EP0673747B1

EP0673747B1 - Insulating thermoplastic spacer bar for double-walled construction elements

Info

Publication number: EP0673747B1
Application number: EP94120988A
Authority: EP
Inventors: Erwin Brunnhofer
Original assignee: Technoform Caprano and Brunnhofer GmbH and Co KG
Current assignee: Technoform Caprano and Brunnhofer GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-12-31
Publication date: 1998-12-23
Anticipated expiration: 2014-12-31
Also published as: EP0673747A1; DE4409315A1; DE59407538D1; ES2126047T3; DE4409315C2

Description

Die Erfindung betrifft einen abstandshaltenden Isolierprofilstab aus thermoplastischem Kunststoff an zweischaligen wärmedämmenden Bauelementen der durch Extrudieren stranggepreßt ist und im Einrollverbund mit zumindest im Bereich des Verbundkontaktes gerändelten Profilen aus einer Aluminiumlegierung verwendet wird, wobei der Isolierprofilstab eine Faserbewehrung aus Glasfasern, Kohlenstoffasern, Metallfasern oder Mischungen davon besitzt.The invention relates to a spacing insulating profile bar made of thermoplastic on double-shell heat-insulating components which are extruded by extrusion is and in the roll-in network with at least in the area of the composite contact knurled profiles from a Aluminum alloy is used, the insulating profile rod a fiber reinforcement made of glass fibers, carbon fibers, Has metal fibers or mixtures thereof.

Zweischalige Bauelemente bezeichnet zwei profilförmige, plattenförmige oder scheibenförmige Bauteile, die mit Hilfe eines Isolierprofilstabes aus thermoplastischem Kunststoff wie beschrieben in Verbund gebracht sind. Als Beispiel für typische zweischalige wärmedämmende Bauelemente werden entsprechend ausgebildete Türrahmen und Fensterrahmen sowie Türzargen und Fensterzargen genannt. Isolierprofilstäbe der beschriebenen Zweckbestimmung müssen in bezug auf mechanische Beanspruchungen sowie in bezug auf thermische Beanspruchungen sehr hohen Anforderungen genügen und darüber hinaus eine ausreichende Wärmeisolierung bewirken. Die mechanischen Beanspruchungen sind festigkeitsmäßige und stabilitätsmäßige Beanspruchungen, aber auch Schubbeanspruchungen im Bereich des Verbandes mit den übrigen Bauteilen der zweischaligen wärmedämmenden Bauelemente (vgl. Mitt. IfBt/1986, S. 197-200). Die Isolierprofilstäbe können als einfachwandige Profile oder als Hohlprofile ausgeführt sein. Die Hohlprofile können aus einfachwandigen Profilen zusammengesetzt sein. Double-shell components are two profile-shaped, plate-shaped or disc-shaped components that with the help an insulating profile rod made of thermoplastic are brought together as described. As an example of Typical double-shell thermal insulation components are made accordingly trained door frames and window frames as well Called door frames and window frames. Insulating profile bars Described purpose must refer to mechanical stresses and in relation to thermal Stresses meet very high requirements and also cause adequate thermal insulation. The mechanical stresses are strength and stability-related loads, but also shear loads in the area of the association with the rest Components of the double-shell heat-insulating components (see Mitt. IfBt / 1986, pp. 197-200). The insulating profile bars can be used as single-walled profiles or as hollow profiles be executed. The hollow profiles can be made of single-walled Profiles.

Ein Isolierstab der eingangs genannten Art ist bekannt (EP-A-0 100 824), wobei aber keine Dimensionierungsangaben gemacht sind. Aus der Praxis bekannte Isolierprofilstäbe der angegebenen Zweckbestimmung, die in zweischalige wärmedämmende Bauelemente integriert sind, besitzen eine den Isolierabstand bestimmende Breite von 8 bis 20 mm. Ihre Wanddicke liegt bei 2,5 mm. Sie können mit Kurzfasern in Form von Glasfasern, Kohlenstoffasern oder Metallfasern bewehrt sein. Die Faserlänge von Kurzfasern ist kleiner als 0,3 mm. Das reicht für eine hohe Isolationswirkung mit einem k-Wert von zwei und weniger nicht aus. Macht man die den Isolierabstand bestimmende Breite beachtlich größer als 20 mm, so muß wegen der aufzunehmenden Beanspruchung die Wanddicke der Isolierprofilstäbe auf über 2,5 mm erhöht werden. Darüber hinaus ist aus Festigkeits- und Stabilitätsgründen eine Erhöhung des Gehaltes an Kurzfasern erforderlich. Das erhöht die Wärmeleitfähigkeit. Das erhöht aber auch die Oberflächenhärte, macht die Oberfläche rauh und beeinträchtigt die Dauerfestigkeit und die Schlagfestigkeit. Im Rahmen der insoweit bekannten Maßnahmen wird folglich keine Verbesserung der Isolierwirkung erreicht, vielmehr muß eine erhebliche Verschlechterung der Isolierwirkung in Kauf genommen werden.An insulating rod of the type mentioned is known (EP-A-0 100 824), but no dimensioning information are made. Insulating profile bars known from practice the specified purpose, which is in double-shell thermal insulation Components are integrated, have a Insulation distance determining width of 8 to 20 mm. Your Wall thickness is 2.5 mm. You can use short fibers in Form of glass fibers, carbon fibers or metal fibers be reinforced. The fiber length of short fibers is less than 0.3 mm. That is enough for a high insulation effect a k value of two and less. Do you do that the width determining the insulation distance is considerably larger than 20 mm, because of the stress to be absorbed Wall thickness of the insulating profile bars increased to over 2.5 mm will. In addition, for reasons of strength and stability an increase in the content of short fibers is required. This increases the thermal conductivity. That increases but also the surface hardness makes the surface rough and affects the fatigue strength and the impact resistance. As part of the measures known so far consequently no improvement in the insulation effect achieved, rather, the insulation effect must deteriorate considerably to be accepted.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen abstandshaltenden Isolierprofilstab aus thermoplastischem Kunststoff an zweischaligen wärmedämmenden Bauelementen, der durch Extrudieren hergestellt ist, zu schaffen, welcher bei einem Isolierabstand großer Breite in bezug auf die Isolierwirkung allen Anforderungen genügt. The invention is based on the technical problem, one spacing insulating profile rod made of thermoplastic Plastic on double-shell heat-insulating components, which is made by extrusion to create which with a large isolation distance with respect to the Insulating effect meets all requirements.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus folgenden Merkmalen:

a) die Faserbewehrung besteht zumindest teilweise aus einer Langfaserbewehrung mit einer Faserlänge von mind. 3 mm,

b) der Isolierprofilstab ist mit Hilfe des Kühldüsenextrusionsverfahrens stranggepreßt,

c) Faserbewehrung in dem Isolierprofilstab macht 10 bis 45 Masse% aus, wobei max. 30 % der Gesamtfasermasse eine Länge von kleiner 3 mm aufweisen,

d) der thermoplastische Kunststoff des Isolierprofilstabes besitzt eine Härte von etwa Shore D 80 nach DIN 53505,

wobei der Extrusionsvorgang so geführt worden ist, daß der Quotient aus der Wärmeausdehnung in Längsrichtung des Isolierprofilstabes im Zähler und der Wärmeausdehnung in Querrichtung des Isolierprofilstabes im Nenner größer ist als 0,3 und Zwar im Temperaturbereich von 23 °C bis 125°C. Überraschenderweise erreicht die Erfindung zwei Effekte, nämlich einerseits eine beachtliche Erhöhung des Elastizitätsmoduls des Isolierprofilstabes, andererseits eine Härte, die so eingerichtet ist, daß ein allen Anforderungen genügender Einrollverbund eingerichtet werden kann.The solution to this problem according to the invention results from the following features:

a) the fiber reinforcement consists at least partially of a long fiber reinforcement with a fiber length of at least 3 mm,

b) the insulating profile rod is extruded using the cooling nozzle extrusion process,

c) Fiber reinforcement in the insulating profile bar makes up 10 to 45 mass%, with max. 30% of the total fiber mass has a length of less than 3 mm,

d) the thermoplastic material of the insulating profile rod has a hardness of about Shore D 80 according to DIN 53505,

the extrusion process has been carried out so that the quotient of the thermal expansion in the longitudinal direction of the insulating profile rod in the numerator and the thermal expansion in the transverse direction of the insulating profile rod in the denominator is greater than 0.3 and indeed in the temperature range from 23 ° C to 125 ° C. Surprisingly, the invention achieves two effects, namely on the one hand a considerable increase in the modulus of elasticity of the insulating profile rod, and on the other hand a hardness that is set up in such a way that a roll-in composite that meets all requirements can be set up.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine beachtliche Verbesserung der Isolierwirkung (bis zu einem k-Wert von unter 2 und beachtlich unter 2) zwar eine Vergrößerung der dem Isolierabstand bestimmenden Breite des Isolierprofils verlangen kann, daß jedoch im übrigen die Wanddicke des Isolierprofilstabes möglichst dünn gehalten werden sollte. Das läßt sich überraschenderweise erreichen, wenn in Kombination zu dem Merkmal a) der Patentansprüche 1 und 2 dafür Sorge getragen wird, daß die Fasern die in den Patentansprüchen 1 und 2 phänomenologisch über den Quotienten der Wärmeausdehnungen angegebene Orientierung aufweisen. Dem entspricht eine Anisotropie der Wärmeausdehnungen, für die der Zahlenwert 0,3 in dem angegebenen Temperaturbereich eine gute untere Grenze darstellt, die in Kombination mit den weiteren Merkmalen den erfindungsgemäß angestrebten Effekt sichert. Ein solcher Isolierprofilstab kann im Einrollverbund mit den Profilen aus einer Aluminiumlegierung verwendet werden, wenn der thermoplastische Kunststoff so eingestellt wird, daß der Isolierprofilstab im übrigen eine Härte aufweist, wie es das Merkmal d) der Patentansprüche 1 und 2 angibt. Überraschenderweise bewirken die im Vergleich zu den bekannten Maßnahmen längeren und sehr viel längeren Fasern der Faserbewehrung bei der angegebenen Orientierung eine ausreichende Festigkeit und Stabilität des Isolierprofilstabes für die Aufnahme der schon erläuterten beachtlichen Beanspruchungen. Nichtsdestoweniger ist eine extreme Härte des Kunststoffes des Isolierprofilstabes nicht erforderlich, so daß mit dem Merkmal d) die Voraussetzungen für einen Einrollverbund mit Profilen aus einer Aluminiumlegierung gegeben sind. Die Langfasern können auf verschiedene Art und Weise in den Isolierprofilstab eingebracht werden. So können dem zu extrudierenden Kunststoff Pellets mit entwirrbaren Langfasern beigegeben werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die Langfaserbewehrung im Wege der Direktverarbeitung von Endlosfasern eingebracht. Das stellt sicher, daß die Langfasern sich bei guter Dispergierung verteilen (vergl. Truckenmüller IKT, "Direktverarbeitung von Endlosfasern ..." und DE 40 16 784 C2, DE 42 36 662 A1).The invention is based on the knowledge that a considerable improvement in the insulation effect (up to one k value of less than 2 and considerably less than 2) Enlargement of the width of the insulation distance Insulating profile may require that, however, the rest Wall thickness of the insulating profile bar kept as thin as possible should be. Surprisingly, this can be achieved if in combination with feature a) of claims 1 and 2 care is taken that the fibers in the Claims 1 and 2 phenomenologically about the Orientation quotient of the thermal expansion exhibit. This corresponds to an anisotropy of the Thermal expansion for which the numerical value 0.3 in the specified temperature range a good lower limit represents in combination with the other features ensures the effect sought according to the invention. A such insulating profile bar can be rolled up with the Aluminum alloy profiles are used, if the thermoplastic is set so that the insulating profile rod has a hardness, as it indicates the feature d) of claims 1 and 2. Surprisingly, the effect compared to the known measures longer and much longer fibers the fiber reinforcement at the given orientation sufficient strength and stability of the Isolierprofilstabes for the inclusion of those already explained considerable stress. Nonetheless, one is extreme hardness of the plastic of the insulating profile bar not necessary, so that with feature d) the prerequisites for one Roll-in composite with aluminum alloy profiles given are. The long fibers can be in different ways and be introduced into the insulating profile rod. So can add pellets to the plastic to be extruded tangled long fibers can be added. According to preferred Long fiber reinforcement is an embodiment of the invention by direct processing of continuous fibers brought in. This ensures that the long fibers are attached distribute good dispersion (see Truckenmüller ICT, "Direct processing of continuous fibers ..." and DE 40 16 784 C2, DE 42 36 662 A1).

Weitere Ausbildungen und Gestaltungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 11.Further training and designs are the subject of Claims 2 to 11.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: in einem Querschnitt durch ein zweischaliges wärmedämmendes Bauelement einen abstandshaltenden Isolierprofilstab aus thermoplastischem Kunststoff, der in das zweischalige wärmedämmende Bauelement integriert ist und der durch Extrudieren hergestellt worden ist,
Fig. 2: in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Isolierprofilstab aus dem Gegenstand der Fig. 1 und
Fig. 3: einen Schnitt in Richtung AA durch den Isolierprofilstab der Fig. 2, ausschnittsweise,
Fig. 4: den nochmals vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand der Fig. 3.

In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. Show it

Fig. 1: in a cross section through a double-shell heat-insulating component, a spacing insulating profile rod made of thermoplastic material, which is integrated into the double-shell heat-insulating component and which has been produced by extrusion,
Fig. 2: in a significantly enlarged scale compared to FIG. 1, the insulating profile rod from the subject of FIGS. 1 and
Fig. 3: 3 shows a section in the direction AA through the insulating profile rod from FIG. 2, in sections,
Fig. 4: the further enlarged section B from the subject of FIG. 3.

In der Fig. 1 erkennt man ein zweischaliges wärmedämmendes Bauelement 1 mit einem abstandshaltenden Isolierprofilstab 2 aus thermoplastischem Kunststoff. Der Isolierprofilstab 2 ist durch Extrudieren hergestellt worden.In Fig. 1 you can see a double-shell thermal insulation Component 1 with a spacing insulating profile rod 2 made of thermoplastic. The insulating profile bar 2 has been made by extrusion.

Die den Isolierabstand bestimmende Breite des Isolierprofilstabes 2 ist im Ausführungsbeispiel, jedoch ohne Beschränkung, größer als 20 mm, die Wanddicke ist kleiner als 2,5 mm. Sie wurden im Ausführungsbeispiel übertrieben dick gezeichnet. Die Rändelung, die die Kontaktflächen an den Aluminiumprofilen 5 aufweisen, wurde durch einen Pfeil 6 angedeutet.The width of the insulation profile rod that determines the insulation distance 2 is in the exemplary embodiment, but without Restriction, greater than 20 mm, the wall thickness is smaller than 2.5 mm. They were exaggerated in the exemplary embodiment drawn thick. The knurling affecting the contact surfaces have the aluminum profiles 5, was by an arrow 6 indicated.

Insbesondere in der Fig. 3 erkennt man, daß der Isolierprofilstab 2 eine Langfaserbewehrung 3 aus Langfasern aufweist, die eine beachtliche Länge besitzen. Die Langfasern mögen aus Glasfasern, Kohlenstoffasern, Metallfasern oder Mischungen davon bestehen. Wird mit Glasfasern gearbeitet, so können Kohlenstoffasern oder Metallfasern zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit beigemischt werden. Die Langfaserbewehrung in dem Isolierprofilstab macht etwa 10 bis 45 Masse% aus. Der Extrusionsvorgang wurde so geführt, daß die Fasern nach Maßgabe der Angaben über die Wärmeausdehnung in den Patentansprüchen 1 und 2 orientiert sind. Im Ausführungsbeispiel beträgt die den Isolierabstand bestimmende Breite des Isolierprofils etwa 30 mm. In bezug auf die Wanddicke wird auf die Patentansprüche 6 und 7 verwiesen. Die Länge der Langfasern der Langfaserbewehrung 3 liegt im Bereich von 3 bis 15 mm. Aus Maßstabsgründen ist nicht erkennbar, daß die Faserbewehrung 3 eine Beimischung von Fasern mit einer Länge von unter 3 mm aufweist, jedoch in dem verhältnismäßig geringen Menge, die im Patentanspruch 1 festgelegt ist. Der Kunststoff kann auch eine Beimischung aus feinteiligen mineralischen Füllstoffen aufweisen, was aus Maßstabsgründen ebenfalls nicht erkennbar ist. Das gilt auch für die Dicke der Langfasern, zu der auf den Patentanspruch 9 verwiesen wird. Die eingesetzten Kunststoffe ergeben sich aus den Patentansprüchen 10 und 11.In particular in Fig. 3 it can be seen that the insulating profile rod 2 a long fiber reinforcement 3 made of long fibers has a considerable length. The long fibers like from glass fibers, carbon fibers, metal fibers or mixtures thereof. Is made with glass fibers worked, so can carbon fibers or metal fibers added to adjust the electrical conductivity will. The long fiber reinforcement in the insulating profile bar makes up about 10 to 45 mass%. The extrusion process was carried out so that the fibers according to the specifications about thermal expansion in claims 1 and 2 are oriented. In the exemplary embodiment, the Isolation distance determining width of the insulation profile approximately 30 mm. With regard to the wall thickness, the Claims 6 and 7 referenced. The length of the long fibers the long fiber reinforcement 3 is in the range of 3 to 15 mm. For reasons of scale it is not recognizable that the Fiber reinforcement 3 an admixture of fibers with a Has a length of less than 3 mm, but in the relatively small amount, which in claim 1 is set. The plastic can also be an admixture have finely divided mineral fillers what Scale reasons is also not recognizable. That applies also for the thickness of the long fibers, to which on the claim 9 is referred. The plastics used result from the patent claims 10 and 11.

Um beim Extrudieren eines Profilstabes mit Faserbewehrung die Fasern zu orientieren, sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, die auch zur Herstellung erfindungsgemäßer Isolierprofilstäbe eingesetzt werden können. Nur beispielsweise wird verwiesen auf das aus der DE 38 01 574 A1 bekannte Verfahren oder auf das sogenannte Monsanto-Verfahren.To when extruding a profile bar with fiber reinforcement To orient the fibers, numerous measures are known which also for the production of insulating profile bars according to the invention can be used. Just for example reference is made to that known from DE 38 01 574 A1 Process or the so-called Monsanto process.

Claims

An insulating sectional bar (2) which serves as a spacer and which comprises synthetic thermoplastic material on double-shelled thermally insulating building elements (1), which is formed by extrusion, and which is used in a rolled bond with sections made of an aluminium alloy which are knurled at least in the region of bonding contact, wherein the insulating sectional bar has a fibre reinforcement comprising fibres, carbon fibres, metal fibres or mixtures thereof, characterised by the features:

a) the fibre reinforcement consists at least in part of a long fibre reinforcement (3) with a fibre length of at least 3 mm,

b) the insulating sectional bar (2) is extruded by means of the cooling die process,

c) the fibre reinforcement miles up 10 to 45 % by weight of the insulating sectional bar, wherein a maximum of 30 % of the total weight of fibres has a length less than 3 mm,

d) the synthetic thermoplastic material of the insulating sectional bar (2) has a hardness of about 80 Shore D according to DIN 53505,

wherein the extrusion process is controlled so that the quotient comprising the thermal expansion in the longitudinal direction of the insulating sectional bar (2) as the numerator and the thermal expansion in the transverse direction of the insulating sectional bar (2) as the denominator is greater than 0.3 within the temperature range from 23°C to 125°C.
An insulating sectional bar (2) according to claim 1, characterised in that the long fibre reinforcement (3) is incorporated by a route comprising the direct processing of continuous fibres.
An insulating sectional bar (2) according to claim 1 or 2, characterised in that the width of the insulating sectional bar (2) which determines the insulating spacing is greater than 20 mm and the wall thickness is less than or equal to 2.5 mm.
An insulating sectional bar (2) according to claim 3, characterised in that the width falls within the range from 25 to 40 mm.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 4, characterised in that for a sectional bar which is substantially straight in cross-section the wall thickness is 2 mm or less.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 4, characterised in that for a sectional bar (2), the cross-section of which comprises right-angled bends, the wall thickness is equal to 2.5 mm or less.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the length of the long fibres of the long fibre reinforcement (3) falls within the range from greater than 3 to 15 mm.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the insulating section (2) comprises an admixture of finely divided mineral fillers.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 6 in the form of construction comprising glass fibres, characterised in that the glass fibres have a thickness within the range from 5 to 25 µm, preferably about 15 µm.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the synthetic thermoplastic material consists of a synthetic material from the group comprising polyamide, polypropylene or mixtures thereof.
An insulating sectional bar (2) according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the synthetic thermoplastic material consists of a synthetic material of the polyethylene terephthalate group or of the polybutylene terephthalate group or mixtures thereof.