäßig erfolgen, wodurch eine gegenüber dem Stand der Technik beschleunigte und homogenere Befüllung des Hohlprofils erfolgt.
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Vorteil dieses Verfahrens ist somit, dass eine gleichmäßige und zeitlich optimierbare Dosierung des fließfähigen Polymerschaums mit konstanten Dosierparametereinstellungen, auch für eine Prozessautomatisierung, möglich ist und zudem aufgrund der gleichmäßigen Ausbreitung eine homogene Verteilung des Polymerschaums ermöglicht wird, was sich auch auf die Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften im ausgehärteten Schaumkern auswirkt. Darüber hinaus wird durch die Möglichkeit der beschleunigten Befüllung auch sicher gestellt, dass die Befüllung abgeschlossen ist, bevor der fließfähige expansionsfähige Polymerschaum beginnt zu expandieren oder auszuhärten.
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Für eine Befüllung noch längerer Profilstangen ist mit einer Anordnung mehrerer Zugänge auch eine weitere Optimierung der Fließwege und damit der Befüllung realisierbar, wobei die Anordnung beispielsweise wiederum längenhalbierend vorgenommen wird, also jeweils mittig zwischen zwei Zugängen bzw. zwischen einem Zugang und einem Ende der Profilstange
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird überschüssiger Polymerschaum durch Anlegen und Führen wenigstens einer Schnittvorrichtung entlang beider gegenüberliegender Stirnflächen des Hohlprofils abgetrennt. Mit der Anordnung einer Schnittvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird überschüssiger Polymerschaum ein bzw. beidseitig längenrichtig und zuverlässig in der Ebene der Stirnfläche der Profilstange abgetrennt. Bevorzugt kann alternativ oder zusätzlich hierzu überdies auch bei gleichzeitiger Ablängung/Längenkalibrierung der Profilstange eine Abtrennung des Polymerschaum-Überstands erfolgen.
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Vorteil dieses Prozessschrittes ist, dass die Profilstange fertig dimensioniert werden kann und als Einzelmodul umgehend in den nächsten Fertigungsschritt weitergeleitet werden kann. Fertigungstechnisch sind hier beispielsweise alle Vorteile einer Modulbauweise realisierbar.
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Zudem können beispielsweise mit zwei Schnittvorrichtungen auch beide Seiten des Profils gleichzeitig bearbeitet werden, womit der Vorteil einer kürzeren und optimierten Bearbeitungszeit realisiert wird und zwar gleichermaßen für die Abtrennung allein des Polymerschaum-Überstands allein wie auch für die gleichzeitige Ablängung des Profils und Abtrennung des Polymerschaums.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Profilstange ein Kunststoff-Hohlprofil, insbesondere ein Kunststoff-Fensterprofil, welches mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt wurde.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Zugang eine Bohrung mit vorgegebenem Durchmesser. Die Vorgabe des Durchmessers der Bohrung steht dabei in Verbindung mit der Verfügbarkeit von Verschlusselementen und/oder mit der Notwendigkeit eine vorgegebene Dosierung des fließfähigen Polymerschaums bzw. Befüllung hiermit in Bezug auf die Länge der Profilstange innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters zu erreichen. Dabei wird der Durchmesser der Bohrung so gewählt, dass bei vorgegebenem Druck und gegebener Viskosität des fließfähigen Polymerschaums eine solche Menge des Polymerschaums in die wenigstens eine Hohlkammer des Profils eingeleitet werden kann, dass innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, der vorzugsweise kürzer ist als die Zeit, innerhalb derer ein Aushärten des Polymerschaums beginnt, die Hohlkammer über die gesamte Länge des Profils im Wesentlichen gleichmäßig befüllt wird. Gleichzeitig sollte der Durchmesser der Bohrung so klein wie möglich gehalten werden, um die bei der Expansion des Polymerschaums entstehenden Kräfte durch ein entsprechendes Verschlusselement in nur geringem Maße aufnehmen zu müssen, so dass die Ausgestaltung des Verschlusselementes möglichst einfach erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der fließfähige Polymerschaum aus einer Gruppe ausgewählt, welche Verbindungen von Polyurethanen, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Tris(2-chlorisopropyl)phosphat, Dimethylether, und dergleichen enthält und insbesondere ein- oder mehrkomponentige Schäume enthält.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der Polymerschaum ein Treibmittel zur Förderung und/oder Beschleunigung der Expansion. Das Treibmittel hat einen gezielten Einfluss auf die homogene Ausbreitung des Polymerschaums in der Profilstange. Beispielsweise kann der Polymerschaum mit Hilfe der Expansion die gesamte Hohlkammer der Profilstange bis in kleinste Ecken homogen ausfüllen und sich dann beim nachfolgenden Aushärten ein homogener Schaumkern ausbilden. Von Vorteil ist dabei, dass bei einer homogenen Verteilung des Polymerschaums im nachfolgend ausgehärteten Zustand des Polymerschaums auch die Materialeigenschaften und die Endproduktqualität homogen sind. Darüber hinaus bewirkt bzw. unterstützt das Treibmittel die Expansion des Polymerschaums in der Weise, dass auch bei einer lediglich teilweisen Befüllung des Querschnitts des Hohlraums der Profilstange nach der Expansion des Polymerschaums dieser Querschnitt im Wesentlichen vollständig und homogen ausgefüllt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aushärten des expandierten Polymerschaums die Bereitstellung einer die Vernetzung bzw. Polymerisation förderlichen Atmosphäre, insbesondere eine Temperierung und/oder Befeuchtung. Mit der Bereitstellung einer die Vernetzung bzw. Polymerisation förderlichen Atmosphäre kann gezielt Einfluss auf den Aushärtungsprozess, vorzugsweise hinsichtlich seiner Dauer, seines Beginns und dessen Geschwindigkeitsprofils genommen werden. Der Vorteil hierbei ist, dass ein gezielt steuerbares Aushärten zur Ausbildung eines homogenen Schaumkerns erfolgen kann, wobei beispielsweise ein Aushärten erst nach einer vollständigen Expansion des Polymerschaums begonnen wird. Mit diesen gezielt steuerbaren Verfahrensschritten kann eine gleichmäßige Produktions- und Endproduktqualität sichergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verschlusselement ein Verschlussstopfen, welcher unmittelbar nach dem Befüllen der Hohlkammer mit dem fließ- und expansionsfähigen Polymerschaum in den Zugang eingeführt und hierin fixiert wird. Die Fixierung kann hierbei durch einen Stoffschluss, insbesondere ein Verkleben oder Verschmelzen des Verschlusselementes mit dem Material der Profilstange erfolgen und/oder mechanisch, insbesondere durch einen Formschluß.
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Das Verschlusselement weist vorzugsweise zur mechanischen Fixierung wenigstens einen Rastvorsprung auf, vorzugsweise einen umlaufenden Rastvorsprung. In einer weiteren Ausführungsform weist das Verschlusselement auf der der Hohlkammer zugewandten Seite einen hohlzylinderförmigen Bereich auf, in welchen expandierender Polymerschaum eindringen kann.
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Die mechanische Fixierung des Verschlusselements erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der durch den expandierenden Polymerschaum entstehende Innendruck das eingeführte Verschlusselement „heraus“ drückt, wobei das Verschlusselement vorzugsweise so ausgeführt ist, dass sich das druckbeaufschlagte Verschlusselement hierbei ausdehnt, insbesondere verbreitert und/oder spreizt und mit dieser Form der Ausdehnung eine mechanische Fixierung des Verschlusselementes durch ein Verklemmen bzw. Verspreizen innerhalb der Durchführung erzielt wird. Des Weiteren erfolgt mit dem direkten Kontakt des härtenden Polymerschaums zum Verschlusselement, insbesondere durch das Umgeben und/oder das Eindringen des Polymerschaums in den Hohlraum des Verschlusselementes eine weitere Fixierung desselben . Der Vorteil hierbei ist, dass das Verschlusselement ohne weitere Vorkehrungen gegen Herausfallen gesichert ist und dementsprechend weitere Sicherungs- und/oder Fixierungsmaßnahmen des Verschlusselements entfallen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verschlusselement eine flache Sichtseite für einen bündigen Abschluss mit der Oberfläche der Profilstange bei vollständig expandiertem Polymerschaum auf. Mit der Anordnung des Verschlusselements im Sinne der vorliegenden Erfindung steht das Verschlusselement nicht aus der Oberfläche der Profilstange heraus. Vorteil dieses Abschlusses ist, dass hiermit die Funktionalität der Profilstange weder bei der Verarbeitung noch während der Benutzung gestört wird.
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Weitere Aspekte der Erfindung, ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie den Ansprüchen. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung der Herstellung eines Zugangs zu einer Hohlkammer einer Kunststofffensterprofilstange mittels Bohren;
- 2 eine schematische Darstellung des Verbindens des Zugangs mit einer Befüllarmatur sowie des Befüllens der Hohlkammer gemäß 1;
- 3 eine schematische Darstellung des Verschließens des Zugangs mit einem Verschlusselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung des Verschließens des Zugangs mit einem Verschlusselement gemäß 3;
- 5 eine schematische Darstellung der Abtrennung überschüssigen Polymerschaums mit einer Schnittvorrichtung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbringen eines im Wesentlichen raumfüllenden festen Schaumkerns in ein Hohlprofil mit wenigstens einem geschlossenen Querschnitt. Danach weist eine Profilstange 1 einen Zugang 3 zu einer Hohlkammer 3a auf, wobei der Zugang beispielsweise mit einem Bohrer 2 hergestellt wurde.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Befüllvorgangs der Hohlkammer der Profilstange, wobei zur Befüllung wenigstens einer Hohlkammer 3a mit fließfähigem Polymerschaum der Zugang 3 mit einer Befüllarmatur 4a verbunden wird. Die Befüllarmatur 4a weist beispielsweise eine Düse 4 zur Dosierung, eine Pumpe 5 für die Zufuhr des fließfähigen Polymerschaums, einen Vorratsbehälter 6 für die Aufbewahrung fließfähigen Polymerschaums und eine Zuführungsleitung 7 für den Transport des fließfähigen Polymerschaums auf. Zur Befüllung wird die Düse 4 mit dem Zugang 3 verbunden und der fließfähige Polymerschaum aus dem Vorratsbehälter 6 mit der Pumpe 5 über die Zuführungsleitung 7 und die Düse 4 bei einem vorgegebenen Förderdruck mit einer vorgegebenen Fördermenge und über einen vorgegebenen Zeitraum in die Hohlkammer 3a dosiert. Überschüssiger Polymerschaum 9 kann an den Stirnflächen der Profilstange 1 austreten, wobei dies sowohl beim Befüllvorgang selbst als auch in Folge der Expansion des Polymerschaums erfolgen kann.
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3 zeigt nach dem Befüllen und gegebenenfalls Aushärten wie der Zugang 3 mit einem Verschlusselement 11 verschlossen wird. Wie in 3 gezeigt ist, wurde hier bereits überschüssiger Polymerschaum an der Stirnfläche 10 der Profilstange 1 abgetrennt. In 3 ist deutlich erkennbar, dass der Polymerschaum die Hohlkammer der Profilstange vollständig und über den Querschnitt der Hohlkammer im Wesentlichen homogen ausfüllt.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des Einbringens eines Verschlusselements in den Zugang der Profilstange, wobei dieses Einbringen unmittelbar nach dem Befüllen der Hohlkammer erfolgen kann oder aber nach dem Expandieren und Aushärten des Polymerschaums. Das Verschlusselement 11 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verschlussstopfen und weist vorzugsweise eine obere Schräge 12, eine untere Schräge 13 und einen hohlzylinderförmigen Bereich 14 auf.
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In 4 ist ebenfalls deutlich erkennbar, dass der Polymerschaum die Hohlkammer der Profilstange 1 vollständig und über den Querschnitt der Hohlkammer im Wesentlichen homogen ausfüllt.
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Der hierdurch gebildete Rastvorsprung hintergreift nach dem Einbringen des Verschlusselements die Wandung des Profils im Bereich des Zugangs und wird so an einem Herausfallen bzw. heraus gedrückt werden gehindert. Gleichzeitig führt die obere Schräge, deren Durchmesser geringfügig größer gewählt ist als der des Zugangs zu einem dichten Abschluss des Zugangs. Durch die Entwicklung eines Innendrucks beim Expandieren des Polymerschaums wird der Rastvorsprung gegen die Wandung des Profils gedrückt und somit erfolgt eine vollständige Fixierung des Verschlusselements im Profil.
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5 zeigt den Vorgang des Abtrennens von überschüssigem, aus den Stirnseiten der Profilstange 1 ausgetretenem und ausgehärtetem Polymerschaum 9, wobei die Schnittvorrichtung 8 beim Trennvorgang an der Stirnfläche der Profilstange angelegt und hieran entlang geführt wird. Auf diese Weise ist ein genaues und sauberes Abtrennen überschüssigen Polymerschaums möglich, wobei dennoch die maximale Länge der Profilstange beibehalten werden kann.
