DE69511608T2

DE69511608T2 - Struktur für Gebäuderahmen

Info

Publication number: DE69511608T2
Application number: DE69511608T
Authority: DE
Inventors: Paul Michael Conroy; Donald W. Demello; Wolfgang Gasselseder (Nmn); John F. Lubera
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: JP3809200B2; DE69511608D1; EP0679792A1; US5522196A; ES2136246T3; EP0679792B1; JPH0847985A

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zur Verwendung in einem Gebäuderahmen.
Beispielhafte Ausführungsformen vorliegender Erfindung richten sich auf Gebäudeprodukte, insbesondere Fenster-, Türrahmen und dgl. sowie auf solche Produkte, welche durch Extrudieren bestimmter thermoplastischer Harze hergestellt sind. Eine erfindungsgemäße Struktur kann ein coextrudiertes Profil aus mindestens zwei thermoplastischen Harzen, wie z. B. aus einer aromatischen Vinylpolymerzusammensetzung und einer darüberliegenden ultraviolettlicht (UV)- und wetterbeständigen Beschichtung sein. Es kann auch ein Profil aus einem einzigen extrudierten Polymeren sein.
Bezüglich eines Fensteraufbaus aus einem steifem Kunststoffmaterial unter Verwendung von Polyvinylchlorid gibt es einen Stand der Technik. U.S.-Patent 4.831.781 richtet sich auf ein derartiges Material für Fensterpfosten- und Fenstersturzelemente, welche hohl sein können. Das U.S.-Patent 4.516.356 richtet sich auf einen isolierten Kunststoffrahmen für Türen, Fenster und dgl., wobei die Fenster- und Türrahmen aus extrudiertem Kunststoff hergestellt sind. Bei der extrudierten Kunststoffstruktur wird Polyvinylchlorid benutzt, und die hohlen Abschnitte der Kunststoffstruktur sind mit einem Isoliermaterial, wie z. B. einem geschäumten Material, gefüllt. Das U.S.-Patent 4.130.976 richtet sich auf Rahmen für Türen, Fenster und dgl., die aus einem hohlen Metallprofil innerhalb eines Profils aus geschäumtem synthetischen Harz bestehen. Der Außenteil des Profils aus synthetischem Harz ist eine Außenhaut aus verdichtetem Harz. Das U.S.- Patent 3.964.231 richtet sich auf ein von Kunststoff umhülltes Hohlprofilelement aus Metall. Das Profil besteht aus einem metallischen Hohlprofileelement mit einem hierüber extrudierten Kunststoffmantel. Die FR-A-2.241.683 offenbart eine Struktur in Form eines Fensterrahmens wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derselben genau angegeben.
Auf dem heutigen Markt fanden thermoplastische Polymere, insbesondere von Polyvinylchlorid (Vinyl) eine intensive Verwendung beim Bau von Tür- und Fensterrahmen und Seitenwandungen (siding). Jedoch haben Vinyls ein Problem, indem sie gegenüber den extremen Wärmen der südlichen und westlichen Abschnitte der Vereinigten Staaten von Amerika oder den heißen Klimata in anderen Teilen der Welt nicht sehr beständig sind. In derartigen warmen Klimata werden besonders weißpigmentierte Vinyls benutzt, jedoch versagen auch diese, indem sie infolge Wärmeentwicklung reißen oder deformieren können. Dunkelpigmentierte Vinyls sind bezüglich der Wärmebeständigkeit oder Wärmeentwicklung ebenfalls schlecht. Zusätzlich wurden zwecks Erhalt von Starrheit (Steifheit) Abschnitte mit dickeren Wänden ausgebildet. Jedoch leiden auch Vinyls mit stärkeren Wänden unter der Wärmeentwicklung und können reißen oder deformieren, obgleich in einem geringeren Grad aufgrund der Abschnitte mit dickeren Wänden. Wie im oben erwähnten Stand der Technik gezeigt, werden metallische Hohlprofile mit Vinylüberzügen benutzt.
Die Wärmeentwicklung, welche beim heißen Wetter auftritt, verläuft im Infrarotspektrum. Die Wärmeentwicklung verursacht ein Schrumpfen der Vinylteile, was zu einem Brechen, Erweichen und/oder einer Deformation führt, wenn die Vinylteile in einer behinderten Art und Weise, wie z. B. in einem Fenster- oder Türrahmen, vorliegen. Was wahrscheinlich auftritt, ist, daß, wenn sich Wärme entwickelt, die Temperaturen des Vinyls dessen Glasübergangstemperatur (Tg) überschreiten können. Wenn die Temperatur des Vinyls über seinen Tg-Wert gelangt, werden die im Vinyl während der Extrusion entwickelten Spannungen behoben, wodurch bewirkt wird, daß es schrumpft. Wenn das Vinyl schrumpft kann es reißen oder sich verwerfen, wenn das Vinylprofil oder der Vinylrahmen behindert ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine beispielhafte Ausführungsform vorliegender Erfindung richtet sich auf eine Profilstruktur für Produkte für das Baugewerbe unter Verwendung spezieller thermoplastischer Harze. Das Kunststoffsystem und die Struktur des Kunststoff profils besitzen eine gute Wärme- und Witterungsbeständigkeit, und sie sind als solche für jedes Klima weltweit geeignet. Infolgedessen begegnen sie keinen geographischen Beschränkungen. Auch ermöglichen die Struktur und das Kunststoffsystem die Verwendung von weniger Material als entsprechende herkömmliche Bauarten, während die strukturelle Steifheit noch erhalten bleibt. Zusätzlich vermindert das bei der Ausführungsform vorliegender Erfindung verwendete Kunststoffsystem nicht nur Material und Materialkosten, sondern ermöglicht auch einen höheren Durchsatz aufgrund einer schnelleren Abkühlung. Infolgedessen führt die Ausführungsform vorliegender Erfindung zu einem System hoher Energieeffizienz, einer Struktur mit hoher Temperaturbeständigkeit und einem hinsichtlich der Umwelt vorteilhaften System, da im Vergleich zu traditionellen thermoplastischen Systemen weniger thermoplastisches Harz benutzt wird. Die einmalige Struktur der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird als Profilstruktur hoher Präzision bezeichnet.
Vorliegende Erfindung stellt eine Struktur, wie im nachfolgenden Anspruch 1 beansprucht, zur Verfügung. Die Struktur wird als Gebäuderahmen, wie z. B. als ein Fenster- oder Türrahmen, verwendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Stützelement und die Flansche [hergestellt durch] Extrusionen.
Die Erfindung dient zur Bereitstellung eines Fensterrahmens, konstruiert aus einer thermoplastischen Profilstruktur hoher Präzision, welcher Fensterrahmen ein oberes Kopfstückelement, zwei seitliche Pfostenelemente und ein Bodenschwellenelement umfaßt, wobei jedes Element drei im wesentlichen parallele Flansche aufweist, die sich senkrecht von einem zentralen Element mit Hohlquerschnitt unter Bildung von kanalartigen Aussparungen zur Aufnahme und zum Halten vertikal beweglicher Platten erstrecken, und wobei sich bei jedem Kopfstück-, Pfosten- und Schwellenelement ein Befestigungsflansch zum Befestigen des Fensterrahmens an einem Gebäude längs und senkrecht von der Seite erstreckt, welche der Seite gegenüberliegt, von der die drei Flansche sich erstrecken.
Die Struktur kann ein Substrat aus einem thermoplastischen Hochtemperaturpo lymeren umfassen, das eine Glasübergangstemperatur oberhalb von etwa 160ºF und eine Außenschicht aus einem wetter- und ultraviolettlichtbeständigem Polymeren besitzt.
Das Substrat ist ein steifes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymer, und die Außenschicht ist ein aus der Gruppe ausgewähltes Polymer, die besteht aus (a) einem Acryl-Styrol-Acrylnitril-Polymeren und (b) ein Blend desselben mit Polyvinylchlorid.
Der Fensterrahmen ist aus Strukturen gemäß der angegebenen Erfindung konstruiert.
Eine Ausführungsform vorliegender Erfindung strebt die Bereitstellung einer steifen thermoplastischen Profilstruktur hoher Präzision an.
Eine andere Ausführungsform vorliegender Erfindung strebt die Bereitstellung eines thermoplastischen Verbundwerkstoffs aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren an.
Eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung strebt die Bereitstellung von starren thermoplastischen Rahmen für Öffnungen in Gebäuden an.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vorliegende Erfindung richtet sich auf eine extrudierte Profilstruktur hoher Präzision. Im speziellen umfaßt die einmalige erfindungsgemäße Profilstruktur hoher Präzision ein Zentralelement mit hohlem Querschnitt und mindestens zwei längs verlaufenden Flanschelementen, wobei sich mindestens eines dieser Flanschelemente längs von den gegenüberliegenden Seiten des Elements mit hohlen Querschnitt erstreckt. Jeder Flansch kann auch ein hohles Flanschelement oder ein massives Flanschelement sein. Das Zentralelement mit hohlen Querschnitt kann mehr als ein längsverlaufendes Flanschelement aufweisen, das sich längs und senkrecht zum Zentralelement mit hohlen Querschnitt erstreckt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß mindestens ein longitudinales Flanschelement vorhanden ist, das sich längs und senkrecht von jeder Seite des Elements mit hohlen Querschnitt erstreckt. Vorzugsweise gibt es drei Flanschelemente, die sich senkrecht und längs in einem im wesentlichen parallelen Verhältnis von einer Seite des Elements mit hohlen Querschnitt erstrecken, und ein Flanschelement, das sich längs und senkrecht von dessen entgegengesetzter Seite erstreckt. Die längsverlaufenden Flanschelemente können hohl oder massiv sein. Wenn sie hohl sind, können sie ein oder mehrere Stegelemente aufweisen, die sich längs durch die Länge des Flanschelements und senkrecht zu den Seitenwänden des Flanschs erstrecken. Das Zentralelement mit hohlem Querschnitt kann ein oder mehrere Stegelemente aufweisen, die sich längs durch die Länge des hohlen Zentralabschnitts in einer vertikalen Orientierungsposition erstrecken. Andererseits kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der hohle Zentralabschnitt eine wellenartige Anordnung von Stegelementen aufweisen, die sich längs hierdurch erstreckt. Die wellenartige Anordnung kann verschiedene Gestalten aufweisen, wie in den Zeichnungen der erfindungsgemäßen Profilstruktur hoher Präzision dargestellt; diese werden in vorliegender Erfindung als Torsionsstabilisatoren bezeichnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform bildet die Seite mit den drei Flanschelementen, die sich vom Zentralelement mit hohlen Querschnitt erstrecken, kanalähnliche oder U-förmige Aussparungen, welche eine vertikal bewegliche Platte, wie z. B. eine Fensterscheibe, oder einen Fensterrahmen aufnehmen und halten können. Die bevorzugte Struktur gemäß vorliegender Erfindung kann auch den Türrahmen für eine horizontale Schiebetür oder den Rahmen für ein Oberlicht bilden. In der Tat kann die bevorzugte Struktur gemäß vorliegender Erfindung als Rahmen für jeglichen Typ einer Öffnung in einem Gebäude benutzt werden. Bei der bevorzugten Struktur gemäß vorliegender Erfindung wird der einzige, sich von der entgegengesetzten Seite der drei Flanschelemente erstreckende Flansch bisweilen auch Befestigungs- oder Nagelungsflansch genannt. Es ist der Flansch, welcher an dem Gebäude befestigt wird, um den Fenster- oder Türrahmen oder dgl. Hieran festzumachen. In einem Fensterrahmen werden die Seiten in der Regel als "Pfosten", die Oberseite in der Regel als "Kopfstück bzw. Fenstersturz", und der Boden in der Regel als "Schwelle" bezeichnet.
Wie zuvor angegeben, kann das zentrale Element mit hohlem Querschnitt vollständig hohl sein oder ein oder mehrere Stege aufweisen, die sich hierdurch längs in einer vertikalen Orientierungsposition erstrecken, oder eine wellenartige Steganordnung aufweisen, die sich längs hierdurch erstreckt. Wenn das Querschnittselement vollständig hohl ist, kann es mit Isolationsmaterial, Holz, Metall oder einem anderen geeigneten Material, das im Bauhandel benutzt wird, gefüllt sein.
Die thermoplastischen Materialien, welche bei der Profilstruktur hoher Präzision gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können, können in der Regel ein beliebiges thermoplastisches Material sein, je nach der geographischen Lage, in der das Profil, wenn es in ein Bauprodukt übergeführt ist, benutzt wird, oder je nach den Bauvorschriften der Region. Vorzugsweise sind die thermoplastischen Materialien Hochtemperaturthermoplasten, wie z. B. Acrylnitril-Butadien- Styrol (ABS), Polycarbonat, ein Gemisch von Polycarbonat/ABS, ein Co-polycarbonat-polyester, Acryl-Styrol-Acrylnitril (ASA), ein Acrylnitril-(Ethylen-diaminmodifiziertes Propylen)-Styrol (AES), Polyalkylenterephthalat, wie z. B. Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET) oder Blends derselben, Blends von Polyphenylenether/Polyamid (NORYL GTX® der General Electric Company), Blends von Polycarbonat/Polybutylenterephthalat und einem Modifizierungsmittel der Schlagzähigkeit (XENOY® resin der General Electric Company), Blends aus Polycarbonat/PBT/PET usw. oder deren Blends mit anderen Additiven, wie z. B. Füllstoffen, Mittel zur Modifizierung der Schlagzähigkeit, Pigmenten, Stabilisatoren, Verstärkungsmitteln usw. Das Profil hoher Präzision kann ein Laminat oder Verbundstoff sein, das bzw. der durch Coextrusion oder andere Beschichtungsverfahren hergestellt werden kann. Beispielsweise kann die Basis oder das Substrat ein Polyalkylenterephthalat, wie z. B. PBT, sein, mit einer Außenschicht von ASA oder Polyvinylchlorid (PVC) oder ein Blend derselben. Ein anderer Schichtstoff kann ein Substrat aus Polycarbonat mit einer Außenschicht von ASA oder PVC oder einem Blend derselben sein. In der Tat kann das Profil hoher Präzision ein dreischichtiges Laminat umfassen. Jedoch wird es bevorzugt, daß bei einem Laminat die Außenschicht ein Thermoplast ist, welcher gegenüber der Witterung und Ultraviolettlicht (UV) beständig ist. Es liegt nahe, daß, wenn das benutzte thermoplastische Polymer von Natur aus witterungs- und ultraviolettlichtbeständig ist, eine äußere Beschichtung nicht erforderlich ist. Das bevorzugte System ist ein laminiertes Profil hoher Präzision, umfassend eine Basis oder ein Substrat aus ABS und eine dünne Außenschicht aus ASA oder einem Blend von ASA und PVC. Die Außenschicht kann ein Blend von ASA mit PVC sein, das zumindest 50% ASA umfaßt. Die Außenschicht ist eine dünne Schicht mit einer Dicke von etwa 0,001" bis etwa 0,100", vorzugsweise etwa 0,005" bis etwa 0,050", bevorzugter 0,010" bis etwa 0,020". In der Tat kann die Außenschicht eines Laminats ein Vinylfilm (PVC), ein, Fluorkohlenstofffilm (PTFE) oder ein hochweichgemachter Vinylfilm mit einer Dicke. von 1 bis 50 mils sein.
Während bei dem einmaligen Profil hoher Präzision gemäß vorliegender Erfindung PVC allein verwendet werden kann, sollten Bauprodukte, wie z. B. Fenster-, Türrahmen oder andere hieraus hergestellte Rahmen auf kühle geographische Regionen begrenzt werden, wo die Wärmeentwicklung (Infrarot) etwa 160ºF nicht überschreitet, was etwa der Tg-Wert von PVC ist. Sonst schrumpft, wie weiter oben angegeben, das Vinyl (PVC), wenn es in einer behinderten Struktur vorliegt und bildet infolgedessen Risse, Haarrisse und/oder es deformiert.
Wie ebenfalls weiter oben angeführt, kann das einmalige Profil gemäß vorliegender Erfindung viele Vorteile besitzen. Bei Verwendung der bevorzugten Thermoplasten gemäß vorliegender Erfindung besitzt das Profil während der Extrusion eine viel schnellere Abkühlrate, da die Zusammensetzung im Vergleich zu PVC (1,4) ein geringes spezifisches Gewicht (1,05) besitzt. Infolgedessen kann PVC nicht so schnell wie die bevorzugte Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung abkühlen und eine Tendenz aufweisen, sich zu verwerfen, Einsackstellen zu bilden oder während der Extrusion zu deformieren. Der bevorzugte Thermoplast gemäß vorliegender Erfindung führt auch zu einer schnelleren Extrusions geschwindigkeit. Zusätzlich kann für eine vergleichbare Starrheit aufgrund der Starrheit des Profils oder der Struktur gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen thermoplastischen Strukturen für Fenster und Türen weniger thermoplastisches Material verwendet werden. In manchen Fällen wurden infolge von Abschnitten mit dünneren Wänden eine so große Materialersparnis wie 50% erreicht, während eine Vinyls vergleichbare Starrheit, d. h. Beständigkeit gegenüber einem Verziehen oder Knicken, aufrechterhalten wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch das Profil einer Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungform des Profils gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine noch andere Ausführungsform des Profils gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Profils gemäß vorliegender Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils hoher Präzision und zeigt das zentrale Element 10 hohlen Querschnitts mit hohlen Abschnitten 11, Torsionsstabilisatorstegen 12, Flanschen 14, welche kanalähnliche Aussparungen 15 bilden, und einem Befestigungs- oder Nagelungsflansch 16. In der Fig. 1 weisen die Flansche 14 und 16 Hohlabschnitte 18 und Stege 20 auf.
Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils hoher Präzision und zeigt das Zentralelement 10 hohlen Querschnitts mit hohlen Abschnitten 11 und Torsionsstabilisatorstegen 12. Die Identifikation der restlichen Teile ist die gleiche wie in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils hoher Präzision und zeigt die wellenartige Anordnung der Stege in dem Zentralelement 10 hohlen Querschnitts. Wiederum ist die Identifikation der anderen Teile die gleiche wie in Fig. 1 und Fig. 2. Die Torsionsstabilisatorstege 12 sind als wellenartiges Netzwerk ausgebildet.
Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils hoher Präzision und zeigt das Zentralelement 10 hohlen Querschnitts mit hohlen Abschnitten 11 und mit vertikalen Torsionsstabilisatorstegen 12. Die Flansche 14 bilden kanalähnliche Aussparungen 15. Der Befestigungs- oder Nagelungsflansch 16 und die Flansche 14 sind bei dieser Ausführungsform massiv.

Claims

1. Dünnwandige, thermoplastische Struktur geeignet zur Konfektionierung von Produkten aufweisend ein zentrales Element (10) mit im wesentlichen hohlem Querschnitt, welches wenigstens zwei longitudinale Flanschelemente (flange members) (14) umfaßt, die sich in senkrechter Orientierungsposition zum zentralen Element mit hohlem Querschnitt erstrecken, wobei sich wenigstens ein Flanschelement senkrecht von der einen Seite des zentralen Elements mit hohlem Querschnitt erstreckt und sich wenigstens ein zusätzliches Flanschelement (16) senkrecht von der anderen Seite des zentralen Elements mit hohlem Querschnitt erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Struktur aus einem thermoplastischen Polymermaterial geformt ist, welches ein Substrat und eine äußere wetterbeständige und gegen ultraviolettes Licht beständige Schicht aufweist, wobei das thermoplastische Polymermaterial eine Glasübergangstemperatur von größer als 160ºF (71ºC) hat; wobei das Substrat ein steifes Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymer ist und die äußere Schicht entweder (a) ein Acryl-Styrol-Acrylnitrilpolymer oder (b) ein Blend aus einem Acrylstyrol-Acrylnitrilpolymer mit Polyvinylchlorid ist.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Flanschelement (14) und das zusätzliche Element (16) hohl (18) sind.

3. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element mit hohlem Querschnitt (10) torsionsstabilisierende Stege (12) umfaßt, die sich in wellenartiger Konfiguration in Längsrichtung durch den hohlen Abschnitt des Querschnittelementes erstrecken.

4. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Querschnittselement (10) wenigstens einen Längssteg (12) umfaßt, der sich senkrecht zwischen den entgegengesetzten Seiten des hohlen Querschnittselements erstreckt.

5. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere wetter- und gegen ultraviolettes Licht beständige Schicht eine Dicke von etwa 0,001" bis etwa 0,100" (0,025 mm bis etwa 2,5 mm) aufweist.