DE4322829C1

DE4322829C1 - Kunststoffhohlprofil, insbesondere für Fenster- oder Türrahmen

Info

Publication number: DE4322829C1
Application number: DE4322829A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Struth; Albert Alt
Original assignee: Pax GmbH
Current assignee: Pax GmbH
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: ES2122097T3; DE59406867D1; DE4330273C1; EP0633383B2; ATE170947T1; DK0633383T3; EP0633383A3; EP0633383B1; EP0633383A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffhohlprofil, insbesondere für Fenster- oder Türrahmen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Kunststoffhohlprofil ist durch das DE 81 37 470 U1 bekannt.

Kunststoffprofile dieser Art werden seit langem beim Fen sterbau für Blendrahmen, Flügelprofile und Setzrahmen ver wendet. Das Kunststoffhohlprofil hat dabei den Vorteil ei ner sehr guten Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit. Wei terhin kann das Kunststoffhohlprofil mit mehreren Kammern oder Hohlräumen ausgestattet werden, wodurch sich in Ver bindung mit der geringen Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff eine hervorragende Wärmeisolationseigenschaft ergibt. Im Vergleich zu anderen Profilwerkstoffen weisen die Kunst stoffhohlprofile jedoch eine geringe Biege- und Verwin dungssteifigkeit auf. Bei Profilen für Fensterrahmen und Fensterflügel bieten Kunststoffhohlprofile im allgemeinen nicht alleine die erforderliche Stabilität, damit sich Glasscheiben bei Windbeanspruchung nicht mehr als zulässig durchbiegen.

Zur Erzielung einer höheren Steifigkeit werden die Kunst stoffhohlprofile durch Metalleinsätze versteift, die in die Kunststoffhohlprofile eingeschoben werden. Der Metallein satz soll dabei möglichst paßgenau in dem Kunststoffhohl profil angeordnet sein.

Bei der Herstellung der Kunststoffhohlprofile im Extru sionsverfahren besteht das Problem, daß es wegen der physi kalischen und chemischen Eigenschaften des Kunststoffes während des Abkühlvorganges zu Setzungen und Schrumpfungen kommt. Hierdurch entstehen Spannungen, die ein Verziehen des Kunststoffhohlprofiles nach dem Abkühlen zur Folge ha ben. Zur Vermeidung des Verziehens der Kunststoffhohlprofi le werden diese nach dem Extrusionsvorgang in einer soge nannten Kalibrierstation abgekühlt und erhalten hierbei ih re endgültige Form. Hierbei wird die Außenwandung der Pro file mit Vakuum maßgenau an die Innenwand des Kalibrier werkzeuges gesaugt. Gleichzeitig wird das Profil mit Wasser abgekühlt, welches durch Kühlkanäle in der Kalibrierstation fließt. Die Hohlkammern in den Profilen können jedoch nicht kalibriert werden, weil sie keine definierte Anlage in der Kalibrierstation finden. Da die Kalibrierstation einen Ver zug an der Außenkontur des Kunststoffhohlprofils weitgehend verhindert, tritt der Verzug verstärkt im Innern des Kunst stoffhohlprofiles auf. Die Hohlkammern in den Kunststoff profilen weisen somit große Maßtoleranzen auf.

Es ist damit kaum möglich, zwischen einer Profilhohlkammer und dem einzuschiebenden Metalleinsatz eine definierte Pas sung mit einer engen Maßtoleranz festzulegen. Wird die Maßtoleranz zu groß gewählt, findet die Stahlverstärkung keine formschlüssige Anlage, so daß bei einer Beanspruchung eine unzulässig große Biegung der Profile erfolgen kann. Des weiteren ist es bei zu großen Maßtoleranzen erforder lich, den Metalleinsatz durch eine Vielzahl von Schrauben, die in einem Abstand von ca. 30 cm angeordnet werden, in dem Kunststoffhohlprofil zu fixieren. Werden die Außenmaße der Metallverstärkung so groß gewählt, daß eine Preßpassung zustande kommt, besteht die Gefahr, daß es zur Rißbildung in dem Kunststoffprofil oder zu Verformungen der kalibrier ten Außenkontur kommt.

In der EP-OS 0 077 412 ist eine Metallverstärkung beschrie ben, die zum Ausgleich der Maßtoleranzen begrenzt elastisch verformbar ist. Mit diesem Metallprofil können jedoch nur kleinere Maßtoleranzen ausgeglichen werden. Des weiteren weist das Metallprofil aufgrund der elastischen Verformbar keit selbst eine geringe Biege- und Verwindungssteifigkeit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffhohlprofil der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei dem ein Metalleinsatz zur Versteifung in ein Kunst stoffhohlprofil in einfacher Weise paßgenau einschiebbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Querschnittsfläche des Hohlraumes ist geringfügig größer als die Querschnittsfläche des Metalleinsatzes und wenigstens eine Fläche des Metalleinsatzes liegt an wenigstens einer Anlagefläche einer zu versteifenden Wand des Hohlraumes an. Wenigstens ein Federele ment ist entlang der Wand des Hohlraumes angeordnet, wel che der Wand mit der Anlagefläche gegenüberliegt, wobei das Federelement im unverformten Zustand in den Bereich des Hohlraumes ragt, welcher für den einzuschiebenden Metall einsatz vorgesehen ist. Der Metalleinsatz ist in dem Hohlraum zwischen der Anlagefläche und dem durch den einge schobenen Metalleinsatz elastisch verformten Federelement angeordnet.

Das Federelement kann dabei ein Teil des Kunststoffhohlpro fils sein, welches im Bereich der Wand angeordnet ist, wel che der Anlagefläche diagonal gegenüberliegt. Das Federele ment kann aber auch als ein separates Teil in den Hohlraum eingesetzt werden. Das Federelement ist mit einer im we sentlichen linearen Federkennlinie ausgebildet, um eine von den Maßschwankungen unabhängige, gleichmäßige Anpreßkraft zu erzeugen. Bei Belastung des Kunststoffhohlprofils hat das Federelement die gleiche Kraftaufnahme- und Abstütz funktion wie der zuvor beschriebene Vorsprung.

Neben den zuvor beschriebenen Vorteilen der Paßgenauigkeit, der guten Versteifung der belasteten Profilwand und der einfachen fertigungstechnischen Herstellung bei einem star ren Vorsprung bietet ein Federelement zusätzliche Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen Federelement fällt kein Span in dem Hohlraum an und das Federelement übt eine zusätzliche Anpreßkraft auf den Metalleinsatz aus, was zu einer besse ren Versteifung der belasteten Wand führt. Durch diese An preßkraft wird der Metalleinsatz mit dem Kunststoffhohlpro fil auch kraftschlüssig verbunden. Eine zusätzliche Lagefi xierung mit Schrauben, die von außerhalb durch das Kunst stoffhohlprofil in den Metalleinsatz eingedreht werden, ist nicht mehr oder nur als reine Zusatzsicherung in großen Abständen notwendig.

Im Gegensatz zu einem starren Vorsprung bietet das Feder element den Vorteil einer konstanten Erzeugung einer An preßkraft. Wie zuvor beschrieben, dient diese Anpreßkraft einer noch besseren Versteifung des Kunststoffhohlprofils und macht die Verwendung einer Vielzahl von Schrauben zur Lagefixierung überflüssig.

Es ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin dung, daß der Metalleinsatz ein geschlossenes, rechteckiges Querschnittsprofil aufweist. Das Querschnittsprofil ist da bei zur Gewichtseinsparung insbesondere als Hohlprofil aus gebildet. Ein Metalleinsatz mit einem geschlossenen Profil weist eine höhere Biegesteifigkeit und Verwindungssteifig keit auf, im Vergleich zu einem offenen Profilquerschnitt mit gleicher Wanddicke, und ähnlicher Querschnittsfläche. Metalleinsätze mit rechteckigem Querschnitt sind als stan dardisierte Metallprofile kostengünstig zu beschaffen und weisen zudem im Vergleich zu auch anderen geschlossenen Profilformen eine sehr gute Biegesteifigkeit auf.

Bei einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des ist vorgesehen, daß der Metalleinsatz an seiner Stirn seite abgeschrägt ist, wobei die Fläche des Metalleinsat zes, welche an der Anlagefläche anliegt, im Bezug zur ge genüberliegenden Fläche des Metalleinsatzes vorsteht. Durch diese Ausgestaltung der Stirnseite des Metalleinsatzes wird gewährleistet, daß der Metalleinsatz flächig auf der Anla gefläche der zur versteifenden Wand zu liegen kommt. Die Seitenfläche des Metalleinsatzes, welche auf der Anla gefläche der Hohlraumwand angeordnet wird, steht gegenüber den anderen Seitenflächen des Metalleinsatzes vor, damit diese Seitenfläche beim Einschieben des Metalleinsatzes als eine vorauseilende Zentrierung dient.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß der Metalleinsatz durch Sicken versteift ist. Durch diese Sicken kann der Metalleinsatz an höher bela steten Stellen, beispielsweise im Bereich der Anlagefläche der zu versteifenden Wand, verstärkt werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Kunststoffhohlprofile ist vorgesehen, daß zwei Flächen des Metalleinsatzes an je einer Anlagefläche zweier zur versteifender Wände anliegen und daß entlang der je weils der Anlagefläche gegenüberliegenden Wand wenigstens ein Vorsprung oder Federelement angeordnet ist. Eine derar tige Anordnung eignet sich insbesondere für die Anwendun gen, bei denen das Kunststoffhohlprofil zweiseitig belastet wird. Eine derartige Belastung tritt beispielsweise bei Rahmenprofilen für Fensterflügel mit großen Fensterscheiben auf. Das Kunststoffhohlprofil für den Fensterflügel muß zum einen gegen Windbeanspruchung von vorne und gegen die Ei gengewichtsbelastung bei aufgeklappten Fenstern ausgelegt sein. Die paßgenaue Einbringung des Metalleinsatzes ge schieht dabei wie zuvor bei dem Kunststoffhohlprofil mit einer Anlagefläche beschrieben.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Vorsprung in den Eckbereichen des Hohlraumes angeordnet ist. Die Eckbereiche des Hohlraumes in dem Kunststoffhohlprofil weisen in der Regel eine größere Materialdicke als die geraden Wände auf. Da Eckbe reiche zusätzlich eine größere Biegesteifigkeit besitzen, ist es vorteilhaft, die auf den Vorsprung wirkende Kraft in einen Eckbereich einzuleiten. Hierdurch werden Verformungen durch die Stützkräfte im Innern des Kunststoffhohlprofils vermieden.

Weiterhin ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, daß das Federelement an das Kunststoffhohlprofil anextrudiert ist. Somit kann das Federelement in unkomplizierter Weise gleichzeitig mit dem Kunststoffhohlprofil hergestellt werden. Ein zusätzlicher Montagevorgang für das Federelement ist damit überflüssig.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kunststoffprofils besteht darin, daß das Federelement ein zumindest teilweise parallel zur Anlagefläche verlaufender Steg ist, der in seinem Fußbereich eine Querschnitts verjüngung aufweist. Durch die Querschnittsverjüngung am Fuße des Steges wird eine "Soll"-Federstelle definiert. Über die Größe und Ausformung dieser Querschnittsverminde rung kann die Federkraft des Federelementes eingestellt werden. Somit können in einfacher Weise Federelemente mit unterschiedlichen Federkenndaten in Abhängigkeit von der Querschnittsverjüngung hergestellt werden.

Des weiteren ist es bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kunststoffhohlprofils vorteilhaft, daß das Federelement eine L-förmige Querschnittsfläche auf weist. Bei einem Federelement mit einer L-förmigen Quer schnittsfläche kann das Federverhalten zusätzlich durch das Verhältnis der beiden Schenkellängen beeinflußt werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Kunststoffhohl profils mit Federelementen und eingeschobenem Metalleinsatz;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Kunststoffhohl profils mit Federelement gemäß Fig. 1 in Quer schnittsansicht;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Kunststoffhohl profils mit Federelement und seitlichen Vor sprüngen und mit eingeschobenem Metalleinsatz;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Stirnbereichs eines Metalleinsatzes gemäß den Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Kunststoff hohlprofiles 40 mit Federelementen und eingeschobenem Me talleinsatz 41. Das dargestellte Kunststoffhohlprofil 40 ist als ein Rah menprofil für Fensterflügel gestaltet. Die Außenseite einer Wand 44 stellt die durch Wind belastete Rahmenseite des Fensterflügels dar. Die Wand 44 dient auch zur Begrenzung eines zentralen Hohlraums 42, in welchen der Metalleinsatz 41 eingeschoben wird. Der Metalleinsatz 41 ist ein Hohlpro fil mit rechteckiger, geschlossener Querschnittsfläche. Ei ne Seitenfläche 43 des Metalleinsatzes 41 liegt flächig an einer Anlagefläche 45 der Hohlraumwand 44 an. Hierdurch wird die Hohlraumwand 44 flächig versteift.

Der Hohlraum 42 hat im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt, der geringfügig größer ausgelegt ist als der rechteckige Querschnitt des Metalleinsatzes 41. Der Hohl raum 42 ist durch die Hohlraumwand 48, die der Anlagefläche 45 gegenüberliegt, und durch zwei Seitenwände 55 und 56 be grenzt. Entlang der Hohlraumwand 48 sind zwei Federelemente 46 und 47 angeordnet. Die beiden Federelemente 46 und 47 sind dabei nicht direkt an der Hohlraumwand 48 angebracht. Zur Erreichung einer besseren Federkraft sind diese jeweils an den Seitenwänden 55 und 56 in geringem Abstand von der Hohlraumwand 48 angebracht und verlaufen entlang der Hohl raumwand 48. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Fe derelemente 46 und 47 als Teil des Kunststoffhohlraumpro fils 40 mit diesem im Extrusionsverfahren hergestellt. Die Federelemente 46 und 47 werden beim Einschieben des Metall einsatzes 41 elastisch verformt und in Richtung der Hohl raumwand 48 gedrückt. Die derart gespannten Federelemente 46 und 47 üben auf den Metalleinsatz 41 eine Federkraft aus, die den Metalleinsatz 41 auf die Anlagefläche 45 drückt. Auf diese Weise wird eine besonders gute Verstei fung der Hohlraumwand 44 erreicht.

Der Aufbau des Federelementes 46 ist in Fig. 2 in einer vergrößerten Detailansicht A dargestellt. Hieraus ist er sichtlich, daß das Federelement 46 eine L-förmige Quer schnittsfläche aufweist. Der lange Schenkel der L-förmigen Querschnittsfläche ist im Bereich der Hohlraumwand 48 an der Seitenwand 55 angeordnet. Das freie Ende des kürzeren Schenkels des L-förmigen Querschnittsprofils steht mit dem Metalleinsatz 41 in Kontakt und übt auf diesen die durch die elastische Verformung hervorgerufene Federkraft aus. Bei dieser Ausführungsform des Kunststoffhohlprofils 40 kommt das Federelement 46 nicht in Berührung mit der Hohl raumwand 48. Das Federelement 46 weist im Bereich der Ver bindungsstelle zwischen dem längeren Querschnittsschenkel und der Seitenwand 55 eine Kerbe 59 auf. Diese Kerbe 59 stellt eine Querschnittsverjüngung dar und dient als "Soll"-Federstelle. Durch die Gestaltung der Kerbe 59 und der Schenkelgeometrie kann die Federcharakteristik des Fe derelementes 46 beeinflußt werden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kunst stoffhohlprofils 60 mit Federelementen dargestellt. Das Kunststoffhohlprofil 60 kann als ein Rahmenelement für Fensterrahmen verwendet werden. Die Anordnung und Funktion der beiden Federelemente 46 und 47 sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 und 2. Der eingeschobene Metalleinsatz 41 kommt bei diesem Ausführungsbeispiel auch mit Vorsprüngen 57 und 58 entlang der Seitenwände 55 und 56 des Hohlraumes 42 in Kontakt. Diese Vorsprünge 57 und 58 dienen der Führung des Metalleinsatzes 41 beim Einschieben in den Hohlraum 42 und der bereichswei sen Abstützung der Seitenwände 55 und 56.

Ein Metalleinsatz 41, der in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 Verwendung findet, ist in Fig. 4 in ei ner geschnittenen Teilansicht dargestellt. Die Seitenfläche 43 des Metalleinsatzes 41, welche mit der Anlagefläche 45 der zu versteifenden Hohlraumwand 44 zur Anlage kommt, steht gegenüber der abgewandten Seitenfläche 52 des Metall einsatzes 41 vor. Durch die vorstehende Seitenfläche 43 wird der Metalleinsatz 41 zuverlässig auf der Anlagefläche 45 angeordnet und zentriert. Zur Erleichterung des Ein schiebens ist die Vorderkante 53 der Seitenfläche 43 an der Stirnseite 49 angefast. Die Vorderkante 54 des Metallein satzes 41, die beim Einschieben des Metalleinsatzes 41 die Federelemente 46 und 47 zusammendrückt und spannt, weist ebenfalls eine gerundete Fase auf. Somit ist sicherge stellt, daß bei dieser Ausführungsform keine ungewünschten Abschürfungen an den Federelementen 46 und 47 entstehen.

Bei diesen erfindungsgemäßen Kunststoffhohlprofilen mit Me talleinsatz kann nunmehr der Metalleinsatz maschinell ohne Gefahr einer Rißbildung und bei optimaler Versteifung der zu verstärkenden Wand in einem Hohlraum des Kunststoffhohl profils eingeschoben werden. Durch die optimale form schlüssige und/oder kraftschlüssige Anordnung des Metall einsatzes in dem Hohlraum wird gleichzeitig eine aufwendige zusätzliche Befestigung des Metalleinsatzes durch Schrauben in dem Kunststoffhohlprofil überflüssig. Des weiteren können nunmehr die materialbedingten groben Maßtoleranzen im Innern von Kunststoffhohlprofilen ausgeglichen werden, wodurch Kunststoffhohlprofile mit einer gleichbleibend ho hen Biegesteifigkeit und Verwindungssteifigkeit hergestellt werden können.

Claims

1. Kunststoffhohlprofil, insbesondere für Fenster- oder Türrahmen, mit wenigstens einem Hohlraum (42), in welchem ein Metalleinsatz (41) in Längsrichtung zur Versteifung eingeschoben ist, wobei
die Querschnittsfläche des Hohlraumes (42) geringfügig größer ist als die Querschnittsfläche des Metalleinsatzes (41),
wenigstens eine Fläche (43) des Metalleinsatzes (41) an wenigstens einer Anlagefläche (45) einer zu versteifenden Wand (44) des Hohlraumes (42) anliegt,
wenigstens ein Vorsprung (46, 47) entlang der Wand (48) des Hohlraumes (42), welche der Wand (44) mit der Anlagefläche (45) gegenüberliegt, vorgesehen ist,
der Vorsprung (46, 47) in den Bereich des Hohlraumes (42) ragt, der für den einzuschiebenden Metalleinsatz (41) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (46, 47) als biegeelastische Federelemente (46, 47) ausgebildet sind, die den Metalleinsatz (41) in dem Hohlraum (42) zwischen der Anlagefläche (45) und den durch den eingeschobenen Metalleinsatz (42) elastisch verformten Federelementen (46, 47) festklemmen.

2. Kunststoffhohlprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz (41) ein geschlossenes, rechteckiges Querschnittsprofil aufweist.

3. Kunststoffhohlprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz (41) durch Sicken versteift ist.

4. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Flächen des Metalleinsatzes (41) an je einer Anlagefläche zweier zu versteifender Wände anliegen und
daß entlang der jeweils der Anlagefläche gegenüberliegenden Wand wenigstens ein Federelement (46, 47) angeordnet ist.

5. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (46, 47) als Steg in Längsrichtung ausgebildet ist, dessen Querschnittsfläche sich mit zunehmendem Abstand von einer Wand (48) verjüngt, an der der Steg angeordnet ist.

6. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (46, 47) in einem Eckbereich des Hohlraumes (12) angeordnet ist.

7. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (46, 47) einstückig mit dem Kunststoffhohl profil (40) extrudiert ist.

8. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (46, 47) ein zumindest teilweise parallel zur Anlagefläche (45) verlaufender Steg ist, der in seinem Fußbereich eine Querschnittsverjüngung (59) aufweist.

9. Kunststoffhohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (46, 47) eine L-förmige Quer schnittsfläche aufweist.