Wärmedämmendes Verbundprofil

Abstract

 Ein Verbundprofil aus zwei metallenen Profilteilen (1,2), die durch Stege (5) aus faserverstärktem Kunststoff wärmeisolierend verbunden sind, hat in Seitenflanken (12) der Nuten (8) der Metall­teile (1,2) eine Verzahnung (10), die in der Richtung (E) senk­recht zur durch die Längsschub- und Querzugkraft (L bzw. Q) defi­nierten Bezugsebene (B) verläuft; der Verbund erfolgt durch span­abhebende Formgebung im Kunststoff beim Einpressen von abgewinkel­ten Leisten (7) der Kunststoffstege (5) in Richtung (E) der Zähne (10) in der verzahnten Nut (8), ohne dass eine formschlüssige Ver­bindung durch Hintergreifen von Hinterschneidungen erfolgt.
Dadurch wird die bei Verwendung von faserverstärktem Kunststoff für die Stege (5) mangelhafte Widerstandsfähigkeit des Verbundes gegen Längsschubkräfte (L) verbessert; Weiterhin werden die Herstellung des Verbundes erheblich vereinfacht und der dafür benötigte Platz­bedarf drastisch verringert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein wärmedämmendes Verbundprofil für Fen­ster, Türen und/oder Fassaden, bei dem zwei Profilteile aus Metall durch Stege aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff im Abstand voneinander gehalten sind, wobei die Kunststoffstege mit abge­winkelten Verankerungsleisten in Nuten der Metallteile eingrei­fen, und wobei ferner die Nuten mit einer verzahnungsähnlichen Struktur versehen sind.

[0002] Verbundprofile der genannten Art sind beispielsweise aus der DE-­C2-23 66 421 oder der EP-A- 01 23 110 bekannt; die in den Nuten angebrachte verzahnungsähnliche Struktur, die in einer eingepräg­ten Riffelung bzw. in eingepressten Einbuchtungen oder Zähnen be­steht, dient dazu, die Schubfestigkeit in axialer Richtung zu verbessern. Die Verbindung der Stege, die zur Aufnahme der Quer­zugkräfte abgewinkelt sind, mit den Metallteilen wird dabei da­durch gewährleistet, dass die Isolierstege in Längsrichtung in hinterschnittene Nuten eingezogen sind und durch Anpressen einer Flanke des Metallteiles fixiert werden. Die zahnähnliche Struk­tur soll sich dabei in den Kunststoff einpressen, wobei dieser teils verdichtet und teils verdrängt wird.

[0003] Aus Festigkeitsgründen werden die wärmeisolierenden Stege in neu­erer Zeit aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Polyamid, gefertigt. Es hat sich dabei ge­zeigt, dass ein Einprägen einer zahnähnlicher Struktur in faser­verstärkten Kunststoff nur in ungenügendem Masse stattfindet, so dass die axiale Schubfestigkeit in unzulässiger Weise verringert wird und zu wenig zuverlässig ist. Bei bekannten Profilen hat man daher durch Hinzufügen von Zusatzelementen (siehe z. Beispiel EP-A- 00 85 410) und/oder mit Hilfe eines Klebstoffes (EP-A- 00 43 968) einen besseren Formschluss und eine höhere Schubfestig­keit angestrebt. Durch zusätzliche Arbeitsgänge für das Einbringen des Zusatzmaterials und/oder des Klebstoffes und für das Aushär­ten einer Klebeverbindung wird die Profilherstellung erheblich komplizierter und aufwendiger.

[0004] Weiterhin müssen bisher die Kunststoffstege in Längsrichtung in die Metallteile eingezogen und anschliessend durch Anpressen ei­ner Nutenflanke fixiert werden, da die Verbindung zwischen Metall­teilen und Kunststoffstegen bei bisherigen Profilen dieser Art durch formschlüssiges Verbinden in hinterschnittenen Nuten er­folgt. Die Montage solcher Profile erfordert daher Anlagen, deren Länge mehr als das Zweifache der Profillänge beträgt; diese ist bei handelsüblichen Profilen etwa 6 m, so dass Montageplätze von etwa 15 m Länge erforderlich sind.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, den Verbund zwischen Metallteilen und faserverstärkten Stegen zu verbessern, insbesondere bei hoch­wärmegedämmten Verbundprofilen, bei denen an Festigkeit und Dauerhaftigkeit besonders hohe Anforderungen gestellt werden, da deren Stege eine 5- bis 8-fache Höhe derjenigen bisher üblicher Profile haben und infolge grösserer Temperaturdifferenzen höhere Schubbelastungen aufweisen. Weiterhin soll die Herstellung der­artiger Verbundprofile vereinfacht werden, wobei vor allem der Platzbedarf und die Anzahl der Arbeitsgänge zu verringern sind.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in seitliche Flanken der Nuten eine Verzahnung eingeschnitten ist, deren Zähne in Richtung senkrecht zur durch die Längsschub- und die Querzugkraft defi­nierten Bezugsebene verlaufen, und dass ferner die Verankerungs­leisten der aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Polyamid, bestehenden Stege durch Einpressen in Richtung der Zähne mittels mindestens teilweise spanabhebender Formgebung in dem Kunststoff in die Verzahnung eingepasst und in ihr klebstofffrei verankert sind, ohne dass zur formschlüssigen Verbindung die Leisten Hinterschneidungen in den Nuten hinter­greifen.

[0007] Ein raum- und arbeitssparendes Herstellungsverfahren für die neuen Verbundprofile ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines gehärteten Stempels oder Räumers in die seitlichen Flanken der Nuten der Metallteile die Verzahnung eingeschnitten wird, und dass anschliessend die Verankerungsleisten der Stege in Richtung senkrecht zur durch die Längsschub- und die Querzugkraft defi­nierten Bezugsebene in die verzahnte Nut eingepresst werden.

[0008] Die spanabhebende Formgebung, die durch die Verzahnung in dem faserverstärkten Kunststoff erfolgt, gewährleistet eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit eine grosse Schubbelastbarkeit in axialer Richtung; das Fehlen von Hinterschneidungen für eine formschlüssige Verbindung erlaubt es den Verbund zwischen Metall und Kunststoff durch Einpressen in Richtung senkrecht zur durch Längsschub- und Querzugkraft definierten Ebene des Profils herzu­ stellen. Damit kann ein Einziehen der Stege in Längsrichtung des Profils entfallen. Der Platzbedarf für die Montage des Verbund­profils ist somit etwa auf die Profillänge, also auf etwas weni­ger als die Hälfte reduziert.

[0009] Weiterhin findet durch das Einpressen wegen der materialbedingt nicht idealen Schnittverhältnisse zwischen faserverstärktem Kunststoff und dem Metallteil, der vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, neben der zerspanenden Verfor­mung des Kunststoffes ein leichts Aufspreizen der Metallschenkel der Nut statt; dadurch entsteht eine Vorspannung im Verbundbereich, die die Sicherheit des Form- und Kraftschlusses auch bei grossen Temperaturdifferenzen im praktischen Einsatz zusätzlich erhöht.

[0010] Obwohl es generell möglich ist, die Nuten in gabelartigen abgewin­kelten Flanken der Stege anzuordnen und die Verzahnung in Seiten­flanken von entsprechenden Verankerungsleisten eines Metallteils anzubringen - also eine Umkehrung von "Vater"- und "Mutter"teil des Verbundes vorzunehmen -, ist es vorteilhaft, Nut und Verzahnung dem Metallteil zuzuordnen, weil wegen der Kaltfliesseigenschaften des Kunststoffes bei einer Zuordnung der Nuten zu dem Kunststoffsteg die geschilderte Vorspannung im Laufe der Zeit verlorenginge, und der Verbund beeinträchtigt werden könnte.

[0011] Mit Vorteil kann als zusätzliche Sicherung des Verbundes ein Bie­gelappen vorgesehen sein.

[0012] Durch die abgewinkelte Form der Verankerungsleisten an den Stegen wird die Querzugkraft aus den Stegen exzentrisch weitergeleitet; es ist daher zweckmässig, wenn an die Stirnseiten der Leisten ein in Längsrichtung verlaufender Nocken angesetzt ist, der in eine entsprechende Vertiefung der Nut eingreift. Der Nocken bewirkt durch den Eingriff in die Vertiefung eine Einspannung der ab­gewinkelten Verankerungsleiste in der Nut und verhindert eine un­zulässige Deformation des Kunststoffsteges.

[0013] Für die Herstellung des neuen Verbundprofils sind nur zwei Ar­beitsgänge erforderlich: Das Schneiden der Verzahnung in den Me­tallteil und das spanabhebende Einpressen der Verzahnung in den Kunststoff. Darüber hinaus können diese beiden Arbeitsgänge mit Vorteil auf der ganzen Profilänge gleichzeitig durchgeführt wer­den.

[0014] Die Material "verschiebenden" Schneid- und Einpressprozesse können erheblich erleichtert werden, wenn die Nut eine Hinterschneidung aufweist, die an die "inneren" Enden der Zähne anschliesst, und/ oder wenn am in Einpressrichtung hinteren Ende der Verzahnung die Nute und/oder die Leisten mit Auffangrillen für die Aufnahme der bei der Formgebung abgeschälten Kunststoffspäne versehen sind.

[0015] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist in schematischer räumlicher Darstellung ein Schnitt durch das neue Verbundprofil senkrecht zu siner Längs­richtung;

Fig. 2 zeigt in ähnlicher räumlicher Darstellung das Schneiden der Verzahnung in eine Nut als ersten Arbeitsgang des Herstellungsverfahrens;

Fig. 3 gibt den zweiten Arbeitsgang des Herstellungsverfahrens, nämlich das Einpressen des Kunststoffes in eine verzahn­te Nut wieder;

Fig. 4 schliesslich ist in ebener Darstellung eine Verbundstel­le an dem neuen Profil als vergrössertes Detail D aus Fig. 1.

[0016] Das neue Verbundprofil, das beispielsweise als Rahmenprofil eines Fensters dient, hat für die notwendige mechanische Festigkeit zwei metallene Profilteile 1 und 2, vorzugsweise aus Aluminium.

[0017] Als wärmeisolierende Verbindung der Metallteile 1 und 2 sind plat­tenartige Stege 5 aus glasfaserverstärktem Polyamid vorgesehen, zwischen denen zusätzlich als Isolationsmaterial 6 Schaumstoff oder Mineralfasermaterial eingelagert sind.

[0018] Damit die Stegverbindung Querzugkräfte Q aufnehmen kann, sind ihre Enden abgewinkelt zu Verankerungsleisten 7, die in Nuten 8 der Me­tallteile 1 und 2 eingepresst sind. Neben den Querzugkräften Q werden im Verbundbereich D auch die Längsschubkräfte L von den Stegen 5 auf die Metallteile 1 und 2 bzw. umgekehrt übertragen. Besonders bei hochisolierenden Metall-Kunststoff-Verbundprofilen mit einem Abstand a zwischen den Metallteilen 1 und 2 von min­destens 40 mm (EP-A1-01 17 885) ist wegen der grossen Temperatur­differenz zwischen äusserem und inneren Profilteil 1 und 2 eine grosse Differenz der Wärmedehnung und somit auch eine grosse Längsschubbeanspruchung der Kunststoffstege 5 und der Verbundzone D zu erwarten.

[0019] Die bei darartigen Verbundprofilen gestellten Mindestanforderungen hinsichtlich der notwendigen Widerstandsfähigkeit gegen Querzug­kräfte Q sind beispielsweise in der "Richtlinie für den Nachweis der Standsicherheit von Metall-Kunststoff-Verbundprofilen" des In­stituts für Bautechnik, Berlin, enthalten. Sie betragen für die Querzugkraft Q = 20 N/mm Profillänge bei einer Temperatur von 80°C

[0020] Die Richtung der beiden Kräfte L und Q definieren die Bezugsebene B, die parallel den Flächen der Stege 5 verläuft; senkrecht zu die­ser Ebene B verlaufen die Zähne 10 und die Einpressrichtung E für die Stege 5 bzw. die Leisten 7 in die Nuten 8.

[0021] Als Sicherung des Verbundes zwischen den Profilteilen 1 und 2 und den Stegen 5 ist ein Biegelappen 9 an den Metallteilen 1 und 2 vorhanden, der am Ende des noch zu beschreibenden Einpressvorgan­ges für die Verankerungsleisten 7 in die Nuten 8 gegen eine rück­seitig Schulter 11 (Fig. 4) der Leisten 7 gepresst wird. Der Lap­pen 9 verhindert ein seitliches Herausgleiten der Leisten 7 aus den Nuten 8, im praktischen Einsatz ist er keinerlei Belastungen unterworfen.

[0022] Der erste Schritt für die Herstellung des neuen Verbundprofils be­steht im Schneiden der Verzahnung 10 in die Seitenflanken 12 (Fig. 1) der Nuten 8 in dem metallenen Profilteilen 1 und 2. Wie in der vergrösserten Darstellung einer Nut 8 in Fig. 2 gezeigt wird, wird die Verzahnung 10 in beiden Seitenflanken 12 der Nut 8 durch einen gehärteten Stempel oder Räumer 13, beispielsweise aus Stahl, eingeschnitten, der in Einpressrichtung E in die Nut 8 eindringt. An das "innere" Ende der Zähne 10 schliesst sich in der Nut 8 eine Hinterschneidung 14 an, die zum einen ein Abreissen der vom Stem­pel 13 zwischen den Zähnen 10 abgeschälten Metallspäne sicherge­ stellt und zum zweiten diese Metallspäne "eingelagert", bis sie entfernt, z.Beispiel ausgeblasen, werden. Im Boden der Nut 8,14 ist eine rechteckige Vertiefung 15, deren Funktion später beschrieben wird.

[0023] Schliesslich sind "vor" den Zähnen 10 in den Seitenflanken 12 der Nut 8 Längsrillen 16 und 17 für die Aufnahme des beim Einpressen zerspanten Kunststoffs der Stege 5 vorgesehen, wie später noch be­schrieben wird.

[0024] Fig. 3 gibt den Beginn des zweiten Arbeitsganges bei der Herstel­lung des Verbundes wieder, bei dem eine Verankerungsleiste 7 in die Verzahnung 10 der Nut 8 von einer Presse 18 in der gleichen Rich­tung E wie die Verzahnung 10 eingepresst werden. Die Zähne 10 in den härteren Metallteilen 1 und 2 schneiden dabei eine entsprechen­de Gegenverzahnung in die Seitenflanken der Leisten 7, wobei die anfallenden Späne in Auffangrillen 16 und 17 der Metallteile 1 und 2 und 19 und 20 am Fuss der Verankerungsleisten 7 eingelagert wer­den.

[0025] Die Kunststoffstege 5 können dabei in allen vier Verbundbereichen D - und mit Vorteil über die gesamte Profillänge - mit Hilfe einer entsprechend ausgerüsteten Abkantpresse 18 gleichzeitig eingepresst. werden. Wegen der materialbedingt nicht idealen Schnittverhältnisse zwischen der Leiste 7 und dem metallenen Profilteil 1 oder 2 fin­det neben der zerspanenden Verformung des Kunststoffs auch ein leich­tes Aufspreizen der Schenkel 24,25 (Fig. 4) der Nut 8 statt. Die dadurch entstehende Vorspannung in der Verbundzone D gewährleistet einen sicheren Form- und Kraftschluss auch bei grossen Temperatur­schwankungen im praktischen Einsatz.

[0026] Gegen Ende des Einpressvorgangs biegt eine Nase 21 an der Aussen­seite der Presse 18 den Biegelappen 9 in Richtung auf den Steg 5, wobei dieser Lappen 9 auf einer Schulter 22 an der äusseren Begren­zung des Steges 5 zur Auflage kommt.

[0027] Mit einem stirnseitigen Nocken 23 greift die Leiste 7 in die be­reits erwähnte Vertiefung 15 im Boden der Nut 8 der Metallprofile 1 und 2 ein. Durch diesen Eingriff bewirkt der Nocken 23 eine Ein­spannung der Verankerungsleiste 7 des Kunststoffsteges 5 im Metall­profil 1 oder 2 und nimmt so das Moment auf, das durch den exzen­trischen Angriff der Querzugkraft Q in der Leiste 7 entsteht. Nok­ken 23 und Vertiefung 15 verhindern so eine unzulässige Deformation des Kunststoffprofiles infolge des exzentrischen Angreifens der Querzugkräfte Q.

[0028] Wie bereits erwähnt ist es auch möglich, die Erfindung bei einer Umkehrung von Nut und Leiste anzwenden, wobei die Leiste am Me­tallprofil 1 oder 2 und die Nut am Steg 5 angeordnet sind, was jedoch wegen des Kaltfliessens des Kunststoffes gewisse Nachteile mit sich bringt.

Ansprüche

1. Wärmedämmendes Verbundprofil für Fenster, Türen und/oder Fassa­den, bei dem zwei Profilteile aus Metall durch Stege aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff im Abstand voneinander gehalten sind, wobei die Kunststoffstege mit abgewinkelten Verankerungsleisten in Nuten der Metallteile eingreifen, und wobei ferner die Nuten mit einer verzahnungsähnlichen Struktur versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in seitliche Flanken (12) der Nuten (8) eine Verzahnung (10) eingeschnitten ist, deren Zähne in Rich­tung (E) senkrecht zur durch die Längsschub- und die Querzug­kraft (L bzw. Q) definierten Bezugsebene (B) verlaufen, und dass ferner die Verankerungsleisten (7) der aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Polyamid, be­stehenden Stege (5) durch Einpressen in Richtung (E) der Zähne (10) mittels mindestens teilweise spanabhebender Formgebung in dem Kunststoff in die Verzahnung (10) eingepasst und in ihr klebstofffrei verankert sind, ohne dass zur formschlüssigen Ver­bindung die Leisten (7) Hinterschneidungen in den Nuten (8) hintergreifen.

2. Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Steg (5) und Metallteil (1,2) durch Biege­lappen gesichert ist.

3. Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Stirnseite der Leisten (7) ein in Längsrichtung verlaufender Nocken (23) angesetzt ist, der in eine entsprechende Vertiefung (15) der Nuten (8) eingreift.

4. Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) eine Hinterschneidung (14) aufweist, die an die "inneren" Enden der Zähne (10) anschliesst.

5. Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am in Einpressrichtung (E) hinteren Ende der Verzahnung (10) die Nuten) (8) und/oder die Leisten (7) mit Auffangrillen (16,17 bzw. 19,20 für die Aufnahme der bei der Formgebung abgeschälten Kunststoff­späne versehen sind.

6. Verfahren zur Herstellung des Verbundprofils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines gehärteten Stempels oder Räumers (13) in die seitlichen Flanken (12) der Nuten (8) der Metallteile (1,2) die Verzahnung eingeschnitten wird, und dass anschliessend die Verankerungsleisten (7) der Stege (5) in der Richtung (E) senkrecht zur durch die Längsschub- und die Querzugkraft (L bzw. Q) definierten Bezugsebene (B) in die ver­zahnte Nut (8) eingepresst werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden der Verzahnung (10) und/oder das Einpressen der Ste­ge (5) gleichzeitig auf der ganzen Profillänge durchgeführt wer­den.

Zeichnung