Verfahren zum Herstellen eines wärmegedämmmten Bauprofils aus Polyurethan (PUR) als Halbzeug

Abstract

 Zur Erzielung eines Bauprofils aus Polyurethan mit innerem Verstärkungsprofil mit verbesserter Wärmedämmung wird vorgeschlagen, dass das Verstärkungsprofil aus faserverstärktem Kunststoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit besteht (Fig. 3).

Beschreibung

[0001] Bauprofile aus Polyurethan-Integralhartschaumstoff (PUR), wie sie z.B. in den Deutschen Patenten Nr. 34 08 995 und 34 08 975 beschrieben werden, benötigen zur Erlangung einer ausreichenden Steifigkeit Kernprofile aus Metall, i.A. Aluminium Hohlprofile, welche entweder 1-stückig als 4-kant-Rohrprofile mit angeformten Schenkeln ausgebildet sind oder zur Erlangung besserer Wärme-Dämmwerte in einer Weiterentwicklung 2-stückig in Form von räumlich getrennten Einzelprofilen wie sie im Gebrauchsmuster Nr. 201 05 8758 beschrieben sind.

[0002] Die Zeichnungsquerschnitte auf Fig. 1-2 zeigen Profile dieser Art, bestehend aus Blendrahmen, Flügelprofil mit Isolierglas und Glasleiste.

[0003] Die Wärmedämmung dieser Profile, ausgedrückt durch den sog. U-Wert, wird im Wesentlichen bestimmt durch die Dicke "d" der PUR-Ummantelung bzw. durch die Gesamtdicke des PUR-Materials in horizontaler Richtung bestehend aus Ummantelung und Abstand der Metallschalen d = d₁ + d₂ + d₃.

[0004] Grund hierfür ist der im Vergleich zum Metallkern sehr hohe Wärmeleitwiderstand des PUR-Materials, bestimmt durch die sog. Wärmeleitzahl Lambda λ. Diese beträgt
150,0 W/mK bei Aluminium
0,085 bei PUR mit einer Dichte von 600 kg/m³
0,040 bei PUR mit einer Dichte von 200 kg/m³.

[0005] Es ist zu erkennen, dass Aluminium die Wärme unvergleichlich besser leitet als PUR, insbesondere bei geringer PUR-Dichte.

[0006] Hieraus ergeben sich U-Werte von ca. 1,8 W/m²K bei Profiltyp gem. Fig. 1 1,2 W/m²K bei Profiltyp gem. Fig. 2

[0007] Der letztgenannte Wert ist für Standard-Fenster derzeit ein sehr guter Wert; er liegt im Bereich hochwertiger 2-Scheiben-lsolierverglasung; jedoch werden zunehmend bessere Dämmwerte von deutlich unter 1,0 W/m²K gewünscht, die beim Isolierglas z.B. durch Verwendung von 3-Scheiben-Glas mit einem Ug-Wert von 0,5 bis 0,7 möglich sind, jedoch im Rahmenbereich nur durch Einsatz aufwändiger, teilweise passivhaus-tauglicher Rahmen.

[0008] Bei einer Weiterentwicklung des Profiltyps gem. Fig. 2 kann der Abstand zwischen den beiden Metall-Schalen durch Einsatz von Verstärkungsgewebe (Gebrauchsmuster Nr. 203 13 884.8) deutlich erhöht und damit ein besserer U-Wert erzielt werden, jedoch geht dies zu Lasten der Profilbreite, welche aus verschiedenen Gründen möglichst gering gewünscht wird

[0009] Der gewünschte Dämmwert von deutlich unter 1,0 W/m²K wird bei geringer, d.h. unveränderter Profilbreite erfindungsgemäß nun dadurch erreicht, dass anstelle von Metallverstärkungen solche aus faserverstärkten Kunststoffprofilen mit einer wesentlich niedrigeren Wärmeleitzahl eingesetzt werden.

[0010] Fig. 3 zeigt diese Querschnitte beispielhaft.

[0011] Derartige GfK-Profile (GfK = glasfaserverstärkter Kunststoff) zeichnen sich aus durch

• sehr hohe Festigkeit
• extrem geringe thermische Längenausdehnung; der thermische Längen-Ausdehnungskoeffizient liegt um den Faktor 3-4 unter dem von Aluminium
• geringes Gewicht
• gute Verbindung zum Umgebungsmaterial PUR und ganz besonders
• niedrigen Lambda - Wert von 0,2-0,4 W/mK

[0012] Die Wärmeleitzahl ist damit etwa um den Faktor 500 besser als die von Aluminium; sie liegt fast im Bereich des umgebenden PUR-Materials und das Tragprofil ist demnach keine "Wärmebrücke" mehr. Letzteres umso mehr, als die Dicke des Profils wegen der hohen Festigkeit sehr gering gehalten werden kann. Hierdurch kommt als Damm-Breite "d" praktisch die gesamte Profilstärke zur Wirkung.

[0013] Die Herstellung solcher GfK-Profile erfolgt kontinuierlich im sog. Pultrusions-Verfahren. Dies erlaubt einen hohen Faser-Anteil von bis zu 80 %; Faserart und -anteil, Harztyp und Geometrie können je nach Bedarf in einem breiten Spektrum gewählt werden. Bei Massen-Anwendungen werden meistens Polyester-Harz und Glasfasern als Strang-Bündel verwendet. Möglich sind auch Epoxy-Harze und Kohlenstoff-Fasern (Carbon) oder Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen.

[0014] Diese Kombination ermöglicht Herstellungskosten unterhalb der eingangs beschriebenen Alu-Profile. Die Festigkeit ist mindestens gleichwertig; Das GfK-Profil kann sowohl als Hohlprofil mit angeformten Stegen wie als offenes, einstückiges Profil gestaltet werden; ebenso kann es 2-teilig und durch Stege oder Abstandshalter in der gewünschten Position fixiert sein.

[0015] Die Herstellung solcher PUR-Profile erfolgt in gleicher Weise wie jene mit Alu-Kern, d.h. durch Umschäumen des Kern-Profils in im Allgemeinen 2-teiligen Schäumformen im sog. RSG-Verfahren = Reaktion-Spritzguß. Die beim Befüllen des Werkzeuges gemischten, gut fließfähigen PUR-Komponenten umströmen das vor dem Schließen der Form eingelegte Kernprofil und härten während der sog. Formstandzeit von einigen Minuten zu einem praktisch unlösbaren Verbund mit dem Verstärkungsprofil aus.

[0016] Nach der Entnahme aus der Form ist das PUR-Profil sofort verarbeitungsbereit. In einer Sonderform dieses RSG-Verfahrens kann auch das sog. Formlackier-Verfahren (in-mold-coating = IMC) eingesetzt werden, bei dem vor dem Einlegen des Verstärkungsprofils ein geeigneter lack in die offene Form gesprüht wird, der sich bei der Reaktion des PUR-Materials mit diesem verbindet und ein grundiertes oder fertig lackiertes Formteil ergibt.

[0017] Die Verarbeitung der Profile zu im allgemeinen Rahmen erfolgt durch Ablängen der Profile auf das gewünschte Maß und durch Zusammenfügen an den Ecken unter Einsatz von Eckwinkeln oder mittels Schrauben mit Kleber.

[0018] Fig. 3 zeigt ein solches GfK-Profil beispielhaft als Verstärkung in dem eingangs beschriebenen PUR-Profil.

[0019] Die hier eingetragenen Buchstaben haben in den Zeichnungen folgende Bedeutung:

Fig. 1:

a = Blendrahmenprofil mit 1-stückigem Metall-Kernprofil

b = Flügelprofil mit Merkmalen wie bei a

c = Isolierglasscheibe im Flügel als 2-fach oder 3-fach Iso-Glas mit Profilgummi-Abdichtung innen und aussen

d = Dicke der PUR-Dämmschicht als Summe aus Schicht d₁ bis d₃

e = Glasleiste zur Schaffung des Anpressdruckes auf die Scheibe

Fig. 2:

f = getrennte Metall-Kernprofile in Flügel und Blendrahmen

g = Beschlagsnut für Fensterbeschlag

h = Polyurethan-Hartschaum mit PUR-Lack-Randschicht

Fig. 3:

i = Flügel mit Kernprofil aus faserverstärktem Kunststoff

j = Blendrahmen mit Kernprofil aus faserverstärktem Kunststoff

k = faserverstärktes Kunststoff-Profil, 1-stückig

1 = faserverstärktes Kunststoff-Profil, 2-stückig

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines wärmegedämmten Bauprofils aus Polyurethan (PUR) als Halbzeug, insbesondere zur Herstellung von Fensterahmen, mit einem innerem Verstärkungsprofil als Kern, welches aus faserverstärktem Kunststoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der PUR-Bauprofile durch Umschäumen des inneren Verstärkungsprofils in einer zwei-teiligen Schäumform im Reaktions-Spritzguss-Verfahren erfolgt, wobei die beim Befüllen der Schäumform gemischten, gut fließfähigen PUR-Komponenten das vor dem Schließen der Schäumform eingelegte Verstärkungsprofil umströmen und während einer Formstandzeit zu einem praktisch unlösbaren Verbund mit dem Verstärkungsprofil aus- härten, so dass nach der Entnahme aus der Schäumform das PUR-Profil sofort verarbeitungsbereit ist, und dass die Herstellung im gewünschten Farbton im Formlackier-Verfahren erfolgt, bei dem vor dem Einlegen des Verstärkungsprofils in die Schäumform ein geeigneter Lack in die offene Form gesprüht wird, der sich bei der Reaktion des PUR-Materials mit diesem verbindet und ein grundiertes oder fertig lackiertes Formteil ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verstärkte Kunststoff ein Polyester-Harz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verstärkte Kunststoff ein Epoxy- oder Polyurethan-Harz ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Glas ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Carbon ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Naturfaser wie z.B. Hanf ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil einstückig als Rohr mit angeformten Stegen gestaltet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil 1-stückig, beispielsweise als H-Profil mit angeformten Stegen gestaltet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil zwei- oder mehrstückig zusammengesetzt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen des Bauprofils zu Fenster-Rahmen durch Zuschneiden auf Gehrung und Einschieben von Eckwinkeln in den Hohlkem des Rohres erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen des Bauprofils zu Fenster-Rahmen durch Zuschneiden auf Gehrung und Verschrauben der Ecken erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen des Bauprofils zu Fenster-Rahmen durch stumpfen Stoß der Profile mittels Anfräsen der Gegenkontur und Verschrauben der Ecke erfolgt.

Zeichnung