EP3555405B1

EP3555405B1 - Wärmegedämmtes metall-kunststoff-verbundprofil

Info

Publication number: EP3555405B1
Application number: EP16812733.0A
Authority: EP
Inventors: Franz Feldmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: WO2018108269A1; EP3555405A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Metall-Kunststoff-Verbundprofil mit reduzierter Verformung bei Temperaturunterschieden.

Stand der Technik

Wärmegedämmte Verbundprofile werden für Rahmen von Fenstern, Türen oder Fassaden eingesetzt. Dabei wird zwischen einem Außenprofil aus Metall sowie einem Innenprofil aus Metall ein Dämmprofil oder eine Vielzahl einzelner Dämmstege zur thermischen Entkopplung angeordnet, um den unerwünschten Wärmefluss zwischen dem Innen- und Außenprofil zu reduzieren. Bei herkömmlichen Verbundprofilen wird dabei eine kraftschlüssige und daher schubfeste Verbindung zwischen dem Dämmprofil und dem Innen- und Außenprofil hergestellt. Die kraftschlüssige Verbindung erzeugt eine Biegesteifigkeit des Verbundprofils, welche zur Abtragung von Lasten, z.B. bei Winddruck oder bei Windsog benötigt wird. Die Querzugrichtung verläuft in Richtung des Abstands zwischen dem Innenprofil und Außenprofil, während die Schubrichtung senkrecht dazu verläuft.
Da das Dämmprofil zwischen den Metallprofilen eine thermische Trennebene darstellt, die den Wärmefluss von dem einen Metallprofil zum anderen begrenzt, entsteht allerdings bei der Herstellung eines als schubfester Verbund bezeichneten Verbundprofils mit kraftschlüssiger Verbindung in Schubrichtung sowie in Querzugrichtung zwischen dem Dämmprofil und den Metallprofilen die Schwierigkeit, dass bei einem einseitigen Temperaturunterschied zwischen den das Verbundprofil bildenden Metallprofilen, eine Durchbiegung des Verbundprofils erfolgt. Der Grund dafür besteht darin, dass sich aufgrund der größeren Längenausdehnung des Metallprofils mit höherer Temperatur eine Schubspannung zwischen den Bauteilen des Verbundprofils ergibt, die sich aufgrund der Schubfestigkeit des Verbunds in einer Durchbiegung des Verbundprofils in Richtung auf das Metallprofil mit der höheren Temperatur auswirkt.
Eine derartige Schwierigkeit aufgrund von Temperaturdifferenzen tritt beispielsweise im Winter zwischen der Rauminnenseite und der Außenluft auf, sowie im Sommer, sobald die Sonneneinstrahlung zu einer Temperaturerhöhung des Außenprofils führt. Diese Verformungen werden als Bi-Metall-Effekt bezeichnet, wirken sich immer als Wölbung zur wärmeren Seite hin aus und beeinträchtigen die Funktion des mit dem Verbundprofil gebildeten Bauteils wie z.B. des Fensters oder der Tür. So kann es beispielsweise zu einem schwergängigen Schließen von Fenstern und Türen kommen. Weitere mögliche Schwierigkeiten können Einschränkungen bei der Luftdichtheit und Schlagregendichtheit sein. Schließlich kann die Durchbiegung auch an Trennwandanschlüssen störend sichtbar werden.
Im Stand der Technik wurden bereits mehrere Abhilfemaßnahmen vorgeschlagen. Zum einen lässt sich der Bi-Metall-Effekt verringern, indem die Temperaturunterschiede verringert werden. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die thermische Trennung verschlechtert wird, was allerdings erhöhte Wärmeverluste im Winter bedeutet. Insbesondere kann die Wärmedämmung durch das Anbringen von lokalen Wärmebrücken verschlechtert werden, wodurch die Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenprofil verringert und die damit verbundene Längenänderung und Durchbiegung herabgesetzt werden.
Eine weitere Maßnahme besteht darin, die IR-Reflexion der Außenoberfläche zu erhöhen, was sowohl für den Sommerfall als auch den Winterfall wirksam ist. Der Nachteil dieser Maßnahme besteht allerdings darin, dass die Oberflächenvarianten des Außenprofils zur Gebäudeaußenseite hin eingeschränkt werden.
Eine weitere Alternative besteht darin, die Verbundwirkung des Gesamtprofils zu verschlechtern. Dies kann zum einen dadurch geschehen, dass die Steifigkeit der Dämmstege reduziert wird, wie in der DE 20 2012 003 730 U1 beschrieben wird.
Eine weitere mögliche Maßnahme ist in der DE 296 23 019 U1 beschrieben Bei dem darin beschriebenen wärmegedämmten Verbundprofil wird zur Vermeidung einer Ausbiegung bei ungleichmäßiger Erwärmung der Metallprofile eine gleitende Verbindung zwischen den Dämmstegen und den Metallprofilen vorgesehen.
Alle Maßnahmen zur Verschlechterung der Verbundwirkung des Gesamtprofils besitzen allerdings den Nachteil, dass die Biegesteifigkeit gegenüber einem querschnittsgleichen Verbundprofil, d.h. mit einem schubfesten Verbund zwischen dem Dämmprofil und den Metallprofilen deutlich herabgesetzt wird.
Die aus der DE 10 2004 008 414 A1 sowie der EP 0 556 600 A1 bekannten Verbundprofile offenbaren die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Allerdings betreffen die DE 10 2004 008 414 A1 sowie EP 0 556 600 A1 keine Maßnahme zur Verringerung des Bi-Metall-Effekts bei gleichzeitig ausreichender Biegesteifigkeit.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wärmegedämmtes Metall-Kunststoff-Verbundprofil vorzuschlagen, das einen reduzierten Bi-Metall-Effekt aufweist bei gleichzeitig ausreichender Biegesteifigkeit und Wärmedämmung.
Diese Aufgabe wird durch ein Metall-Kunststoff-Verbundprofil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen folgen aus den übrigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Metall-Kunststoff-Verbundprofil mit reduzierter Verformung bei Temperaturunterschieden zwischen innen und außen umfasst ein Innenprofil aus Metall, ein Außenprofil aus Metall und ein Dämmprofil aus Kunststoff, mit einer schubfesten Verbindung und einer formschlüssigen Verbindung in Querzugrichtung zwischen dem Dämmprofil und dem Innenprofil. Zwischen dem Dämmprofil und dem Außenprofil besteht eine formschlüssige Verbindung in Querzugrichtung und eine schubweiche, d.h. gleitende Verbindung in Schubrichtung. Das erfindungsgemäße Metall-Kunststoff-Verbundprofil umfasst weiterhin ein Mittel zum Erhöhen der Biegesteifigkeit des Metall-Kunststoff-Verbundprofils, wobei das Mittel zum Erhöhen der Biegesteifigkeit die nachfolgende Maßnahme umfasst:
Mindestens ein Verstärkungsprofil (16), das mittels eines Befestigungselements (24) und/oder einer Verklebung und/oder einer formschlüssigen Verbindung (26) schubfest mit dem Dämmprofil (4) verbunden ist; wobei das Verstärkungsprofil (16) aus Metall besteht oder das Verstärkungsprofil (16) aus GFK oder CFK besteht mit einem E-Modul von mindestens 20 GPa, bevorzugt von mindestens 40 GPa, und besonders bevorzugt mit einem E-Modul von Metall.
Die schubfeste Verbindung zwischen dem Verstärkungsprofil und dem Dämmprofil kann durch Kleben, mit Hilfe mechanischer Verbindungsmittel und durch Formschluss erfolgen. Das Verkleben kann mittels 1-komponentigem oder 2-komponentigem Flüssigkleber, mittels Heißkleber oder mittels Doppelklebeband erfolgen. Als mechanische Verbindungsmittel eignen sich vor allem Nieten oder Schrauben. Im Fall einer formschlüssigen Verbindung wird bevorzugt eine Rändelung des Verstärkungsprofils in den Dämmsteg eingeprägt. Sämtliche Befestigungsalternativen - Kleben, Mechanische Verbindung und Formschluss - können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
Die Temperaturunterschiede zwischen innen und außen sind dabei diejenigen zwischen dem Innenprofil und dem Außenprofil. Als Metalle für das Verstärkungsprofil kommen bevorzugt Aluminium, Stahl oder Edelstahl in Frage. Bei der Verwendung eines Verstärkungsprofils aus CFK sollte daher dessen E-Modul (Elastizitätsmodul) besonders bevorzugt im Bereich des E-Moduls dieser Materialien liegen. Bei der Verwendung eines Verstärkungsprofils aus GFK sollte dessen E-Modul ähnlich dem von Aluminium sein.
Das Verstärkungsprofil erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen quer zur Hauptwärmestromrichtung, d.h. senkrecht zur Querzugrichtung und parallel zur Hauptsichtfläche des Innenprofils und Außenprofils
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verstärkungsprofil relativ zum Außenprofil vorzugsweise so beabstandet, dass es bei einer absoluten Temperaturdifferenz (T_I-T_A) zwischen der Temperatur des Innenprofils T_I und der Temperatur des Außenprofils T_A, und bei der absoluten Temperaturdifferenz (T_I-T_V) zwischen der Temperatur des Innenprofils und der Temperatur des Verstärkungsprofil T_V die folgende Beziehung erfüllt ist: $0.2 \leq \frac{(TI - TV)}{(TI - TA)} \leq 0.8;$
und bevorzugt $0.3 \leq \frac{(TI - TV)}{(TI - TA)} \leq 0.7$
Bei der Verwendung eines Verstärkungsprofils aus Metall kann ein herkömmlicher Werkstoff für das Dämmprofil mit vergleichsweise niedrigem E-Modul verwendet werden, da die Biegesteifigkeit des Metall-Kunststoff-Verbundprofils durch die schubfeste Verbindung des Dämmprofils mit dem Verstärkungsprofils aus Metall ausreichend sichergestellt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Dämmprofil aus ABS, PVC, PP oder PA, besonders bevorzugt PA mit Glasfaserverstärkung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Verstärkungsprofil aus Edelstahl, Aluminium oder aus kontinuierlich schmelztauchveredeltem Stahl. Auf diese Weise lässt sich durch die geringen Emissivitäten der Metalloberflächen zusätzlich der Anteil der Wärmestrahlung zwischen dem Verstärkungsprofil und dem Innenprofil und/oder Außenprofil verringern.
Im Zuge dieser Maßnahme ist es aber auch besonders bevorzugt, das Verstärkungsprofil so zu wählen, dass die Oberfläche des Verstärkungsprofils eine niedrige Emissivität aufweist mit einem Emissivitätswert ε von höchstens 0.2, bevorzugt höchstens 0.1 und besonders bevorzugt höchstens 0.08. Auf diese Weise lässt sich die durch das Verstärkungsprofil hervorgerufene Verschlechterung der thermischen Trennung in der Regel überkompensieren, indem zumindest der Strahlungsanteil soweit wie möglich reduziert wird.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Verstärkungsprofil ein Rechteckprofil oder ein U-förmiges Halbprofil. Diese Grundgeometrien zeichnen sich durch ein hohes Trägheitsmoment und damit verbunden eine hohe Biegesteifigkeit bezogen auf den Materialeinsatz aus und sind daher die bevorzugten Geometrien für das Verstärkungsprofil.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Dämmprofil ein erstes Dämmstegelement und ein zweites Dämmstegelement auf, und die gleitende Verbindung zwischen Dämmprofil und Außenprofil umfasst eine Gleitvorrichtung nahe dem Außenprofil zwischen dem ersten Dämmstegelement und dem zweiten Dämmstegelement. Auf diese Weise wird die in Schubrichtung gleitende Verbindung im Metall-Kunststoff-Verbundprofil entweder vollständig oder zusätzlich in eine Gleitverbindung zwischen dem ersten Dämmstegelement und dem zweiten Dämmstegelement verlegt, wobei allerdings die Gleitvorrichtung zwischen dem ersten Dämmstegelement und dem zweiten Dämmstegelement näher an dem Außenprofil als an dem Innenprofil angeordnet ist und sich vorzugsweise in demjenigen Drittel der Erstreckung des Dämmprofils zwischen Innenprofil und Außenprofil befindet, das an das Außenprofil angrenzt. Diese bevorzugte Maßnahme kann vorteilhaft sein, da eine Gleitverbindung zwischen dem Kunststoffmaterial des Dämmstegs wirkungsvoller sein kann als eine Gleitverbindung zwischen dem Metall des Außenprofils und dem Kunststoff des Dämmelements. Die Verbindung zwischen dem Dämmprofil und dem Außenprofil kann in herkömmlicher Weise ausgeführt sein, d.h. mit einer schubfesten Verbindung sowie formschlüssigen Verbindung in Querzugrichtung und somit wie die Verbindung zwischen dem Dämmprofil und dem Innenprofil. Die Gleitverbindung muss so angeordnet sein, dass alle Verstärkungsmaßnahmen an demjenigen Dämmstegelement verbleiben, das am Innenprofil befestigt ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämmprofil mindestens einen Hohlraum auf. Durch die Verwendung eines Hohlraums und den sich hieraus ergebenden erhöhten Trägheitsmomenten wird die Biegesteifigkeit des Dämmprofils und damit die Biegesteifigkeit des gesamten Metall-Kunststoff-Verbundprofils weiter erhöht. Darüber hinaus lässt sich bei der Verwendung eines Verstärkungsprofils aus Metall der Hohlraum dazu nutzen, um das Verstärkungsprofil in diesen einzuschieben und darin zu befestigen. Das Vorsehen von Querschotten oder Hohlräumen besitzt den Effekt, dass die Wärmeübertragung durch Konvektion reduziert wird. Gleichzeitig wird die Biegesteifigkeit des Dämmprofils erhöht.
Im Falle der Ausgestaltung des Dämmprofils als Hohlprofil mit mehreren Querstegen sind die Querstege so angeordnet, dass ihre gemittelte Position näher am Außenprofil als am Innenprofil liegt. Mit anderen Worten kann das Dämmprofil mehrere Querstege aufweisen, die in Summe näher am Außenprofil als am Innenprofil angeordnet sind. Dies lässt sich dadurch feststellen, dass bei einer Mehrzahl von Querstegen deren individuelle Position gemittelt wird und sich die geometrisch gemittelte Position näher am Außenprofil befindet als am Innenprofil.
Durch das Anordnen der Querstege so, dass ihre gemittelte Position näher am Außenprofil liegt als am Innenprofil wird erreicht, dass der Verbund aus Innenprofil und Dämmprofil ein besonders hohes Trägheitsmoment erhält.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Dämmprofil mindestens einen Dämmsteg, der quer zu seiner Haupterstreckung verlaufende Befestigungsansätze aufweist. Die Befestigungsansätze sind dazu geeignet, ein Verstärkungsprofil zu befestigen. Durch das Vorsehen von mehr als einem Dämmsteg und die Anordnung von zwei spiegelbildlich zueinander geformten Dämmstegen können darüber hinaus Anordnungen geschaffen werden, bei denen ein Verstärkungsprofil an zwei Dämmstegen befestigt wird und damit die beiden einzelnen Dämmstege zu einem starren Dämmprofil versteift.
Vorzugsweise umfasst das Dämmprofil mindestens einen Dämmsteg, welcher mindestens einen Quersteg oder mindestens ein Querschott aufweist, wobei eine Schicht mit geringer Emissivität auf dem Quersteg oder dem Querschott aufgebracht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in denen

Fig. 1: eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines als Hohlprofil gestalteten Verstärkungsprofils zeigt;
Fig. 2: eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem in die Hohlkammer eines einteiligen Dämmstegs eingeschobenen Verstärkungsprofils darstellt;
Fig. 3: die Befestigung zweier Verstärkungsprofile an den Querstegen eines einteiligen sogenannten Ω-Dämmstegs zeigt;
Fig. 4: eine für alle Ausführungsformen mögliche Gestaltung des Dämmprofils darstellt;
Fig. 5: eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1 unter Verwendung von U-förmigen Verstärkungsprofilen zeigt;
Fig. 6: eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit an Querschotten befestigten Verstärkungsprofilen zeigt;
Fig. 7: eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 2 mit zwei separaten Verstärkungsprofilen darstellt;
Fig. 8: eine Variante der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform zeigt; und
Fig. 9: eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Querschotten darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In den nachfolgenden Figuren werden jeweils dieselben Elemente mit denselben Referenzziffern bezeichnet.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Metall-Kunststoff-Verbundprofils 1, das aus einem Innenprofil 2, einem Außenprofil 3 sowie einem Dämmprofil 4 zwischen dem Innenprofil 2 und dem Außenprofil 3 besteht.
Sowohl das Innenprofil 2 wie auch Außenprofil 3 bestehen aus Metall, wobei Aluminium, Stahl, Edelstahl, wetterfester Stahl oder Kupfer/Messing besonders bevorzugt sind.
Bei der Verwendung von Aluminium ist dieses bevorzugt anodisiert oder beschichtet. Wird Stahl eingesetzt, so ist dieser bevorzugt verzinkt, insbesondere bandverzinkt (kontinuierlich schmelztauchveredelt) oder stückverzinkt. Alternativ kann der Stahl aber auch beschichtet sein, wobei entweder Flüssiglack oder eine Pulverbeschichtung zum Einsatz kommen kann. Es ist aber auch möglich, den Stahl mittels eines Duplex-Verfahrens zu behandeln, d.h. sowohl zu verzinken als auch zu beschichten.
Wird für das Innenprofil und/oder Außenprofil Edelstahl gewählt, so kann dieser blank, poliert, geschliffen oder aber elektrolytisch gefärbt sein. Bei der Verwendung von Messing/Kupfer wird dieses bevorzugt blank oder gebeizt eingesetzt.
Zwischen dem Innenprofil 2 und dem Dämmprofil 4 ist eine schubfeste Verbindung 5 mit Querzugtragfähigkeit vorgesehen. Mit anderen Worten wird eine feste Verbindung sowohl in Pfeilrichtung A als auch in eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 hergestellt.
Zwischen dem Dämmprofil 4 und dem Außenprofil 3 hingegen wird eine schubweiche Verbindung 7 mit ausreichender Querzugtragfähigkeit hergestellt. Mit anderen Worten wird mit Hilfe eines geeigneten Formschlusses eine Verbindung in Pfeilrichtung A hergestellt, wohingegen in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 das Außenprofil 3 relativ zum Dämmprofil 4 gleiten kann.
Sowohl die schubfeste Verbindung 5 als auch die schubweiche Verbindung 7 können über eine Formschlussverbindung in Querzugrichtung realisiert werden, wobei eine wie in den Figuren dargestellte Schwalbenschwanzverbindung 6 bevorzugt ist.
Die Verbindung 5 zwischen dem Dämmprofil 4 und dem Innenprofil 2 sowie die Verbindung zwischen dem Dämmprofil 4 und dem Außenprofil 3 kann jeweils über eine schwalbenschwanzförmige Führung 6 ausgestaltet sein. Die Verbindung 5 zwischen dem Dämmprofil 4 und dem Innenprofil 2 kann zur Herstellung der schubfesten Verbindung 5 mit einer Rändelung im Innenprofil 2 versehen sein. Im Gegensatz dazu kann die schubweiche Verbindung 7 ebenfalls über eine Schwalbenschwanzführung 6 realisiert werden, jedoch ohne eine Rändelung im Außenprofil 3, um ein Gleiten in der Längsrichtung des Dämmprofils 4 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 zu ermöglichen.
Das Dämmprofil 4 kann aus einzelnen Dämmstegen bestehen, die jeweils über eine schubfeste Verbindung mit dem Innenprofil und eine schubweiche Verbindung mit dem Außenprofil verbunden sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 weist im Bereich des Dämmprofils 4 ein Verstärkungsprofil 16 auf. Das Verstärkungsprofil 16 besteht aus Metall und ist schubfest mit dem Dämmsteg 4-1 sowie dem Dämmsteg 4-2 verbunden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Verstärkungsprofil 5 als Rechteck-Hohlprofil gestaltet und zwischen den Befestigungsansätzen 17 der Dämmstege 4-1 und 4-2 angeordnet. Die schubfeste Verbindung zwischen dem Verstärkungsprofil 16 und dem Dämmprofil 4-1 kann dabei mit Hilfe einer Verklebung erfolgen, wobei Einkompönenten- oder Zweikomponentenklebstoff ebenso wie Doppelklebeband zum Einsatz kommen können. Alternativ zu einer Verklebung oder ergänzend dazu kann auch die schubfeste Fixierung mit Hilfe eines geeigneten Befestigungselements erfolgen, beispielsweise mit Hilfe von Nieten oder Schrauben. Bei der Verwendung Schrauben oder Nieten sind diese bevorzugt in einem Abstand von 100mm bis 300mm entlang der Längserstreckung des Dämmprofils 4 befestigt. Das Verstärkungsprofil 16 kann mit dem weiteren Dämmsteg 4-2 ebenfalls schubfest verbunden sein, aber auch gleitend zwischen dessen Befestigungsansätzen 17 angeordnet werden.
Das Verstärkungsprofil 16 aus Metall besteht bevorzugt aus Aluminium oder Stahl, die beide blank sein können. Im Falle von Aluminium kann auch eine Oberflächenbehandlung zum Einsatz kommen. Bei der Verwendung von Stahl ist dieser bevorzugt kontinuierlich schmelztauchveredelt.
Bevorzugt ist dabei, dass das Verstärkungsprofil 16 ausreichend weit vom Außenprofil 3 beabstandet ist. Die Temperaturdifferenz zum Innenprofil soll bevorzugt um 20% bis 80% und weiter bevorzugt 30% bis 70% im Vergleich zum Außenprofil reduziert sein.
Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform mit einem in einer Hohlkammer 12 des Dämmstegs 4 eingeschobenen Verstärkungsprofil 16 kann der Umstand ausgenutzt werden, dass das Verstärkungsprofil 16 aus Metall Oberflächen mit einer geringen Emissivität aufweisen kann. Dieser positive Effekt wird bei der Ausführungsform nach Figur 2 nicht genutzt. Der Vorteil der Ausführungsform nach Figur 2 besteht jedoch darin, dass ein sehr starrer Verbund zwischen dem Verstärkungsprofil 16 und der Hohlkammer 12 hergestellt werden kann, wodurch sich eine sehr hohe Biegesteifigkeit Trägheitsmoment erzielen lässt.
Um die thermische Trennung zwischen dem Innenprofil 2 und dem Außenprofil 3 möglichst weitgehend aufrechtzuerhalten, kann das Verstärkungsprofil 16 mit einer Oberfläche versehen sein, die eine niedrige Emissivität aufweist. Bevorzugt werden dabei Emissivitäten von ε ≤ 0.20, bevorzugt ε ≤ 0.10 und besonders bevorzugt ε ≤ 0.08 eingesetzt, wie sie sich durch die Verwendung von Aluminium oder verzinktem Stahl erreichen lassen.
Die Position des Verstärkungsprofils 16 wird im Hinblick auf die spezifischen Rahmenbedingungen optimiert, zu denen die erforderliche Biegesteifigkeit des Verbundprofils, aber auch die klimatischen Bedingungen und die erforderliche Wärmedämmung gehören. Wird das Verstärkungsprofil 16 in Fig. 1 in Pfeilrichtung B verschoben, d.h. weiter zum Außenprofil 3 angeordnet, erhöht sich das Trägheitsmoment durch die größere Entfernung der Masse des Verstärkungsprofils 16 vom Schwerpunkt. Allerdings verringert sich der Temperaturunterschied zwischen Außenprofil 3 und Verstärkungsprofil 16. Wird das Verstärkungsprofil 16 hingegen in Pfeilrichtung C verschoben, d.h. in Richtung auf das Innenprofil 2, dann verringert sich die Biegesteifigkeit, während sich die Wärmedämmung verbessert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein sogenanntes Ω-Dämmprofil 4 dargestellt, das durch seine erhöhte Breite gegenüber der Ausgestaltung nach Fig. 1 verbesserte Eigenschaften besitzt, da das Dämmprofil 4 flächenbündig mit den Metallprofilen in der Außenkontur abschließt. Darüber hinaus wird durch die Krümmung der Längsstege 11a, 11b deren Länge in der Zeichenebene der Fig. 2 erhöht, wodurch sich die Wärmedämmung gegenüber der Geometrie nach Fig. 1 etwas verbessert. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 wird das Verstärkungsprofil 16 mit rechteckigem Hohlquerschnitt an den Querstegen 9a und 9b des Dämmprofils 4 befestigt.
Darüber hinaus stellen die Querstege 9a und 9b eine Barriere dar, die den Wärmestrom durch Strahlung zwischen dem Innenprofil 2 und dem Außenprofil 2 verringern, wenn zwei Dämmstege 4-1 und 4-2 wie in Fig. 3 dargestellt spiegelbildlich zueinander gestaltet sind und die Querstege eine geschlossene Hohlkammer 12 bilden, welche die Wärmedämmung weiter verbessert. Die Hohlkammer behindert zusätzlich die Wärmeübertragung durch Konvektion, da in der Kammer eine verringerte Temperaturdifferenz von Quersteg zu Quersteg vorliegt.
Die Ausführungsformen nach Figuren 2 und 4 weisen zusätzlich mindestens eine entweder einseitig oder beidseitig auf die Querstege aufgebrachte LE-Schicht (low emissivity) mit geringer Emissivität auf, die entweder als Folie aufgeklebt oder als Lackschicht aufgesprüht ist. Die LE-Schichten 15 verringern den Wärmestrom durch Strahlung und tragen daher zur verbesserten Wärmedämmung des Metall-Kunststoff-Verbundprofils 1 bei.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 mit H-förmigem Dämmprofil 4 sind zudem schematisch ein Außenprofil 3 sowie ein Innenprofil 2 dargestellt, die jeweils eine schwalbenschwanzförmige Aufnahme 6 besitzen. Abweichend zu den in den übrigen Figuren dargestellten Ausführungsformen kann die schubweiche Verbindung 7 zwischen dem Dämmprofil 4 und dem Außenprofil 3 bei allen Ausführungsformen der Erfindung als zusätzliche Variante in das Dämmprofil 4 verlegt werden. Dazu besteht das Dämmprofil 4 aus einem ersten Dämmstegelement 4a und einem zweiten Dämmstegelement 4b. Sowohl das erste Dämmstegelement 4a wie auch das zweite Dämmstegelement 4b sind dabei über eine schubfeste und in Querzugrichtung formschlüssige Verbindung 5 mit dem Innenprofil 2 und Außenprofil 3 verbunden. Zwischen den beiden Dämmstegelementen 4a und 4b befindet sich die schubweiche Verbindung 7, welche ein relatives Gleiten in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 erlaubt. Wichtig ist allerdings, dass sich die schubweiche Verbindung 7 nahe dem Außenprofil 3 befindet, so dass sich die schubweiche Verbindung 7 auch bei dieser Ausgestaltung in unmittelbarer Nähe zum Außenprofil 3 befindet. Die Länge L1 des mit dem Innenprofil 2 schubfest verbundenen Dämmstegelements 4a kann in vorteilhafter Weise daher mindestens doppelt so groß in Wärmestromrichtung sein wie die Länge L2 des mit dem Außenprofil 3 verbundenen Dämmstegelements 4b. Auch die Ausführungsformen nach Fig. 4 weist ein Verstärkungsprofil 16 aus Metall auf.
Bei allen Ausführungsformen kann das Verstärkungsprofil 16 aus Aluminium, Stahl oder Edelstahl, oder GFK oder CFK mit einem E-Modul von mehr als 20 GPa, bevorzugt von mehr als 40 GPa und besonders bevorzugt mit einem E-Modul von Metall bestehen. Das Verstärkungsprofil 16 weist bevorzugt eine LE-Oberfläche auf, die durch das Vorsehen von blankem Aluminium, verzinktem Stahl oder kontinuierlich schmelztauchveredeltem Stahl realisiert sein kann. Bei der Verwendung eines Verstärkungsprofils aus GFK oder CFK sollte auf dieses eine Schicht mit geringer Emissivität, z.B. in Form einer Folie aufgebracht sein. Das Verstärkungsprofil 16 ist bei allen Ausführungsformen bevorzugt ein Aluminiumprofil oder ein kontinuierlich schmelztauchveredeltes Stahlprofil, da dessen dem Außenprofil 3 und Innenprofil 2 zugewandte Flächen eine möglichst geringe Emissivität ε aufweisen sollten. Aluminium besitzt eine Emissivität ε von etwa 0.10, während Stahl mit kontinuierlicher Schmelztauchveredelung eine Emissivität ε von etwa 0.08 erreicht.
Bei allen Ausführungsformen kann für das Dämmelement 4 ein Werkstoff eingesetzt werden, wie er heute üblich ist. Übliche Werkstoffe sind PA6.6 GF25, ABS oder PVC. Diese Werkstoffe besitzen eine relativ geringe Biegesteifigkeit mit einem E-Modul von unter 10 GPa und häufig unter 5 GPa.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 in Bezug auf die Geometrie des Verstärkungsprofils 16, das in Fig. 5 als U-förmiges Profil vorgesehen ist und über eine Verklebung 21 mit dem Längssteg 11a, 11b des Dämmprofils 4-1, 4-2 schubfest verbunden ist. Der Vorteil von zwei getrennten Dämmstegen 4-2 und 4-2 liegt in der einfacheren Fertigung der Verbundprofile.
Neben der in Fig. 5 dargestellten Orientierung des U-förmigen Verstärkungsprofils 16 kann allerdings auch die in Fig. 6 dargestellte Anordnung gewählt werden. Das U-förmige Verstärkungsprofil 16 wird dabei jeweils mit den Querschotten 14 des aus den Dämmstegen 4-1 und 4-2 bestehenden Dämmprofils fest verbunden, vorzugsweise verklebt. Beide Dämmstege 4-1 und 4-2 bleiben separat, werden aber bevorzugt spiegelbildlich zueinander und so zueinander platziert, dass die Verstärkungsprofile 16 ähnlich zu den Ausführungsformen nach Figuren 4 bis 9 nur einen geringen Abstand zueinander besitzen und daher aus wärmetechnischer Sicht eine Hohlkammer 12 bilden. Die Ausführungsform nach Fig. 6 besitzt zudem den Vorteil der optimalen Ausnutzung des vorhandenen Platzes, um hohe Biegesteifigkeiten zu erzielen.
Die schubfeste Verbindung zwischen dem Querschott 14 und dem Verstärkungsprofil 16 kann auf einfache Weise hergestellt werden, indem das U-förmige Verstärkungsprofil 16 mit Flüssig-Klebstoff gefüllt wird. Beim Aufstecken des Verstärkungsprofils 16 auf das Querschott 14 verteilt sich der Flüssig-Klebstoff. Alternativ kann das Verstärkungsprofil aufgeprägt werden. Zu diesem Zweck wird das Verstärkungsprofil 16 mit einer Querrändelung 21 oder einer hohen Oberflächenrauigkeit gefertigt.
Um eine hohe Biegesteifigkeit zu erzeugen, ist das Verstärkungsprofil 16 außermittig und nahe zum Außenprofil 3 angeordnet.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 unterscheidet sich von denjenigen nach Fig. 6 durch das Vorsehen eines Verstärkungsprofils 16 mit hoher Wanddicke, das den Vorteil eines verringerten Einflusses auf die Wärmedämmung besitzt und die Biegesteifigkeit der das Dämmprofil 4 bildenden separaten Dämmstege deutlich erhöht.
Die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 7 unterscheiden sich voneinander lediglich durch die Gesamtgeometrie des Dämmprofils 4, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als sogenanntes Ω- Dämmprofil ausgestaltet ist. Die Dämmprofile 4 nach Fig. 3 und 7 weisen jeweils Querstege 9a und 9b auf. Auf beiden Querstegen 9a, 9b ist jeweils ein Verstärkungsprofil 16 befestigt, vorzugsweise aufgeklebt. Beide Verstärkungsprofile 16 sind auf denjenigen Flächen der Querstege 9a und 9b angeordnet, die dem Außenprofil 3 und dem Innenprofil 2 jeweils zugewandt sind. Auf diese Weise lässt sich bei gleichzeitiger Verbesserung der Steifigkeit des Dämmprofils 4 mithilfe eines Materials mit geringer Emissivität für die Verstärkungsprofile 16 auch die Wärmedämmung des Metall-Kunststoff-Verbundprofils 1 verbessern, indem der Wärmeverlust durch Strahlung minimiert wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 9 entspricht im Wesentlichen derjenigen nach Fig. 6, allerdings mit dem Unterschied, dass anstelle eines einzelnen Querschotts an jedem Dämmsteg 4-1, 4-2 bei der Ausgestaltung nach Fig. 9 jeweils drei Querschotte vorgesehen sind, die bei den spiegelbildlich ausgeführten Dämmstegen einander beinahe berühren und so beinahe geschlossene Hohlkammern 12 bilden. Zusätzlich ist auf jedem Querschott ein Verstärkungsprofil 16 angebracht. Die Verstärkungsprofile 16 können dabei an den Querschotten 14 angeklebt sein, beispielsweise mittels ein-komponentigem oder zwei-komponentigem Flüssigkleber, Heißkleber oder mittels Doppelklebeband. In gleicher Weise können aber auch mechanische Verbindungsmittel hier eingesetzt werden, vor allem Nieten oder Schrauben. In gleicher Weise können die beiden Maßnahmen aber auch miteinander kombiniert werden und eine Verklebung zusätzlich durch mechanische Verbindungsmittel, wie Nieten oder Schrauben ergänzt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 kommen diese möglichen Verbindungsmittel ebenfalls in Frage. Zusätzlich kann aber auch alternativ oder zusätzlich zu einem Verkleben oder dem Vorsehen eines mechanischen Verbindungsmittels 24, das in Fig. 6 dargestellt ist, auch eine Rändelung 26 am Verstärkungsprofil 16 vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich zum Verkleben und/oder einem mechanischen Verbindungsmittel eine formschlüssige Verbindung herzustellen, indem die Rändelung 26, die bevorzugt als Querrändelung vorgesehen ist, in das elastische Material des Querschotts 14 eindringt und die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Querschott und dem Verstärkungselement 16 weiter erhöht.
Alternativ zu dem Vorsehen einer Rändelung kann die in Montageposition dem Querschott zugewandte Fläche des Verstärkungselements 16 zusätzlich in beliebiger Weise aufgeraut sein, wie beispielsweise durch "Sand"-Strahlen. Was die Position einer Rändelung betrifft, so kann diese an einer beliebigen Stelle vorgesehen werden, an der das Verstärkungselement 16 mit dem Dämmprofil in Kontakt ist. Wendet man sich dazu noch einmal der Fig. 1 zu, so ist es in gleicher Weise möglich, an der mit Referenzziffer 28 bezeichneten Position eine Querrändelung, gegebenenfalls mit zusätzlicher Verklebung vorzusehen, jedoch auch an den mit Referenzziffer 30 bezeichneten Positionen.
Bei allen dargestellten Ausführungsformen kann das Verstärkungsprofil vor der Verbundprofilherstellung oder aber auch erst nach dessen Herstellung eingebracht werden. Bevorzugt ist es allerdings, das Verstärkungsprofil am Dämmprofil vor der Verbundherstellung zu fixieren, da diese Vorgehensweise einfacher und kostengünstiger ist.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sich durch die Schaffung eines erfindungsgemäßen Metall-Kunststoff-Verbundprofils der Bi-Metall-Effekt reduzieren lässt und sich zugleich eine hohe Biegesteifigkeit sowie eine ausreichende Wärmedämmung erzielen lassen. Bei der Wärmedämmung lassen sich Wärmedurchgangskoeffizienten Uf von ≤ 3.0 w/(m²K) und bis hin zu Wärmedurchgangskoeffizienten von Uf von ≤ 1.5 w/(m²K) erzielen. Je nach der Geometrie des Dämmprofils und Verstärkungsprofils kann eine Biegesteifigkeit erzielt werden, die gegenüber dem querschnittsgleichen Verbundprofil mit gleitender Verbindung zwischen dem Dämmprofil und dem Außenprofil, jedoch ohne Verstärkungsprofil deutlich erhöht ist. Bei dem Vorsehen eines Verstärkungsprofils mit Flächen geringer Emissivität, die dem Innenprofil und/oder Außenprofil zugewandt sind, lässt sich die Wärmedämmung gegenüber einem baugleichen Verbundprofil ohne Verstärkungsprofil bisweilen sogar verbessern.

Claims

Metall-Kunststoff-Verbundprofil mit reduzierter Verformung bei Temperaturunterschieden zwischen innen und außen, umfassend:
- ein Innenprofil (2) aus Metall;

- ein Außenprofil (3) aus Metall; und

- ein Dämmprofil (4) aus Kunststoff;
Mittel zum Erhöhen der Biegesteifigkeit des Metall-Kunststoff-Verbundprofils (1); wobei das Mittel zum Erhöhen der Biegesteifigkeit umfasst:
ein Verstärkungsprofil (16), das mittels eines Befestigungselements (24) und/oder einer Verklebung (28, 30) und/oder einer formschlüssigen Verbindung (26) schubfest mit dem Dämmprofil (4) verbunden ist; wobei das Verstärkungsprofil (16) aus Metall besteht oder das Verstärkungsprofil (16) aus GFK oder CFK besteht; wobei das Metall-Kunststoff-Verbundprofil zwischen dem Dämmprofil (4) und dem Außenprofil (3) und dem Dämmprofil (4) und dem Innenprofil (3) eine formschlüssige Verbindung und zwischen dem Dämmprofil (4) und dem Außenprofil (3) in Querzugrichtung eine gleitende Verbindung (7) in Schubrichtung aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass,

das Metall-Kunststoff-Verbundprofil einem E-Modul von mindestens 20 GPa, bevorzugt von mindestens 40 GPa, und besonders bevorzugt mit einem E-Modul von Metall, aufweist, und dass das Metall-Kunststoff-Verbundprofil

- eine schubfeste Verbindung (6) zwischen dem Dämmprofil (4) und dem Innenprofil (2) aufweist.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämmprofil (4) aus ABS, PVC, PP oder PA, vorzugsweise thermoplastischem Material mit Verstärkung und besonders bevorzugt aus PA 6.6 GF 25 besteht.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungsprofil (16) relativ zum Außenprofil (3) so beabstandet ist und der Abstand vorzugsweise so dimensioniert ist, dass bei einer absoluten Temperaturdifferenz (TI-TA) zwischen der Temperatur des Innenprofils TI und der Temperatur des Außenprofils TA, und bei der absoluten Temperaturdifferenz (TI-TV) zwischen der Temperatur des Innenprofils und der Temperatur des Verstärkungsprofils TV die folgende Beziehung erfüllt ist: $0.2 \leq \frac{(TI - TV)}{(TI - TA)} \leq 0.8;$
und vorzugsweise die folgende Beziehung erfüllt ist: $0.3 \leq \frac{(TI - TV)}{(TI - TA)} \leq 0.7 .$
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens ein Verstärkungsprofil (16) umfassend,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungsprofil (16) aus Metall besteht, vorzugsweise aus Edelstahl, Aluminium oder aus kontinuierlich schmelztauchveredeltem Stahl besteht.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberfläche des Verstärkungsprofils (16) eine niedrige Emissivität aufweist mit einem Emissivitätswert ε von höchstens 0.2, bevorzugt höchstens 0.1 und besonders bevorzugt höchstens 0.08.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Verstärkungsprofil (16) ein Rechteckhohlprofil oder ein U-förmiges Halbprofil umfasst.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämmprofil (4) ein erstes Dämmstegelement (4a) und ein zweites Dämmstegelement (4b) aufweist und die gleitende Verbindung (7) zwischen Dämmprofil (4) und Außenprofil (3) eine Gleitvorrichtung nahe dem Außenprofil (3) zwischen dem ersten Dämmstegelement (4a) und dem zweiten Dämmstegelement (4b) umfasst.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämmprofil (4) mindestens einen Hohlraum sowie Verbindungsstellen zu dem Innenprofil und dem Außenprofil aufweist.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämmprofil (4) mindestens einen Dämmsteg umfasst, der quer zur Wärmestromrichtung verlaufende Befestigungsansätze (17) aufweist.
Metall-Kunststoff-Verbundprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämmprofil (4) mindestens einen Dämmsteg (4-1, 4-2) umfasst, welcher mindestens einen Quersteg (9) oder mindestens ein Querschott (14) aufweist, wobei eine Schicht mit geringer Emissivität (15) auf dem Quersteg (9) oder dem Querschott (14) aufgebracht ist.