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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen aus einem extrudierten Kunststoff-Hohlprofil hergestellten Balken mit einem Innenraum, der mit einem geschäumten Polymermaterial ausgefüllt ist.
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Aus dem Stand der Technik ist die Schrift
DE 20 2006 016 406 U1 bekannt. In dieser Schrift ist ein gattungsgemäßer Hohlkörper offenbart, dessen Hohlkammer abschnittweise oder ganz mit dem geschäumten Polymermaterial ausgeschäumt ist. Entsprechend ausgestaltete Bauteile werden beispielsweise als Baustoffe verwendet.
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Bei den bekannten Kunststoff-Hohlprofilen werden metallische Versteifungsprofile in die Hohlräume eingesetzt, wenn die Hohlprofile größere statische Lasten aufnehmen und tragen sollen. Nach dem Einsetzen der metallischen Versteifungsprofile können die Balken aber nur noch schwer und unter Verwendung von Spezialwerkzeug passend abgelängt werden, beispielsweise auf der Baustelle. Durch die metallischen Versteifungsprofile verschlechtert sich zudem der Wärmedurchgangskoeffizient, es müssen zusätzliche Vorsorgemaßnahmen gegen die Bildung von Wärmebrücken getroffen werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Balken aus einem extrudierten Kunststoff-Hohlprofil zu schaffen, der vergleichsweise hohe statische Lasten aufzunehmen vermag, bei dem aber auf metallische Versteifungsprofile verzichtet werden kann.
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Die Aufgabe wird für einen gattungsgemäßen Balken gelöst, indem die Schenkel des Kunststoff-Hohlprofils doppelwandig ausgeführt und zwischen den Doppelwänden Hohlkammern ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung durch die Doppelwände miteinander verbindende Stützstege begrenzt sind.
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Durch die doppelwandige Ausführung der Schenkel mit zwischen den Doppelwänden befindlichen Hohlkammern ist das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil erheblich versteift. Die auf eine Seite der Schenkel einwirkenden Kräfte werden über die Stützstege in das Material der gegenüberliegenden Seite der Schenkel übertragen. Die Stützstege verteilen die auf den Balken einwirkenden Kräfte räumlich. Dadurch können vom Balken wesentlich höhere Kräfte aufgenommen werden als das möglich wäre, wenn die Schenkel nur einschalig ohne Hohlkammern ausgebildet wären. Wenn die um den Außenumfang des Balkens herum umlaufend doppelwandig mit dazwischen befindlichen Hohlkammern ausgebildet ist, ergibt sich eine sehr stabile und belastbare Struktur, die die einwirkenden Kräfte über die gesamte Höhe des Balkenquerschnitts aufnimmt und verteilt.
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Durch die doppelwandige Ausbildung der Schenkel wird der geschäumte Kern des Balkens von statischen Lasten entlastet. Durch die dickeren Schenkel ist der geschäumte Kern zudem besser gegen Beschädigungen und eventuell eindringendes Wasser geschützt. Der geschäumte Kern kann deshalb besser auf den Zweck hin ausgestaltet werden, eine Wärmeisolierung zu schaffen. Der Balken hat für seine Festigkeit ein vergleichsweise geringes Gewicht, er ist leicht und schnell verarbeitbar und verfügt über eine gute Wärmeisolierung.
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Die Doppelwandung mit dazwischen befindlichen Hohlkammern erlaubt eine flexiblere Anpassung eines Balkens an einen darunter befindlichen unebenen Boden und an eine unebene Kontur eines daran anschließenden oder darauf aufgestellten Bauteils. Das Kunststoffmaterial des extrudierten Kunststoff-Hohlprofils kann sich beispielsweise durch eine geringfügige Umformung des Materials in besonders unter Druck stehenden Bereichen an die Form der angrenzenden Bauteile anpassen und dadurch die einwirkenden Lasten auf eine größere Fläche verteilen, weil nach der Umformung auch andere Bereiche des Balkens die einwirkende Last mit aufnehmen.
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Der Balken ist leicht verarbeitbar. Insbesondere ist ein nachträgliches Sägen, Schneiden und Bohren mit einfachen Werkzeugen in der Werkstatt oder auf der Baustelle möglich. So können die Balken leicht auf Gehrung geschnitten und aneinander gesetzt werden, was beispielsweise vorteilhaft ist, wenn nicht linear und nicht rechtwinklig verlaufende Fassadenelemente, Türen oder Fenster abgestützt werden sollen, was beispielsweise bei Wintergärten, Pavillons oder dergleichen häufiger vorkommt. Durch entsprechende Gehrungsschnitte können sogar in einer Rundung verlaufende Fassadenelemente abgestützt werden. Auch Ausnehmungen können leicht durch entsprechende Schnitte vor dem Ausschäumen oder nachträglich hergestellt werden, beispielsweise, um Rohre, Versteifungselemente oder Pfosten im Bereich der Ausnehmung aus dem Balken treten zu lassen oder diese anzubinden.
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Auch ist es möglich, vor dem Ausschäumen Versteifungselemente in den Balken einzulegen. Die Versteifungen können in den Innenraum und/oder in die Hohlräume eingeschoben werden. Als Versteifungen können metallische Elemente oder Elemente aus anderen geeigneten Werkstoffen verwendet werden. Auch Karbon- oder Glasfasern können als Werkstoff für die Versteifungen verwendet werden, dadurch sind insgesamt hochfeste, aber immer noch vergleichsweise leichte Balken möglich.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind auf einer oder mehreren Außenseiten der Außenwände nach außen weisende Versteifungsstege ausgebildet. Die Versteifungsstege verlaufen vorteilhaft genau oder zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung des Balkens, so dass sie die statische Belastbarkeit des Balkens quer zu seiner Längsrichtung unterstützen. Es können auch mehrere Balken aneinander oder aufeinander gelegt werden, wobei die Versteifungsstege dann mit einer entsprechenden Querschnittsform und einer seitlichen Anlage aneinander eine Verzahnung der Balken über die Versteifungsstege miteinander möglich machen. Es können auch gesonderte Verbindungsteile zur mechanischen formschlüssigen Verbindung der Balken verwendet werden, beispielsweise Stegplatten mit schwalbenschwanzförmigen Enden, die in den Hinterschnitt, den die Versteifungsstege ausbilden, eingesetzt werden. Durch die zusätzlichen Versteifungsstege wird der Balken zudem noch steifer. Die Versteifungsstege helfen aber auch dabei, wenn ein Balken mit angrenzenden Bauteilen verbunden werden soll. So können die Zwischenräume zwischen den Versteifungsstegen mit Kleber oder Montageschaum befüllt werden, um eine Klebeverbindung mit den Oberflächen benachbarter Bauteile herzustellen. Auch haftet ein Putz besser auf der Oberfläche des Balkens.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Versteifungsstege hinterschnitten. Durch eine hinterschnittene Querschnittsform können bei Verbindungen des Balkens mit angrenzenden Bauteilen über die Versteifungsstege größere Auszugskräfte aufgenommen werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder mehrere Hohlkammern über Ausnehmungen in der Innenwand mit dem Innenraum verbunden und die Hohlkammern sind ganz oder teilweise mit geschäumtem Polymermaterial ausgefüllt. Durch die teilweise oder vollständige Ausfüllung der Hohlkammern mit dem geschäumten Polymermaterial ergibt sich eine zusätzliche Aussteifung und Stabilisierung des Balkens.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das die Schenkel bildende extrudierte Kunststoff-Hohlprofil aus mehreren Winkelprofilen zusammengesetzt. Für kleinere Winkelprofile sind die Werkzeugkosten niedriger. Da das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil beim fertigen Balken die Schenkel ausbilden soll, wäre der Innenraum nur schwer zugänglich, wenn das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil aus nur einem einzigen Stück gebildet wäre. Bei einem aus zumindest zwei Winkelprofilen zusammen gesetzten Kunststoff-Hohlprofil kann das Ausgangsmaterial des geschäumten Polymermaterials zunächst in das erste Winkelprofil eingelegt werden, bevor das Kastenprofil durch Anlegen des zweiten Winkelprofils geschlossen und das Ausgangsmaterial für das geschäumte Polymermaterial sodann aktiviert wird, um die geschäumte Struktur auszubilden.
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Bei der Verwendung mehrerer Winkelprofile ist auch eine Verkleidung von Stahlträgern oder Stützen möglich, selbst nachträglich, wenn diese bereits in ein Bauwerk eingebaut sind. Die Winkelprofile werden dazu um den zu verkleidenden Stahlträger gelegt und der Innenraum wird sodann ausgeschäumt. Der Balken ist danach leichter als der verkleidete Stahlträger mit anderen Bauteilen verbindbar, da in ihn leichter Schrauben eingedreht werden können oder Klebstoffe besser anhaften. Der Balken bewirkt zudem eine gute Wärmeisolierung des verkleideten Bauteils.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoff-Hohlprofil aus zwei Winkelprofilen zusammengesetzt, wobei beide Winkelprofile rechtwinklig zueinander ausgerichtete Profilschenkel aufweisen. Durch die rechtwinklige Ausrichtung der Profilschenkel zueinander können diese leicht zu einer Schwelle mit rechteckigem Querschnitt zusammengesetzt werden. Zur Herstellung eines Kunststoff-Hohlprofils kann es genügen, nur ein Werkzeug für ein Winkelprofil mit rechtwinklig zueinander angeordneten Profilschenkeln zu machen, wobei dann die freien Enden der Profilschenkel von passend abgelängten Winkelprofilen aneinander gelegt werden, um daraus einen Balken mit einem Kastenprofil-Querschnitt zu schaffen. Es ist auch leicht möglich, durch Kürzen des einen oder beider Profilschenkel eines jeweiligen Winkelprofils eine Schwelle mit genau gewünschten Maßen herzustellen. Insbesondere ist das aus demselben Winkelprofil möglich, von dem die Winkelprofilstücke in der benötigen Länge abgeschnitten, die Profilschenkel der Winkelprofile in ihrer Länge passend geschnitten und sodann die Winkelprofile zu der gewünschten Schwelle zusammen gelegt und mit dem Polymermaterial ausgeschäumt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Winkelprofile über das im Innenraum ausgehärtete und mit den Oberflächen der Winkelprofile vernetzte geschäumte Polymermaterial miteinander verklebt in ihrer Relativlage zueinander gehalten. Das geschäumte Polymermaterial entsteht aus einem Ausgangsmaterial, das nach einer Aktivierung chemisch unter Blasenbildung reagiert und sich dabei in seinem Volumen erheblich ausweitet, z. B. zu einem doppelten, dreifachen oder noch größeren Volumen, bevor es seinen Aggregatzustand von flüssig auf fest wechselt. Gerät der aktivierte Schaum noch vor dem Aushärten mit der Innenfläche der Schenkel in Kontakt, lagert er sich daran an und verbindet sich beim Aushärten kleberartig damit. Über die Vielzahl der Porenwände, die sich mit der Innenfläche der Schenkel verbunden haben, entsteht eine sehr feste und hoch belastbare Verbindung zwischen dem geschäumten Polymermaterial und den jeweiligen Innenflächen der Außenwände. Auf diese Weise können die Winkelprofile über die Verklebung mit dem geschäumten Polymermaterial in ihrer Relativlage zueinander gehalten werden. Es ist aber auch möglich, einen Materialblock aus geschäumtem Polymermaterial nach dessen Aushärten mit den Innenoberflächen der Außenwände zu verkleben, um auf diese Weise eine gute Befestigung der Winkelprofile an dem Schaumkern zu erhalten. Die Festigkeit ist allerdings nicht ausreichend, wenn die Winkelprofile nur formschlüssig mit dem geschäumten Polymermaterial verbunden sind. Bei einer nur formschlüssigen Verbindung können sich die Winkelprofile noch zu sehr bewegen und sind in ihrer Stabilität nicht ausreichend gegeneinander abgestützt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Balken als Schwelle oder Ständer in einem Bauwerk verwendbar. Bei einer Verwendung als Schwelle wird er waagerecht oder zumindest annähernd waagerecht in ein Gebäude eingebaut, beispielsweise, indem eine Tür oder ein Fenster darauf abgestützt werden. Aufgrund seiner hohen Belastbarkeit ist der Balken dazu in der Lage, das Gewicht einer Tür oder eines Fensters dauerhaft zu tragen. Bei einer Verwendung als Ständer ist der Balken in vertikaler Ausrichtung in ein Gebäude eingebaut, beispielsweise, um ein Fenster oder eine Tür seitlich zu umrahmen.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend erläuterten vorteilhaften Ausgestaltungen jeweils mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs, aber auch mit anderen vorteilhaften Ausgestaltungen beliebig kombinierbar sind, soweit dem nicht technische Hinderungsgründe entgegen stehen.
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Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.
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Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: einen Blick in ein noch nicht ausgeschäumtes Kunststoff-Hohlprofil,
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2: eine Querschnittsansicht eines Balkens,
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3: eine Querschnittsansicht eines Balkens mit anderen Abmessungen,
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4: eine Ansicht auf eine Innenwand, und
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5: eine Ansicht auf eine Innenwand mit anderen Abmessungen.
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In 1 ist eine Ansicht bei einem Blick in ein noch nicht ausgeschäumtes Kunststoff-Hohlprofil 6 gezeigt, aus dem nach dem Ausschäumen des Innenraums 4 ein Balken 2 herstellbar ist.
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Das Kunststoff-Hohlprofil 6 verfügt im Ausführungsbeispiel über vier Schenkel 8, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, so dass sich ein rechteckiger Querschnitt des kompletten Kunststoff-Hohlprofils 6 ergibt. Das Kunststoff-Hohlprofil 6 ist im Ausführungsbeispiel aus zwei Winkelprofilen zusammengesetzt, wobei jedes Winkelprofil zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Profilschenkel 8 aufweist. Die beiden Winkelprofile können von einem einzigen Profilstrang eines Endlosprofils abgeschnitten und in die in 1 gezeigte Zusammenbaulage gelegt worden sein. Mit dem auf diese Weise hergestellten rechteckigen Querschnitt ist der Balken 2 gut in einem Bauwerk weiterverarbeitbar.
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Die Schenkel 8 sind jeweils doppelwandig ausgebildet und verfügen über eine Innenwand 10 und eine Außenwand 12. Zwischen den Doppelwänden 10, 12 sind Hohlkammern 14 ausgebildet, die in Umfangsrichtung durch die Doppelwände 10, 12 miteinander verbindende Stützstege 16 begrenzt sind. Die Stützstege 16 versteifen und stabilisieren den Balken 2 und verteilen auf den Balken einwirkende statische Kräfte in die Struktur des Balkens 2. Die Doppelwände 10, 12 sind aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt. Durch die Zähigkeit des Materials und die nach außen hin geschlossene Oberfläche wird der Innenraum 4 gegen äußere Einwirkungen abgeschirmt. An den Stoßstellen der Schenkel 8 können diese miteinander verklebt, verschweißt, versiegelt oder auf sonstige Weise miteinander verbunden sein. Auch eine Verschraubung ist möglich.
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Auf der Außenwand 12 sind zudem eine Anzahl von Versteifungsstegen 18 ausgebildet, die von der Oberfläche der Außenwand 12 abstehen und beabstandet und parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Die Versteifungsstege 18 verbessern zusätzlich die statische Belastbarkeit eines Balkens 2. Die Versteifungsstege bewirken eine Verzahnung miteinander, wenn Balken 2 aufeinander oder nebeneinander gelegt werden. Die Versteifungsstege 18 verbessern auch die Einbindung eines Balkens 2 in ein Bauwerk, indem sich über sie Zement, Verputz, Klebemassen und dergleichen besser und über eine größere Außenoberfläche mit dem Balken 2 verbindet. Um die Verbindungsqualität z erhöhen, sind an den Versteifungsstegen 18 zusätzliche Hinterschnitte 20 ausgebildet.
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Bei der Ansicht in 1 in den Innenraum 4 des Kunststoff-Hohlprofils 6 hinein sind außerdem gut die Ausnehmungen 22 zu erkennen, die in die Innenwand 10 eingebracht sind. Durch die Ausnehmungen 22 kann ein Polymermaterial vom Innenraum 4 aus in die Hohlkammern 14 eindringen und dort aushärten, um den Balken auch dort zu versteifen. Die Ausnehmungen 22 können in die jeweilige Innenwand 10 nach dem Extrudieren des Endlosstrangs des Winkelprofils eingebracht werden. Da das im Ausführungsbeispiel verwendete Winkelprofil nur zwei Schenkel 8 aufweist, sind die Innenwände 10 vor dem Zusammensetzen der Winkelprofile zum Kunststoff-Hohlprofil 6 für Werkzeuge gut zugänglich.
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In 2 ist eine Querschnittsansicht eines Balkens 2 gezeigt, nachdem in den Innenraum 4 ein Polymermaterial 24 eingebracht worden ist. Das Polymermaterial 24 füllt den Innenraum 4 vollständig aus. Durch die in die Innenwand 10 eingebrachten Ausnehmungen 22 hat sich das Polymermaterial 24 außerdem auch in den Hohlkammern 14 ausgebreitet und füllt diese aus. Durch die erheblich geringere Breite der kürzeren Schenkel 8a im Verhältnis zur deutlich größeren Höhe der längeren Schenkel 8b ergibt sich eine Querschnittsform, die eine schlanke Breite und eine größere Höhe des Balkens 2. Die beiden Winkelprofile sind über das im Innenraum 4 ausgehärtete und mit den Oberflächen der Winkelprofile vernetzte geschäumte Polymermaterial 24 miteinander verklebt in ihrer Relativlage zueinander gehalten.
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In 3 ist im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Querschnitt eines Hohlprofils eine Querschnittsform gezeigt, die sich einem quadratischen Querschnitt annähert, indem die Breite der kürzeren Schenkel 8a eher der Höhe der längeren Schenkel 8b entspricht. Durch die Variation in der Breite beziehungsweise Höhe der Schenkel 8a, b können Querschnittsgeometrien mit beliebigen Breiten-/Höhenverhältnissen erzeugt werden. Dies ist durch die entsprechende Dimensionierung des Extrusionswerkzeuges möglich, oder die Schenkel 8a, b werden nachträglich auf ein gewünschtes Maß gekürzt.
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Die Ausnehmungen 22 in den beiden Ausführungsbeispielen gem. 2 und 3 sind so über die Innenwand 10 verteilt und so dimensioniert, dass die Hohlkammern 14 mit dem verwendeten Polymermaterial 24 ausreichend ausgefüllt werden können. Bei sieben Hohlkammern 14, die an dem längeren Schenkel 8b eines Winkelprofils in den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 ausgebildet sind, können an einer Stelle vier Ausnehmungen 22 vorhanden sein, die jeweils eine der Hohlkammer 14 öffnen und zugänglich machen, während an einer davon entfernteren Stelle drei Ausnehmungen 22 vorhanden sein. Daraus ergibt sich ein Lochbild der Ausnehmungen 22 auf der Innenwand 10, das dem in 4 gezeigten Bild entsprechen kann. Bei fünf Hohlkammern 14, wie sie im Schenkel 8a in 3 gezeigt sind, kann sich ein Lochbild ergeben, wie es in 5 gezeigt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, das Ausführungsbeispiel auf eine ihm als geeignet erscheinende Weise abzuwandeln, um es an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006016406 U1 [0002]
