Verschweißter Kunststoffrahmen und Herstellungsverfahren hierfür

Abstract

 Es wird ein Rahmen (102..104) angegeben, welcher mehrere Kunststoffprofile (2, 3) umfasst, die an Ecken des Rahmens (102..104) miteinander verschweißt sind. In einem Eckbereich des Rahmens (102..104) ist eine Ausnehmung (8) oder Abrundung (7) mit einer wenigstens abschnittsweise allgemein zylindrischen, runden Begrenzungsfläche angeordnet, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders quer zur Rahmenebene verlaufen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rahmens (102..104) angegeben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rahmen, umfassend mehrere Kunststoffprofile, welche an Ecken des Rahmens miteinander verschweißt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens aus mehreren Kunststoffprofilen, bei dem Kunststoffprofile hergestellt oder bereitgestellt werden und die Enden der genannten Kunststoffprofile zu einem Rahmen verschweißt werden.

[0002] Ein solcher Rahmen beziehungsweise ein solches Herstellungsverfahren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden solche Rahmen zum Aufbau von Kunststoff-Fenstern und Kunststoff-Türen eingesetzt.

[0003] Nachteilig an den bekannten Rahmen ist, dass es aufgrund von Spannungen leicht zu Rissen im Eckbereich der Rahmen kommen kann. Solche Spannungen können entweder direkt bei der Herstellung des Rahmens entstehen (innere Spannungen), beim Einbau eines Fenster oder einer Tür (Montagespannungen), durch unterschiedliche Temperatur des Rahmens (Temperaturspannung), durch Setzen von Gebäudeteilen, in denen der Rahmen eingesetzt ist, durch Winddruck oder durch Kombination des Rahmens mit einem Bauteil aus einem anderen Material. Letzteres kommt beispielsweise bei Kunststoffrahmen vor, denen eine Verblendung aus Metall, insbesondere aus Aluminium, vorgelagert ist. Durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten kann es hier bei Temperaturschwankungen (auch bei an sich homogener Temperaturverteilung im Rahmen) ebenfalls zu Spannungen und in Folge zu Rissbildung kommen. Solche Schäden müssen teils aufwändig repariert werden, um nicht ein Totalversagen des Rahmens zu riskieren, oder der Rahmen muss komplett ausgetauscht werden.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen verbesserten Rahmen beziehungsweise ein verbessertes Herstellungsverfahren für denselben anzugeben. Insbesondere soll eine Rissbildung vermieden oder wenigstens die Ausbreitung eines Risses begrenzt werden.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Rahmen der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in einem Eckbereich des Rahmens eine Ausnehmung oder Abrundung mit einer wenigstens abschnittsweise allgemein zylindrischen, runden Begrenzungsfläche angeordnet ist, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders quer, insbesondere normal, zur Rahmenebene verlaufen.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Verfahren zur Herstellung eines Rahmens der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in einem Eckbereich des Rahmens eine Ausnehmung oder Abrundung mit einer wenigstens abschnittsweise allgemein zylindrischen, runden Begrenzungsfläche hergestellt wird, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders quer, insbesondere normal, zur Rahmenebene verlaufen.

[0007] Auf diese Weise kann eine Ausbreitung eines Risses begrenzt oder die Rissbildung überhaupt vermieden werden.

[0008] Im Rahmen der Erfindung bedeutet "allgemein zylindrisch" eine Form, die durch Verschiebung einer ebenen Fläche respektive einer Kurve entlang einer Geraden quer zur besagten Ebene entsteht. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von "Extrusion". Die Geraden, welche von der Kante der ebenen Fläche respektive der Kurve in Verschieberichtung wegführen, werden "Erzeugende" bezeichnet. In einem einfachen Fall wird die Begrenzungsfläche durch ein Bogensegment gebildet, das zu einer gekrümmten Fläche ausgedehnt wird.

[0009] Ein "Zylinder" ist dabei nicht notwendigerweise ein "Kreiszylinder", die Begrenzungsfläche der Abrundung/Ausnehmung ist aber vorteilhaft abschnittsweise so geformt. Kreiszylindrische Flächen können vergleichsweise einfach hergestellt werden, weswegen der Rahmen besonders rationell produziert werden kann.

[0010] Der Vollständigkeit halber wird festgehalten, dass der "Rahmen" einer Tür oder eines Fensters gemeinhin auch als "Zarge" bezeichnet wird. Die beiden Begriffe "Rahmen" und "Zarge" können somit synonymisch gebraucht werden.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.

[0012] Vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche von einer durch die Profile gebildeten Innenecke gleich dem Radius des besagten Kreiszylinders ist. Bei dieser Variante wird ein Innenradius zwischen den Profilen vorgesehen, um die Kerbwirkung zu vermindern und die Neigung zur Rissbildung zu verringern.

[0013] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche von einer durch die Profile gebildeten Innenecke kleiner ist als der Radius des besagten Kreiszylinders. Dadurch können die Profile in einem ersten Schritt in bekannter Art verschweißt und die Ausnehmung in einem nachfolgenden Schritt angefertigt werden. Dadurch können bestehende Produktionsprozesse leicht auf den vorgestellten Rahmen adaptiert werden. Bei dieser Variante werden ebenfalls die Kerbwirkung und die Neigung zur Rissbildung vermindert.

[0014] Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche einer durch die Profile gebildeten Innenecke größer ist als der Radius des besagten Kreiszylinders. Auf diese Weise kann die Innenecke als solche beibehalten werden, wodurch insbesondere das optische Erscheinungsbild des Rahmens nur wenig beeinträchtigt wird. Das Entstehen von Rissen, welche von einer Innenecke des Rahmens ausgehen, wird solcherart zwar nicht unbedingt verhindert, jedoch wird eine weitere Ausbreitung desselben mit Hilfe der Ausnehmung verhindert.

[0015] Von Vorteil ist es auch, wenn die Ausnehmung im Rahmen mit einem Material ausgefüllt ist, dessen Elastizitätsmodul unter jenem des Rahmens liegt. Auf diese Weise kann eine geschlossene Oberfläche des Rahmens erzielt werden.

[0016] Vorteilhaft ist es zudem, wenn der vorgestellte Rahmen Teil eines Gebäudebauelement ist, insbesondere zum Verschließen einer Gebäudeöffnung. Als "Gebäudebauelemente" sind im Rahmen der Erfindung insbesondere alle Arten von Türen und Fenster im Gebäudebereich zu verstehen. Beispielsweise kann ein Gebäudebauelement als Drehtür oder Drehfenster ausgebildet sein, bei der oder dem ein Flügel mit Hilfe von Scharnieren respektive Bändern drehbar im Rahmen gelagert ist. Das Gebäudebauelement kann aber beispielsweise auch als Schiebetür oder Schiebefenster ausgebildet sein, bei dem der Flügel im Rahmen verschiebbar gelagert ist. Als "Gebäudebauelemente" sind auch Dreh-/Kippfenster sowie Dachflächenfenster zu verstehen. Selbstverständlich müssen solche Gebäudebauelemente nicht notwendigerweise in eine Öffnung in einer Wand eingebaut sein, sondern können selbst zum Aufbau einer Wand dienen, beispielsweise bei Gebäudefronten, Wintergärten und dergleichen. Insbesondere in diesen Fällen können teilweise erhebliche Belastungen auf den Rahmen wirken und unter Umständen die Ausbildung eines Risses verursachen.

[0017] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gebäudebauelements ist weiterhin gegeben, wenn dem Kunststoffrahmen eine Verblendung aus Metall vorgelagert ist. Auf diese Weise kann eine Rissbildung trotz unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten verringert/vermieden werden. Zudem kann die Verblendung gleichzeitig dazu dienen, eine Ausnehmung im Eckbereich des Rahmens abzudecken.

[0018] Vorteilhaft kann die Ausnehmung gebohrt, gefräst und/oder geschliffen werden. Diese Verfahren lassen sich leicht in einen Produktionsablauf integrieren, wodurch der vorgestellte Rahmen vergleichsweise rationell hergestellt werden kann.

[0019] Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn beim Verschweißen der Kunststoffprofile in der sich dabei bildenden Innenecke ein entfernbarer Formteil mit einem zu der Begrenzungsfläche der Abrundung inversen Abschnitt angeordnet wird. Bei dieser Variante wird eine Rundung direkt beim Schweißen der Profile angefertigt, wodurch der Rahmen besonders rationell hergestellt werden kann. Beispielsweise kann der Formteil aus Metall bestehen und im inversen Abschnitt mit Teflon beschichtet sein, um ein Verkleben des Formteils mit dem Rahmen zu verhindern. Der Formteil kann beispielsweise auch beheizt sein, um die Ausbildung einer Rundung zu begünstigen.

[0020] An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die verschiedenen Ausführungsformen des Rahmens beziehungsweise Gebäudebauelements sowie die daraus resultierenden Vorteile sinngemäß auch auf das Verfahren zu deren Herstellung angewendet werden können und umgekehrt.

[0021] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein schematisch dargestellter Kunststoffrahmen nach dem Stand der Technik;

Fig. 2

ein Kunststoffrahmen mit einer Innenrundung, welche mit Hilfe eines Formteils hergestellt wird;

Fig. 3

ein Kunststoffrahmen mit einer Bohrung direkt im Eckbereich und

Fig. 4

ein Kunststoffrahmen mit einer Bohrung etwas außerhalb des Eckbereichs.

[0022] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

[0023] Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Kunststoffrahmen 101 nach dem Stand der Technik, welcher durch Verschweißen von Profilteilen 2, 3 hergestellt wird. In der Fig. 1 ist die dabei entstehende Schweißnaht 4 sowie ein dabei entstehender Wulst 5 zu sehen. In der Regel wird letzterer entfernt, sodass eine scharfkantige Innenecke entsteht. Wenn innerhalb des Rahmens 101 Spannungen entstehen, kann es leicht zur Bildung von Rissen kommen, die normalerweise von der Innenecke ausgehend nach außen verlaufen/entstehen. Diese Risse müssen häufig aufwändig repariert werden, um weiteren Schaden abzuwenden. Im schlimmsten Fall muss der gesamte Rahmen 101 getauscht werden.

[0024] Fig. 2 zeigt nun einen Rahmen 102 mit Kunststoffprofilen 2, 3, welche wiederum an deren Enden beziehungsweise an den Ecken des Rahmens 102 miteinander verschweißt sind. Im Eckbereich des Rahmens 102 ist eine Abrundung 7 mit einer zylindrischen Begrenzungsfläche angeordnet, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders normal zur Rahmenebene (= Blattebene der Fig. 2) verlaufen. In diesem Beispiel ist der Abstand zwischen der Zylinderachse von der durch die Profile 2, 3 gebildeten Innenecke gleich dem Radius des genannten Zylinders. Dadurch werden die Kerbwirkung und die Neigung zur Rissbildung verringert.

[0025] Zur Herstellung des Rahmens 102 werden die Kunststoffprofile 2, 3 hergestellt oder bereitgestellt und anschließend zu einem Rahmen verschweißt. Beim Verschweißen der Kunststoffprofile 2, 3 wird in der sich dabei bildenden Innenecke ein entfernbarer Formteil 6 mit einem zu der genannten Begrenzungsfläche inversen Abschnitt angeordnet. In diesem Beispiel weist der Formteil 6 eine der Innenecke zugewandte Begrenzungsfläche auf, welche dem Mantel eines Viertel-Zylinders entspricht. Beispielsweise kann der Formteil 6 in der angegebenen Richtung bewegt werden. Nach dem Erkalten der Schweißnaht 4 wird der Formteil 6 wieder vom Rahmen 102 wegbewegt.

[0026] Beispielsweise kann der Formteil 6 aus Metall bestehen und im gerundeten Abschnitt mit Teflon beschichtet sein, um ein Verkleben des Formteils 6 mit dem Rahmen 102 zu verhindern. Der Formteil 6 kann beispielsweise auch beheizt sein, um die Ausbildung einer Rundung 7 zu begünstigen.

[0027] Fig. 3 zeigt eine weitere Variante eines verschweißten Kunststoffrahmens 103, welcher dem Rahmen 102 aus Fig. 2 sehr ähnlich ist, in Vorderansicht und im Schnitt AA. Im Unterschied zum Rahmen 102 weist der Rahmen 103 aber eine Bohrung 8 direkt im Eckbereich auf, und dem Kunststoffrahmen 103 ist eine Verblendung 9 aus Metall vorgelagert.

[0028] Bei der gezeigten Variante des Rahmens 103 ist der Abstand zwischen der Bohrungsmitte von einer durch die Profile 2, 3 gebildeten Innenecke kleiner ist als der Radius der genannten Bohrung 8, sodass die Innenecke direkt in die Begrenzungsfläche der Ausnehmung 9 übergeht. Dadurch werden ebenfalls die Kerbwirkung und die Neigung zur Rissbildung verringert.

[0029] Der Vollständigkeit halber wird angemerkt, dass eine "Bohrung" nicht unbedingt mit einem Bohrer hergestellt wird. Alternative Mittel zur Herstellung einer Bohrung sind zum Beispiel ein Fräser, ein Schleifstift, ein Laserstrahl (Laserstrahlschneiden) oder ein Wasserstrahl (Was-serstrahlschneiden).

[0030] Fig. 4 zeigt eine weitere Variante eines verschweißten Kunststoffrahmens 104, welcher dem Rahmen 103 aus Fig. 3 sehr ähnlich ist, in Vorderansicht und im Schnitt BB. Im Unterschied zum Rahmen 103 weist der Rahmen 104 nun aber eine nach außen versetzte Bohrung 8 auf. Das heißt, der Abstand zwischen der Bohrungsmitte von einer durch die Profile 2, 3 gebildeten Innenecke ist größer als der Radius der genannten Bohrung 8. Das Entstehen von Rissen, welche von einer Innenecke des Rahmens 104 ausgehen, wird solcherart zwar nicht unbedingt verhindert, jedoch wird eine weitere Ausbreitung desselben mit Hilfe der Bohrung 8 vermieden.

[0031] In den in Fig. 3 und 4 dargestellten Fällten wird die Bohrung 8 direkt von der Verblendung 9 abgedeckt. Zusätzlich oder alternativ ist natürlich auch vorstellbar, dass die Bohrung 8 mit einem Material aufgefüllt wird, das weicher ist als das Material des Rahmens 103, 104. Konkret ausgedrückt, sollte der Elastizitätsmodul des Füllmaterials unter dem des Rahmenmaterials liegen.

[0032] Generell können die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausnehmungen 8 gebohrt, gefräst und/oder geschliffen werden, insbesondere nachdem die Profilteile 2, 3 miteinander verschweißt wurden und die Schweißnaht 4 erkaltet ist.

[0033] In den Figuren 2 bis 4 wurden die Abrundung 7 beziehungsweise die Ausnehmungen 8 stets mit abschnittsweise kreiszylindrischen Begrenzungsflächen dargestellt. Selbstverständlich können die Abrundung 7 und die Ausnehmungen 8 auch anders geformt sein. Beispielsweise können diese abschnittsweise wie der Mantel eines (allgemeinen) Zylinders mit elliptischer Grundfläche geformt sein.

[0034] Die vorgestellten Rahmen eignen sich insbesondere für den Einsatz bei einem Gebäudebauelement, insbesondere für Fenster oder Türen. Eine Rissbildung aufgrund der kaum zu vermeidenden Spannungen im Gebäudebau kann so wirksam vermieden oder wenigstens verringert werden.

[0035] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Rahmens 102..104, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten desselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.

[0036] Insbesondere wird festgehalten, dass die dargestellten Rahmen 102..104 in der Realität auch mehr oder weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können.

[0037] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass die Rahmen 102..104, sowie deren Bestandteile zum besseren Verständnis ihres Aufbaus teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

[0038] Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Bezugszeichenaufstellung

[0039] 

101..104

Rahmen

2

Profilteil

3

Profilteil

4

Schweißnaht

5

Wulst

6

Formteil

7

Rundung

8

Ausnehmung

9

Verblendung

Ansprüche

1. Rahmen (102..104), umfassend mehrere Kunststoffprofile (2, 3), welche an Ecken des Rahmens (102..104) miteinander verschweißt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Eckbereich des Rahmens (102..104) eine Ausnehmung (8) oder Abrundung (7) mit einer wenigstens abschnittsweise allgemein zylindrischen, runden Begrenzungsfläche angeordnet ist, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders quer zur Rahmenebene verlaufen.

2. Rahmen (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche von einer durch die Profile (2, 3) gebildeten Innenecke gleich dem Radius des genannten Kreiszylinders ist.

3. Rahmen (103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche von einer durch die Profile (2, 3) gebildeten Innenecke kleiner ist als der Radius des genannten Kreiszylinders.

4. Rahmen (104) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Zylinderachse einer kreiszylindrischen Begrenzungsfläche von einer durch die Profile (2, 3) gebildeten Innenecke größer ist als der Radius des genannten Kreiszylinders.

5. Rahmen (102..104) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Rahmen (102..103) mit einem Material ausgefüllt ist, dessen Elastizitätsmodul unter jenem des Rahmens (102..103) liegt.

6. Gebäudebauelement gekennzeichnet durch einen Rahmen (102..104) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Gebäudebauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoffrahmen (102..104) eine Verblendung aus Metall (9) vorgelagert ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Rahmens aus mehreren Kunststoffprofilen (2, 3), umfassend die Schritte:

- Herstellen oder Bereitstellen der Kunststoffprofile (2, 3),

- Verschweißen der Enden der genannten Kunststoffprofile (2, 3) zu einem Rahmen (102..104),

dadurch gekennzeichnet, dass

- in einem Eckbereich des Rahmens (102..104) eine Ausnehmung (8) oder Abrundung (7) mit einer wenigstens abschnittsweise allgemein zylindrischen, runden Begrenzungsfläche angeordnet ist, wobei die Erzeugenden des genannten Zylinders quer zur Rahmenebene verlaufen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) gebohrt, gefräst und/oder geschliffen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschweißen der Kunststoffprofile (2, 3) in der sich dabei bildenden Innenecke ein entfernbarer Formteil (6) mit einem zu der genannten Begrenzungsfläche inversen Abschnitt angeordnet wird.

Zeichnung