Parallel zur Vakuumverglasung werden passende Rahmenkonstruktionen entwickelt: Ein optimaler Rahmen für Vakuumverglasungen sollte die Wärmebrücke durch den Randverbund überdecken, schlank und gut dämmend sein. Mit einem Profil komplett aus Polyurethan setzen die Forscher auf eine völlig neue Technik. Das innovative System eignet sich auch für herkömmliche Dreifachverglasungen.

Die Dämmwerte konventioneller Fensterrahmen sind deutlich schlechter als die der besten Verglasungen. Sogar Passivhausrahmen erreichen kaum Uf-Werte unter 0,7 W/(m²K). Der Preis hierfür sind schwerfällige Systeme mit verstärkten Profilen und Beschlägen sowie großen Bautiefen. Die Forscher gingen bei der Entwicklung des Rahmens neue Wege bei Material und Herstellung. Statt wie bisher üblich die Profile aus Aluminium zu pressen oder aus PVC zu extrudieren – Methoden mit begrenzten Optimierungsmöglichkeiten –, wird der Kern des neuen Rahmens in einer Form umschäumt und mit einer Kunststoffschicht ummantelt.

Im Detail

Der gesamte neue Rahmen besteht aus einem einzigen Material: Polyurethan (PU). Dabei umhüllt eine dünne Schicht aus formstabilem und wetterfestem PU-Vollmaterial einen Dämmkern aus aufgeschäumtem PU. Während der Kern hervorragende wärmetechnische Eigenschaften sicherstellt, gewährleistet die Hülle eine gute mechanische und statische Stabilität. Außerdem lässt sie gestalterischen Spielraum: Die Oberflächen können nahezu beliebig beklebt und lackiert werden. Da der Rahmen nur aus einem einzigen Material hergestellt ist, ergeben sich bei der späteren Entsorgung keine Probleme. Zudem ist PU recyclingfähig. Dieser Rahmen erreicht die nötige Stabilität ohne Stahloder Aluminiumarmierung. Auch daraus resultieren sein geringes Gewicht und niedrige Dämmwerte. Mit Dreifachisolierglas der Standardgröße 1,23 m x 1,48 m erreicht ein solches Fenster einen Uw-Wert von 0,8 W/(m²K), mit VIG sogar 0,7 W/(m²K). Damit liegt das neue Profil auf dem Niveau von Passivhausfensterrahmen, allerdings wiegt es weniger und ist mit einer Rahmentiefe von nur 90 mm deutlich schmaler. Auch für die wärmetechnische Schwachstelle beim Vakuumisolierglas, den Randverbund aus Metall, bietet der neu entwickelte Rahmen durch einen hohen Glaseinstand eine Lösung. Das Profil kann Gläser mit Stärken von 9 bis 50 mm aufnehmen und ist sowohl für den Neubau als auch für die Sanierung geeignet. Beim Einbau der Fenster gibt es keine Unterschiede zu herkömmlichen Rahmensystemen. So entsprechen etwa die Abstände der Verschraubungen denen konventioneller Fenster.

Für Fassadensysteme mit Abmessungen von bis zu mehreren Geschosshöhen lässt sich ein solches reines Kunststoffprofil allerdings nicht verwenden, da es keine tragende Funktion übernehmen kann. Deshalb wurde auch eine thermisch optimierte Pfosten-Riegel-Konstruktion auf Basis von Aluminiumträgern entwickelt.

Neue Ansätze bei der Herstellung

Das neue System hat Konsequenzen für die Produktion und Weiterverarbeitung. Zur Aufschäumung, Formung und Ummantelung sind spezielle Maschinen erforderlich. Die Fensterhersteller kaufen das Material in sechs Meter langen Stangen und schneiden diese entsprechend ihren Anforderungen zurecht. Im Gegensatz zu konventionellen Rahmen, kann das rein aus Polyurethan bestehende Profil nicht geschweißt werden. Stattdessen lassen sich die Ecken sowie Rahmen und Verglasung mit einem neu entwickelten Klebstoff verbinden. Die Herstellung des neuen Profils lässt sich als Ergänzung in eine vorhandene Produktion integrieren. Aktuell läuft die Pilotfertigung und es finden erste Gespräche mit Systemherstellern statt. Die Produktionstechnik zur Herstellung von PU-Profilen wird noch 2011 zur Verfügung stehen.

Sehr gut dämmende Rahmen

Momentan verfügbare hochdämmende Rahmen weisen Wärmedurchgangskoeffizienten zwischen 1,1 und 0,7 W/(m²K) auf. Im Einzelfall werden noch etwas geringere Werte erreicht. Mit verbesserten Abstandhaltern sind Uw-Werte von 0,7 bis 0,8 W/(m²K) möglich. Gekoppelt ist dies allerdings an hohe Bautiefen. Bei Passivhausfensterrahmen liegen diese oft bei 120 bis 130 mm. Folgende Rahmenvarianten lassen sich unterscheiden:

• Extruder-Rahmenprofile aus PVC mit innenliegender Stahlarmierung und mehreren Luftkammern. Zusätzliche PU-Ausschäumungen können die Wärmedämmwirkung des Rahmens weiter verbessern.
• Holzrahmen mit Kerndämmung bzw. als Sandwichaufbau mit dämmender Mittel- oder Außenschicht. Das Dämmmaterial ist entweder PU-Integralschaum, PU-Recyclat (Purenit), Styrodur oder Weichfaserdämmstoff. Die Anordnung der Dämmschichten ist dabei je nach Hersteller unterschiedlich. Außerdem gibt es Holz-Aluminium-Fenster mit PU-Dämmkern.
• Aluminiumrahmen, bei denen die Rahmenschalen mit einem PU-Dämmkern ausgefüllt sind.
• Weitere Entwicklungen: Ausgeschäumte Kunststoffprofile, in denen die Stahlarmierung durch glasfaserverstärkte Profile ersetzt wird sowie Holzrahmen, die mit außenliegenden holzfaserverstärkten Profilen kombiniert werden.

Forschungsakzent Vakuumisolation im Bauwesen (ViBau)

Die Entwicklung hocheffizienter Wärmedämmelemente für die Gebäudehülle wurde im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Energieoptimiertes Bauen (EnOB) unter dem Forschungsakzent ViBau über mehrere Jahre mit Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert. Standen zunächst Entwicklungen und grundlegende Tests der evakuierten Elemente im Vordergrund, so wurde im Weiteren die Praxistauglichkeit getestet und demonstriert. Parallel hierzu wurden einzelne Komponenten optimiert, Systeme für eine praxisgerechte Systemintegration entwickelt und erprobt. Zudem wurden spezielle Methoden für die Qualitätsprüfung und -sicherung erarbeitet. Nachdem verschiedene erste VIP-Produkte eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erhalten haben und kommerziell verfügbar sind, wird im Rahmen einer wissenschaftlichen Begleitforschung die Funktionstüchtigkeit in der allgemeinen Baupraxis überprüft. Die Potenziale, aber auch die Besonderheiten dieser innovativen Wärmedämmtechnik werden aktuell einer breiteren Öffentlichkeit näher gebracht und das Wissen in der Aus- und Weiterbildung von Fachplanern und Ausführenden verankert. Bei den Vakuumisoliergläsern, die von den Planern kein großes Umdenken verlangen, gehtman aktuell den Schritt von einer Prototypen- hin zu einer Serienfertigung. Besonderheiten in Planung und Anwendung sind nicht zu erwarten.