WO2009098068A1 - Verwendung eines faserverstärkten kunststoffs als armierung eines profils für fenster- oder türrahmen - Google Patents

Verwendung eines faserverstärkten kunststoffs als armierung eines profils für fenster- oder türrahmen Download PDF

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WO2009098068A1
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plastic
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Manfred Wüst
Andreas Heilig
Angelika Homes
Florian Hennenberger
Kay Michael BROCKMÜLLER
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Aluplast Gmbh
Basf Se
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    • E06B2003/26327—Frames with special provision for insulation with arrangements reducing the heat transmission, other than an interruption in a metal section the convection or radiation in a hollow space being reduced, e.g. by subdividing the hollow space with separate thin walled inserts

Definitions

  • the invention relates to the use of a fiber-reinforced plastic as a reinforcement of a window or door frame hollow profile, which may be formed in particular as a multi-chamber, extruded hollow profile made of thermoplastic material.
  • Such a profile is known, inter alia, from WO 01/06079, in which both plastic and steel are mentioned as the material for the reinforcement formed in the form of band-shaped or strip-shaped stiffening elements, the steel variant being characterized by a poorer heat insulation compared to the plastic -Armation delimits.
  • thermal insulation is becoming increasingly important in window construction.
  • the stiffening elements of WO 01/06079 can in particular have punched-out portions at their opposite longitudinal edges, which form a positive fit with the frame profile.
  • the corresponding profile sections are mitred and welded together at the corner regions.
  • the profile contains a stiffener made of metallic material, it must be ensured before welding that it protrudes a few millimeters at the ends of the plastic profile so that it does not touch the welding mirror and prevents the feed movement when the thermoplastic material is heated. This is achieved with separately inserted stiffening profiles in that a corresponding shortened profile is used; with extruded stiffening profiles the stiffener be milled back a few millimeters. Both measures complicate the production of the frame.
  • the object of the present invention is therefore to provide a plastic suitable for the above-mentioned use, which can be used as a reinforcing strip in a door or window frame hollow profile, so that the resulting profile is on the one hand sufficiently stable and on the other hand by a small Production costs and a high thermal insulation distinguishes.
  • a very specific plastic is selected from the almost infinite multiplicity of known plastics which has an E modulus> 8,000 N / mm 2 , preferably> 10,000 N / mm 2 , a softening temperature> 100 ° C., preferably> 150 ° C and a coefficient of expansion ⁇ 6 ⁇ 10 '5 K ' 1 , preferably ⁇ 5 • 10 "5 K “ 1 , most preferably ⁇ 4 ⁇ 10 "5 K '1 , and that this plastic, in particular at least predominantly in the form of fiber-reinforced polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate or mixtures thereof, is incorporated as an extruded reinforcing strip of a window or door frame hollow profile.
  • the expansion coefficient of the plastic used in the invention is preferably at least 10% lower than in PVC.
  • the combination of high modulus, high softening temperature and low expansion coefficient has the advantage that the reinforcement in addition to the static requirements also significantly more effective against temperature-induced influences acts by thermally induced changes in length of the hollow profile are throttled considerably more than before.
  • the plastic reinforcement itself can be profiled to form an effective in the frame plane positive engagement with the hollow profile protruding in the transverse direction of the reinforcement moldings, such as strips or the like, so that a positive connection of the reinforcement is formed with the hollow profile by the profiling of the reinforcement , As a result, can be dispensed with the punching of the reinforcement, because the positive engagement is formed by in the transverse direction of the reinforcement projecting parts, which are produced together with the reinforcement. This gives a lower stiffening of the plastic hollow profile with less manufacturing effort.
  • the profiling of the reinforcement can run through in the longitudinal direction or even provided only in blocks.
  • the reinforcing strips can either be present separately, for example as a roll, and fed to the extrusion die, or they are expediently extruded as an endless strip in parallel with the extrusion process of the hollow profile and supplied to the die.
  • the reinforcement is coextruded together with the hollow profile and thereby creates an intimate non-positive and possibly also cohesive connection between the two parts.
  • a plastic for the reinforcement which is characterized by a low moisture absorption, such that the weight increase by absorbed moisture is less than 0.5%, preferably less than 0.25%.
  • the reinforcement retains the desired strength even when wet.
  • the abovementioned properties can be guaranteed with the abovementioned polybutylene terephthalate and / or polyethylene terephthalate.
  • this temperature is the temperature at which the welding of consecutive profile sections takes place, it is recommended that this temperature at 220 0 C to 300 0 C., preferably is about 250 ° C.
  • the prepared reinforcement is well suited for the usual mirror welding process, which is used to connect successive profile sections.
  • the use of said plastic preferably takes place in such a way that the reinforcing strip is extruded approximately upright into a multi-chambered plastic hollow profile and connected to the plastic hollow profile at least at its head and foot region.
  • FIG. 2 shows an alternative profile cross section of the window frame
  • FIG. 3 shows a further alternative for the frame;
  • Fig. 4 shows a cross section through glare and sash and
  • Fig. 5 is a profile cross-section of the sash.
  • FIG. 1 shows a hollow profile 1 of a window frame with integrated reinforcement 2 according to the invention.
  • the outer contour of the extruded PVC hollow section 1 is consistent with the previously known hollow profiles, so that it is compatible with the conventional sash.
  • the largely free-standing reinforcement 2 in the exterior of the building facing profile half, in the exterior of the building facing profile half, in the exterior of the building facing profile half, the largely free-standing reinforcement 2 in the form of a edgewise, ie parallel to the frame plane bar consisting of polybutylene terephthalate with over 40% glass fiber content, an E-modulus of 12,000 N / mm 2 , a softening temperature of> 200 0 C and a coefficient of expansion of about 3 ⁇ 10 '5 K ' 1 consists.
  • This reinforcing strip is thickened at its upper and lower edge in each case in both transverse directions and these thickened portions 2a and 2b are clamp-like incorporated into corresponding in the profile inside running wall parts 1 a and 1 b.
  • the hollow profile 1 is co-extruded with the reinforcement 2
  • a frictional connection due to friction
  • the two parts results as a result of shrinkage of the cooling PVC and, moreover, in the direction of the frame plane, ie in the vertical direction effective positive locking.
  • the compound can be further intensified by the fact that the reinforcement in a preferred development in the connection region with the hollow profile has a knurling or comparable roughening, which produces a quasi-positive connection in profile longitudinal direction.
  • the hollow profile 1 contains instead of the usual reinforcing chamber two vertical walls 3 and 4, which traverse the hollow profile in the vertical direction and are preferably still connected by a transverse wall 5. As a result, they form a reinforcement in the middle region of the hollow profile, in which mounting screws, anchors and the like can be applied to connect the frame with the masonry.
  • FIG. 2 shows, in principle, the same cross-section, but here additionally a reinforcement 6 is arranged parallel to the reinforcement 2, but close to the right-hand inner wall of the hollow profile 1.
  • the reinforcement 6 has in principle the same shape as the reinforcement 2 and has also been coextruded with the hollow profile 1.
  • a reinforcement 7 is provided closer to the profile outside in Figure 3, so that it extends into the upwardly projecting profile extension 1 c. It runs only with a small gap next to the profile outer wall and is also thickened at its upper and lower edge after both lateral sides, such that their thickenings 7a and 7b are again covered by corresponding wall parts of the hollow profile 1 and 1 c and a positive connection is formed.
  • FIG. 4 shows the interaction of the described frame 1 with a sash 10.
  • This sash has a known configuration. In particular, it has a centering lip 11, which facilitates the insertion of the glazing 12 and which at the same time can form the conclusion of a chamber for receiving the adhesive 13 connecting the glazing to the sash frame.
  • FIG. 5 shows that the reinforcement according to the invention is equally suitable for the sash frame.
  • the hollow profile 10 is traversed in the left half and optionally also in the right half each of a reinforcement 14 and 15 respectively. Both reinforcements are in turn thickened at their ends and there covered by corresponding wall parts of the hollow section 10.
  • Figure 5 shows the example of the reinforcement 15 that it is quite possible to install the reinforcement not vertically but inclined.

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  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Wing Frames And Configurations (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes mit einem E-Modul > 8.000 N/mm2, vorzugsweise > 10.000 N/mm2, einer Erweichungstemperatur > 100°C, vorzugsweise > 150°C und einem Dehnungskoeffizienten < 6 • 10-5K-1, vorzugsweise < 5 • 10-5K-1 höchst vorzugsweise < 4 • 10-5K-1, insbesondere Verwendung von faserverstärktem Polybutylenterephtalat, Polyetylenterephtalat oder Mischungen hiervon, als Armierungsleiste (2, 6, 7, 14, 15) eines Fenster- oder Türrahmen-Hohlprofils (1, 10).

Description

Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffs als Armierung eines Profils für
Fenster- oder Türrahmen
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffs als Armierung eines Fenster- oder Türrahmen-Hohlprofils, welches insbesondere als mehrkammeriges, extrudiertes Hohlprofil aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet sein kann.
Ein derartiges Profil ist unter anderem durch die WO 01/06079 bekannt, wobei als Material für die in Form von band- oder leistenförmigen Versteifungselementen ausgebildete Armierung sowohl Kunststoff wie auch Stahl genannt werden, wobei die Stahl-Variante sich durch eine schlechtere Wärmedämmung gegenüber der Kunststoff-Armierung abgrenzt. Die Wärmedämmung wird aber im Fensterbau immer wichtiger. Die Versteifungselemente der WO 01/06079 können insbesondere an ihren einander gegenüberliegenden Längskanten Ausstanzungen aufweisen, die einen Formschluss mit dem Rahmenprofil eingehen.
Außerdem ist durch die DE 199 33 099 ein Kunststoff-Hohlprofil für Fenster oder Türen bekannt geworden, bei dem die Armierung aus Metallbändern besteht, die durch Ausnehmungen formschlüssig mit dem Kunststoff-Hohlprofil verbunden sind. Zur Herstellung dieser Ausnehmungen muss das Metallband lokal ausgestanzt werden, was einen zusätzlichen Herstellungsaufwand erfordert.
Wenn aus derartigen Profilen ein Fensterrahmen hergestellt werden soll, werden die entsprechenden Profilabschnitte auf Gehrung gesägt und an den Eckbereichen miteinander verschweißt. Enthält das Profil eine Aussteifung aus metallischem Werkstoff, muss vor dem Verschweißen sichergestellt werden, dass sie an den Enden des Kunststoffprofils einige Millimeter zurücksteht, damit sie nicht am Schweißspiegel anliegt und die Zustellbewegung beim Erwärmen des thermoplastischen Werkstoffs verhindert. Dies wird bei separat eingeschobenen Aussteifungsprofilen dadurch erreicht, dass ein entsprechendes verkürztes Profil verwendet wird; bei einextrudierten Aussteifungsprofilen muss die Aussteifung einige Millimeter zurückgefräst werden. Beide Maßnahmen erschweren die Herstellung des Rahmens.
Die gleiche Problematik ergibt sich, wenn anstelle einer metallischen Aussteifung mit glasfaserverstärkten Kunststoffprofilen aus einem duroplastischen Werkstoff gearbeitet wird. Die bekannten faserverstärkten PVC-Profile haben keine ausreichende Stabilität, um alle Lastfälle abzudecken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, einen für die eingangs genannte Verwendung geeigneten Kunststoff anzugeben, der als Armierungsleiste bei einem Tür- oder Fensterrahmen-Hohlprofil zum Einsatz kommen kann, so dass das resultierende Profil einerseits hinreichend stabil ist und sich andererseits durch einen geringen Herstellungsaufwand sowie eine hohe Wärmedämmung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus der fast unendlichen Vielzahl von bekannten Kunststoffen ein ganz spezieller Kunststoff ausgewählt wird, der einen E-Modul > 8.000 N/mm2, vorzugsweise > 10.000 N/mm2, eine Erweichungstemperatur > 100°C, vorzugsweise > 150°C und einen Dehungskoeffizienten < 6 ■ 10'5 K'1, vorzugsweise < 5 • 10"5 K"1, höchst vorzugsweise < 4 ■ 10"5 K'1 aufweist, und dass dieser Kunststoff, insbesondere zumindest überwiegend in Form von faserverstärktem Polybutylenterephtha- lath, Polyethylenterephthalat oder Mischungen hiervon, als extrudierte Armierungsleiste eines Fenster- oder Türrahmen-Hohlprofils eingebaut wird.
Hierdurch ergibt sich zunächst der Vorteil, dass keine metallische Armierung verwendet und die dadurch verursachte Verschlechterung der Wärmedämmung vermieden wird.
Der Dehnungskoeffizient des erfindungsgemäß verwendeten Kunststoffs liegt vorzugsweise um mindestens 10 % niedriger als bei PVC. Die Kombination aus hohem E-Modul, hoher Erweichungstemperatur und geringem Dehnungskoeffizienten hat den Vorteil, dass die Armierung neben den statischen Anforderungen auch wesentlich wirksamer gegenüber temperaturbedingten Einflüssen agiert, indem thermisch bedingte Längenänderungen des Hohlprofils erheblich stärker gedrosselt werden als bisher.
Die Kunststoff-Armierung selbst kann zur Bildung eines in der Rahmenebene wirksamen Formschlusses mit dem Hohlprofil durch in Querrichtung der Armierung vorstehende Ausformungen, wie Leisten oder dergleichen, profiliert sein, so dass eine formschlüssige Verbindung der Armierung mit dem Hohlprofil durch die Profilierung der Armierung gebildet ist. Dadurch kann auf das Ausstanzen der Armierung verzichtet werden, weil der Formschluss durch in Querrichtung der Armierung vorstehende Teile gebildet ist, die zusammen mit der Armierung hergestellt werden. Man erhält dadurch mit geringerem Herstellungsaufwand eine starke Aussteifung des Kunststoff-Hohlprofils.
Die Profilierung der Armierung kann in Längsrichtung durchlaufen oder auch nur absatzweise vorgesehen sein.
Eine zweckmäßige Realisierung dieser Profilierung besteht darin, dass sie durch randständige Verdickungen der Armierungsleiste gebildet ist.
Für die Form der Armierung bieten sich dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten. Vorzugsweise wird mit schmalen Armierungsleisten gearbeitet, die hochkant, also parallel zur Rahmenebene im Profil angeordnet werden, und zwar bevorzugt nahe derjenigen Seite des Profils, die der Gebäudeaußenseite zugewandt ist. Dort treten die stärksten Temperaturänderungen auf und daher empfiehlt es sich, die Armierungsleisten, die auch zur Abschwächung der thermisch bedingten Dehnungen dienen sollen, dort vorzusehen.
Die Armierungsleisten können entweder separat, zum Beispiel als Rollenware, vorliegen und der Extrusionsdüse zugeführt werden oder sie werden zweckmäßig selbst, parallel zum Extrusionsprozess des Hohlprofils, als Endlosband extrudiert und der Düse zugeführt. In beiden Fällen ergibt sich der Vorteil, dass die Armierung zusammen mit dem Hohlprofil koextrudiert wird und dadurch eine innige kraftschlüssige und gegebenenfalls auch stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen entsteht. Außerdem hat es sich als günstig erwiesen, für die Armierung einen Kunststoff zu verwenden, der sich durch eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auszeichnet, derart, dass die Gewichtszunahme durch aufgenommene Feuchtigkeit weniger als 0,5 %, bevorzugt weniger als 0,25 % beträgt. Dadurch behält die Armierung die gewünschten Festigkeitswerte auch in feuchtem Zustand. Die vorgenannten Eigenschaften lassen sich mit dem eingangs genannten Polybuty- lenterephthalath und/oder Polyethylenterephthalat garantieren.
Bisher sind derartige Kunststoffe beispielsweise für spritzgegossene Platinen und Gehäuse für Kleinmotoren verwendet worden, so dass eine Verwendung im Fensterbau für den Fachmann nicht nahe gelegen hat, insbesondere nicht der spezielle Einsatz als extrudierte Armierungsleiste innerhalb eines aus anderem Kunststoff bestehenden Hohlprofils.
Hinsichtlich der Verarbeitungstemperatur der Armierung, also der Temperatur, bei der das Verschweißen aufeinander folgender Profilabschnitte erfolgt, empfiehlt es sich, dass diese Temperatur bei 2200C bis 3000C, bevorzugt etwa bei 250°C liegt. Dadurch ist die hergestellte Armierung bestens für das übliche Spiegelschweiß-Verfahren geeignet, das zur Verbindung aufeinander folgender Profilabschnitte verwendet wird.
Vorzugsweise erfolgt die Verwendung des genannten Kunststoffes in der Weise, dass die Armierungsleiste annähernd hochkant stehend in ein mehrkamme- riges Kunststoff-Hohlprofil einextrudiert und zumindest an ihrem Kopf- und Fußbereich mit dem Kunststoff-Hohlprofil verbunden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der Zeichnung; dabei zeigt:
Fig. 1 einen Profilquerschnitt des Blendrahmens;
Fig. 2 einen alternativen Profilquerschnitt des Blendrahmens;
Fig. 3 eine weitere Alternative für den Blendrahmen; Fig. 4 einen Querschnitt durch Blend- und Flügelrahmen und
Fig. 5 einen Profilquerschnitt des Flügelrahmens.
In Figur 1 erkennt man ein Hohlprofil 1 eines Blendrahmens mit integrierter erfindungsgemäßer Armierung 2.
Die Außenkontur des extrudierten PVC-Hohlprofils 1 stimmt mit den bisher bekannten Hohlprofilen überein, so dass es mit den herkömmlichen Flügelrahmen kompatibel ist. Die Aufteilung des Innenraumes des Hohlprofils 1 weicht jedoch von den bisher üblichen Profilen in mehrfacher Hinsicht ab:
Zum einen befindet sich in der der Gebäudeaußenseite zugewandten Profilhälfte die weitgehend frei stehende Armierung 2 in Form einer hochkant, also parallel zur Rahmenebene verlaufenden Leiste, die aus Polybutylenterephthalath mit über 40% Glasfasergehalt, einem E-Modul von 12.000 N/mm2, einer Erweichungstemperatur von > 2000C und einem Dehnungskoeffizient von etwa 3 ■ 10'5 K'1 besteht. Diese Armierungsleiste ist an ihrem oberen und unteren Rand jeweils in beiden Querrichtungen verdickt und diese Verdickungen 2a und 2b sind in entsprechende in das Profilinnere hineinlaufende Wandteile 1 a beziehungsweise 1 b klammerartig eingebunden. Da das Hohlprofil 1 mit der Armierung 2 koextrudiert wird, ergibt sich zwischen beiden Teilen eine kraftschlüssige (infolge Reibung) Verbindung infolge Aufschrumpfens des sich abkühlenden PVC und darüber hinaus ein in Richtung der Rahmenebene, in Figur 1 also in Vertikalrichtung wirksamer Formschluss. Die Verbindung kann noch dadurch intensiviert werden, dass die Armierung in bevorzugter Weiterbildung im Verbindungsbereich mit dem Hohlprofil eine Rändelung oder vergleichbare Aufrauhung aufweist, die in Profil-Längsrichtung eine quasi formschlüssige Verbindung erzeugt.
Zum anderen enthält das Hohlprofil 1 anstelle der bisher üblichen Armierungskammer zwei Vertikalwände 3 und 4, die das Hohlprofil in Vertikalrichtung durchqueren und vorzugsweise noch durch eine Querwand 5 verbunden sind. Dadurch bilden sie im mittleren Bereich des Hohlprofils eine Verstärkung, in welcher Montageschrauben, Anker und dergleichen angesetzt werden können, um den Blendrahmen mit dem Mauerwerk zu verbinden.
Figur 2 zeigt im Prinzip den gleichen Querschnitt, jedoch ist hier zusätzlich noch eine Armierung 6 parallel zur Armierung 2, aber nahe der rechten Innenwand des Hohlprofils 1 angeordnet. Die Armierung 6 hat im Prinzip die gleiche Form wie die Armierung 2 und ist ebenfalls mit dem Hohlprofil 1 koextrudiert worden.
Während sich die Armierungen 2 in Figur 1 und 2 jeweils nur über den niedrigen Profilquerschnitt erstrecken, ist in Figur 3 eine Armierung 7 näher an der Profilaußenseite vorgesehen, so dass sie sich auch in die nach oben ragende Profilverlängerung 1 c hineinerstreckt. Sie verläuft nur mit einem geringen Spalt neben der Profilaußenwand und ist an ihrem oberen und unteren Rand ebenfalls nach beiden Querseiten verdickt, derart, dass ihre Verdickungen 7a und 7b wieder von entsprechenden Wandteilen des Hohlprofils 1 beziehungsweise 1 c umfasst sind und eine formschlüssige Verbindung entsteht.
Außerdem stützen sich in diesem Fall noch horizontale Wandfortsätze 1 d und 1 e im Zwischenbereich der Armierung 7 ab. Die Armierung 7 bewirkt dadurch eine zusätzliche Aussteifung des Hohlprofils in Querrichtung.
Figur 4 zeigt das Zusammenspiel des beschriebenen Blendrahmens 1 mit einem Flügelrahmen 10. Dieser Flügelrahmen hat eine an sich bekannte Konfiguration. Er weist insbesondere eine Zentrierlippe 11 auf, die das Einsetzen der Verglasung 12 erleichtert und die zugleich den Abschluss einer Kammer zur Aufnahme des die Verglasung mit dem Flügelrahmen verbindenden Klebers 13 bilden kann.
Figur 5 zeigt, dass die erfindungsgemäße Armierung gleichermaßen auch für den Flügelrahmen geeignet ist. Hierzu wird das Hohlprofil 10 in der linken Hälfte und optional auch in der rechten Hälfte jeweils von einer Armierung 14 beziehungsweise 15 durchquert. Beide Armierungen sind an ihren Enden wiederum verdickt und dort von entsprechenden Wandteilen des Hohlprofils 10 umfasst. Schließlich zeigt Figur 5 am Beispiel der Armierung 15, dass es durchaus auch möglich ist, die Armierung nicht vertikal sondern geneigt einzubauen.
In allen Ausführungsbeispielen ergibt sich durch die erfindungsgemäße Armierung anstelle metallischer Armierungsleisten eine hohe Wärmedämmung bei ausgezeichneter Stabilität und Maßbeständigkeit.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes mit einem E-Modul > 8.000 N/mm2, vorzugsweise > 10.000 N/mm2, einer Erweichungstemperatur > 1000C, vorzugsweise > 150°C und einem Dehnungskoeffizienten < 6 ■ 10'5 K'1, vorzugsweise < 5 • 10'5 K"1, höchst vorzugsweise < 4 • 10"5 K'1 , insbesondere Verwendung von faserverstärktem Polybutylentereph- talat, Polyetylenterephtalat oder Mischungen hiervon, als Armierungsleiste (2, 6, 7, 14, 15) eines Fenster- oder Türrahmen-Hohlprofils (1 , 10).
2. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei die Armierungsleiste(n) (2, 6, 7, 14, 15) in ein mehrkammeriges
Kunststoff-Hohlprofil (1 , 10) einextrudiert und zumindest an ihrem Kopf- und Fußbereich mit dem Kunststoff-Hohlprofil (1 , 10) verbunden ist bzw. sind.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Armierungsleiste(n) (2, 6, 7, 14, 15) annähernd hochkant stehend in ein Kunststoff-Hohlprofil (1 , 10) einextrudiert ist bzw. sind.
PCT/EP2009/000827 2008-02-08 2009-02-06 Verwendung eines faserverstärkten kunststoffs als armierung eines profils für fenster- oder türrahmen WO2009098068A1 (de)

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