Verglasungen bilden noch immer die wärmetechnische Schwachstelle von Gebäuden. Die Wärmedurchgangskoeffizienten hochdämmender Dreischeiben-Verglasungen von 0,5 bis 0,7 W/(m²K) liegen um das Fünffache über denen opaker Fassaden im Passivhausstandard. Isolierglas mit Vakuum im Scheibenzwischenraum würde nicht nur besser dämmen, sondern wäre auch schlanker und leichter. Forscher haben bereits Mustergläser entwickelt und auf Herz und Nieren geprüft. Jetzt wird an der Serienreife von Produkt und Fertigungstechnik gearbeitet.

Vakuum im Scheibenzwischenraum anstelle von Edelgasen – diese Idee könnte den Verglasungen zu einem enormen Entwicklungssprung verhelfen. Während beim Übergang von der Zwei- auf Dreischeibenverglasung die verbesserte Dämmwirkung durch höhere Systemstärken – mehr hilft mehr – erreicht wird, kommt beim Vakuumisolierglas (VIG) eine qualitative Verbesserung zum Tragen: die Ausschaltung der Gaswärmeleitung im Scheibenzwischenraum. So können auch im Zweischeibenaufbau Ug–Werte von 0,5 W/(m²K) bei Systemstärken unter 10mm erreicht werden. Vakuumverglasung wäre damit nicht nur deutlich schlanker und leichter, sondern auch in der Dämmwirkung um ein Zwei- bis Dreifaches besser als konventionelle Isolierverglasung. Zur Realisierung muss der Gasdruck im Scheibenzwischenraum auf Werte unter 0,001 Millibar, d. h. ein Millionstel des Atmosphärendruckes, evakuiert werden.

Technische Herausforderungen

Für eine in Europa konkurrenzfähige Vakuumverglasung mussten die Forscher einen ausreichend dichten, thermisch stabilen Randverbund entwickeln sowie optisch, thermisch und mechanisch geeignete Stützen, die den atmosphärischen Druck auf den Scheibenzwischenraum aufnehmen.

• Randverbund

Der Randverbund muss nicht nur über die Lebensdauer des Fensters dicht sein, sondern auch die Längenänderungen aufnehmen, die die gute Dämmwirkung durch die erheblichen Temperaturschwankungen zwischen äußerer und innerer Scheibe entstehen lässt. Glas wäre zwar an sich gut geeignet, ist jedoch zu starr. Das führt bereits bei geringen Temperaturunterschieden zu hohen mechanischen Spannungen. Mit dünner Metallfolie konnten die Entwickler das Problem lösen. Ihre Elastizität gleicht temperaturbedingte Spannungen aus. Sie wird auf die Glasscheibe aufgelötet und anschließend in einer Vakuumkammer umseitig gasdicht verschweißt. Mit diesem Aufbau lassen sich Ug-Werte von 0,5 W/(m²K) erreichen.

• Stützen

Damit der Druck der umgebenden Atmosphäre die Scheiben nicht zusammenpresst, müssen diese durch winzige Stützen in einem regelmäßigen Raster auf Abstand gehalten werden. Die Größe der Abstandhalter, der Abstand der einzelnen Stützen zueinander sowie die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials beeinflussen den Gesamtwärmeverlust des Vakuumglases. Während für Optik und Thermik des Vakuumglases kleine Stützen mit geringer Auflagefläche günstig sind, trifft auf die Anforderungen an die Mechanik genau das Gegenteil zu. Als bester Kompromiss wurden Edelstahlzylinder in einem Raster von rund 30 x 30 mm ermittelt. Mit einem Durchmesser von 0,5 mm werden die Stützen nur vor kontrastarmem Hintergrund und bei einem Abstand von weniger als einem Meter wahrgenommen. Durch eine spezielle Behandlung reflektieren die Zylinderoberflächen die einfallende Solarstrahlung diffus und es tritt keine Blendung auf.

Vakuumverglasung für alle Fälle

Fenster, Fassaden oder Überdachungen für Neu- und Altbauten – das werden die Hauptanwendungsfelder für  VIG sein. Aber auch in Solarkollektoren, Fahrzeugen und Kühlgeräten ist es denkbar. Neben der Standardausführung aus Floatglas lassen sich Sicherheitsgläser als ESG oder VSG sowie Wärmeschutz- oder Sonnenschutzverglasungen realisieren. VIG lässt sich hinsichtlich Energiedurchlass und Lichttransmission mit herkömmlichen Zweischeiben- Wärmeschutzverglasungen vergleichen, durch seine gleichzeitige exzellente Dämmwirkung ermöglicht es aber höhere solare Gewinne.

Noch in der Forschung

Im Labormaßstab wurden bereits gasdichte Musterscheiben hergestellt und ihre mechanische Stabilität bestätigt. Die Arbeiten konzentrieren sich jetzt auf die Entwicklung von Füge- und Produktionsverfahren zur Serienfertigung von VIG. Durch die Fertigung in einer Vakuumkammer entfällt der Auspumpstutzen, der bei den asiatischen Verglasungen noch den Sichtbereich stört. Eine Demonstrationsanlage zum Test der einzelnen Prozessschritte ist in Betrieb. Um den VIG-Testscheiben eine vergleichbare Maximalbelastbarkeit und Dauerhaltbarkeit wie konventionellen Verglasungen zu bestätigen, wurden neue Prüfverfahren entwickelt. Mit der großtechnischen Produktionstechnologie soll der Quadratmeter VIG langfristig rund 100 € kosten, also nicht über dem Preis herkömmlicher Dreifachgläser liegen.