DE102021122153A1 - Verfahren zur Herstellung eines polymeren, insbesondere thermoplastischen Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofils - Google Patents

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Norbert Fink
Martin Frohmader
Nils Gerber
Ralf Sander
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren, insbesondere thermoplastischen Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofils (1), wobei das mindestens eine Hohlkammer (2, 2`) aufweisende Hohlkammerprofil (1) mit Hilfe eines Strangproduktionsprozesses (3) hergestellt wird, wobei während dieses Strangproduktionsprozesses (3) in die polymere Matrix (4) des Hohlkammerprofils (1) endlose Verstärkungsfasern (5) integriert werden, und wobei der Strangproduktionsprozess (3) zur Herstellung mindestens eines endlos faserverstärkten, mindestens eine Hohlkammer (2) aufweisenden Kernprofils (10) des Hohlkammerprofils (1) dient und das Kernprofil (10) zur Verbesserung der Oberflächengüte des Hohlkammerprofils (1) mit einer vorzugsweise extrudierten äußeren Beschichtung (12) versehen wird. Erfindungsgemäß werden mittels des Strangproduktionsprozesses (3) mindestens zwei separate Kernprofile (10, 10') hergestellt und zur Herstellung des Hohlkammerprofils (1) von der äußeren Beschichtung (12) gemeinsam überzogen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren, insbesondere thermoplastischen Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofils,
    • - wobei das mindestens eine Hohlkammer aufweisende Hohlkammerprofil mit Hilfe eines Strangproduktionsprozesses hergestellt wird,
    • - wobei während dieses Strangproduktionsprozesses in die polymere Matrix des Hohlkammerprofils endlose Verstärkungsfasern integriert werden, und
    • - wobei der Strangproduktionsprozess zur Herstellung mindestens eines endlos faserverstärkten, mindestens eine Hohlkammer aufweisenden Kernprofils des Hohlkammerprofils dient und das Kernprofil zur Verbesserung der Oberflächengüte des Hohlkammerprofils mit einer vorzugsweise extrudierten äußeren Beschichtung versehen wird.
  • Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 2 528 723 B1 bekannt. Bei Fenster- bzw. Tür-Hohlkammerprofilen zur Einfassung von Glasscheiben besteht einerseits grundsätzlich das Bedürfnis, eine möglichst gute Wärmedämmung zu realisieren und andererseits auch das Erfordernis einer ausreichenden mechanischen Stabilität. Sofern ein entsprechendes Fenster- bzw. Tür-Hohlkammerprofil durch Extrusion aus unverstärktem, thermoplastischem Material, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt wird, ist daher aus statischen Gründen in der Regel der Einschub eines metallischen Armierungsprofiles in mindestens eine der Hohlkammern erforderlich. Hierdurch wird zwar die mechanische Stabilität erheblich verbessert, dieser Vorteil muss jedoch wegen des gleichzeitig als Wärmebrücke fungierenden metallischen Armierungsprofils mit deutlich schlechteren Wärmedämmeigenschaften erkauft werden.
  • Um diesem Nachteil zu begegnen, haben sich daher bereits seit geraumer Zeit mit Fasern verstärkte PVC-Profile im Markt etabliert. So ist beispielsweise in der EP 2 191 090 B1 die Einbringung von Kurzglasfasern in die PVC-Matrix beschrieben, wodurch in vielen Anwendungsfällen auf den Einsatz einer Metallarmierung verzichtet werden kann.
  • Um die Länge der im Wege der Extrusion in die Profilmatrix eingebrachten Verstärkungsfasern im Endprodukt zu erhöhen, wird in der EP 2 953 775 A1 vorgeschlagen, die entsprechenden Verstärkungsfasern vor ihrer Einbringung in den Extrusionsprozess als Granulat mit einer PVC-Ummantelung zu versehen, welche einen gewissen Schutz gegen die hohe mechanische Beanspruchung der Fasern im Extrusionsprozess gewährleistet. Hierdurch kann eine größere Faserlänge im Endprodukt und damit eine höhere mechanische Steifigkeit sichergestellt werden.
  • Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig guter Wärmedämmung wird durch die Einbringung von nicht metallischen Verstärkungsbändern, beispielsweise Organoblechen, in das Hohlkammerprofil erreicht. Ein solches Verfahren ist in der EP 2 493 673 A1 beschrieben. Diese Organobleche verfügen in der Regel über endlose Fasern und können damit die mechanische Belastbarkeit des Profils noch einmal beträchtlich erhöhen.
  • Mit den vorbeschriebenen Maßnahmen kann gegenüber einem unverstärkten PVC-Profil eine erhebliche Steigerung der Steifigkeit erreicht werden. Für viele Anwendungsfälle ist dies jedoch noch nicht ausreichend. Aus diesem Grund werden beispielsweise für Tür- oder Fensterrahmen mit sehr großen Verglasungen über mehrere Quadratmeter häufig immer noch Aluminiumprofile eingesetzt, welche über eine sehr gute mechanische Festigkeit verfügen. Nachteilig bei diesen Profilen sind selbstredend die schlechten Wärmedämmeigenschaften, weshalb derartige Profile mit vergleichsweise aufwendigen thermischen Trennkonstruktionen ausgerüstet werden müssen. Ein weiterer Nachteil von Aluminiumprofilen ist auch, dass sie ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweisen und teuer sind.
  • Vor diesem Hintergrund wird in der gattungsgemäßen EP 3 529 062 vorgeschlagen, das Hohlkammerprofil mit Hilfe einer reaktiven Pultrusion herzustellen. Hierbei werden endlose Faserstränge, welche während der Verfahrens in eine Polymermatrix eingebettet werden, aus einem Werkzeug herausgezogen. Derartige Pultrusionsverfahren sind im Stand der Technik bei der Herstellung von Duroplast-Profilen bekannt. Die Einsatzstoffe zur Herstellung von Duroplasten sind dünnflüssig und können daher im Wege eines Pultrusionsverfahrens gut verarbeitet werden. Aufgrund der vergleichsweise hohen Viskosität sind thermoplastische Materialien, die im aufgeschmolzenen Zustand verarbeitet werden, für die Herstellung komplexer Profile mittels Pultrusion nicht geeignet. Bei einer reaktiven Pultrusion wird jedoch die chemische Herstellung des Thermoplasten erst im eigentlichen Pultrusionsprozess durch die Zufuhr entsprechender Monomere und/oder reaktiver Oligomere durchgeführt, so dass folglich auf diese Weise auch endlos faserverstärkte thermoplastische Hohlkammerprofile hergestellt werden können. Einschränkend ist hierbei, dass die reaktive Pultrusion komplexer Hohlkammerprofile, wie sie bei Fenster und Türen üblich sind, lediglich mit einer vergleichsweise geringen Prozessgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, mit dem die Herstellung von endlos faserverstärkten Fenster- und Tür-Hohlkammerprofilen mit hoher Prozessgeschwindigkeit möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mittels des Strangproduktionsprozesses mindestens zwei separate Kernprofile hergestellt und zur Herstellung des Hohlkammerprofils von der äußeren Beschichtung gemeinsam überzogen werden. Die mindestens zwei Kernprofile können auf diese Weise eine deutlich geringere geometrische Komplexität aufweisen als dies bei der Herstellung des Hohlkammerprofils mit nur einem Kernprofil der Fall ist, insbesondere können diese jeweils deutlich weniger Hohlkammern aufweisen. Daher kann die erfindungsgemäße Herstellung der mindestens zwei vergleichsweise einfach gestalteten Kernprofile und damit des gesamten Hohlkammerprofils mit einer deutlich höheren Prozessgeschwindigkeit erfolgen. Zweckmäßigerweise weist das daher zweite Kernprofil ebenfalls mindestens eine Hohlkammer auf. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein komplexes Hohlkammerprofil aus mindestens zwei endlos faserverstärkten, jeweils eine vergleichsweise einfache Geometrie aufweisenden Kernprofilen sowie einer geeigneten stoffschlüssigen Verbindung dieser Kernprofile durch, vorzugsweise unverstärktes, Kunststoffmaterial zusammengesetzt sein kann. Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht es insbesondere, Fenster- bzw. Türrahmen mit einer Größe von mehr als vier Quadratmetern Glasfläche, insbesondere mehr als fünf Quadratmetern Glasfläche, vorzugsweise ohne Stahlarmierung, mit vergleichsweise hoher Produktionsgeschwindigkeit und somit kostengünstig herzustellen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Strangproduktionsprozess als reaktive Pultrusion durchgeführt. Zweckmäßigerweise wird die thermoplastische Matrix der Kernprofile hierbei aus dünnflüssigen, für die Verarbeitung in einer Pultrusion geeigneten Monomeren und/oder reaktiven Oligomeren hergestellt, die während der reaktiven Pultrusion zum Thermoplast polymerisiert werden. Die Oligomere können aus jeweils 2 bis 100, z.B. 5 bis 50 Monomeren zusammengesetzt sein. Bei Bedarf können der reaktiven Pultrusion Zusatzstoffe, z.B. Initiatoren, beispielsweise in Form von Peroxiden oder anderen Radikale bildenden Verbindungen, und/oder Katalysatoren und/oder Aktivatoren, wie z.B. Stabilisatoren und/oder Schlagzäh-Modifier, zugegeben werden. Je nach herzustellendem Thermoplast sind der reaktiven Pultrusion zwei oder mehr verschieden Monomere und/oder reaktive Oligomere zuzuführen (Bsp. Polyester). Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass zur Polymerisation lediglich ein Monomer bzw. sich lediglich durch die Kettenlänge unterscheidende Oligomere eingesetzt werden (Bsp. PMMA). Die reaktive Pultrusion erlaubt insgesamt einen sehr hohen Faseranteil in den Kernprofilen, beispielsweise mehr als 60 Gew.-%, insbesondere mehr als 80 Gew.-% Faseranteil, so dass aufgrund dieses hohen Anteils an Endlosfasern eine beträchtliche Erhöhung der mechanischen Stabilität erzielt werden kann, welche beispielsweise um ein Mehrfaches höher ist als bei kurzglasfaserverstärkten Thermoplast-Profilen. Die endlosen Verstärkungsfasern bestehen vorzugsweise aus Glas- und/oder Carbonfasern.
  • Durch die Kombination des reaktiven Pultrusionsprozesses mit einer äußeren Beschichtung der damit hergestellten Kernprofile wird auch sichergestellt, dass die im Fenster- und Türenbau hohen Anforderungen an die Oberfläche (z.B. Hochglanz, geringe Verschmutzungsneigung, Haptik) trotz des hohen Faseranteils der Kernprofile erfüllt werden können. Ferner kann durch eine entsprechende Materialwahl für die Beschichtung die bei Fenstern und Türen erforderliche Witterungsbeständigkeit des Hohlkammerprofils auf einfache und effiziente Weise gewährleistet werden. Insbesondere ist durch die vorzugsweise unverstärkte Beschichtung auch die Schweißbarkeit der Profile bei deren Zusammenbau zu einem Rahmen gewährleistet. Zweckmäßigerweise ist die Beschichtung vollflächig oder aber auch lediglich bereichsweise auf die die Außenoberfläche des Hohlkammerprofils bildenden Oberflächen der Kernprofile aufgetragen. Eine vollflächige Auftragung meint, dass die Beschichtung letztendlich die gesamte äußere Oberfläche des Hohlkammerprofils bildet. Dies kann zweckmäßig sein, sofern die gesamte Außenoberfläche des Hohlkammerprofils eine entsprechend hohe Oberflächengüte aufweisen muss. Wenn jedoch einzelne Bereiche des Hohlkammerprofils im späteren Gebrauch verdeckt bzw. aufgrund der Montage weiterer Bauteile (z.B. Glasleiste, Glasscheibe etc.) nicht sichtbar oder nicht zugänglich sind, können z.B. diese Oberflächenbereiche von der Beschichtung ausgespart werden. Vorzugsweise bedeckt die Beschichtung mindestens 70 %, z.B. mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 % der Außenoberfläche des Hohlkammerprofils.
  • Zweckmäßigerweise wird die thermoplastische Matrix der Kernprofile als Polyacrylat-Matrix, insbesondere PMMA-Matrix, ausgebildet. In diesem Fall werden der reaktiven Pultrusion die entsprechenden Monomere und/oder reaktiven Oligomere zur Herstellung von Polyacrylat, z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), zugeführt. Die Herstellung anderer Materialien während der reaktiven Pultrusion, beispielsweise von Polyester, z.B. Polyethylenterephthalat (PET), insbesondere schlagzähem Polyethylenterephthalat (PET-G), oder Polybutylenterephthalat (PBT), oder thermoplastischen Polyurethanen (TPU) wird hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen. Die Herstellung von Polyamid, beispielsweise PA6 oder PA12, oder Bisphenol A (BPA), Polycarbonat (PC), Polyesteramiden oder Polyimiden mittels der reaktiven Pultrusion liegt hier ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
  • Vorzugsweise werden die Kernprofile vor dem Auftrag der äußeren Beschichtung zunächst durch mindestens ein, vorzugsweise im Wege der Extrusion hergestelltes, Verbindungsprofil miteinander verbunden. Hierbei kann das Verbindungsprofil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als mindestens eine geschlossene Hohlkammer aufweisendes Verbindungs-Hohlkammerprofil hergestellt werden. Das Material des Verbindungsprofils bildet folglich in diesem Fall allein eine zusätzliche Hohlkammer, wodurch die geometrische Komplexität der Kernprofile weiter reduziert werden kann. Zweckmäßigerweise wird das Verbindungsprofil mit einer Wandstärke von mindestens 0,5 mm, z.B. mindestens 1 mm, hergestellt. Nachdem die Kernprofile durch das Verbindungsprofil miteinander verbunden worden sind, kann der so entstandene Verbund dann mit der äußeren Beschichtung überzogen werden.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass die Herstellung der Verbindung der Kernprofile zum Hohlkammerprofil durch die äußere Beschichtung selbst erfolgt. Vorzugsweise bildet die äußere Beschichtung dann gemeinsam mit den einander zugewandten Innenseiten der Kernprofile eine Verbindungshohlkammer. Diese Verfahrensvariante hat somit einen vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbau eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils zur Folge.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Auftrag der äußeren Beschichtung und ggf. die Herstellung des Verbindungsprofils online mit dem Strangproduktionsprozess der Kernprofile. Zweckmäßigerweise wird hierbei das Verbindungsprofil und/oder die äußere Beschichtung mit den Kernprofilen coextrudiert. Der Begriff Coextrusion meint in diesem Zusammenhang auch den Auftrag der Beschichtung auf die frisch hergestellten Kernprofile bzw. die Herstellung des Verbindungsprofils mittels einer unmittelbar an die reaktive Pultrusion online anschließenden Extrusion, wobei in diesem Fall auch die Zwischenkühlung der Kernprofile vor dem Auftrag der Beschichtung bzw. vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung mit dem Verbindungsprofil im Rahmen der Erfindung liegt. Alternativ hierzu können bei der Coextrusion die Kernprofile und die Beschichtung sowie ggf. des Verbindungsprofils in einem gemeinsamen Werkzeug hergestellt werden. Im Rahmen der Erfindung - insbesondere bei einer Coextrusion - liegt es, dass lediglich von der Beschichtung bzw. lediglich vom Verbindungsprofil mindestens ein Funktionselement gebildet wird. Das heißt konkret, dass nur Beschichtungsmaterial bzw. das Kunststoffmaterial zur Herstellung des Verbindungsprofils für die Bildung des Funktionselementes herangezogen wird und die Kernprofile an der geometrischen Gestaltung dieses Funktionselementes nicht beteiligt ist. Im Rahmen der Erfindung liegt aber auch die partielle Bildung mindestens eines Funktionselementes lediglich durch Beschichtungsmaterial bzw. das Material des Verbindungsprofils, während in diesem Fall auch mindestens ein Kernprofil partiell zur geometrischen Gestaltung dieses Elementes beiträgt. So kann beispielsweise die Beschichtung bereichsweise in Form einer Aufnahmevorrichtung, z.B. einer Aufnahmenut, beispielsweise für ein elastomeres Dichtungselement oder für ein Rastelement einer weiteren Komponente, z.B. einer Glasleiste, ausgebildet werden. Ebenso kann das Funktionselement als Rastelement zum Verrasten mit einer weiteren Komponente, z.B. einer Glasleiste etc., ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es hierbei auch, dass die Beschichtung Vorsprünge einer Euronut zur Aufnahme von Fenster- bzw. Tür-Verriegelungselementen bildet. Ferner kann auch die Beschichtung selbst über eine oder mehrere Hohlkammern verfügen und/oder gemeinsam mit einem Kernprofil eine oder mehrere Hohlkammern bilden. Zweckmäßigerweise beträgt die Schichtdicke der Beschichtung in einem Oberflächenbereich von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70 %, der von der Beschichtung bedeckten Oberflächen der Kernprofile höchstens 2 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm.
  • Vorzugsweise wird die äußere Beschichtung sowie optional auch das Verbindungsprofil aus einem auf den Kernprofilen haftenden Polymer hergestellt, welches vorzugsweise dem Material der thermoplastischen Matrix der Kernprofile entspricht. So wird beispielsweise bei der Ausbildung der thermoplastischen Matrix der Kernprofile als Polyacrylat-Matrix zweckmäßigerweise die Beschichtung bzw. das Verbindungsprofil ebenfalls aus Polyacrylat hergestellt. Grundsätzlich kommen für Beschichtung/Verbindungsprofil dieselben Materialien wie für die Thermoplast-Matrix der Kernprofile infrage, also neben Polyacrylat (z.B. PMMA) insbesondere Polyester (z.B. PET, PET-G oder PBT), Polyurethane (z.B. TPU), Polyamide (z.B. PA6 oder PA12), BPA oder PC. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere auch, dass die Beschichtung bzw. das Verbindungsprofil aus Polyvinylchlorid (PVC), Styrene-Acrylonitrilen (SAN) oder Acrylnitil-Styrol-Acrylester (ASA) besteht, da diese Materialien witterungsbeständig sind. Alternativ kann die Beschichtung bzw. das Verbindungsprofil auch aus Polyesteramiden oder Polyimiden hergestellt werden.
  • Insgesamt sind hinsichtlich des Materials der Kernprofile und der Beschaffenheit der äußeren Beschichtung bzw. des Verbindungsprofils insbesondere die folgenden Kombinationen vorteilhaft:
    Kernprofile Beschichtung / Verbindungsprofil
    Acrylat, z.B. PMMA PVC, SAN, ASA oder Acrylat, z.B. PMMA
    PA, z.B. PA6 PA, z.B. PA6 oder PA6/ASA-Blend
    PET-G PVC, SAN, ASA oder Acrylat, z.B. PMMA
  • Es kann auch zweckmäßig sein, die z.B. eine PA-Matrix (insbes. PA6-Matrix) aufweisenden Kernprofile zunächst mit der äußeren Beschichtung aus z.B. PA (insbesondere. PA6) zu versehen, beispielsweise zu coextrudieren, und daran anschließend die Beschichtung außenseitig mit einer vorzugsweise witterungsbeständigen zweiten Beschichtung, z.B. in Form eines Nass- oder Pulverlacks bzw. einer Kaschierfolie, zu versehen. Dies hat den Vorteil, dass die Oberflächenglättung bereits durch die erste Beschichtung sichergestellt ist und somit die z.B. die Witterungsbeständigkeit herstellende zweite Beschichtung sehr dünn ausgebildet werden kann. So kann z.B. die Ausbildung der zweiten Beschichtung als kaschierte Aluminiumfolie vorteilhaft sein, um beispielsweise besondere Farbgestaltungen zu ermöglichen.
  • Die äußere Beschichtung und/oder ggf. das Verbindungsprofil kann aus unverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Die äußere Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke von mindestens 0,3 mm auf, z.B. mindestens 0,5 mm. Hierdurch wird eine ausreichende mechanische Stabilität im Verbindungsbereich der beiden Kernprofile sichergestellt. Es kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die Schichtdicke der Beschichtung im Verbindungsbereich der Kernprofile dicker ausgebildet ist als außerhalb dieses Verbindungsbereiches, z.B. an mindestens einer Stelle im Verbindungsbereich mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 100% dicker als außerhalb des Verbindungsbereiches. Die zweckmäßigerweise aus einem Thermoplast, z.B. PVC, bestehende äußere Beschichtung ermöglicht ferner bei ausreichender Dicke eine direkte Verschweißung von Fenster- oder Türprofilen über das Beschichtungsmaterial.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass dem Material der Beschichtung vor dem Auftrag auf die Kernprofile Farbpigmente zugesetzt werden. Somit kann durch die Beschichtung auch das äußere Erscheinungsbild des Hohlkammerprofils maßgeblich beeinflusst werden. Farbpigmente im Sinne der Erfindung umfassen auch Weißpigmente, die dafür sorgen, dass das Hohlkammerprofil die bei Fenstern und Türen übliche „Farbe“ Weiß erhält, z.B. durch den Einsatz des Weißpigmentes Titandioxid. Bei der Herstellung von Fenstern oder Türen besteht im Gegensatz hierzu jedoch auch häufig der Bedarf an farbigen, z.B. roten, grünen oder blauen Profilen. Im Rahmen der Erfindung ist es nun möglich, die Farbgebung mittels des ohnehin vorzugsweise bereits vorgesehenen Auftrags einer Beschichtung durchzuführen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestelltes Hohlkammerprofil. Bei der Herstellung eines entsprechenden Fenster- oder Türrahmens können dann in bekannter Weise vier auf Gehrung geschnittene Hohlkammerprofile miteinander verbunden werden, z.B. durch Schweißen, Kleben oder mittels separater, endseitig eingeschobener Verbindungselemente. Das Hohlkammerprofil kann als Blendrahmenprofil oder Flügelrahmenprofil ausgebildet werden. Die kumulierte Querschnittsfläche aller Kernprofile incl. der Querschnittsfläche etwaiger Hohlkammern kann mehr als 50 %, vorzugweise mehr als 70 % der Querschnittsfläche des Hohlkammerprofils incl. Hohlkammer(n) betragen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
    • 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Fenster-Hohlkammerprofils;
    • 2 ein alternatives erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren;
    • 3a ein gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Hohlkammerprofil in einer Querschnittsdarstellung;
    • 3b, c erfindungsgemäß, beispielsweise mit einem Verfahren gemäß 1 oder 2 hergestellte Hohlkammerprofile in einer Querschnittsdarstellung und
    • 4 ein aus erfindungsgemäß hergestellten Hohlkammerprofilen hergestellter Fensterrahmen in einer Draufsicht.
  • Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Fenster-Hohlkammerprofils 1. Bei diesem Verfahren wird das mehrere Hohlkammern 2 (vergl. 3b, c) aufweisende Hohlkammerprofil 1 mithilfe eines Strangproduktionsprozesses 3 hergestellt. Während dieses Strangproduktionsprozesses 3 werden in die thermoplastische Matrix 4 des Hohlkammerprofils 1 endlose Verstärkungsglasfasern 5 integriert, die zunächst von Rollen 6 abgezogen und in einer Vorwärmstation 7 vorgewärmt werden. Im Ausführungsbeispiel ist der Strangproduktionsprozess 3 als reaktive Pultrusion ausgebildet. Hierbei wird mittels eines Ziehwerkzeugs 8 das frisch hergestellte Hohlkammerprofil 1 über die endlosen Verstärkungsfasern 5 in Produktionsrichtung x aus dem beheizten Pultrusionswerkzeug 9 herausgezogen. Die reaktive Pultrusion 3 dient zur Herstellung zweier separater endlos faserverstärkten, jeweils mehrere Hohlkammern 2 aufweisender thermoplastischen Kernprofile 10, 10' (s.a. 3b, c) des Hohlkammerprofils 1. Hierbei wird die thermoplastische Matrix 4 dieser beiden parallel hergestellten Kernprofile 10, 10' aus dünnflüssigen Monomeren und/oder reaktiven Oligomeren - beide mit MO bezeichnet - hergestellt, die während der reaktiven Pultrusion 3 zum Thermoplast polymerisiert werden. Neben den Monomeren und/oder reaktiven Oligomeren MO werden der reaktiven Pultrusion 3 zur Führung der darin stattfindenden chemischen Reaktion Initiatoren I und Katalysatoren K zugesetzt. Im Ausführungsbeispiel werden zur Polymerisation des Thermoplasts die mit MO bezeichneten Monomere bzw. Oligomere in zwei Komponenten A und B der reaktiven Pultrusion zugeführt. Die Komponente A enthält Mono-/Oligomere MO sowie Initiatoren I, während die Komponente B neben den Mono-/Oligomeren MO Katalysatoren K enthält. Damit wird sichergestellt, dass erst im Pultrusionswerkzeug 9 ein Reaktionsgemisch enthaltend Mono-/Oligomere MO sowie Initiatoren I und Katalysatoren K vorliegt und somit die Polymerisation auch erst im Pultrusionswerkzeug 9 gestartet wird. Auch über die Beheizung des Pultrusionswerkzeugs 9 kann die Polymerisationsgeschwindigkeit gesteuert werden. Im Ausführungsbeispiel kann die thermoplastische Matrix 4 als Polyacrylat-Matrix, insbesondere PMMA-Matrix ausgebildet werden. Die beiden gleichzeitig parallel mittels reaktiver Pultrusion 3 hergestellten Kernprofile 10, 10' werden zur Verbesserung der Oberflächengüte des Hohlkammerprofils 1 im Wege einer Coextrusion 11 mit einer äußeren Beschichtung 12 aus unverstärktem Kunststoffmaterial 15, z.B. PVC, versehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 findet die Coextrusion 11 unmittelbar im Anschluss an reaktive Pultrusion 3 ohne Zwischenkühlung statt. Hierbei ist das Coextrusionswerkzeug 13 unmittelbar hinter dem Austritt des Werkzeuges 9 für die reaktive Pultrusion 3 angeordnet und ummantelt die Kernprofile 10, 10' online. Erst danach erfolgt die Abkühlung des coextrudierten Hohlkammerprofils 1 in einer Abkühlvorrichtung 14, z.B. einem Wasserbad. Alternativ hierzu können die reaktive Pultrusion 3 und die Coextrusion 11 auch in einem gemeinsamen Werkzeug durchgeführt werden.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 hingegen erfolgt vor der ebenfalls online erfolgenden Coextrusion 11 der Beschichtung 12 zunächst in einer Abkühlvorrichtung 14 eine Zwischenkühlung der beiden Kernprofile 10, 10'. Dies ist insbesondere bei der Coextrusion einer vergleichsweise dicken Beschichtung 12 aufgrund des großen Wärmeeintrags von Vorteil, um die Kernprofile 10, 10' vor der Coextrusion 11 zu stabilisieren. Die thermoplastische Matrix 4 der Kernprofile 10, 10' wird wiederum als Polyacrylat-Matrix ausgebildet. Die coextrudierte Beschichtung 12 besteht aus unverstärktem PVC-Material 15, welches einem für die Coextrusion 11 vorgesehenen Extruder 16 zugeführt wird, und damit aus einem auf den Kernprofilen 10, 10' sehr gut haftenden Polymer 15. Nach der Coextrusion 11 der Beschichtung 12 wird das Hohlkammerprofil 1 in einer weiteren Abkühlvorrichtung 14' (z.B. einem Wasserbad) final abgekühlt und kalibriert. Ferner ist optional zwischen der ersten Abkühlvorrichtung 14 und der Coextrusion 11 eine weiteres Ziehwerkzeug vorgesehen (nicht dargestellt).
  • Die 3b, c zeigen erfindungsgemäß hergestellte Fenster-Hohlkammerprofile 1, welche beispielsweise mit den in 1 oder 2 beschriebenen Verfahren produziert werden können. Der vergrößerte Ausschnitt der 3b zeigt die in die thermoplastische Matrix 4 der Kernprofile 10, 10' eingebetteten Verstärkungsfasern 5 sowie die hier übertrieben dick dargestellte Beschichtung 12 aus dem Beschichtungsmaterial 15. Es ist in den 3b und 3c erkennbar, dass die beiden separat hergestellten Kernprofile 10, 10' von der extrudierten äußeren Beschichtung 12 gemeinsam überzogen sind. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3b wurden die Kernprofile 10, 10' vor dem Auftrag der äußeren Beschichtung 12 zunächst durch ein im Wege der Extrusion hergestelltes Verbindungsprofil 17 aus unverstärktem Kunststoffmaterial, z.B. PVC, miteinander verbunden und der so entstandene Verbund sodann mit der Beschichtung 12 überzogen. Das Verbindungsprofil 17 ist als Verbindungs-Hohlkammerprofil mit einer geschlossenen Hohlkammer 2' und einer Wandstärke sV von mindestens 0,5 mm ausgebildet. Das Material des Verbindungsprofils 17 bildet somit allein die zusätzliche Hohlkammer 2". Die Herstellung des Verbindungsprofils 17 erfolgt online mit der reaktiven Pultrusion der Kernprofile 10, 10'. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3b wird das Verbindungsprofil 17 ebenso wie die äußere Beschichtung 12 mit den Kernprofilen 10, 10' coextrudiert (zur Vereinfachung ist die Herstellung des Verbindungsprofils 17 in den Verfahrenschaubildern gemäß 1, 2 nicht dargestellt). Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3c erfolgt die Herstellung der Verbindung der Kernprofile 10, 10' zum Hohlkammerprofil 1 durch die äußere Beschichtung 12 selbst. Hierbei bildet die äußere Beschichtung 12 aus unverstärktem Kunststoffmaterial 15 gemeinsam mit den einander zugewandten Innenseiten 21 der Kernprofile 10, 10' eine Verbindungshohlkammer 2". Die äußere Beschichtung 12 weist in beiden Ausführungsbeispielen gemäß 3b, c eine Schichtdicke sB von mindestens 0,3 mm auf. Der Gewichtsanteil der Verstärkungsfasern 5 in den Kernprofilen 10, 10' beträgt im Ausführungsbeispiel mehr als 80 %. In den 3b, c ist das Fenster-Hohlkammerprofil 1 als Flügelrahmenprofil ausgebildet. Es ist erkennbar, dass das Hohlkammerprofil 1 jeweils eine Euronut 18 mit einem Nutgrund 19 und zwei Nutseitenflächen 20 mit Vorsprüngen 23 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Verriegelungselementen aufweist. Der Nutgrund 19 dieser Euronut 18 wird im Ausführungsbeispiel gemäß 3b durch das Verbindungsprofil 17 gemeinsam mit der Beschichtung 12 und im Beispiel gemäß 3c allein durch die Beschichtung 12 gebildet. Die in 3b, c dargestellten Hohlkammerprofile 1 können durch den Zusatz von Farbpigmenten 22 zum Material 15 der Beschichtung 12 vor dem Auftrag auf die Kernprofile 10, 10' entsprechend eingefärbt werden (s. 1, 2). Neben dem Einsatz klassischer Weißpigmente 22, z.B. Titandioxid, können insbesondere auch Farbpigmente 22 verwendet werden, die der Beschichtung 12 eine „echte“ Farbe verleihen und z.B. zu einer roten, grünen, blauen, grauen, gelben oder auch schwarzen Einfärbung des Hohlkammerprofils 1 führen. Im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Hohlkammerprofilen in den 3b,c zeigt 3a ein Hohlkammerprofil 1 gemäß dem Stand der Technik, das lediglich ein einzelnes von einer Beschichtung 12 überzogenes Kernprofil 10 aufweist.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird ein rechteckiger Hohlkammerrahmen 100 eines Fenster- oder Türprofils dadurch gebildet, dass zunächst ein erfindungsgemäßes Hohlkammerprofil 1 in den Ecken 50 jeweils auf entsprechende Gehrung geschnitten wird, so dass dort nur die Außenwandung 60 verbleibt. Durch jeweiliges Knicken der verbleibenden Außenwandung 60 in den Ecken 50 wird danach der Hohlkammerrahmen 100 gebildet. Somit besteht der gesamte (üblicherweise aus vier Profilen zusammen gesetzte) Hohlkammerrahmen 100 hier aus einem einzigen Hohlkammerprofil 1, welches in einer der Ecken mit sich selbst zum geschlossenen Rahmen 100 verbunden, vorzugsweise verschweißt wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Verstärkungsfasern 5 in der Außenwandung 60 komplett umlaufen und somit zu einer sehr hohen Stabilität beitragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines polymeren, insbesondere thermoplastischen Fenster- oder Tür-Hohlkammerprofils (1), - wobei das mindestens eine Hohlkammer (2, 2`) aufweisende Hohlkammerprofil (1) mit Hilfe eines Strangproduktionsprozesses (3) hergestellt wird, - wobei während dieses Strangproduktionsprozesses (3) in die polymere Matrix (4) des Hohlkammerprofils (1) endlose Verstärkungsfasern (5) integriert werden, und - wobei der Strangproduktionsprozess (3) zur Herstellung mindestens eines endlos faserverstärkten, mindestens eine Hohlkammer (2) aufweisenden Kernprofils (10) des Hohlkammerprofils (1) dient und das Kernprofil (10) zur Verbesserung der Oberflächengüte des Hohlkammerprofils (1) mit einer vorzugsweise extrudierten äußeren Beschichtung (12) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Strangproduktionsprozesses (3) mindestens zwei separate Kernprofile (10, 10') hergestellt und zur Herstellung des Hohlkammerprofils (1) von der äußeren Beschichtung (12) gemeinsam überzogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strangproduktionsprozess (3) als reaktive Pultrusion durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernprofile (10, 10') vor dem Auftrag der äußeren Beschichtung (12) zunächst durch mindestens ein, vorzugsweise im Wege der Extrusion hergestelltes, Verbindungsprofil (17) miteinander verbunden werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsprofil (17) als mindestens eine geschlossene Hohlkammer (2`) aufweisendes Verbindungs-Hohlkammerprofil hergestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsprofil (17) mit einer Wandstärke (sv) von mindestens 0,5 mm hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Verbindung der Kernprofile (10, 10') zum Hohlkammerprofil (1) durch die äußere Beschichtung (12) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Beschichtung (12) gemeinsam mit den einander zugewandten Innenseiten (21) der Kernprofile (10, 10') eine Verbindungshohlkammer (2") bildet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag der äußeren Beschichtung (12) und ggf. die Herstellung des Verbindungsprofils (17) online mit dem Strangproduktionsprozess (3) der Kernprofile (10, 10') erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ggf. das Verbindungsprofil (17) und/oder die äußere Beschichtung (12) mit den Kernprofilen (10, 10') coextrudiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Beschichtung (12) und/oder ggf. das Verbindungsprofil (17) aus unverstärktem Kunststoffmaterial (15) hergestellt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Beschichtung (12) mit einer Schichtdicke (sB) von mindestens 0,3 mm hergestellt wird.
  12. Hohlkammerprofil (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
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