Projekt 14451/01

Entwicklung hochwärmegedämmter rahmenloser Tür- und Fensterflügel

Projektträger

Woschko Winlite GmbH
Abtsäckerstr. 38
74189 Weinsberg
Telefon: 07134/9812-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines hochwärmegedämmten, neuartigen Fenstersystems, in den gebräuchlichen Ausführungen, wie Dreh - Kipp - Beschlag, Stulp- und T-Sprossen-Fenstern mit ent-sprechend wärmeisoliertem Blendrahmen. Dieses neue, komplette Fenstersystem sollte mit einen Wärmedurchgangskoeffizienten kF R 0,8 W/m² K den Wärmeverlust der heute gebräuchlichen Fenster mehr als halbieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFolgende Arbeitsschritte waren notwendig, um das Projektziel zu erreichen:
- Entwicklungsplanung,
- PC - Simulationsprogramm WinISO,
- Festlegung der Materialien und Konstruktionsdaten,
- Festlegung der Fensterausführung,
- Technische Übertragung der ermittelten Fensterausführungen,
- Technische Übertragung der Blendrahmenausführungen,
- Statik von Fenster und Blendrahmen,
- Komplettierung der Fenstersysteme,
- Entwicklung der Beschlagaufnahmeprofile (BAP) u. der Beschläge,
- Entwicklung und Herstellung der Einzelteile für Prototypen,
- Montage und Prüfung der Prototypen,
- Herstellung von kompletten Prüffenstern mit Blendrahmen,
- Prüfungen und Baumusterzulassung.
Im Verlauf der Entwicklung wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmedämmung von Fenstern untersucht. Erprobt wurden evakuierte Glasscheiben in Größe 1 x 1 m; evakuierte Hohlräume in den Blendrahmen, Ausfüllen der Blendrahmen mit evakuierten Wärmedämmpaneelen sowie Vorsetzen von Vakuumpaneelen vor Fenster- und Blendrahmen.


Ergebnisse und Diskussion

Die zunächst durchgeführten Versuche und Entwicklungen mit evakuierten Glasscheiben und mit bis zu 8 evakuierten Hohlräumen im Blendrahmen ergaben keine Lösungen. Die Scheiben, Größe 1 x 1 m implodierten bereits ab Evakuierung des Zwischenraums auf 600 mbar. Die Wärmedämmung konventionell gedämmter Blendrahmen konnte mit den evakuierten Rahmen nur unwesentlich verbessert werden. Die Wärmeleitfähigkeit derartiger Hohlräume ergibt sich aus der Wärmeleitung durch Strahlung und durch Wärmeleitung im Restgas, während die Konvektion aufgrund der geringen Drücke kaum noch zu berück-sichtigen ist. Um diese Ausführung zu optimieren, wurden Berechnungen der Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Drücken sowie mit und ohne Verspiegelung der Hohlräume durchgeführt. Trotz dem Einsatz einer Dreischeibenverglasung mit dem sehr guten kV-Wert von 0,7 W/m² K und der sehr guten Wärme-dämmung der einzelnen Vakuumkammern des Rahmens wurde für kF nur 1,50 W/m² K erreicht. Der Grund dürfte in der ungenügenden Wärmedämmung im Bereich des Glaseinstandes sowie den Wärmebrücken zwischen den einzelnen Vakuumkammern liegen. Zusätzlich wurden noch verschiedene Varian-ten berechnet, um Verbesserungen zu finden. Da jedoch auch die Fertigungstechnik für die Evakuierung der einzelnen Kammern und die dauerhafte Abdichtung problematisch und mit rel. hohen Kosten verbunden gewesen wären, wurde von weiteren Entwicklungsarbeiten in diesem Bereich abgesehen.

Erst der Einsatz der Vakuum-Dämmpaneele erbrachte den gewünschten Fortschritt. Ein derartiges Paneel besteht aus einem porösen Kernmaterial, z. B. Kieselsäure, das in einer Vakuumkammer in eine hoch gasdichte Hüllfolie eingeschoben, evakuiert und verschweißt wird. Die Wärmeleitung einer derartigen Anordnung wird durch das eingeschlossene Gas und die Wärmeleitfähigkeit des Kernmaterials bestimmt und beträgt Û = 0,004 W/m K. Nach Versuchen mit verschiedenen Formen und Einbaumethoden der Vakuumpaneele wurde eine Fensterausführung erarbeitet, bei der dem Fenster je Seite ein einziges Vakuumpaneel vorgesetzt wird, das sowohl den Fensterrahmen als auch den Blendrahmen überdeckt. Dadurch ergab sich für die Fenster eine enorme Vereinfachung und Kostensenkung bei ausgezeichneter Wärmedämmung. Anstelle von zunächst 28 Paneelen je Fensterelement werden jetzt nur noch 4 Vakuumpaneele benötigt. Trotz Wärmeverlustzonen an den Befestigungen unten und oben sowie am Glasüberschlag wurde für diese Ausführung ein Wert kF< 0,8 W/m² K nachgewiesen. Diese Ausführung wurde durch das Passivhaus-Institut Darmstadt als Passiv Haus taugliche Komponente zertifiziert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Obwohl die Entwicklung noch nicht abgeschlossen war, wurde ein vorläufiger Prototyp auf der Baumesse in München Bau 2001 München vom 16.01. bis 21.01.2001 ausgestellt, der sehr großes Interesse fand. Zur Messe wurde außerdem ein Prospekt hergestellt und verteilt. In dieser Schrift ist der Fensteraufbau, insbesondere der Einsatz der Vakuum - Paneele erläutert. Außerdem sind verschiedene Einbauvorschlä-ge dargestellt. Als weitere Marketing - Maßnahme wurde das neue Fenstersystem auf der Messe Erneuerbare Energien vom 17.02. bis 20.02.2001 in Böblingen ausgestellt. Mit einer Musterecke beteiligte sich Woschko Winlite GmbH an der Ausstellung Energie im März 2001 in Innsbruck. Zusätzlich erschienen seit Herbst 2000 zahlreiche Veröffentlichungen in bisher 10 verschiedenen Fachzeitschriften über das neue Fenstersystem.


Fazit

Mit dem Entwicklungsvorhaben konnte gezeigt werden, dass die Wärmedämmung von Verglasungen im kritischen Verglasungsrand- und im Rahmenbereich durch den Einsatz von Vakuumpaneelen erheblich verbessert werden kann. Dabei bleibt das gewohnte Aussehen der Fenster, insbesondere die Rahmenbreite, erhalten. Die Wärmedämmung des kompletten Fenster ist mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten kF = 0,79 W/m² K so hoch, das es sogar durch das Passiv Haus Institut Dr. W. Feist Darmstadt als Passiv Haus geeignete Komponente zertifiziert wurde. Um die hohe Wärmedämmung des Fenstersystems durch den Einbau nicht zu verschlechtern, müssen detaillierte Einbauhinweise für die verschiedenen Einbausituationen vorgegeben werden.
Die Entwicklungsarbeiten konnten somit erfolgreich abgeschlossen werden.
Für das Fenstersystem liegen inzwischen zahlreiche Anfragen vor. Drei Neubauten werden z. Zt. mit dem neuen Fenstersystem ausgerüstet. Lizenzverhandlungen mit einem großen Fensterhersteller stehen an.