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Die Erfindung betrifft eine Tür, ein Metallkonstruktionsprofil einer Zarge oder eines Rahmens für eine Tür oder ein Fenster einschließlich einer Außenseite und einer Innenseite sowie mindestens einer Blattseite, die diese verbindet. Die Erfindung betrifft insbesondere die Herabsetzung des Wärmedurchgangsfaktors einer aus solchem Konstruktionsprofil gefertigten Tür oder eines Fensters.
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Türen und Fenster werden typischerweise an Stellen verwendet, wo eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenseite und der Innenseite besteht. Wenn es sich um die Außentür oder das Außenfensters eines Gebäudes handelt, sind gewisse, von der Konstruktion geforderte, die Wärmedämmung betreffende Normen vorhanden. Die gegenwärtig geltenden Behördenvorschriften (C3 Finnische Bauvorschriftensammlung, Wärmedämmung des Gebäudes, Vorschriften 2003, Verordnung des Umweltministeriums über die Wärmedämmung von Gebäuden, 30.10.2002) erfordern einen Wärmedurchgangsfaktor von 1,4 W/m2K für Türen und Fenster in einem an Außenluft grenzenden warmen oder besonders warmen Raum oder dementsprechend. Ferner wird in dieser Bauvorschriftensammlung festgestellt, dass die Wärmedämmungsanforderungen an Fenster und Türen das gesamte Konstruktionsteil einschließlich der Zargen- und Rahmenkonstruktionen betreffen. Andere Eigenschaften, die in der betreffenden Bestimmung von Türen und Fenstern verlangt werden, befinden sich in einem Punkt bezüglich der Festigkeit: ”... die Werkstoffe müssen solcher Art sein, dass sie den bei der Verwendung auftretenden Beanspruchungen ohne wesentliche Schäden standhalten.” Entsprechende, von Behörden festgelegte Bauvorschriften gibt es auch in anderen Ländern, insbesondere in kalten Gebieten, wie den übrigen nordischen Ländern.
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Es sind bestimmte Sonderlösungen erforderlich, um einen Wärmedurchgangsfaktor entsprechend den Behördenvorschriften bei Türen- und Fensterkonstruktionen aus Metall zu erreichen, da die zur Anwendung kommenden Werkstoffe an sich eine ausgesprochen hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diese hohe Wärmeleitfähigkeit verursacht einen so hohen Wärmedurchgangsfaktor in der Konstruktion, dass diese ohne Sondermaßnahmen die oben genannte Behördenvorschrift nicht erfüllt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden folgende mit der Konstruktion verbundene Richtungen angewendet: Die X-Richtung entspricht der Längsrichtung des Konstruktionsprofils, die z. B. die Richtung der Türzarge ist. Die Y-Richtung entspricht der Breitenrichtung des Konstruktionsprofils. Die Ebene XY ist somit im Wesentlichen die gleiche wie die Richtung der Ebene des Konstruktionselements, wie der Tür oder des Fensters. Die Z-Richtung bezeichnet die Dicken- oder Tiefenrichtung des Konstruktionsprofils. Da die vorliegende Erfindung insbesondere die wärmetechnischen Eigenschaften der Bauelemente betrifft, entspricht die Z-Richtung in der Regel auch der Richtung des Temperaturgradienten für eine eingebaute Konstruktion. Materialdicke bezeichnet in diesem Zusammenhang die Dicke der Wand des Konstruktionsprofils.
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Unter den zurzeit allgemein zur Anwendung kommenden Konstruktionsprofilen aus Stahl ist z. B. eine Anordnung bekannt, bei der das Konstruktionsprofil aus zwei getrennten Profilstücken gebildet worden ist. Zwischen diesen zwei Profilstücken ist mithilfe von Zwischenstücken ein Isolierraum gebildet, in den ein geeignetes Konstruktionsteil mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder mit Isolierfähigkeit, wie ein Kunststoffprofil, eine aus einer Faserplatte angefertigte Leiste oder dergleichen, eingebaut worden ist. Die Zwischenstücke sind typischerweise als Stahlstangenstücke ausgeführt, die auf geeignete Länge zugeschnitten worden sind und an beide Profilstücke angeschweißt werden. Mithilfe der Länge des Zwischenstücks kann die erforderliche Dicke (in der Z-Richtung) im Isolierraum eingestellt werden. Eine derartige Konstruktion ist sehr arbeitsaufwendig in der Herstellung, sie erfordert viele verschiedene Arbeitsgänge und eine erhebliche Menge unterschiedlicher und separater Konstruktionsteile, die zuerst hergestellt und anschließend zwecks Zusammenbau oder Montageschweißung eingebaut werden müssen.
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Aus der Veröffentlichung
EP 1 179 112 B1 ist ein Konstruktionsprofil zur Unterbrechung der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Inneren und Äußeren des Gebäudes bekannt. Die Anordnung gemäß dieser Veröffentlichung weist verschiedene Membranbeutel auf, die in Vakuum angeordnet und an geeigneten Stellen zwischen den Profilstücken angeordnet sind.
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Aus der Veröffentlichung
WO 2005/028797 A1 ist ein Profilelement bekannt, auf dessen Seite verschiedene Konstruktionen und Formgebungen angeordnet sind, die Wärmeleitung verhindern und verringern. Der Grundgedanke dieser Veröffentlichung ist eine geschweißte Konstruktion, mit einem oberen und unteren Teil des Profils und einem an diese angeschweißten separaten Seiten- oder Blattteil (entspricht dem Teil in der Z-Richtung). Dieses separate Seiten- oder Blattteil weist somit unterschiedliche Formgebungen auf, um die Wärmebrücke zu unterbrechen. Als besonders vorteilhafte Ausführungsformen beschreibt die Veröffentlichung Öffnungen, die in der Seite des Profils gebildet werden, wobei diese Öffnungen X- oder V-förmig gestaltet werden können, wobei der Winkel des schräg gestellten Teils in Bezug auf Längsrichtung des Profils zwischen 5°–170°, 5–135° und, besonders vorteilhaft, zwischen 20°–90° liegt.
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Aus dem Stand der Technik ist auch die Veröffentlichung
FI-U 20060166 bekannt, die eine Tür, ein Metallkonstruktionsprofil einer Zarge oder eines Rahmens für eine Tür oder ein Fenster beschreibt, das eine Außenseite und Innenseite und eine Blattseite aufweist, die diese verbindet, wobei an der Blattseite Nuten in X-Richtung angeordnet sind, so dass Nuten in Z-Richtung nebeneinander sind und in X-Richtung nacheinander so, dass sich die Mitte der Nutlänge auf der Höhe des Stegs zwischen den benachbarten Nuten befindet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Konstruktion eines Zargen- oder Rahmenprofils zu entwickeln, die im Vergleich zum Stand der Technik besonders herstellungsfreundlich ist und vorteilhafte Herstellungskosten bietet und sich für eine Anwendung bei Konstruktionen eignet, die an Außenluft angrenzen. In der Praxis bedeutet dies also, dass die Konstruktion die vorstehenden Behördenvorschriften erfüllt. Ziel der Erfindung ist ferner, eine Konstruktion bereitzustellen, die aus mehreren verschiedenen Metallen ohne Sondervorrichtungen für jeden Rohstoff im Profil hergestellt werden kann. Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Anordnung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Wärmeleitung über das Konstruktionsprofil gering ist.
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Kennzeichnendes Merkmal eines erfindungsgemäßen Konstruktionsprofils für ein Fenster oder eine Tür ist, dass von den Blattseiten zu der Außenblattseite Nuten in der X-Richtung angeordnet sind, so dass die Nuten in der Z-Richtung aneinander und in der X-Richtung nacheinander angeordnet sind, so dass sich die Mitte der Nutlänge an einem Steg zwischen den angrenzenden Nuten befindet, und dass in der Innenblattseite mindestens eine Öffnung angeordnet ist, wobei die Öffnung in der X-Richtung an den Steg begrenzt wird und wobei die Breite der Öffnung in Z-Richtung 25–75% von der Breite der Innenblattseite oder des Konstruktionsprofils in der Z-Richtung beträgt.
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Kennzeichnendes Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Breite der Öffnung in der Z-Richtung mehr als 50% von der Breite der Innenblattseite oder des Konstruktionsprofils in der Z-Richtung beträgt. Der offene Anteil reduziert die Ableitungsgänge in Z-Richtung bedeutend, zugleich wenn das Füllen des Konstruktionsprofils mit geeignetem Dämmmaterial deutlich erleichtert wird.
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Kennzeichnendes Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass die zusammengerechnete Länge der die Länge der Öffnung in X-Richtung begrenzten Stege unter 20%, vorzugsweise unter 10% der zusammengerechneten Länge der Öffnungen in der fertigen Konstruktion liegt. Somit werden dem offenen Profil nahezu entsprechende Wärmeleiteigenschaften auf der Seite der Innenblattseite erzeugt, wobei jedoch in dem Konstruktionsprofil die Konstruktion stützende oder versteifende Stege an geeigneten Stellen vorhanden sein können, wie zum Beispiel auf der Höhe von Scharnieren, Verriegelungsvorrichtungen, Stirnseiten oder entsprechenden, in Bezug auf die Konstruktion erforderlichen Elemente. Diese Stege haben in das Konstruktionsprofil durch Schneiden, Schweißen, Löten, Verschrauben, Kleben oder auf entsprechende Weise gebildet werden können. In gewissen Fallen bildet zum Beispiel ein durch Verschrauben an der Blattseite befestigter Flansch einen ausreichenden Steg.
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Kennzeichnendes Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass an der Außenblattseite Nuten aneinander in mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehreren Reihen in der Z-Richtung des Profils vorhanden sind. Ferner ist für eine Ausführungsform kennzeichnend, dass die Breite der Nut in der Z-Richtung kleiner als oder gleich groß ist wie die Materialdicke des Profils.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist mit Nut eine schmale Öffnung gemeint, die im Wesentlichen die gleiche Dicke über ihre Länge in der Z-Richtung aufweist und sich von etwaigen Öffnungen mit einer anderen Form unterscheidet. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeleitung in einem Konstruktionsprofil aus Metall wirksam verringern. Die geleitete Wärme muss, verglichen mit der entsprechenden Strecke in der Z-Richtung, in der X-Richtung über eine erhebliche Strecke in einem von den Nuten gebildeten Labyrinth strömen, die als eine thermische Unterbrechung angeordnet sind. Von der Herstellung her ist diese Ausführungsform besonders vorteilhaft und man kann damit leicht und einfach eine Konstruktion erhalten, die thermisch effizient ist und trotzdem niedrige Herstellungskosten aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben.
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1 zeigt ein Konstruktionsprofil, an dessen Blattseite Öffnungen gemäß der Erfindung angeordnet sind.
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2 stellt eine Blattseite gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar.
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3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, in der eine Ausführungsform des Stegs dargestellt ist.
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4 stellt das Konstruktionsprofil gemäß einer Ausführungsform dar.
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In 1 ist ein typisches Konstruktionsprofil 1 für eine Zarge oder einen Rahmen für eine Tür oder ein Fenster dargestellt. Auf der Außenblattseite 35 dieses Konstruktionsprofils 1 ist mithilfe von Nuten 31 eine thermische Unterbrechung oder ein Labyrinth angeordnet, welche bzw. welches von der inneren Seite 4 entlang dem Konstruktionsprofil an die äußere Seite 2 geleitete Wärme wesentlich verzögert und verringert. Wärme kann selbstverständlich in Abhängigkeit von der auf den verschiedenen Seiten der Konstruktion herrschenden Temperatur in beiden Richtungen geleitet werden. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik strömt Wärme immer von der wärmeren zur kälteren Seite. Bei derartigen Konstruktionen ist die Wärmeleitung die absolut bedeutendste Wärmeübergangsform, andere Wärmeübergangsformen sind unter normalen Bedingungen, die um das Anwendungsobjekt der Erfindung herum herrschen, nicht besonders bedeutungsvoll. In 1 sind Nuten 31 im Konstruktionsprofil 1 in drei Reihen in der Z-Richtung angeordnet. Die Länge der Nuten 31 in der X-Richtung ist so gewählt, dass die Festigkeit der Konstruktion nicht zu sehr abgeschwächt wird und die Wärmeleitungsstrecke trotzdem möglichst lang ist.
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In 1 ist des Weiteren die Öffnung 371 auf der Innenblattseite 37 des Konstruktionsprofils 1 dargestellt. Vorzugsweise begrenzt sich die Öffnung 371 in der X-Richtung an den Steg 32. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Breite W in der Z-Richtung 25–75% von der Breite L der Innenblattseite 37 oder des Konstruktionsprofils 1 in der Z-Richtung. Das verbessert die Beständigkeit und Drehsteifheit des Konstruktionsprofils 1. In ist dargestellt, dass der Steg 32 die Öffnung 371 in zwei Teile teilt, jedoch ist es klar, dass durch Veränderung der Anzahl und Position der Stege 32 die Größe der Öffnung und/oder Öffnungen 371 den Bedürfnissen entsprechend angepasst werden kann.
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In der Anordnung der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das von Nuten 31 gebildete Muster zum Beispiel wie folgt: Die Länge der Nut 31 in der X-Richtung beträgt 90 mm, die Mitte 311 der Länge der Nut beträgt somit 45 mm von beiden Enden der Nut, die Breite der Nut 31 in der Z-Richtung beträgt 1 mm, der Abstand der Nuten, bzw. der Steg 32 in der X-Richtung beträgt 5 mm, es gibt Nuten 31 in drei Reihen in der Z-Richtung, der Abstand der Nuten 31 bzw. die Breite des Gangs 33 in der Z-Richtung beträgt 8,5 mm. Die Materialdicke des Konstruktionsprofils 1 in dem untersuchten Beispiel beträgt 1,5 mm und das Material ist üblicher Konstruktionsstahl. Mit diesem Muster wird als Wärmedurchgangsfaktor 2,8 W/m2K erhalten, wenn sowohl die Zarge der Tür als der Rahmen der Tür beide aus diesem gleichen Konstruktionsprofil 1 sind. Wenn gleichzeitig für den Mittenbereich der Tür eine Konstruktion gewählt wird, deren Wärmedurchgangsfaktor den konventionellen Wert von 0,56 W/m2K aufweist, ergibt sich für die gesamte Türkonstruktion ein Wärmedurchgangsfaktor von 1,35 W/m2K, der somit die aktuelle Behördenanforderung erfüllt.
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In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das Konstruktionsprofil aus einer Metallscheibe, wie zum Beispiel aus Stahl, durch Biegen, gebildet worden ist. Das Konstruktionsprofil weist eine Außenseite 2, Blattseiten 3 und eine Innenseite 4 auf. Das Innere des Konstruktionsstahls ist mit Dämmmaterial 5, wie zum Beispiel Glaswolle, Mineralwolle oder entsprechend gefüllt. An der Blattseite 3 ist mithilfe der Nuten 31 eine thermische Unterbrechung angeordnet, die die Wärmeleitung zwischen der Außenseite 2 und Innenseite 4 verschlechtert. Eine alternative Konstruktion hierfür ist (nicht in der Figur dargestellt), dass aus dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprofil die Zarge bzw. der Rahmen der Tür gefertigt wird, auf die die Verschalung der Außenseite und Innenseite montiert werden. Auch in dieser Alternative kann die Tür mit Dämmmaterial gefüllt werden, wobei sie der in dem Zusammenhang mit der Erläuterung der 2 ausgeführten von Wärmeeigenschaften gemessenen Konstruktion entspricht.
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Die Nuten 31 und Öffnungen 371 werden vorzugsweise mithilfe eines Plasmaschneiders hergestellt. Dadurch kann die Herstellung des Konstruktionsprofils passend automatisiert werden und der Anschaffungspreis der Plasmaschneidausrüstungen ist relativ günstig. Der Plasmaschneidvorgang kann auch manuell ausgeführt werden, so dass er gut dem erforderlichen Arbeitsverfahren angepasst werden kann. Laser- und Wasserschneidausrüstungen eignen sich ebenfalls sehr gut für diesen Verwendungszweck, ihr Anschaffungspreis ist jedoch deutlich höher als der für eine Plasmaschneidausrüstung. Das Brennschneiden ist auch ein beachtenswertes Herstellungsverfahren, jedoch ist die dabei erzielte Nutenbreite 31 für mehrere Anwendungszwecke unnötig groß.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Öffnungen durch Stanzen oder Ausstoßen gefertigt. Dabei werden die Nuten 31 oder die Öffnungen sehr schnell gefertigt, wenn das Werkzeug eine Nut oder eine Öffnung in gewünschter Größe auf einmal schlägt, d. h. herstellen kann.
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Die Öffnungen können auch so gefertigt werden, dass das Konstruktionsprofil 1 durch Biegen aus einer Platte als offenes Profil gefertigt wird, wonach der gesonderte Steg 32 mit einem bekannten Verfahren befestigt wird, zum Beispiel durch Schweißen. Der Steg kann entweder aus gleichem Material wie das Konstruktionsprofil 1 sein, oder als Material kann ein anderes gewählt werden, wenn es verwendungsmäßig ist.
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In Bezug auf die Wärmeleitung hat die Breite der Nut
31 keine besondere Bedeutung, da die Wärmeleitfähigkeit der Luft von der Wärmeleitfähigkeit des Stahls oder eines anderen Metalls wie des Aluminiums bedeutend abweicht. In Bezug auf die Fertigungskosten des Konstruktionsprofils
1 hat diese Breite der Nut
31 jedoch eine sehr große Auswirkung, da die gesamte Abtragung des Materials Arbeit und Energie in Anspruch nimmt. Aus diesem Grund wird im Konstruktionsprofil entsprechend der Erfindung Material nur in unbedingt notwendiger Minimalmenge abgetragen, wobei die Breite der Nut
31 in der Z-Richtung kleiner als oder gleich groß wie die Materialdicke des verwendeten Konstruktionsprofils ist. Typische Dicken des Konstruktionsprofils
1 in der Z-Richtung sind zum Beispiel 50, 60, 70, 80 und 100 mm. Dabei ist die Fläche der Nuten
31 verglichen mit der übrigen Fläche dieser Blattseite sehr klein. Die Anzahl der so in der Fertigung entstehenden Verluststücke ist deutlich kleiner verglichen zum Beispiel mit der Lösung entsprechend der
8a und
8b der Veröffentlichung
WO 2005/028797 A1 . Entsprechend würde die Breite W der Öffnungen
371 mit Dicken
50,
60,
70,
80 und 100 mm in der Z-Richtung 25–75% von diesem Maß, d. h. circa 12,5–75 mm betragen.
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Die Länge der Nut 31 hat wiederum eine relativ große Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit. Je länger die Nut 31 ist, desto weniger gibt es Wärme leitende Stege 32. In Bezug auf die Festigkeit der Konstruktion ist wiederum vorteilhaft, dass die Anzahl und Länge der Stege 32 möglichst groß ist, eine einheitliche Konstruktion der Blattseite 3 ohne Nuten 31 wäre selbstverständlich am stärksten. Diese betreffen sowohl die Innenblattseite als auch die Außenblattseite. In den Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, wenn das Verhältnis der Länge der Nut 31 und des Stegs 32 in der X-Richtung größer als 9:1 ist, der Wärmedurchgangsfaktor auf den Zielwert erhalten wird, ohne dass die Festigkeit der Konstruktion noch zu viel verschlechtert wird.
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Um den Wärmeübertragungsfaktor der gesamten Konstruktion möglichst niedrig zu halten, ist das Konstruktionsprofil vorzugsweise mit Dämmmaterial 5, wie Isolierwolle, Isolierschaum oder entsprechend gefüllt. Luft ist auch ein relativ gutes Dämmmittel, falls die Luft nicht zu viel strömen kann, somit kann das Konstruktionsprofil auch ohne eine gesonderte Isolierung sein.
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In 4 wird noch eine Ausführungsform von dem Querschnitt des Konstruktionsprofils von einer Stelle dargestellt, in der auf der Innenblattseite kein Steg dargestellt ist. Das Konstruktionsprofil entsprechend 4 weicht von dem in 3 dargestellten Profil in erster Linie in Bezug auf die Formgebung ab: Die Ränder der Öffnung 371 sind nicht nach innen gezogen bzw. gebogen, wobei die Biege- und Drehsteifheit des Konstruktionsprofils ein wenig kleiner ist als an dem Konstruktionsprofil entsprechend .
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Die der Erfindung entsprechende Anordnung eignet sich auch für Konstruktionsprofile, die aus anderen Materialien als aus Stahl gefertigt sind. Diese können zum Beispiel Aluminium, Aluminiumlegierungen oder sonstige für das Bauen geeignete Materialien wie Messing sein. Bei der Verwendung dieser Materialien, die weniger fest als Stahl sind, sollte die Materialstärke und die Dimensionierung von sowohl Nuten 31 als auch Stegen 32 fallspezifisch je nach Verwendungsstellen definiert werden.
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In den Abbildungen verwendete Bezugszeichen:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konstruktionsprofil
- 2
- Außenseite
- 3
- Blattseite
- 31
- Nut
- 311
- Mitte der Länge der Nut
- 32
- Steg
- 33
- Gang
- 35
- Außenblattseite
- 37
- Innenblattseite
- 371
- Öffnung
- 4
- Innenseite
- 5
- Dämmmaterial
- L
- Breite der Öffnung
- W
- Breite des Konstruktionsprofils in der Z-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1179112 B1 [0005]
- WO 2005/028797 A1 [0006, 0026]
- FI 20060166 U [0007]
