DE19916135C1

DE19916135C1 - Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern aufweisende Rahmenprofile

Info

Publication number: DE19916135C1
Application number: DE19916135A
Authority: DE
Inventors: Rainer Seburger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: EP1043472A3; ATE279631T1; EP1043472A2; EP1043472B1; DE59910833D1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern aufweisende Rahmenprofile, wie insbesondere Fensterprofile, wobei das Verstärkungselement einen offenen, im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und wobei das Verstärkungselement erfindungsgemäß aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist. Es ist unterteilt in Schenkel unterschiedlicher Dicke mit einem relativ dickeren Tragschenkel und relativ dünneren Distanz- und Führungsschenkeln, wobei der Faseranteil im Verbundwerkstoff so gewählt ist, daß sich das Verstärkungselement im Pulltransionsverfahren herstellen läßt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammerprofile, wie insbesondere Kunststoffensterrahmen.

Diese Verstärkungselemente dienen der mechanischen Verstärkung des Rah mens, da dieser erhebliche Windbelastungen aufzunehmen hat, unter der die Fensterdichtigkeit natürlich nicht leiden darf. Aus Festigkeitsgründen bestehen diese Verstärkungselemente aus Stahl. Sie werden auf Länge (und Gehrung) geschnitten, in die betreffende Hohlkammer des Profils eingeschoben und mit die sem durch Verschraubung verbunden, wobei das Verstärkungselement ein im wesentlichen U-förmiges Profilteil mit über den gesamten Querschnitt gleicher Wandstärke ist, siehe z. B. DE 196 26 182 A1.

Die Festigkeit einer derartigen Konstruktion ist hoch. Sie ist aber mit wesentlichen Nachteilen verbunden. Zum einen stellt das Stahlprofil eine Kältebrücke dar, die zu relativ hohen Wärmeverlusten des Rahmens führt, der K-Wert liegt bei etwa 1,6, weiterhin erhöht natürlich der Stahlanteil das Gewicht, was zu einer erhöhten Abnutzung der Beschlagteile führt, mit denen z. B. Rahmen und Flügel verbunden werden. Zudem ist das Stahlteil zu verzinken, um es gegen Rost zu schütze, was bekanntermaßen einen umweltbelastenden Vorgang erfordert. Zudem ist die Trennstelle nach dem Ablängen aus dem gleichen Grund zu behandeln, was jedoch aus Bequemlichkeit oft unterbleibt und somit zu einer herabgesetzten Lebensdauer der Rahmen führt.

Eine andere Möglichkeit der Aussteifung von Kunststoff-Rahmenprofilen ist z. B. in der EP 0 053 662 gezeigt. Hier wird ein Verstärkungselement aus einem z. B. Thermoplastschaum in das Profil eingefügt, wobei dieser gegenüberliegende Deckschichten aufweist. Eine solche Aussteifung weist zwar einen verbesserten K-Wert auf, nimmt aber gleichzeitig eine geringere Festigkeit als ein Strahlensatz in Kauf.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verstärkungs element zu finden, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, welches insbe sondere die gleiche Festigkeit gewährleistet wie ein Stahleinsatz, welches aber deutlich herabgesetzte K-Werte bewirkt, leicht herzustellen ist und eine Nach bearbeitung nach dem Ablängen nicht erfordert.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern aufweisende Rahmenprofile, wie insbesondere Fensterprofile, wobei das Verstärkungselement einen offenen, im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und wobei das Verstärkungselement erfindungs gemäß aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, und in Schenkel unterschiedlicher Dicke mit einem relativ dickeren Tragschenkel und relativ dünne ren Distanz- und Führungsschenkeln unterteilt ist, wobei der Faseranteil im Verbundwerkstoff so gewählt ist, daß sich das Verstärkungselement im Pulltrusionsverfahren her stellen läßt.

Ein Verstärkungselement mit den vorgenannten Merkmalen weist die gleiche hohe mechanische Festigkeit auf, wie ein solches aus Stahl, wobei der verstärkte Trag schenkel derart in das Kunststoffprofil einzusetzen ist, daß dieses an der Stelle der höchsten (Zug-)Belastung liegt und die anderen Schenkel hinsichtlich ihres Materialverbrauchs an die dort niedrigeren Anforderungen angepaßt sind, so daß die neuartigen Verstärkungselemente auch keinen höheren Preis erfordern. Dabei ist der Faseranteil im Verbund so gewählt, daß die Elemente als Strang durch Pulltrusion herstellbar sind und demnach auch aus diesem Grunde preisgünstig herstellbar sind, was insofern überrascht, als Verbundwerkstoffe grundsätzlich kostspieliger sind als Profilstahl. Die Herabsetzung der Wärmeleitung eines unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verstärkungselements hergestellten Fen sterrahmens ist überraschend deutlich, der erzielte K-Wert liegt (für einen 58 mm Rahmen) bei 1,1, ist also etwa um 30% spezifisch günstiger, was bei dem gesamten Fenster bis zu etwa 10% Reduzierung der Wärmeverluste ausmachen kann und entsprechend die Heizkosten senkt. Das Gewicht der Rahmen selbst läßt sich auf diese Weise ebenfalls um etwa 10% senken.

Als Verbundwerkstoffe kommen grundsätzlich alle bekannten in Frage, vorgezo gen werden vorliegend vor allem Glasfaserkunststoffe (GFK) aus Polyester und Epoxid als Duroplaste oder auch Thermoplaste wie z. B. PEEK.

Aus den oben genannten Gründen wird auch vorgeschlagen, den Fasermaterial- Anteil auf etwa 60 bis 90 Gew.-% einzustellen. Dabei läßt sich dieser in den Schenkeln unterschiedlich einstellen, wobei sich für alle Zwecke ein Faseranteil im Tragschenkel von etwa 70 bis 90 Gew.-% und in den beiden anderen Schen keln ein solcher von 60 bis 80 Gew.-% als besonders geeignet erwiesen hat.

Das Verstärkungselement wird im Rahmenprofil durch Verkleben oder Verschrau ben fixiert, d. h. mit diesem statisch gekoppelt. Um das Verbundmaterial über eine Verschraubung mit dem Rahmen sicher verbinden zu können, wird weiterhin vor geschlagen, mindestens einseitig an der gewünschten Fläche des Elements durch eine äußere Gewebelage (Innen- und/oder Außenseite) zu verstärken, um das Ausreißen von Verbundwerkstoff zu verhindern.

Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, längs des Führungs- oder Distanz schenkels eine Verschraubungsleiste als Verstärkung vorzusehen, die ohne wei teres bei der Pulltrusion mitgeformt werden kann.

Die Wandstärke des Verstärkungselements können an den Distanz- und Füh rungsschenkeln bis hinab zu 1,5 mm gewählt werden, üblicherweise betragen sie hier bis zu etwa 3 mm, wohingegen der Tragschenkel eine solche von etwa 4 bis 15 mm aufweist und stets stärker ist, als die anderen beiden.

Der Einbau in das Hohlprofil erfolgt dabei so, daß die Tragschenkel (bzw. die vier im Rahmen zusammengefaßten Elemente) dort liegen, wo die höhere Zuglast auftritt, dies ist bei den Fensterflügeln die nach innen zum Gebäude weisende Seite und beim Mittelpfosten (Kämpfer) dessen Außenflanke, wobei die Elemente die Rahmen auch in dem gewünschten Maße bei (gegenüber Stahl) geringerem Gewicht aussteifen.

Die erfindungsgemäßen Elemente weisen dabei eine Form auf, die das Einschie ben in der ggf. erforderlichen unterschiedlichen Lage in die Hohlkammern der Rahmenschenkel ermöglicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch vorgesehen, den Tragschen kel zusätzlich durch eine Stahleinlage auszzusteifen. Diese kann aus einem Flachband, insbesondere aber auch aus einem Winkelprofil bestehen.

Letztlich wird vorgeschlagen, das Einbringen von Klebstoff in der Verstärkung selbst an den erforderlichen Schenkeln dadurch zu erleichtern, daß in diese ent sprechende Nuten eingeformt werden, so daß hier erhebliche Mengen beim Ein schieben in das Hohlprofil mitgenommen werden. Hierbei kommen in vorteilhafter Weise selbstschäumende Klebmassen in Frage. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Nuten als Sicken wirken und das Profil aussteifen.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung an einem Aus führungsbeispiel näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 Fensterflügelrahmen mit Pfosten;

Fig. 2 das Verstärkungselement mit Stahleinlage und

Fig. 3 eine Ausführung mit Nuten und Verstärkungsleisten.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Fensterflügeln sowie einem dazwischen stehenden Pfosten 9, die jeweils als Rahmen aus Kunststoff mit Hohlkammern 1 ausgebildet sind.

In die Hohlkammern 1 sind die Verstärkungselemente 2 eingeschoben. Diese besitzen einen relativ dicken Tragschenkel 3, einen an diesen anschließenden Distanzschenkel 4 sowie einen Führungsschenkel 5, die beide dünner ausgebildet sind als der Tragschenkel 3 und jeweils unter einem etwa rechten Winkel anein ander anschließen.

Vorteilhafter Weise ist an den Tragschenkel 3, gegenüberliegend zum Distanz schenkel 4 eine Nase 10 angeformt, die sich bis nahe zur Beschlagsnut 11 erstreckt.

Die Schenkel 4, 5, 6 können mit einer außenliegenden mitgeharzten Gewebelage 12 (Roving) versehen sein, um den Sitz von Verschraubungen zu verbessern. Die Verstärkungselemente 2 können auch mit den Innenwandungen der Hohlkam mern 1 verklebt werden, dies wird dadurch erleichtert, daß die Rahmenprofile innen Ausbuchtungen 13, 14 aufweisen, welche die Schenkel 3, 4, 5 von der jeweiligen Wandung distanzieren, so daß eine Klebstoffschicht beim Einführen der Verstärkungselemente nicht abgestreift wird.

Wenn die Hohlkammern 1 in den Bereich der Tragschenkel 3 hineinreichende Stege 15 aufweisen, so ist an den Tragschenkeln eine entsprechende Stufe 16 vorzusehen Die Fensterscheiben (nicht dargestellt) erstrecken sich seitlich anschließend als Flügel 7, 8.

Mit Hilfe der Mittellinie 19 ist angedeutet, daß sich die Massen von Fensterrahmen 19 und Mittelpfosten 9 dieser je gegenüberliegend befinden.

Fig. 2 zeigt ein Verstärkungselement, bei welchem der Tragschenkel 3 durch eine Stahleinlage 17 in Form eines Flachbandes verstärkt ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Form des Verstärkungselements 2 sich gut dazu eignet, diese mit einem Schaumstoff zur weiteren Wärme- und Schall isolierung zu befüllen.

Fig. 3 veranschaulicht eine Form des Verstärkungselements, bei welcher in den Führungsschenkel 5 und die Tragschenkel 3 Nuten 20 insbesondere zur Auf nahme von Klebemitteln eingeformt sind. Weiterhin weisen der Distanzschenkel 4 und der Führungsschenkel 5 Verstärkungsleisten 21 auf, die zusätzlich auch mit Gewebe (Rovings) belegt sein können und der Verschraubung mit dem Rahmen dienen. Zusätzlich wirken die Nuten 20 und die Leisten 21 auch als Sicken und steifen das Profil aus.

Bezugszeichenliste

1

Hohlkammern

2

Verstärkungselement

3

Tragschenkel

4

Distanzschenkel

5

Führungsschenkel

6

Gewebebelag

7

Fensterflügel

8

Fensterflügel

9

Pfosten

10

Nase

11

Beschlagsnut

12

Gewebe

13

Ausbuchtungen

14

Ausbuchtungen

15

Stege

16

Stufe

17

Stahleinlage

18

Fensterrahmen

19

Mittellinie

20

Nut

21

Leiste

Claims

1. Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern (1) aufwei sende Rahmenprofile, wie insbesondere Fensterprofile, wobei das Verstär kungselement (2) einen offenen, im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) das Verstärkungselement (2) ist aus einem Faserverbundwerkstoff gefer tigt;
b) es ist unterteilt in Schenkel unterschiedlicher Dicke mit einem relativ dickeren Tragschenkel (3) sowie relativ dünneren Distanz- (4) und Füh rungsschenkeln (5), wobei
c) der Faseranteil im Verbundwerkstoff so gewählt ist, daß sich das Verstär kungselement im Pulltrusionsverfahren herstellen läßt.

2. Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil im Tragschenkel (3) etwa 60 bis 90 Gew.-% beträgt.

3. Verstärkungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil im Tragschenkel (3) gegenüber dem Distanz- und Füh rungsschenkel (5) erhöht ist und 70 bis 90 Gew.-% gegenüber 60 bis 80 Gew.-% der anderen Schenkel (4, 5) beträgt.

4. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß Distanz- (4) und/oder Führungsschenkel (5) äußere, in den Kunststoff des Verbundwerkstoffes eingebettete Gewebelagen (6) aufwei sen.

5. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tragschenkel (3) eine Wandstärke von etwa 4 bis 15 mm und die anderen Schenkel (4, 5) eine solche von etwa 1,5 bis 3 mm aufwei sen.

6. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Verbundwerkstoff ein Glasfaserverbundwerkstoff ist.

7. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß diese derart in die Hohlkammerprofile von Kunststoffrahmen einsetzbar und mit diesen verbindbar sind, daß die Tragschenkel (3) im wesentlichen Zuglasten aufnehmen.

8. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Tragschenkel (3) eine Stahleinlage (17) eingefügt ist.