EP1043472A2 - Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern aufweisende Rahmenprofile - Google Patents

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EP1043472A2 EP99125841A EP99125841A EP1043472A2 EP 1043472 A2 EP1043472 A2 EP 1043472A2 EP 99125841 A EP99125841 A EP 99125841A EP 99125841 A EP99125841 A EP 99125841A EP 1043472 A2 EP1043472 A2 EP 1043472A2
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    • E06B2003/224—Hollow frames with the frame member having local reinforcements in some parts of its cross-section or with a filled cavity with internal prefabricated reinforcing section members inserted after manufacturing of the hollow frame with reinforcing plastic section members

Definitions

  • the present invention relates to a reinforcing element for plastic manufactured hollow chamber profiles, such as plastic window frames in particular.
  • the strength of such a construction is high. But it is essential Disadvantages connected.
  • the steel profile represents a cold bridge, the leads to relatively high heat losses of the frame, the K-value is approximately 1.6, of course, the steel content increases the weight, resulting in an increased Wear of the hardware parts with which e.g. Frame and sash connected become.
  • the steel part has to be galvanized to protect it from rust, which is known to require an environmentally harmful process.
  • the Cut point after cutting to length for the same reason what however, is often omitted for convenience and thus to a degraded one Life of the frame leads.
  • stiffening plastic frame profiles is e.g. B. shown in EP 0 053 662.
  • a reinforcing element from a z. B. Thermoplastic foam inserted into the profile, this being opposite Has top layers.
  • Such a bracing has an improved one K value, but at the same time takes less strength than a radiation set in purchase.
  • the present invention has therefore set itself the task of a reinforcing element to find that does not have the aforementioned disadvantages, which in particular ensures the same strength as a steel insert, but which significantly reduced K values, easy to manufacture and post-processing not required after cutting.
  • a reinforcing element for Frame profiles made of plastic, such as in particular Window profiles the reinforcing element being an open one, essentially Has a U-shaped cross section and the reinforcing element according to the invention is made of a fiber composite material. It is divided into legs different thickness with a relatively thicker support leg and relatively thinner Spacer and guide legs, the fiber content in the composite is selected so that the reinforcing element is produced using the pull-trusion process leaves.
  • a reinforcing element with the aforementioned features has the same high mechanical strength, such as steel, with the reinforced support leg to be inserted into the plastic profile in such a way that it is in place the highest (tensile) load and the other legs in terms of their Material consumption are adapted to the lower requirements there, so that the new reinforcement elements do not require a higher price.
  • the fiber content in the composite is chosen so that the elements as a strand Pulltrusion can be produced and therefore inexpensive for this reason can be manufactured, which in this respect is surprising, as composite materials in principle are more expensive than profile steel.
  • the K value achieved is (for a 58 mm Frame) at 1.1, is about 30% cheaper, which is the case with the entire window up to about 10% reduction in heat loss can and reduces heating costs accordingly.
  • the weight of the frame itself can also be reduced by about 10% in this way.
  • GRP fiberglass
  • PEEK thermoplastics
  • the proportion of fiber material set to about 60 to 90 wt .-% This can be in the Adjust thighs differently, with a fiber portion for all purposes in the support leg of about 70 to 90 wt .-% and in the other two legs such a 60 to 80 wt .-% has proven to be particularly suitable.
  • the reinforcement element is in the frame profile by gluing or screwing fixed, i.e. statically coupled with this. To the composite material over a It is also proposed to be able to securely connect the screw connection to the frame, at least on one side on the desired surface of the element to reinforce an outer fabric layer (inside and / or outside) to the Prevent tearing out of composite material.
  • the wall thickness of the reinforcing element can be on the spacer and guide legs down to 1.5 mm are selected, usually they are here up to about 3 mm, whereas the support leg is about 4 to 15 mm and is always stronger than the other two.
  • the installation in the hollow profile is done so that the support leg (or the four elements combined in the frame) where the higher tensile load occurs, in the case of the window sash, this is the one facing inwards towards the building Side and the center post (fighter) whose outer flank, the elements the frames to the desired extent with (compared to steel) less Brace weight.
  • the elements of the invention have a shape that the insertion in the possibly required different position in the hollow chambers of the Frame leg allows.
  • the support leg additionally braced by a steel insert.
  • This can consist of one Flat ribbon, but in particular also consist of an angle profile.
  • FIG. 1 shows an embodiment with two window sashes and a post 9 standing between them, each of which is designed as a frame made of plastic with hollow chambers 1.
  • the reinforcing elements 2 are inserted into the hollow chambers 1. This have a relatively thick support leg 3, one adjoining this Spacer leg 4 and a guide leg 5, both of which are made thinner are as the support leg 3 and each at an approximately right angle to each other connect.
  • a nose 10 is formed, which is close to the fitting groove 11 extends.
  • the legs 4, 5, 6 can be coated with an external resin layer 12 (roving) to improve the fit of screw connections.
  • the Reinforcing elements 2 can also with the inner walls of the hollow chambers 1 are glued, this is facilitated by the fact that the frame profiles have bulges 13, 14 inside, which the legs 3, 4, 5 of the distance each wall so that an adhesive layer when inserting the Reinforcing elements is not stripped.
  • Figure 2 shows a reinforcing element in which the support leg 3 is reinforced by a steel insert 17 in the form of a flat strip.
  • FIG. 3 illustrates a form of the reinforcing element in which grooves 20, in particular for receiving adhesives, are formed in the guide leg 5 and the support leg 3. Furthermore, the spacer leg 4 and the guide leg 5 have reinforcing strips 21 which can also be covered with fabric (rovings) and serve for screwing to the frame. In addition, the grooves 20 and the strips 21 also act as beads and stiffen the profile.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungselement (2) für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern (1) aufweisende Rahmenprofile, wie insbesondere Fensterprofile, wobei das Verstärkungselement (2) einen offenen, im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und wobei das Verstärkungselement (2) erfindungsgemäß aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist. Es ist unterteilt in Schenkel unterschiedlicher Dicke mit einem relativ dickeren Tragschenkel (3) und relativ dünneren Distanz- und Führungsschenkeln (4,5), wobei der Faseranteil im Verbundwerkstoff so gewählt ist, daß sich das Verstärkungselement (2) im Pulltrusionsverfahren herstellen läßt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammerprofile, wie insbesondere Kunststoffensterrahmen.
Diese Verstärkungselemente dienen der mechanischen Verstärkung des Rahmens, 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 diesem 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 Verstärkungselement zu finden, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, welches insbesondere die gleiche Festigkeit gewährleistet wie ein Stahleinsatz, welches aber deutlich herabgesetzte K-Werte bewirkt, leicht herzustellen ist und eine Nachbearbeitung 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 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 Pulltrusionsverfahren herstellen läßt.
Ein Verstärkungselement mit den vorgenannten Merkmalen weist die gleiche hohe mechanische Festigkeit auf, wie ein solches aus Stahl, wobei der verstärkte Tragschenkel 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 Fensterrahmens 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, vorgezogen 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 Schenkeln ein solcher von 60 bis 80 Gew.-% als besonders geeignet erwiesen hat.
Das Verstärkungselement wird im Rahmenprofil durch Verkleben oder Verschrauben fixiert, d.h. mit diesem statisch gekoppelt. Um das Verbundmaterial über eine Verschraubung mit dem Rahmen sicher verbinden zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, 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 Distanzschenkels eine Verschraubungsleiste als Verstärkung vorzusehen, die ohne weiteres bei der Pulltrusion mitgeformt werden kann.
Die Wandstärke des Verstärkungselements können an den Distanz- und Führungsschenkeln 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 Einschieben in der ggf. erforderlichen unterschiedlichen Lage in die Hohlkammern der Rahmenschenkel ermöglicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch vorgesehen, den Tragschenkel 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 entsprechende Nuten eingeformt werden, so daß hier erhebliche Mengen beim Einschieben 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 Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Dabei zeigen
Figur 1
Fensterflügelrahmen mit Pfosten;
Figur 2
das Verstärkungselement mit Stahleinlage und
Figur 3
eine Ausführung mit Nuten und Verstärkungsleisten.
Die Figur 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 aneinander anschließen.
Vorteilhafter Weise ist an den Tragschenkel 3, gegenüberliegend zum Distanzschenkel 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 Hohlkammern 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.
Figur 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 Schallisolierung zu befüllen.
Figur 3 veranschaulicht eine Form des Verstärkungselements, bei welcher in den Führungsschenkel 5 und die Tragschenkel 3 Nuten 20 insbesondere zur Aufnahme 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 (8)

  1. Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern (1) aufweisende Rahmenprofile, wie insbesondere Fensterprofile, wobei das Verstärkungselement (2) einen offenen, im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    a) das Verstärkungselement (2) ist aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt;
    b) es ist unterteilt in Schenkel unterschiedlicher Dicke mit einem relativ dickeren Tragschenkel (3) sowie relativ dünneren Distanz- (4) und Führungsschenkeln (5), wobei
    c) der Faseranteil im Verbundwerkstoff so gewählt ist, daß sich das Verstärkungselement 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 Führungsschenkel (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 gekennzeichnet, daß Distanz- (4) und/oder Führungsschenkel (5) äußere, in den Kunststoff des Verbundwerkstoffes eingebettete Gewebelagen (6) aufweisen.
  5. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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 aufweisen.
  6. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff ein Glasfaserverbundwerkstoff ist.
  7. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß in den Tragschenkel (3) eine Stahleinlage (17) eingefügt ist.
EP19990125841 1999-04-09 1999-12-24 Verstärkungselement für aus Kunststoff gefertigte Hohlkammern aufweisende Rahmenprofile Expired - Lifetime EP1043472B1 (de)

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