EP1242709B1 - Voll- oder hohlkammerkunststoffprofile, insbesondere für verbundprofile - Google Patents

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EP1242709B1
EP1242709B1 EP00956430A EP00956430A EP1242709B1 EP 1242709 B1 EP1242709 B1 EP 1242709B1 EP 00956430 A EP00956430 A EP 00956430A EP 00956430 A EP00956430 A EP 00956430A EP 1242709 B1 EP1242709 B1 EP 1242709B1
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plastics
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Wilfried Ensinger
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Ensinger Kunststofftechnologie GbR
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Definitions

  • the invention relates to solid or hollow chamber plastic profiles, in particular for absorbing tensile, bending and / or compressive load, as they are used in particular as Isolierstege in composite profiles of metal profile parts used.
  • Known profiles of this type are known for example from DE 32 03 631 A1 or DE 38 01 564 A1 and serve as thermal insulation profiles between metal profile parts and consist of high-strength plastic with poor thermal conductivity properties, for example of a glass fiber reinforced polyamide. These composite profiles are mainly used in the manufacture of window or facade elements.
  • JP-A-03 240 515 A generic profile is also given by JP-A-03 240 515.
  • the object of the invention is to develop the above-mentioned full or hollow chamber profile so that the disadvantages described above are pushed back as far as possible.
  • This object is achieved in the solid or hollow plastic profile described above in that it has a surface layer of a compact, non-porous first plastic material and a core region with a fine-pored, closed-cell structure of a second plastic material.
  • a hollow chamber profile which is characterized by a surface layer of a compact, non-porous first plastic material, a core region with a fine-pored, closed-cell cell structure of a second plastic material and an inner surface layer, which defines the hollow chamber and is made of a compact, non-porous, third plastic material.
  • the cell structure of the core region is selected closed cell, so that a plurality of insulating gas volumes in the plastic profile is present. Thus, an optimal heat transfer resistance is obtained.
  • the fine-poredness and closed-cell nature of the core region is also important from the viewpoint that the mechanical properties do not decrease in parallel with the decrease in density, but are largely retained.
  • the profiles according to the invention can be prepared analogously to the methods described in DE 32 03 631 C2 and DE 195 10 944 C1.
  • the fine-pored core is thereby by foaming the second plastic material by means of known agents such.
  • the profile thickness can be made larger at the same meter weight, resulting in significantly higher stiffness or bending strength of the plastic profile.
  • doubled transverse stiffness factors are obtained with only slightly increased wall thickness, and this results in particular from the use of fine-pored structures in the core region whose mechanical properties have no linear relationship with the density, as is familiar from free-foam, known large-pore cell structures.
  • the porosity or the cell structure is substantially uniform over the entire cross section of the core region.
  • the structure of the profile will preferably be formed such that the core region with its cell structure is completely enclosed by the surface layer and the inner surface layer defining the hollow chamber or cavities.
  • the surface layer, the core region and the inner surface layer are preferably formed at least in partial regions of the profile as a sandwich structure, in which the surface layer, the inner surface layer and the core region enclosed between them form layers arranged essentially parallel to one another.
  • the first, second and third plastic materials used to make the inventive profiles may be the same or different and may contain reinforcing agents, fillers, modifiers and / or additives.
  • the reinforcing materials are short, long and / or continuous fibers, in particular glass, carbon, aramid or natural fibers are used.
  • Suitable fillers are glass beads, glass bubbles, wollastonite, mica and nanoparticles.
  • the group of modifiers includes impact modifiers, UV heat stabilizers, conductivity substances, nucleating agents, coupling agents, etc.
  • flange For profiles which have an integrally formed flange, which is used by a corresponding groove of the metal profiles of a composite thermal insulation profile, it is recommended to provide the flange on its surface at least partially with a fine-pored coating, for example by coextrusion.
  • the flange can be made somewhat undersized with respect to the groove of the associated metal profile receiving it, and the groove walls can be pressed against the flange by a knurl operation and deform the fine-pored coating.
  • a particularly good positive engagement between the flange of the profile and the groove of the metal profile is achieved.
  • the mean cell size of the cell structure of the core region should be in particular in the range of 0.005 to 0.1 mm (diameter), preferably in the range of 0.02 to 0.05 mm. In these areas, there is an optimum of mass saving and preservation of mechanical properties.
  • the density of the material in the core area can be reduced by up to about 60% compared to the density of the raw material.
  • plastic materials which are suitable as raw materials for the production of the profiles according to the invention, ranging from thermoplastic, thermoset to elastomeric plastic materials or mixtures thereof.
  • the same raw material will be used for the first, the second and optionally the third plastic material, whereby it can be achieved by appropriate process control that the compact surface layer results quasi automatically and for the formation of the compact surface layer next to the porous core region not necessarily on a co-extrusion process must be resorted to.
  • the core region of the profile according to the invention is made of a second plastic material, which differs from the plastic material of the surface layer (first plastic material). This then opens the possibility that a high-quality plastic material is used for the formation of the surface layer, while in the core area a much cheaper plastic material can be used. The same applies to the third plastic material.
  • the profiles of the invention are coated for special applications on the surface completely or at least partially with primers, primers and / or conductive paints.
  • the profiles according to the invention can be prepared for aftertreatment processes such as the powder wet-paint or anodization process.
  • profiles according to the invention are in particular heat insulation profiles in the production of metal-plastic composite profiles.
  • the invention finally thermally insulated composite profiles, in particular for the production of windows, doors, facades or the like with an inner and an outer metal profile, which are connected via at least one inventive Bess plastic profile as described above and held at a predetermined distance from each other.
  • FIG. 1 shows a full plastic profile provided with the reference numeral 10 with a surface layer 12 of a compact, non-porous first plastic material and a core region 14 of a fine-pored second plastic material with a closed cell structure.
  • the profile itself is seen in cross section of a web 16 and a flange 18 together, which has a trapezoidal shape in cross section.
  • the flange 18 is formed so that it can be received by a complementary shaped groove of a metal profile part, which forms part of a composite profile.
  • a metal profile part which forms part of a composite profile.
  • the profile 10 is arranged in its simplest form a mirror image of the flange 18 shown have a further flange, so that two metal profile parts held on the profile 10 at a distance and can be connected together.
  • the thickness s 1 of the core region is 1.76 mm (measured at the web 16) and the wall thickness s 2 of the surface layer 12 is approximately the same across the entire profile 10, ie both in the web region 16 and in the flange region 18, and is for example 0.12 mm.
  • the closed-cell, fine-pored core region 14 extends into the trapezoidal structure of the flange 18.
  • the pore size of the cells in the core region of the profiles according to the invention is in the range of about 0.02 to 0.05 mm.
  • the transverse stiffness factor is given per mm web height h, the weight per meter for a web with a web height of approx. 20 mm h.
  • Liquid CO 2 was used to form the core region.
  • Table I shows clearly that in the profile according to the invention a weight reduction by 28% can be achieved without the transverse stiffness suffers appreciably. Only a decrease of 6.8% is observed.
  • Table I ⁇ / b> example 1 Comparative example Core area 14 (porous) + - Thickness s 1 mm 1.76 - WLZ ⁇ 1 W / m * K 0.14 - E-module E 1 MPa 2700 - Density ⁇ 1 g / cm 3 0.90 - Surface layer 16 (compact) + Complete profile Thickness s 2 mm 0.12 2.00 WLZ ⁇ 2 W / m * K 0.32 0.32 E-module E 2 MPa 3000 3000 Density ⁇ 2 g / cm 3 1.32 1.32 Overall profile 10 total thickness mm 2.00 2.00 Thermal bridge factor s * ⁇ mm * W / m * K 0.32 0.64 Transverse bending stiffness E * I MPa * mm 4 1864 2000 Meter weight g / m
  • Table II shows with reference to Examples 2 to 4, that at a slight increase (instead of 2.00 mm: 2.50 mm) of the total thickness with the inventive profile a significant increase in the transverse stiffness factor can be achieved (> 100%), the profile always still a lower weight per meter compared to the conventional profile of the comparative example.
  • Example 4 Comparative example Core area 14 (porous) + + + - Thickness s 1 mm 1.9 1.5 1.2 - WLZ ⁇ 1 W / m * K 0.14 0.10 0.05 - E-module E 1 MPa 2700 2200 1500 - Density ⁇ 1 g / cm 3 0.90 0.60 0.30 - Surface layer 16 (compact) + + + Complete profile Thickness s 2 mm 0.30 0.50 0.65 2.00 WLZ ⁇ 2 W / m * K 0,320 0,320 0,320 0,320 E-module E 2 MPa 3000 3000 3000 3000 Density ⁇ 2 g / cm 3 1.32 1.32 1.32 1.32 Overall profile 10 total thickness mm 2.50 2.50 2.53 2.00 Thermal bridge factor s * ⁇ mm * W / m * K 0.46 0.47 0.48 0.64 Transverse bending stiffness E * I MPa * mm 4 4205 4181 4190 2000 Meter weight
  • FIG. 2 shows a variant of the exemplary embodiment in FIG. 1, wherein here a profile 20 is presented which, in addition to a surface layer 22, has a fine-pore and closed-cell core region 24.
  • a profile 20 is presented which, in addition to a surface layer 22, has a fine-pore and closed-cell core region 24.
  • the core region extends only in the region of the web 26, but not in the flange portion 28 inside.
  • the weight reduction observed in this profile is not quite as great as that in FIG. 1, and the improved ductility in the flange region 28 is also omitted here in comparison to the profile according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a hollow-chamber plastic profile 30 according to the invention with a compact surface layer 32 and a fine-pore, closed-cell core region 34.
  • the hollow space of the hollow profile 30 is subdivided by a web 36, with the core region 34 extending into the web 36.
  • the core area does not form the inner surface 38 of the hollow profile, but this is formed by a compact material of the first plastic material, as well as the (outer) surface layer 32. This creates in some areas of the profile a kind of sandwich structure with parallel outer surface layer 32, core region layer 34 and inner surface layer 38.
  • the profile again has a web portion 40, to which a flange 42 connects at the free end.
  • a variant of the hollow chamber profile shown in Figure 3 is in the embodiment of Figure 4, in which the profile 44 is formed by a surface layer 46 of a compact non-porous plastic material and a fine-pored, closed-cell core region 48, which now directly to the cavity of Hollow profile 44 adjacent. This cavity is in turn divided by an inner web 50, which at this embodiment is made entirely of the material of the core region 48.
  • Figure 5 illustrates a variant of the embodiment of Figure 4 wherein the profile 52 of the present invention, similar to the profile 30 of Figure 3, has the core portion 54 sandwiched between the outer compact non-porous surface layer 56 and a compact inner surface layer 58.
  • the core region 54 extends, as in FIG. 4, into the region of the flange 59.
  • Sandwich structures are also present in partial regions, as described in connection with FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a profile 60 according to the invention with a surface layer 62 and a core region 64, the structure of the profile being divided into a web 66 and a flange 68.
  • the fine-pore core region does not extend into the region of the flange 68.
  • the increased ductility found in such embodiments can also be achieved in this variant by applying to a surface region of the surface layer 62 , which is part of the flange 68, provides a fine-pored coating 70.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofile, insbesondere zur Aufnahme von Zug-, Biege- und/oder Druckbelastung, wie sie insbesondere als Isolierstege in Verbundprofilen aus Metallprofilteilen zum Einsatz gelangen.
  • Bekannte Profile dieser Art sind beispielsweise aus der DE 32 03 631 A1 oder der DE 38 01 564 A1 bekannt und dienen als Wärmedämmprofile zwischen Metallprofilteilen und bestehen aus hochfestem Kunststoff mit schlechten Wärmeleiteigenschaften, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Polyamid. Diese Verbundprofile werden vor allem bei der Fertigung von Fenster- oder Fassadenelementen eingesetzt.
  • Diese Verbundprofile und damit auch die Voll- oder Hohlkammerprofile aus Kunststoff sind erheblichen Einwirkungen ausgesetzt, beispielsweise Windbelastungen, lotrechten Lasten, insbesondere hervorgerufen durch das Eigengewicht einer Verglasung und vor allem herrührend von Temperaturdifferenzen zwischen dem außen und dem innen angeordneten Metallprofilteil des Verbundprofils. Je weniger sich das Kunststoffmaterial der Isolierprofile unter klimatischem Einfluß, nämlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit, verändert, desto geringer sind die daraus resultierenden Spannungen an der Nahtstelle von Kunststoff- und Metallprofil.
  • Bislang wurde versucht, mit höheren Füllstoffgraden des verwendeten Kunststoffmaterials, insbesondere unter Verwendung von mineralischen Verstärkungs- und Füllstoffen, insbesondere Glasfasern, das Ausdehnungsverhalten der Kunststoffmaterialien günstig zu beeinflussen, nämlich deren Ausdehnungskoeffizienten herabzusetzen.
  • Höhere Füllgrade führen aber gleichzeitig zu einer Reihe von Nachteilen. Neben den erhöhten Rohstoffkosten und höherem Gewicht der Isolierprofile entstehen Probleme in der Verarbeitung des Rohmaterials, insbesondere im Hinblick auf Verschleiß und Produktivität. Glasfaserverstärkte Kunststoffe können nach dem Extrudieren und Erstarren unerwünschte Anisotropien, Eigenspannungen, eine stark abnehmende Duktilität und vor allem wiederum eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der reine Kunststoff aufweisen.
  • Gemäß der DE 38 01 564 A1 wird versucht, die Wärmeleitfähigkeit des Isolierprofils durch die Inkorporation von kleinen Glashohlkugeln zu reduzieren. Diese Technologie findet aber sehr schnell ihre Grenzen, und im Hinblick auf die verschärften Anforderungen hinsichtlich der Energieeinsparung durch den Gesetzgeber und der Hersteller von Verbundprofilen wird diese Technologie nicht mehr allen Fällen gerecht.
  • Ein gattungsgemässes profil wird auch von der JP-A-03 240 515 angegeben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Voll- oder Hohlkammerprofil so weiterzubilden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weit zurückgedrängt werden.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofil dadurch gelöst, daß dieses eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial und einen Kernbereich mit einer feinporigen, geschlossenzelligen Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial aufweist.
  • Die Aufgabe wird ferner durch ein Hohlkammerprofil gelöst, welches gekennzeichnet ist durch eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial, einen Kernbereich mit einer feinporigen, geschlossenzelligen Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial und einer die Hohlkammer definierenden, aus einem kompakten, nicht-porösen dritten Kunststoffmaterial hergestellten, inneren Oberflächenschicht.
  • Die Zellstruktur des Kernbereiches wird geschlossenzellig gewählt, so daß eine Vielzahl von isolierenden Gasvolumina in dem Kunststoffprofil vorhanden ist. Damit wird ein optimaler Wärmedurchgangswiderstand erhalten. Die Feinporigkeit und Geschlossenzelligkeit des Kernbereichs ist auch unter dem Gesichtspunkt wichtig, daB die mechanischen Eigenschaften nicht mit der Abnahme der Dichte parallel abnehmen, sondern in großem Umfang erhalten bleiben.
  • Herstellen lassen sich die erfindungsgemäßen Profile analog den in der DE 32 03 631 C2 und der DE 195 10 944 C1 beschriebenen Verfahren. Der feinporige Kern wird dabei durch Aufschäumen des zweiten Kunststoffmaterials mittels hierfür bekannten Agentien wie z. B. flüssiges CO2, Stickstoff oder Azodicarbonamid erhalten.
  • Durch die Beschränkung des kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterials auf die Ausbildung einer Oberflächenschicht des Kunststoffprofils und die Verwendung eines Kernbereiches mit einer feinporigen Zellstruktur wird eine erhebliche Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit des Profils insgesamt erreicht. Die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit ist im wesentlichen auf die Dichtereduzierung bzw. die Gaseinschlüsse in dem Kernbereich zurückzuführen. Diese ergibt parallel dazu ein geringeres Gewicht des Profils und führt zu erheblichen Einsparungen an Rohstoff bei der Herstellung des Kunststoffprofiles. Die möglichen Rohstoffeinsparungen betragen je nach Wanddicke der Oberflächenschicht(en) und dem Einsatzfall bis zu 60 %. Bei gleichen Abmessungen des Profils gelangt man bei nur geringen Einbußen beim Steifigkeitsfaktor (Querbiegesteifigkeit) zu erheblich verminderten Metergewichten.
  • Gegenüber herkömmlichen Profilen kann bei gleichem Metergewicht die Profildicke größer dimensioniert werden, woraus sich erheblich höhere Steifigkeiten bzw. Biegefestigkeiten des Kunststoffprofils ergeben. Überraschenderweise erhält man beispielsweise verdoppelte Quersteifigkeitsfaktoren bei nur geringfügig erhöhter Wanddicke, und dies resultiert insbesondere aus der Verwendung von feinporigen Strukturen im Kernbereich, deren mechanische Eigenschaften keinen linearen Zusammenhang mit der Dichte aufweisen, wie dies von freigeschäumten, bekannten großporigen Zellstrukturen geläufig ist.
  • Um optimale mechanische Eigenschaften, insbesondere Festigkeit zu erreichen, wird darauf geachtet, daß die Porosität oder die Zellstruktur im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Kernbereichs gleichförmig ist. Insbesondere ist von Bedeutung die Zellgröße innerhalb eines vorgegebenen Rahmens zu halten, beispielsweise innerhalb des weiter unten empfohlenen, und gröbere Zellen an vereinzelten Stellen im Querschnitt zu vermeiden.
  • Im Falle der Hohlkammerprofile mit innerer Oberflächenschicht aus kompaktem Kunststoffmaterial wird man bevorzugt die Struktur des Profils so ausbilden, dass der Kernbereich mit seiner Zellstruktur von der Oberflächenschicht und der die Hohlkammer oder Hohlkammern definierenden inneren Oberflächenschicht vollkommen eingeschlossen ist.
  • Bevorzugt werden hierbei die Oberflächenschicht, der Kernbereich und die innere Oberflächenschicht mindestens in Teilbereichen des Profils als Sandwich-Struktur ausgebildet, bei der die Oberflächenschicht, die innere Oberflächenschicht und der dazwischen eingeschlossene Kernbereich im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Schichten bilden.
  • Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Profile verwendeten ersten, zweiten und dritten Kunststoffmaterialien können gleich oder verschieden sein und können Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Modifier und/oder Zuschlagstoffe enthalten. Bei den Verstärkungsstoffen kommen Kurz-, Lang- und/oder Endlosfasern, insbesondere Glas-, Kohle-, Aramid- oder Naturfasern zum Einsatz. Als Füllstoffe eignen sich Glaskugeln, Glashohlkugeln, Wollastonit, Glimmer und Nanopartikel.
  • Unter die Gruppe der Modifier fallen Schlagzähmodifier, UV-Hitzestabilisatoren, Leitfähigkeitssubstanzen, Keimbildner, Kopplungsagentien etc..
  • Bei Profilen, welche einen angeformten Flansch aufweisen, der von einer entsprechenden Nut der Metallprofile eines Wärmedämmverbundprofiles eingesetzt wird, empfiehlt es sich, den Flansch an seiner Oberfläche mindestens bereichsweise mit einer feinporigen Beschichtung, beispielsweise durch Koextrusion, zu versehen. Dadurch kann der Flansch gegenüber der ihn aufnehmenden Nut des zugehörigen Metallprofiles etwas untermaßig hergestellt werden, und die Nutwände können durch eine Rändeloperation an den Flansch angedrückt werden und die feinporige Beschichtung verformen. Dadurch wird ein besonders guter Formschluß zwischen dem Flansch des Profiles und der Nut des Metallprofiles erreicht.
  • Die mittlere Zellgröße der Zellstruktur des Kernbereiches sollte insbesondere im Bereich von 0,005 bis 0,1 mm (Durchmesser) liegen, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,05 mm. In diesen Bereichen ist ein Optimum der Masseneinsparung und Erhalt der mechanischen Eigenschaften gegeben.
  • Die Dichte des Materials im Kernbereich kann gegenüber der Dichte des Rohmaterials um bis zu ca. 60 % vermindert werden.
  • Die Kunststoffmaterialien, die als Rohstoffe für die Herstellung der erfindungsgemäßen Profile in Frage kommen, reichen von thermoplastischen, duroplastischen bis zu elastomeren Kunststoffmaterialien oder Mischungen hieraus.
  • Normalerweise wird man für das erste, das zweite und gegebenenfalls das dritte Kunststoffmaterial dasselbe Rohmaterial verwenden, wobei durch entsprechende Verfahrensführung erreicht werden kann, daß sich die kompakte Oberflächenschicht quasi automatisch ergibt und für die Bildung der kompakten Oberflächenschicht neben dem porösen Kernbereich nicht unbedingt auf ein Koextrusionsverfahren zurückgegriffen werden muß.
  • In besonderen Fällen wird der Kernbereich des erfindungsgemäßen Profils aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt, welches sich von dem Kunststoffmaterial der Oberflächenschicht (erstes Kunststoffmaterial) unterscheidet. Dies eröffnet dann die Möglichkeit, daß für die Bildung der Oberflächenschicht ein hochwertiges Kunststoffmaterial verwendet wird, während im Kernbereich ein preislich wesentlich günstigeres Kunststoffmaterial Verwendung finden kann. Gleiches gilt für das dritte Kunststoffmaterial.
  • Die erfindungsgemäßen Profile werden für besondere Anwendungszwecke an der Oberfläche vollständig oder mindestens bereichsweise mit Primern, Haftlacken und/oder Leitlacken beschichtet. Damit lassen sich die erfindungsgemäßen Profile auf Nachbehandlungsverfahren wie das Pulver-Naßlackier- oder Anodisierverfahren vorbereiten.
  • Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Profile sind insbesondere Wärmedämmprofile bei der Herstellung von Metall-Kunststoffverbundprofilen.
  • Gegenstand der Erfindung sind schließlich wärmegedämmte Verbundprofile, insbesondere für die Herstellung von Fenstern, Türen, Fassaden oder dergleichen mit einem inneren und einem äußeren Metallprofil, welche über mindestens ein erfindungsgemä-Bes Kunststoffprofil wie zuvor beschrieben verbunden und auf einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind.
  • Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
    • Figur 1:
    Eine schematische Schnittansicht durch ein erstes erfindungsgemäßes Kunststoffprofil;
    Figur 2:
    eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffprofils;
    Figur 3:
    eine schematische Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Hohlkammerkunststoffprofil;
    Figur 4:
    eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hohlkammerkunststoffprofiles;
    Figur 5
    eine schematische Schnittansicht durch eine Variante des erfindungsgemäßen Hohlprofils gemäß Figur 4; und
    Figur 6
    eine schematische Schnittansicht durch eine Variante des erfindungsgemäßen Vollprofils gemäß Figur 2.
  • Figur 1 zeigt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes Kunststoffvollprofil mit einer Oberflächenschicht 12 aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial und einem Kernbereich 14 aus einem feinporigen zweiten Kunststoffmaterial mit einer geschlossenen Zellstruktur.
  • Das Profil selber setzt sich im Querschnitt gesehen aus einem Steg 16 sowie einem Flansch 18 zusammen, welcher im Querschnitt eine Trapezform aufweist.
  • Der Flansch 18 ist so ausgebildet, daß er von einer komplementär ausgebildeten Nut eines Metallprofilteiles aufgenommen werden kann, welches einen Teil eines Verbundprofiles bildet. Üblicherweise wird das Profil 10 in seiner einfachsten Form spiegelbildlich zu dem gezeigten Flansch 18 angeordnet einen weiteren Flansch aufweisen, so daß zwei Metallprofilteile über das Profil 10 auf Abstand gehalten und miteinander verbunden werden können.
  • In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke s1 des Kernbreichs 1,76 mm (gemessen am Steg 16) und die Wandstärke s2 der Oberflächenschicht 12 ist am gesamten Profil 10 ungefähr gleich, d. h. sowohl im Stegbereich 16 als auch in dem Flanschbereich 18, und beträgt beispielsweise 0,12 mm.
  • Demzufolge reicht der geschlossenzellige, feinporige Kernbereich 14 bis in die trapezförmige Struktur des Flansches 18 hinein.
  • Dies verleiht dem Profil insbesondere auch in seinem Flanschbereich 18 eine besondere Duktilität, was sich beim Rändeln der den Flansch 18 aufnehmenden Nut des Metallprofilteiles positiv bemerkbar macht, indem die gerändelten Metallprofilbereiche leichter in das Material des Flansches 18 eindrückbar sind und somit leichter ein Formschluß zwischen dem Metallprofilteil und dem Flansch 18 des Profils 10 herstellbar ist.
  • Mit einem solchen Aufbau des Profiles 10 kann gegenüber einem Vollprofil aus demselben Material wie die Oberflächenschicht 12 eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei einem allenfalls unerheblichen Steifigkeitsabfall erzielt werden.
  • Aus den in den Tabellen I und II gelisteten Werten verschiedener mechanischer Parameter lassen sich die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Aufbaus der Hohlprofile im einzelnen ablesen. Die Werte gelten für ein Vollprofil gemäß Fig. 1, hergestellt aus Polyamid 66 mit einem Kurzglasfasergehalt von 25 Gew.%. Das Vergleichsprofil weist dieselben äußeren Abmessungen auf, ist jedoch durchgängig aus dem kompakten, nichtporösen Kunststoffmaterial aufgebaut wie die Oberflächenschicht 12 des erfindungsgemäßen Profils 10. Die angegebenen Werte gelten für Profile im Feuchtegleichgewicht (23°C und 50 % Luftfeuchtigkeit).
  • Die Porengröße der Zellen im Kernbereich der erfindungsgemäßen Profile liegt im Bereich von ca. 0,02 bis 0,05 mm.
  • Der Quersteifigkeitsfaktor ist pro mm Steghöhe h angegeben, das Metergewicht für einen Steg mit ca. 20 mm Steghöhe h.
  • Zur Bildung des Kernbereichs wurde flüssiges CO2 verwendet.
  • Tabelle I zeigt anschaulich, daß bei dem erfindungsgemäßen Profil eine Gewichtsreduzierung um 28 % erzielbar ist, ohne daß die Quersteifigkeit darunter merklich leidet. Lediglich ein Abfall um 6,8 % wird beobachtet. Tabelle I
    Beispiel 1 Vergleichsbeispiel
    Kernbereich 14 (porös) + -
       Dicke s1 mm 1,76 -
       WLZ λ1 W/m*K 0,14 -
       E-Modul E1 MPa 2700 -
       Dichte ρ1 g/cm3 0,90 -
    Oberflächenschicht 16 (kompakt) + Gesamtprofil
       Dicke s2 mm 0,12 2,00
       WLZ λ2 W/m*K 0,32 0,32
       E-Modul E2 MPa 3000 3000
       Dichte ρ2 g/cm3 1,32 1,32
    Gesamtprofil 10
       Gesamtdicke mm 2,00 2,00
       Wärmebrückenfaktor s*λ mm*W/m*K 0,32 0,64
       Querbiegesteifigkeit E*I MPa*mm4 1864 2000
       Metergewicht g/m 38,0 52,8
  • Tabelle II zeigt anhand der Beispiele 2 bis 4, daß bei einer geringfügigen Vergrößerung (statt 2,00 mm : 2,50 mm) der Gesamtdicke mit dem erfindungsgemäßen Profil eine erhebliche Steigerung des Quersteifigkeitsfaktors erzielbar ist (> 100 %), wobei das Profil immer noch ein geringeres Metergewicht, verglichen mit dem herkömmlichen Profil des Vergleichsbeispiels, aufweist. Tabelle II
    Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Vergleichsbeispiel
    Kernbereich 14 (porös) + + + -
       Dicke s1 mm 1.9 1,5 1,2 -
       WLZ λ1 W/m*K 0,14 0,10 0,05 -
       E-Modul E1 MPa 2700 2200 1500 -
       Dichte ρ1 g/cm3 0,90 0,60 0,30 -
    Oberflächenschicht 16 (kompakt) + + + Gesamtprofil
       Dicke s2 mm 0,30 0,50 0,65 2,00
       WLZ λ2 W/m*K 0,320 0,320 0,320 0,320
       E-Modul E2 MPa 3000 3000 3000 3000
       Dichte ρ2 g/cm3 1,32 1,32 1,32 1,32
    Gesamtprofil 10
       Gesamtdicke mm 2,50 2,50 2,53 2,00
       Wärmebrückenfaktor s*λ mm*W/m*K 0,46 0,47 0,48 0,64
       Querbiegesteifigkeit E*I MPa*mm4 4205 4181 4190 2000
       Metergewicht g/m 50,0 44,4 41,5 52,8
  • Figur 2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels in Figur 1, wobei hier ein Profil 20 vorgestellt wird, welches neben einer Oberflächenschicht 22 einen feinporig und geschlossenzellig aufgebauten Kernbereich 24 aufweist. Auch hier handelt es sich um ein sogenanntes Vollmaterial, wobei gegenüber der Ausführungsform von Figur 1 der Kernbereich sich nur in den Bereich des Steges 26, nicht jedoch in den Flanschbereich 28 hinein erstreckt. Die Gewichtsreduzierung, die bei diesem Profil beobachtet wird, ist nicht ganz so groß wie die bei dem in Figur 1, und die verbesserte Duktilität im Flanschbereich 28 entfällt hier ebenfalls im Vergleich zu dem Profil gemäß Figur 1.
  • Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Hohlkammerkunststoffprofil 30 mit einer kompakten Oberflächenschicht 32 und einem feinporigen, geschlossenzelligen Kernbereich 34. Der Hohlraum des Hohlprofils 30 ist durch einen Steg 36 unterteilt, wobei sich der Kernbereich 34 in den Steg 36 hinein erstreckt. Allerdings bildet der Kernbereich nicht die innere Oberfläche 38 des Hohlprofiles, sondern diese wird durch ein kompaktes Material aus dem ersten Kunststoffmaterial gebildet, wie auch die (äußere) Oberflächenschicht 32. Dadurch entsteht in Teilbereichen des Profils eine Art Sandwich-Struktur mit parallel angeordneter äußerer Oberflächenschicht 32, Kernbereichsschicht 34 und innerer Oberflächenschicht 38.
  • Auch hier weist das Profil wieder einen Stegbereich 40 auf, an den sich am freien Ende ein Flansch 42 anschließt.
  • Eine Variante des in Figur 3 dargestellten Hohlkammerprofils liegt in der Ausführungsform der Figur 4 vor, bei der das Profil 44 von einer Oberflächenschicht 46 aus einem kompakten nicht-porösen Kunststoffmaterial und einem feinporigen, geschlossenzelligen Kernbereich 48 gebildet wird, der nun direkt an den Hohlraum des Hohlprofils 44 angrenzt. Dieser Hohlraum ist wiederum durch einen Innensteg 50 unterteilt, welcher bei dieser Ausführungsform vollständig aus dem Material des Kernbereichs 48 hergestellt ist.
  • Figur 5 stellt eine Variante der Ausführungsform der Figur 4 dar wobei das erfindungsgemäße Profil 52, ähnlich wie das Profil 30 der Figur 3, den Kernbereich 54 eingefaßt zwischen der äußeren kompakten, nicht-porösen Oberflächenschicht 56 und einer kompakten inneren Oberflächenschicht 58 aufweist. Der Kernbereich 54 erstreckt sich wie in Figur 4 in den Bereich des Flansches 59. Auch hier liegen in Teilbereichen, wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben, Sandwich-Strukturen vor.
  • Figur 6 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes Profil 60 mit einer Oberflächenschicht 62 und einem Kernbereich 64,, wobei sich die Struktur des Profils in einen Steg 66 und einen Flansch 68 aufteilt. Der feinporige Kernbereich erstreckt sich hier nicht in den Bereich des Flansches 68. Die erhöhte Duktilität, die sich bei solchen Ausführungsformen findet (siehe z.B. Ausführungsform der Figur 1) läßt sich auch bei dieser Variante erreichen, dadurch, daß man auf einem Oberflächenbereich der Oberflächenschicht 62, die Teil des Flansches 68 ist eine feinporige Beschichtung 70 vorsieht. Hier ergeben sich ähnliche Vorteile wie sie in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben sind.

Claims (15)

  1. Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofil, insbesondere für Zug-, Biege- und/oder Druckbelastungen, gekennzeichnet durch eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nichtporösen ersten Kunststoffmaterial und einen Kernbereich mit einer feinporigen, geschlossenzelligen Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial, wobei die Zellstruktur im Kernbereich eine mittlere Zellgröße im Bereich von 0,005 bis 0,15 mm aufweist.
  2. Hohlkammerkunststoffprofil, insbesondere für Zug-, Biege- und/oder Druckbelastungen, gekennzeichnet durch eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial, einen Kernbereich mit einer feinporigen, geschlossenzelligen Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial und eine die Hohlkammer definierende, aus einem kompakten, nicht-porösen dritten Kunststoffmaterial hergestellten, innere Oberflächenschicht.
  3. Profil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich von der Oberflächenschicht und der die Hohlkammer definierenden inneren Oberflächenschicht vollkommen eingeschlossen ist.
  4. Profil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht, der Kernbereich und die innere Oberflächenschicht mindestens in Teilbereichen des Profils eine Sandwich-Struktur bilden.
  5. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil mehrere Hohlkammern aufweist.
  6. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, das zweite und/oder das dritte Kunststoffmaterial Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Modifier und/oder Zuschlagstoffe enthält.
  7. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den ersten, zweiten und dritten Kunststoffmaterialien mindestens zwei vom selben Typ sind.
  8. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil einen oder mehrere angeformte Flansche aufweist, die an ihrer Oberfläche mindestens bereichsweise eine feinporige Beschichtung aufweisen.
  9. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Zellgröße der Zellstruktur im Kernbereich im Mittel im Bereich von 0,02 bis 0,05 mm (Durchmesser) liegt.
  10. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des den Kernbereich bildenden Materials gegenüber dessen Ausgangsmaterial um bis zu 60 % verringert ist.
  11. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, zweite und dritte Kunststoffmaterial ein thermoplastisches, duroplastisches oder elastomeres Kunststoffmaterial oder Mischungen hieraus sind.
  12. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kunststoffmaterial der inneren Oberfläche und das in der Oberflächenschicht verwendete erste Kunststoffmaterial gleich sind.
  13. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Profile vollständig oder bereichsweise mit Primern, Haftlacken und/oder Leitlacken beschichtet ist.
  14. Verwendung eines Profils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 als Wärmedämmprofil bei der Herstellung von Verbundprofilen.
  15. Wärmegedämmtes Verbundprofil, insbesondere für die Herstellung von Fenstern, Türen, Fassadenteilen oder dergleichen, mit einem inneren und einem äußeren Metallprofil, welche über mindestens ein Profil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 verbunden und auf einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind.
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