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Leistungsgrenze erreicht?

Moderne Isoliergläser
Leistungsgrenze erreicht?

Durch hochentwickelte Funktionseigenschaften avancierten moderne Isoliergläser zu einem der Baustoffe für die Zukunft. Mit dem Überblick über den aktuellen technischen Stand und die bauphysikalische Leistungsfähigkeit stellt sich auch die Frage nach möglichen Weiterentwicklungen der Isolierglastechnik.

Unser Autor: Dipl.-Ing. Wilhelm Hager ist anerkannter Experte und Berater auf dem Spezialgebiet Isolierglastechnik

Bereits im Jahre 1865 wurde Mr. Stetson in den USA ein Patent für eine isolierende Verglasung erteilt. Der Markt für diese damalige Innovation war allerdings noch nicht reif.
Isolierglasgeschichte im Zeitraffer
Es dauerte bis zum Jahre 1934, bis man die Idee von Stetson für den Markt technisch umsetzte: das erste vermarktete Isolierglas hieß „Cudo“ und wurde zuerst in Cunzendorf/Schlesien hergestellt. Es handelte sich um ein geklebtes Isolierglas mit Bleistegen, in die als Trocknungsmittel Silicat Gel eingefüllt war. Die Bleistege überragten seitlich die zu verbindenden Gläser, sie wurden umgebogen, und man hatte ein gut funktionierendes Isolierglas mit Kantenschutz, das bis in die 50er Jahre unverändert blieb.
1938 folgte dann das verlötete Isolierglas Thermopane, das aufgrund seiner durch amerikanisches Marketing geprägten Markteinführung zum langjährigen Gattungsbegriff wurde, heute aber in Deutschland nicht mehr produziert wird.
Mit der Einführung einstufig geklebter Isoliergläser im Jahre 1950 (Multipane) erlebte die Branche einen ungeahnten Aufschwung, zumal sich die Ganzglas-Isoliergläser „Gado“ und „Sedo“ am Markt nicht durchsetzten. Deutsche Isolierglaspioniere wie Alfred Arnold (Gründer der Isolar-Gruppe), Wulle (Gründer der Sandwich-Gruppe, aus der die Sanco-Gruppe hervorging) und Wilhelm Conzelmann (Gründer der Consafis-Gruppe), verhalfen in den 60er Jahren dem geklebten Isolierglas zum Durchbruch in großem Stil.
1970 darf als Geburtsstunde des doppelt gedichteten Isolierglases – erstmals von Consafis kreiert – bezeichnet werden. Dieses System ist heute noch weltweit führend.
Bedingt durch die erhöhten An-forderungen der WschVO 1995 und der kommenden EnEV tritt der Wärmebrückeneffekt des Isolierglasrandverbundes, der c-Wert, mit in den Vordergrund. Die Isolierglasindustrie reagierte darauf mit Isoliergläsern mit „Warmer Kante“. Es gibt hier verschiedene Systeme, um Wärmebrückenverluste zu minimieren. Dabei handelt es sich entweder um dünnwandige Edelstahlprofile, um Kunststoffprofile oder um organische Abstandhalterprofile. Bei den organischen Abstandhalterprofilen, z. B. TPS, und den Metallprofilen ohne oberen Steg, z. B. Intercept, musste das Trocknungsmittel unmittelbar in die Mastix eingearbeitet werden. Der Effekt aller Systeme der „Warmen Kante“ ist eine geringfügige Verbesserung des Uv-Wertes (früher kv-Wert) und eine Steigerung des Wohnkomforts dadurch, dass sich im Randbereich der Isolierglaseinheit kaum noch Tauwasser bilden kann, da der kritische Bereich im Winter um ca. 3 – 4 °C wärmer bleibt als bei konventionellem Isolierglas.
Die Fertigungstechnologie im Wandel der Zeit
Bis in die 60er Jahre dominierte die Flachglasindustrie den Isolierglasmarkt, der damals als Verteilermarkt beschrieben werden konnte. Ab Mitte der 60er Jahre wandten sich mehr und mehr mittelständische Unternehmer – bedingt auch durch die Entwicklung geklebter Scheiben – der Eigenproduktion zu.
Zunächst waren es die Einstufensysteme, die mit einfachen Hilfsmitteln wie Klebebändern oder Klammern gefertigt waren. In der Anfangszeit wurden die Scheiben oft per Hand gewaschen, das Trocknungsmittel mittels Trichter von Hand eingefüllt und die Randversiegelung mit Kartuschen per Handpistole angebracht.
Schon bald wurden die Fertigungstechnologien verbessert und verfeinert. Waschmaschinen übernahmen die Glasreinigung, das Trocknungsmittel wurde per Füllautomat eingebracht und die Randversiegelung per Applikator aus 200 l-Fässern vorgenommen.
Heute ist die Isolierglasfertigung vom Glaszuschnitt bis zur Scheibenabnahme weitgehend automatisiert und optimiert. Die verbesserte und vereinfachte Fertigungstechnologie brachte es mit sich, dass mehr und mehr Betriebe sich der Isolierglasfertigung zuwandten, was neben Fertigungsüberkapazitäten auch zu einem enormen Preisverfall führte und heute so manches Unternehmen der Branche einem gnadenlosen Existenzkampf aussetzt.
Der Weg zum Multifunktions-Isolierglas
Ursprünglich wurde Isolierglas dazu konzipiert, die Wärmeverluste von Verglasungen zu minimieren. Schon bald sollte sich herausstellen, dass im Bauteil Isolierglas viel mehr steckt. Das Zeitalter der Funktions- und Multifunktionsgläser war eingeläutet. Dominierten zunächst die Wärmedämmung und der Sonnenschutz, kamen nach und nach die Funktionen Sicherheit, Schall-, Brand-schutz und Fassadengestaltung hinzu. Glas ist nicht nur ein ästhetischer Werkstoff, es bietet auch alle für die Baubranche wichtigen Eigenschaften wie hohe Funktionalität, Pflegeleichtigkeit, günstiges Preis-/Leistungsverhältnis, schnelle Lieferzeiten und Planungen sowie Gestaltungen in preiswerter, schneller Modulbauweise.
Wärmedämmung
Betrachten wir nun die einzelnen Funktionen etwas näher: In der Wärmedämmung ist oberstes Gebot, Verglasungen zu entwickeln, die hohe Lichttransmission, niedrigen Wärmedurchgang (Uv-Wert), hohen solaren Gesamtenergiedurchgangsgrad (g-Wert) und neutrale Außenansicht besitzen. Zunächst ging der Weg von den Zweifach- zu den Dreifach-Isoliergläsern, so dann erkannte man den Vorteil von Gasfüllungen. Dies führte bis zu den Uv-Werten von 1,8 W/m²K bei einem Lichttransmissionswert t = 72 %.
Damit war die Grenze unbeschichteter Scheiben erreicht. Als Inspiration aus der Thematik Sonnenschutz wurde dann erkannt, dass der Hebel im Bereich der Eindämmung von Strahlungsverlusten angesetzt werden musste. Beschichtungen mit den Edelmetallen Gold, Kupfer und Silber brachten hier den Durchbruch. Aufgrund der besten Eigenschaften setzten sich Silberschichten am Markt durch, da sie die niedrigsten Uv-Werte, den besten g-Wert und die höchste Farbneutralität liefern. Die Initialzündung ging von der Firma Interpane aus, der es als erstem Unternehmen gelang, die problematische Silberbeschichtung „hoffähig“ zu machen. Andere Unternehmen zogen nach, und heute ist auch bei den beschichteten Scheiben die Schallgrenze der Emissivität von e = 0,02 erreicht, solche Scheiben erreichen mit Argonfüllungen einen Uv-Wert nach BAZ von 1,1 W/m²K, einen g-Wert von 52 % und einen tL-Wert von 73 %. Meist findet man in Firmenschriften und Firmenanzeigen noch den Uv-Wert nach DIN 52619, was irreführend ist, denn für die wärmetechnische Auslegung ist nur der im Bundesanzeiger (BAZ) veröffentlichte amtliche Rechenwert zulässig; oft wird jedoch noch der DIN-Wert herangezogen, was in vielen Fällen bereits zu Rechtsstreitigkeiten geführt hat.
Will man die Uv-Werte noch weiter senken, so ist dies über teure Krypton- bzw. Xenon-Füllungen des SZR möglich; mit einem Dreifachaufbau mit zwei beschichteten Gläsern und Xenon-Füllung wurde der bisherige Tiefstwert von Uv = 0,5 W/m²K (BAZ), g = 45 % und tL = 66 % erreicht.
Sonnenschutz
Beim Sonnenschutz werden möglichst hoher Lichtdurchgang, niedriger Uv-Wert und niedriger g-Wert verlangt. Sonnenschutzgläser sollen Räume vor Überhitzung schützen, wenig Energiekosten für Beleuchtung, Beheizung und Klimatisierung verursachen und zudem dem Gebäude ein modernes und filigranes Aussehen verleihen. Sonnenschutz-Isoliergläser gibt es in hard-coating und soft-coating Version, als durchgefärbte Absorptionsgläser und beschichtete Reflexionsgläser. Bauherren, Planer und Architekten haben die Qual der Wahl; sie können aus einer sehr großen Anzahl von Verglasungen mit den verschiedensten Farbeffekten und technischen Werten auswählen. Eine Einstufung nach ihrer Effizienz kann über die Selektionskennzahl vorgenommen werden, denn sie setzt die Lichttransmission ins Verhältnis zum g-Wert. Eine neutrale Scheibe mit den Werten 66/38 hat demnach eine Selektionskennzahl von S = 66/38 = 1,73. Eine weitere wichtige Kenngröße für Sonnenschutzscheiben ist der b-Wert, er setzt den g-Wert der Verglasung ins Verhältnis mit dem g-Wert von Standard-Isolierglas, so besitzt ein neutrales Sonnenschutzglas mit g-Wert = 0,38 demnach einen b-Wert von 0,38/0,80 = 0,48. Den b-Wert benötigt der Klimatechniker zur Berechnung der Kühllast eines Gebäudes.
Schalldämmung
Für den Schallschutz ist eine möglichst hohe Schalldämmung (Rw-Wert) gewünscht, dabei sollte aus der großen Anzahl von Schalldämmscheiben immer die ausgewählt werden, die für den zu dämmenden Lärm das beste Frequenzverhalten aufweist.
Ein Beispiel: Straßenverkehr hat seine Hauptemission im Frequenzband um ca. 250 Hz, deshalb ist bei gleichem Rw-Wert immer die Scheibe auszuwählen, die für dieses Frequenzband die höchste Schalldämmung aufweist. Optimale Schalldämmeigenschaften haben solche Scheiben, die folgende Kriterien erfüllen:
• hohes Scheibengewicht bei großer Biegeweichheit
• asymmetrischer Scheibenaufbau
• möglichst hoher SZR
• Gasfüllung mit SF6 oder Ar/ SF6
• Gießharzscheiben.
Die besten Isolierglas-Schall-dämmscheiben erreichen bei Einhaltung der vorgenannten Kriterien einen Rw-Wert bis 54 dB. Man bedenke, dass eine Dämmung von 10 dB bereits eine Halbierung des empfundenen Geräusch-pegels bedeutet. In jüngster Zeit zeichnet sich ein Verbot des Schalldämmgases SF6 ab, so sind mit SF6 gefüllte Scheiben bereits in der Schweiz und in Österreich verboten. Daraus ist zu folgern, dass sich in der Schalldämmung eine Verschiebung nach Gieß-harzkombinationen abzeichnet.
Wichtigstes, bauaufsichtlich eingeführtes Dokument ist DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“, die derzeit gültige Version wird voraussichtlich Ende November 2000 abgelöst. Danach wird der zur Zeit gültige Frequenzbereich von 100 – 3200 Hz auf 50 – 5000 Hz gespreizt und zudem Korrekturfaktoren c und ctr eingeführt. Für die Branche heißt dies: alle derzeit gültigen Prüfzeugnisse verlieren ihren Wert und müssen ersetzt werden.
Sicherheitsgläser
Sicherheitsgläser können in die Gruppen Gläser für die „passive Sicherheit“ und Gläser für die „aktive Sicherheit“ eingeteilt werden. Gläser der „passiven Sicherheit“ sollen im Bruchfall Menschen und Tiere vor Verletzungen durch die Materie Glas schützen. Glasarten, die dieses Kriterium erfüllen, sind: ESG, VSG, TVG, Drahtglas und Glassteine. Glasarten, die Anforderungen „aktive Sicherheit“ erfüllen, sollen neben passiven Sicherheitseigenschaften auch vor Angriffen Dritter schützen. Man klassifiziert in:
• A-Gläser (durchwurfhemmend)
• B-Gläser (durchbruchhemmend)
• C-Gläser (durchschußhem-mend) und
• D-Gläser (sprengwirkungshemmend).
Solche Gläser sind nur durch speziellen Glasaufbau in Kombination mit Polybuteralfolien (PVB) möglich.
Brandschutz
Brandschutzgläser liegen als G-Gläser oder F-Gläser vor, wobei G-Gläser im Brandfall den Flammen- und Gasdurchtritt verhindern sollen, aber für thermische Strahlung durchlässig sind. F-Gläser erfüllen die Kriterien der G-Gläser und bieten zudem über einen vorgeschriebenen Zeitraum auch Schutz vor der thermischen Strahlung.
Schaltbare Isoliergläser: Eine Frage der Zeit
Das aufgezeigte Leistungsspektrum zeigt den Stand der heutigen Isolierglastechnik. Für die Zukunft werden als Innovationen schaltbare Isoliergläser erwartet, die Anfänge auf diesem Gebiet sind bereits gemacht. Es handelt sich hierbei um Isoliergläser, die sich den äußeren Bedingungen anpassen, das heißt, bei starkem Sonnenschein abdunkeln und ein angenehmes Wohn- oder Arbeitsklima schaffen und bei bedecktem Himmel aufhellen. Bei Brillengläsern ist diese Technik bereits gut gelungen, es dürfte nur noch eine Frage der Zeit sein, bis dies auch im Flachglasbereich optimal möglich sein wird. Eine eingeführte Technologie sind Jalousien im SZR, die im Endeffekt genau das bringen, was man von schaltbaren Gläsern erwartet.
Normen und Richtlinien
Reglementierungen ohne Ende überfluten die Branche, führen zu Verteuerungen der Produkte und bringen manchen Isolierglashersteller in Existenznöte. So hat zum Beispiel die Richtlinie für linienförmig gelagerte Verglasungen seit ihrer Einführung zu größeren Scheibendicken geführt, was nicht unerheblich zur allgemeinen Glasverknappung beigetragen haben dürfte. Auch die generelle Umstellung von DIN auf EN-Normen fordern die Branche über Bedarf heraus und verursachen überproportionale Kosten. Ferner steht die neue EnEV (Energiesparverordnung) ins Haus, auch sie wird der Branche einiges Kopfzerbrechen bereiten, wenn man allein an die Einführung des Feuchtigkeitsfaktors f und des Sonneneintragswertes denkt. Die nächsten Jahre werden bestimmt für die Isolierglasbranche – die auch an erheblichen Überkapazitäten leidet – kein Honiglecken werden, dennoch sieht es „unter dem Strich“ recht gut aus, bewegen wir uns doch in einer Epoche, die man auch als das Glaszeitalter bezeichnen darf. o
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