DE9311689U1

DE9311689U1 - Rahmen

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Publication number: DE9311689U1
Application number: DE9311689U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2003-08-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Rahmen aus Kunststoff, insbesondere einen Bilderrahmen.

Rahmen aus Kunststoff sind seit jeher in unterschiedlichen Ausführungsformen aus der Praxis bekannt. Insbesondere Rahmen für Bilder oder auch Spiegel werden aus Kunststoff gefertigt. Einerseits kann dieses Material in die verschiedenartigsten Formen gebracht werden, andererseits sind die Kosten der Rahmenherstellung im Vergleich zu Holz- oder Metallrahmen, gerade auch im Hinblick auf aufwendige Profilgestaltungen, wesentlich geringer.

Üblicherweise nimmt ein Kunststoffbilderrahmen nicht nur das Bild selbst, sondern zusätzlich eine Schutzscheibe aus Acrylglas oder Glas und eine Deckplatte auf. Die Deckplatte, das Bild und die Schutzscheibe sind im Rahmen fixiert. Das erhöhte Gesamtgewicht verursacht höhere Zug- und Druckbeanspruchungen des Rahmens. Auch der Rahmen für einen Spiegel muß eine hohe Festigkeit aufweisen, weil Spiegelglas aufgrund seiner im Normalbereich liegenden Dickenabmaße von ca. 5 bis 10 mm, in manchen Fällen bis zu 50 mm, ein hohes Gewicht aufweist und demzufolge im Rahmen hohe Spannungen hervorruft.

Problematisch ist bei derartigen Kunststoffrahmen, daß die bisher angewendeten Kunststoffe sich schon bei sehr geringer, über längere Zeit wirkender, mechanischer Belastung verformen. Bei diesem Verhalten des Werkstoffs handelt es sich um das sogenannte "Kriechen" des Werkstoffs. In der Regel werden Bilderrahmen jahrelang unverändert an dem Ort ihrer Aufhängung belassen, so daß sich entsprechend der durch die auftretenden Druck- und Zugkräfte erzeugten Spannung der Kunststoffrahmen pro Zeiteinheit um einen bestim-

mten Betrag dehnen kann. Beispielsweise geht ein Hart-PVC-Werkstoff bereits nach einem Jahr bei einer Belastung von 10 N/mm² zu Bruch. Das Kriechverhalten des herkömmlichen Kunststoffrahmens tritt durch Verziehen, Durchbiegen oder Durchhängen des Rahmens in Erscheinung.

Bereits die Aufnahme einer Schutzscheibe aus Glas kann das Gesamtgewicht und damit den Betrag der einwirkenden Zug- und Druckkräfte so bedeutend erhöhen, daß die Spannungen im Rahmen verstärkt werden und die Grenze mechanischen Festigkeit von Kunststoff erreicht werden kann. Auch eine Aufhängung des Bilderrahmens an der Deckplatte führt zur Belastung des Rahmens. Zudem vergrößert sich das Kippmoment, wenn der Abstand des Rahmens zur Wand durch die Befestigung an der Deckplatte vergrößert wird. Dies führt letztlich ebenfalls zu den o. g. Verformungserscheinungen des Rahmens .

Um die Belastung des Kunststoffrahmens zu erhöhen wurde bisher das Rahmenprofil verstärkt und breiter dimensioniert. Für eine stärker und breiter dimensionierte Ausführung des Rahmenprofils werden aber einerseits größere Mengen an Kunststoff benötigt, die zusätzlich das Eigengewicht des Rahmens erhöhen. Weiter werden neben höheren Materialkosten auch höhere Herstellungskosten für die Negativform verursacht. Andererseits kann dem Bedarf an schmalen Rahmen mit geringer Profilstärke für die Einfassung größerer Flächen nicht entsprochen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen aus Kunststoff anzugeben, der bei geringem Eigengewicht hohe Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann, ohne zu verformen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik wird durch
die Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst. Danach wird ein Rahmen aus Kunststoff, insbesondere ein Bilderrahmen, derart weitergebildet, daß der Kunststoff in Form einer mit
Einlagerungen verstärkten Matrix vorliegt.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, daß der Rahmen stärker beansprucht werden kann ohne zu verformen, wenn der Kunststoff als mit Einlagerungen verstärkte Matrix vorliegt. Durch die Einlagerungen wird die Festigkeit des Rahmens, insbesondere die Zug- und gegebenenfalls die Biegefestigkeit erhöht. Die Dimensionierung der Profilstärke und breite kann gegenüber der herkömmlichen Dimensionierung bei gleichbleibend großen Rahmenmaßen vermindert werden. Indem
weniger Kunststoff benötigt wird und eine Negativform zur
Herstellung des Rahmens geringere Maße aufweist, werden die Herstellungskosten gesenkt. Der Kunststoffverbrauch sowie
das Eigengewicht des Rahmens können sich auch dadurch minimieren, daß durch die Einlagerungen innerhalb der Matrix
ein Anteil des Kunststoffes ersetzt ist.

Im Hinblick auf die besonderen Gebrauchseigenschaften von
Duromeren, die bei gewöhnlichen Temperaturen und hoher
Krafteinwirkung nur sehr geringe, aber reversible Dehnungen zulassen, werden diese besonders bevorzugt als Kunststoffmatrix eingesetzt. Aufgrund des guten Haftungsvermögens
wird besonders Epoxidharz als Matrixmaterial verwendet. Das Haftungsvermögen ist im Hinblick auf die hohe mechanische
Festigkeit des aus dem Matrixmaterial und den Einlagerungen bestehenden Verbundwerkstoffs von Bedeutung. Zudem weist
Epoxidharz eine hohe Härte auf und ist unzerbrechlich. Außer Epoxidharz können weitere Kunststoffharze, bspw. Polyesterharze oder Vinylesterharz verwendet werden.

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Die Einlagerungen können nun ganz unterschiedlicher Art sein. Die Verstärkung der Matrix mit Fasern wird aufgrund der hervorragenden Fasereigenschaften besonders bevorzugt. Es können sowohl anorganische als auch organische Fasern eine Erhöhung der technischen Festigkeit, hier insbesondere der Zugfestigkeit, gegebenenfalls der Biegefestigkeit des Rahmens herbeiführen.

Bevorzugte anorganische Fasern sind Glas- und Kohlenstoffasern. Glas- und Kohlenstoffasern erreichen auf den Faserquerschnitt bezogene Zugfestigkeitswerte von 1000 bis 3500 N/mm² und tragen auf diese Weise zur Steigerung der Zugfestigkeit des Rahmens bei. Wegen eines besonders großen Elastizitätsmoduls in Faserrichtung werden vorzugsweise anisotrope Kohlenstoffasern eingesetzt. Zudem führt die Einbettung von Kohlenstoffasern in Kunststoffharz zu einer Gewichtseinsparung bis zu 30%. Allerdings wird es im Hinblick auf die bei der Verwendung von Kohlenstoffasern entstehenden Kosten bevorzugt, Glasfasern einzusetzen.

Bei glasfaserverstärkten Kunststoffen ist neben der Wirtschaftlichkeit von Vorteil, daß die hohe Zugfestigkeit der Glasfasern mit der Zähigkeit des Kunststoffes kombiniert wird, wodurch die Sprödigkeit der Glasfasern und die geringe Festigkeit der Kunststoffe überdeckt werden.

Als organisches Fasermaterial kommen insbesondere Fasern aus voll aromatischen Polyamiden, nämlich Aramidfasern, in Betracht, die eine hohe Reißdehnung und Reißfestigkeit aufweisen. Weiter wäre die Anwendung von Polyesterfasern denkbar, die hohe Zugfestigkeits- und Elastizitätswerte er-

reichen. Auch Nylonfasern könnten in die Matrix eingelagert werden.

Die Fasern können nun entsprechend ihrer Herstellung als Einzelfasern, nämlich Kurzfasern oder Endlosfasern vorliegen. Die Einzelfasern können aber auch als Fasergruppen, bspw. als Wolle, in Form von Schnüren, Strängen, Matten, Geweben oder Garnen zusammengefaßt sein.

Im Hinblick darauf, daß die Fasern ihre hohe Zugfestigkeit im Verbundwerkstoff nur in der Richtung auf den Verbund übertragen, in der sie im Werkstoff liegen, wird es bevorzugt, die Matrix gerichtet zu verstärken. Dadurch, daß ein Rahmen bevorzugt in einer Richtung beansprucht wird, werden die Fasern nur in einer Richtung, nämlich parallel zum Rahmen, eingebracht.

Im Hinblick auf den Grad der Beanspruchung bzw. der Zug- und Druckkrafteinwirkung kann die Menge, Größe und Verteilung der Fasern bestimmt werden. Damit eine hohe Festigkeit in allen Bereichen des Rahmens herbeigeführt werden kann, ist es vorteilhaft, die Fasern gleichmäßig zu verteilen. Es wäre aber auch denkbar, eine gezielte Anreicherung der Fasern in besonders beanspruchten Bereichen, vor allem im Bereich der Aufhängung, vorzunehmen.

Zur Realisierung einer kontinuierlichen und besonders wirksamen Verstärkung ist es zweckmäßig, Endlosfasern zu verwenden, die als Strang oder Bündel zusammengefaßt sind. Alternativ wäre auch eine Verstärkung in allen Richtungen denkbar, wozu die Fasern innerhalb der Matrix in allen Richtungen angeordnet sein müssen. Dazu eignen sich beson-

ders Kurzfasern, die auch als Gewebestücke oder ähnliches einsetzbar sind.

Bei der Anwendung stark strukturierter Fasergeflechte oder Faserstränge kann außerdem ein erwünschter Nebeneffekt hinsichtlich der optischen Wirkung des Rahmens auftreten. Bei den mit bloßem Auge erkennbaren Einlagerungen ist es möglich, die Tiefenwirkung wahrzunehmen, die je nach Blickwinkel und Lichteinfall leicht verändert wirkt. Hinzu kommt, daß die exakte Verteilung der Fasern in der Kunststoffmatrix nicht wiederholbar ist und mit jedem Rahmen ein Unikat entsteht.

Einschlägige Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe sind bspw. das Handlaminierverfahren, das Injektionsverfahren, diverse Preßverfahren sowie das Profilziehen.

Beim Handlaminieren werden die Kurz- oder Endlosfasern wunschgemäß gerichtet auf die Negativform aufgelegt. Im Hinblick auf einen geringen Lohnkostenanteil ist es besonders günstig, den erfindungsgemäßen Rahmen im Preßverfahren herzustellen. Außerdem können Vorformlinge aus geschnittenen Fasern und Bindern hergestellt werden, die bereits der Form des Rahmens entsprechen. Desweiteren können die Fasern mit dem Kunststoff vorimprägniert sein und somit bereits sämtliche Komponenten für die Herstellung eines Preßteils enthalten.

Um eine dekorative Gestaltung in farblicher Hinsicht zu ermöglichen, können auch Farbpigmente zusammen mit den Fasern oder auch gefärbte Fasern in der Kunststoffmatrix eingelagert werden.

Im Hinblick auf die Wiederverwertung von Kunststoffabfällen besteht auch die Möglichkeit, diese in Form von Pulver, als Granulat oder in Form von anderen Partikeln in die Matrix einzulagern. Um die gewünschten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Rahmens erzeugen zu können, wird eine Auswahl an geeigneten Alt- Kunststoffen getroffen oder eine entsprechende Aufbereitung vorgenommen.

Es wäre beispielsweise denkbar, die rezyklierten Materialien mit einer insbesondere auf den Ausdehnungskoeffizienten und die Haftungseigenschaften des Matrixmaterials abgestimmten Beschichtung zu versehen.

Durch die verschiedenen Einlagerungen eröffnen sich zusätzlich die vielfältigsten Gestaltungsvarianten. Das Erscheinungsbild des erfindungsgemäßen Rahmens kann glatt, matt, reliefiert oder glänzend, durchscheinend oder farbig sein. Die Oberfläche des erfindungsgemäßen Rahmens könnte aber auch nachbearbeitet, beispielsweise geschliffen, gefräst oder poliert werden.

Insbesondere bei Bilderrahmen kann das Querschnittsprofil derart ausgestaltet sein, daß es eine Schutzscheibe aus Glas oder Acrylglas, das Bild selbst und eine Deckplatte aufnimmt. Von ganz besonderem Vorteil hinsichtlich der Reduktion des Eigengewichts des Rahmens ist es, das Querschnittsprofil mit einer besonders geringen Stärke herzustellen.

Eine in fertigungstechnischer Hinsicht wirtschaftliche, besonders bevorzugte Variante besteht darin, den erfindungsgemäßen Rahmen einteilig herzustellen. Dadurch entfallen Zusammenbauarbeiten von Rahmenteilen.

Zweckmäßigerweise ist die Deckplatte mit dem Rahmen verbindbar. Zur Herstellung der Verbindung werden vorzugsweise, zumindest teilweise, Federelemente eingesetzt, die in eine Nut oder einen übergreifenden Abschnitt des Rahmens eingeschwenkt werden und so eine Druckkraft auf die Deckplatte, das Bild und die transparente Schutzscheibe ausüben.

Unabhängig von der Formgebung des erfindungsgemäßen Rahmens, die bspw. rechteckig, rund, oval oder anders sein kann, ist es besonders vorteilhaft, an der Deckplatte eine gegenüberliegende Anordnung von Befestigungselementen vorzunehmen. Auf einer Seite werden die zuvor erläuterten Federelemente und auf der anderen Seite unbewegliche, in den anliegenden Rahmenabschnitt eingreifende Rastelemente oder bewegliche Scharniere angeordnet, die quasi eine Schwenkachse ausbilden, um die die Deckplatte beim Ein- oder Ausbringen verschwenkt werden kann. Eine derart einfache konstruktive Maßnahme erlaubt ein besonders einfaches Auswechseln von Bildern.

Eine besonders vorteilhafte Deckplattengestaltung besteht darin, diese gelocht auszuführen. Auf diese Weise kann der Bilderrahmen auf der Wandebene um verschiedene Winkel verdreht werden. Das durch die gegebenenfalls durch die größere Beabstandung der Deckplatte von der Wand auftretende Kippmoment wird durch den erfindungsgemäßen Rahmen mit der durch die Einlagerungen in der Kunststoffmatrix erhöhten Festigkeit kompensiert. Derselbe Verdreheffekt kann durch eine zusätzliche, mit dem Rahmen und/oder der Deckplatte verbundene Lochleiste erreicht werden. Dadurch ist die Bildpositionierung in attraktiver Weise variabel.

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Im Hinblick auf eine auch für andere Zwecke geeignete Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Rahmens, nämlich zur Aufnahme einer oder mehrerer Fensterscheiben oder einer Holz- oder Kunststoffplatte kann es sich als vorteilhaft erweisen, den Rahmen zweistückig, längsgeteilt auszubilden. Bei bspw. rechteckiger Ausführung könnten auch alle Rahmenschenkel einzeln und längsgeteilt hergestellt werden, damit eine ordnungsgemäße Scheiben- bzw. Plattenmontage unter Verwendung von Dichtelementen vorgenommen werden kann.

Bei massiven Platten oder Scheiben ist es gegebenenfalls auch im Hinblick auf die Dichtheit der Verbindung besonders vorteilhaft, das Querschnittsprofil des Rahmens als Vollprofil auszubilden. Die besonders robuste Vollprofilausbildung und geteilte Herstellung des Rahmens kann ebenso zur Rahmung schwerer Gemälde oder Spiegel geeignet sein.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung, quergeschnitten, ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rahmens.

Aus der einzigen Figur ergibt sich, daß ein Rahmen 1, insbesondere ein Bilderrahmen, aus einem Kunststoff gefertigt ist, der als Kunststoffmatrix 2 vorliegt, die mit Fasern 3 verstärkt ist.

Die in der Kunststoffmatrix 2 enthaltenen Fasern 3 sind gleichmäßig und gerichtet verteilt und erstrecken sich senkrecht zu Zeichenebene, parallel zum geschnittenen Rahmenabschnitt. Das Profil des Rahmens 1 weist eine besonders geringe Wandstärke auf und umgreift eine transparente Schutzscheibe 4, ein Bild 5 und eine Deckplatte 6. Einerseits kontaktiert der Rahmen 1 die Schutzscheibe 4, andererseits ist der Rahmen 1 über ein Federelement mit der Deckplatte 6 verbunden. Die Schutzscheibe 4, das Bild 5 und die Deckplatte 6 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel die maximal möglichen Maße auf, um ohne Behinderung in den Rahmen 1 eingelegt zu werden.

Auf die Deckplatte 6, das Bild 5 und die transparente Schutzscheibe 4 wird durch das Federelement 7 eine Druckkraft ausgeübt, wodurch ein festes Anpressen der vorgenannten Einrichtungen 4, 5, 6 an den umgreifenden Abschnitt des Rahmens 1 erreicht wird. Außer dem derart hergestellten Kraftschluß steht das Federelement 7 weiter formschlüssig mit dem Rahmen 1 in Verbindung und ist durch einen Niet 8 drehbar an der Deckplatte 6 befestigt.

Das voranstehend kurz erörterte Ausführungsbeispiel dient lediglich zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Lehre, schränkt diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel ein.

Claims

- .12 - Schutzansprüche

1. Rahmen (1) aus Kunststoff, insbesondere Bilderrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff in Form einer mit Einlagerungen verstärkten Matrix (2) vorliegt.

2. Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (2) aus Duromeren, vorzugsweise aus Epoxidharz, besteht.

3. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern (3) in die Matrix (2) eingelagert sind.

4. Rahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anorganische Fasern, vorzugsweise Glas- oder Kohlenstoffasern, oder organische Fasern, vorzugsweise Aramidfasern, in die Matrix (2) eingelagert sind.

5. Rahmen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (3) als Einzelfasern oder als Fasergruppen in die Matrix (2) eingelagert sind.

6. Rahmen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasergruppen als Stränge, Gewebe oder Bündel vorliegen.

7. Rahmen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (3) als Endlosfaser oder als Kurzfaser in der Matrix (2) eingelagert sind.

8. Rahmen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (3) parallel zum Rahmen (1) orientiert sind.

9. Rahmen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (3) in der Matrix (2) gleichmäßig verteilt sind.

10. Rahmen nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Farbpigmente in die Matrix (2) eingelagert sind.

11. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, gegebenenfalls unter Zusatz von Farbpigmenten, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, Granulat oder andere Partikel in die Matrix (2) eingelagert ist.

12. Rahmen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver, das Granulat oder die anderen Partikel aus rezykliertem Kunststoff bestehen.

13. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagerungen durch Beschichtung an das Adhäsionsverhalten und den Ausdehnungskoeffizienten des Matrixmaterials angepaßt sind.

14. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rahmens (1) matt oder glänzend, glatt oder strukturiert, transparent, durchscheinend oder undurchsichtig gestaltet ist.

15. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.

16. Rahmen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rahmen (1) eine Schutzscheibe (4), ein Bild (5) und eine Deckplatte (6) aufnehmbar sind und daß das Bild (5) zwischen der Schutzscheibe (4) und der Deckplatte (6) angeordnet ist.

17. Rahmen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (6) das Bild (5) rückseitig abdeckt und form- und/oder kraftschlüssig mit dem Rahmen (1) verbindbar ist.

18. Rahmen nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (6) mit Lochungen versehen ist oder eine Lochleiste aufweist.

19. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rahmen (1) ein Bild (5) aufnehmbar ist.

20. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Rahmen (1) mehrteilig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rahmen (1) mindestens eine Fensterglasscheibe oder mindestens eine Kunststoff- oder Holzplatte aufnehmbar sind.

21. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, es sich bei dem Profil des Rahmens (1) um ein Voll-oder Hohlprofil handelt.