DE102008017879A1 - Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage und danach hergestellte Profile - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage und danach hergestellte Profile Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage, umfassend die Schritte: - Extrudieren des Profils, - Kalibrieren und Abkühlen des Profils, - und Befestigen von Verstärkungselementen im Profil, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: - beim Extrudieren des Profils wird wenigstens eine offene Nut eingeformt, - in die Nut wird ein stabförmiges Verstärkungselement eingelegt, - abschließend wird das Verstärkungselement mit einem kompatiblen Material in der Nut verankert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner Kunststoff-Profile, die nach diesem Verfahren hergestellt sind und die Verwendung derartiger Profile.
  • Aus thermoplastischen Kunststoffen mittels Extrusion hergestellte Kunststoff-Profile haben viele Vorteile. Hierzu gehören beispielsweise die Möglichkeit, auch komplizierte Querschnitte zu realisieren, das geringe Gewicht und die hohe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse. Zu den Nachteilen zählen die hohe thermische Wärmedehnung und die im Vergleich zu Metallen geringe Festigkeit.
  • Dies hat die Fachwelt veranlasst, nach Möglichkeiten zu suchen, mit denen sich die Festigkeit der Kunststoff-Profile verbessern lässt.
  • Eine erste Möglichkeit zeigt die DE 10 2004 002 396 A1 . Hier wird vorgeschlagen, in den Kunststoff-Hohlprofilstab für den Blend- oder Flügelrahmen eines Fensters oder einer Tür eine sich längs des Hohlprofilstabs erstreckende Metallprofil-Verstärkungseinlage zur Aufnahme von in der Ebene des Rahmens wirkenden Kräften einzuführen. Die Befestigung der Metalleinlage im Kunststoffhohlprofil erfolgt mittels Klebstoff.
  • Eine andere Methode zum Verstärken von extrudierten Kunststoff-Profilen ist das Zumischen von Kurzfasern aus Glas und/oder Kohle. Man vergleiche DE 27 06 755 A .
  • Ein weiteres Verfahren zum Verstärken von Kunststoff-Hohlprofilen ist das schraubenlinienförmigen Umwickeln des Kunststoff-Profils mit Verstärkungsbändern. Auch dabei erfolgt die Befestigung der Bändern mittels Klebstoff. Man vergleiche DE 37 11 026 C2 .
  • Ein weiteres Verfahren zur Verstärkung von langgestreckten Profilen zeigt die DE 38 24 757 A1 . Hier erfolgt die Verstärkung mit sich kreuzenden Fadenschichten. Dabei werden die Fäden von einem auf einer kreisförmigen Spulenträger angeordneten Spule abgezogen und durch das Rohrwerkzeug eines Kunststoffextruders geführt. Dabei rotiert die fadenführende Pinole mit den Spulen um die Achse des Rohrwerkzeugs.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Verbundprofils ist bekannt aus der DE 601 19 504 T2 . Bei diesem Verfahren wird eine Vielzahl endloser Verstärkungsfäden mit einem thermoplastischen organischen Material in Berührung gebracht, indem endlose Glasfäden zunächst mit dem Kunststoff gemischt und erwärmt werden. Anschließend wird dieses Band in eine auf den Querschnitt des Profils eingestellte Düse eingeführt. Zeitgleich wird ein geschmolzenes zweites thermoplastisches organisches Material in die Düse eingespritzt, wobei es sich mit dem erwärmten Band zu dem gewünschten mit endlosen Glasfasern verstärkten Band verbindet.
  • Bei dieser Koextrusion von Glasfasern und thermoplastischen Kunststoff stellen sich jedoch zwei grundsätzliche Schwierigkeiten ein. Die erste Schwierigkeit ergibt sich beim Anfahren der Extrusion; hier ist das extrudierte Profil über viele Meter unvollständig und muss verworfen werden. Dabei lässt sich das verworfene Material wegen der enthaltenen Glasfasern nicht mehr ohne Weiteres recyceln. Außerdem sind die teuren Glasfasern verloren. Die zweite Schwierigkeit ergibt sich aus der thermischen Ausdehnungsdifferenz zwischen Glasfaser und Kunststoff. Das Kunststoffmaterial verkürzt sich während des Abkühlens stark, während die Glasfasern ihre Länge im Wesentlichen beibehalten, so dass es zu Scherbewegungen zwischen Kunststoff und Glas kommt, die die Haftung zwischen den beiden Materialien stark beeinträchtigen. Das ist unbefriedigend.
  • Ein weiterer Nachteil der mittels langen Verstärkungsfasern versteiften Kunststoff-Profile ist, dass es fast nicht möglich ist, die Profile nachträglich umzuformen. Beispielsweise besteht im Fenster- und Türenbereich oftmals der Wunsch, die Profile in eine runde Form zu biegen. Wegen der koextrudierten Verstärkungsfasern ist das jedoch nicht mehr möglich. Auch das ist unbefriedigend.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten Kunststoff-Profilen anzugeben, mit dem die vorstehend geschilderte Nachteile vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt mehrere Vorteile in sich. Zum ersten kann das Kunststoff-Profil ohne Schwierigkeiten und Besonderheiten extrudiert werden, da zu diesem Zeitpunkt noch keine Verstärkungsfasern verarbeitet werden müssen. Auch die beim Abkühlen eintretende Längenreduzierung verläuft völlig ungehindert. Des weiteren kann das abgekühlte Kunststoff-Profil verformt, beispielsweise zu einem Fensterbogen gebogen werden. Erst wenn das Kunststoff-Profil seine endgültige Form hat, wird das stabförmige Verstärkungselement in die jetzt noch offene Nut eingelegt und darin verankert.
  • Sollten beim Anfahren der Extrusion verformte Kunststoff-Profile anfallen, so können diese einfach abgeschnitten und recycelt werden. Teures Verstärkungsmaterial aus Glas- oder Kohlefaser ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht verarbeitet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Nut ein hinterschnittenes Profil. Dies ermöglicht eine verbesserte Verankerung des Verstärkungselements.
  • Vorteilhafterweise wird ein elastisches Verstärkungselement verwendet. Dies ermöglich die leichte Anpassung auch an gebogene oder anderweitig verformte Kunststoff-Profile.
  • Vorzugsweise wird als Verstärkungselement ein gebündelter Faserstrang aus Glas- oder Kohlefasern verwendet. Diese Materialien sind leicht, extrem fest und haben sich grundsätzlich als Verstärkung von thermoplastischen Kunststoffen bereits vielfach bewährt. Außerdem sind sie in praktisch unbegrenzter Länge erhältlich.
  • Zur Verbesserung der Haftung des Verstärkungselements im Kunststoff-Profil wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein am Umfang profiliertes Verstärkungselement verwendet.
  • Für die Verankerung des Verstärkungselements in der Nut des Kunststoff-Profils gibt es mehrere Möglichkeiten.
  • Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Kunststoffmaterial im Bereich der Nut zu erwärmen und das Verstärkungselement in das erwärmte Kunststoffmaterial einzudrücken. Beim Abkühlen legt sich das Kunststoffmaterial fest um das Verstärkungselement.
  • Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das Verstärkungselement mit Hilfe eines Klebstoffs in der Nut festzukleben.
  • Eine dritte hier bevorzugte Möglichkeit sieht vor, zum Fixieren des Verstärkungselements die Nut mit einem gummiartigen Material mit hoher Haftreibung zum Verstärkungselement auszukleiden oder auszufüllen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass insbesondere bei Verwendung eines am Umfang profilierten Verstärkungselements die Haftung zwischen Kunststoff-Profil und Verstärkungselement hervorragend ist.
  • Es versteht sich, dass in allen zuvor beschriebenen Möglichkeiten zur Befestigung des Verstärkungselements Materialien verwendet werden, die sowohl zum Kunststoff des Profils als auch zum Verstärkungselement kompatibel sind.
  • Zum Erreichen einer ansprechenden Optik kann die gefüllte Nut abschließend mit einer Decklage aus Kunststoff oder dergleichen verschlossen werden.
  • Das Ausfüllen der Nut und das Aufbringen der Decklage wird vorzugsweise mit Hilfe der sogenannten Seitenextrusion durchgeführt. Dieses Verfahren lässt sich in den kontinuierlichen Fertigungsprozess optimal einbinden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Kunststoff-Profile, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie sie in den Patentansprüchen 11 bis 15 definiert sind. Vorteilhaft an diesen Kunststoff-Profilen ist die einfache Herstellung, insbesondere die Möglichkeit, den zunächst unverstärkten Profilstab in jede gewünschte Endform bringen zu können, ohne dass dies durch das Verstärkungselement behindert wird. Nach Fertigstellung hat das Kunststoff-Profil jedoch in jedem Fall die gewünschte Festigkeit und Stabilität.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines Kunststoff-Profils mit Verstärkungseinlage als Holm und/oder Stufe für Leitern aller Art, beispielsweise für Tritt- und Stehleitern. Solche nur aus isolierenden Materialien wie Kunststoff und Glasfaser hergestellte Leitern sind optimal einsetzbar in Umgebungen mit hohen elektrischen Spannungen oder auch mit explosiven Stoffen.
  • Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Es zeigen
  • 1 ein Ausschnitt aus einem Kunststoff-Profil mit Verstärkungseinlagen und
  • 2 eine vergrößerten Ausschnitt aus dem Kunststoff-Profil der 1.
  • 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Kunststoff-Profil, hier mit trapezförmigen Querschnitt. Man erkennt das eigentliche Profil 1, welches aus thermoplastischen Kunststoff extrudiert und anschließend unter Einhaltung seiner Außenmaße abgekühlt wurde.
  • Die in der 1 dargestellten Verstärkungselemente in Form eines Faserbündels 10 aus Glas- oder Kohlefasern mit einer umlaufenden Profilierung 11, hier in Form eines Wendelfadens, werden nach dem Erkalten des Kunststoff-Profils 1 in die eingeformte, nach außen offene Nut 2, hier mit mit hinterschnittenem Querschnitt, eingebracht.
  • Zum Befestigen der Verstärkungselemente 10, 11 wird in die Nut 2 ein kompatibles Material 3 eingebracht. Dies kann ein Klebstoff sein. Vorzugsweise wird jedoch ein gummiartiges Material verwendet, welches gut am Kunststoff des Kunststoff-Profils 1 haftet und zu dem Verstärkungselement 10, 11 einen hohen Reibkoeffizienten besitzt. Geeignete Kunststoffmaterialien werden beispielsweise als rutschhemmender Überzug auf Kunststoffgegenständen aller Art verwendet.
  • Abschließend wird die mit dem Verstärkungselement 10, 11 und dem Verbindungsmaterial 3 gefüllte Nut 2 mit einer Decklage 4 verschlossen, damit das Kunststoff-Profil 1 eine ansprechende Optik bietet.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Kunststoff-Profil 1 der 1 in größerem Maßstab.
  • Auf diese Weise hergestellte und verstärkte Kunststoff-Profile sind für viele Einsatzzwecke geeignet. Eine bevorzugte Verwendung sind Holme und/oder Stufen für Leitern, insbesondere für Leitern, die in Hochspannungsumgebungen eingesetzt werden, da bei der Herstellung einer solchen Leitern ausschließlich elektrisch nicht leitende Materialien verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004002396 A1 [0004]
    • - DE 2706755 A [0005]
    • - DE 3711026 C2 [0006]
    • - DE 3824757 A1 [0007]
    • - DE 60119504 T2 [0008]

Claims (16)

  1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage, umfassend die Schritte: – Extrudieren des Profils (1) – Kalibrieren und Abkühlen des Profils (1) – und Befestigen von Verstärkungselementen (10) im Profil (1) gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – beim Extrudieren des Profils (1) wird wenigstens eine offene Nut (2) eingeformt, – in die Nut (2) wird ein stabförmiges Verstärkungselement (10, 11) eingelegt, – abschließend wird das Verstärkungselement (10) mit einem kompatiblen Material (3) in der Nut (2) verankert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt: – die Nut (2) wird mit einem hinterschnittenen Profil geformt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt: – es wird ein elastisches Verstärkungselement (10) verwendet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schritt: – es wird ein gebündelter Faserstrang, vorzugsweise aus Glas- oder Kohlefaser, verwendet.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Schritt: – es wird ein am Umfang profiliertes Verstärkungselement (10, 11) verwendet.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt: – zum Fixieren des Verstärkungselements (10, 11) wird die Wand der Nut (2) erweicht.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt: – zum Fixieren des Verstärkungselements (10, 11) wird in die Nut (2) ein Kleber eingefüllt.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt: – zum Fixieren des Verstärkungselements (10, 11) wird die Nut (2) mit einem gummiartigen Material (3) mit hoher Haftreibung zum Verstärkungselement (10, 11) gefüllt.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch den Schritt: – die gefüllte Nut (2) wird mit einer Decklage (4) verschlossen.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt: – die Nut wird mittels nachträglich durchgeführter Seitenextrusion gefüllt.
  11. Kunststoff-Profil, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Merkmale: – das Profil (1) ist mit wenigstens einer offenen Nut (2) extrudiert, – in der Nut (2) ist ein stabförmiges elastisches Verstärkungselement (10, 11) verankert.
  12. Kunststoff-Profil, hergestellt dem Verfahren des Anspruch 11, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Nut (2) besitzt einen hinterschnittenen Querschnitt.
  13. Kunststoff-Profil, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 11 oder 12, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Verstärkungselement (10) ist ein Glas- oder Kohlefaserbündel.
  14. Kunststoff-Profil, hergestellt nach dem Verfahren des Anspruch 13, gekennzeichnet durch das Merkmal, – das Verstärkungselement (10) besitzt eine umlaufende Profilierung (11).
  15. Kunststoff-Profil, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch das Merkmal, – die gefüllte Nut (2) ist mit einer Decklage (4) verschlossen.
  16. Verwendung eines Kunststoff-Profils mit Verstärkungseinlage nach den Ansprüchen 11 bis 15, hergestellt nach den Ansprüchen 1 bis 10, als Holm und/oder Stufe für Leitern.
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DE102008017879A Withdrawn DE102008017879A1 (de) 2008-03-20 2008-04-09 Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Profilen mit Verstärkungseinlage und danach hergestellte Profile

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