Rahmen-k-Wert optimiert

Der erste Schritt zur Verbesserung des Rahmen-k-Wertes nahezu aller Systemgeber bestand zunächst darin, eine Optimierung bei gleicher Bautiefe durch zusätzliche Stege zu erzielen. Bei der Erhöhung von Zweikammer- zu Dreikammerprofilen brachte dieser Versuch noch eine nennenswerte Verbesserung. Eine weitere Steigerung der Kammernanzahl führte jedoch nicht zu den gewünschten Ergebnissen.

Von Anfang an stand bei Gealan fest, dass ein komplett neues System entwickelt werden muss; denn neben der verbesserten Wärmedämmung galt es, weitere Anforderungen zu erfüllen:

• Lüftungsmöglichkeit

• keine Verschlechterung der statischen Werte

• schmale Ansichten

• verbesserter Einbruchschutz

• Recyclingfähigkeit.

Für Matthias Rühr von der Gealan-Konstruktionsabteilung und seine Kollegen galt es, vor Aufnahme der Entwicklungsaktivitäten die grundsätzliche Frage zu klären, wie die Beschaffenheit eines Fensterprofils aussehen muss, das neben den aufgeführten Kriterien eine wesentlich bessere Wärmedämmung aufweist. Klar war, dass die Bautiefe entsprechend vergrößert werden musste. Aus der Erfahrung mit dem System S 6000 wusste man, dass eine Verbesserung des k-Wertes mit einem Mitteldichtungssystem leichter zu erreichen ist als mit einem Anschlagdichtungssystem. Aus der mittig angebrachten Dichtung im Blendrahmenfalz resultieren zwei stehende Luftschichten, die einen besseren Wärmedämmwert ermöglichen als die große Luftschicht des ganzen Blendrahmenfalzes. Früh schied die in Betracht gezogene Möglichkeit aus, Hohlkammern auszuschäumen oder eventuell auch geschäumte Vorsatzschalen vor die Rahmen zu setzen. Hier war man der Meinung, dass dieser Mix nur schwer zu recyceln ist und somit nicht in Frage kommt.

Mit Hilfe eines Isothermenprogramms haben die Entwickler das Innenleben des möglichen neuen Profils untersucht, um Schwachstellen sukzessive abzustellen. Besonders wichtig war es den Konstrukteuren, jede Änderung am Profil durch eine Vergleichsrechnung mit dem Isothermenprogramm hinsichtlich der Wärmedämmung zu untersuchen. Hier kam es zunächst nicht auf den k-Wert selbst an, sondern vielmehr auf die Verbesserung des Wertes bezüglich der Veränderung am Profil. Wichtig war nur der Unterschied zwischen den einzelnen Entwicklungsstufen. Um diese Vergleiche leichter vorliegen zu haben, wurde mit dem Programm der Uf-Wert bestimmt. Erstmals konnten auch die Wärmeströme innerhalb des Profils während der Entwicklungszeit grafisch dargestellt werden. Diese Erkenntnisse waren für die Gestaltung und die Lage der inneren Stege und Kammern von großem Nutzen.

Zunächst wurde die neue Bautiefe festgelegt. Denn bessere Wärmedämmung wollte man nicht zu Lasten einer verschlechterten Statik erkaufen. „Bei einer zunächst angedachten Bautiefe von 70 mm war nur eine Zwischenlösung möglich. Gute Dämmeigenschaften ließen sich so nur durch eine Verschlechterung der statischen Werte erreichen“, erläutert Rühr. Auf der Basis der zunächst angedachten Bautiefe von 70 mm entstand die erste Zeichnung einer Flügel-Blendrahmen-Kombination, die in unser Isothermenprogramm übernommen wurde. Die Berechnung ergab als „Basiswert“ einen Uf-Wert von 1,515 W/m²K. Auf Grundlage dieser Konstruktionsvorgabe sollte nun Schritt für Schritt das Profil optimiert werden. Für diese Detailarbeit waren die oben genannten Wärmeströme innerhalb des Profils und der Aussteifung wichtig. In Abbildung 1 sieht man den Fluss der Wärme farbig abgestuft: Helle bis weiße Bereiche zeigen einen sehr großen Wärmefluss an, der in der nächsten Variante möglichst eliminiert werden sollte.

Der Bereich des größten Wärmeflusses ist erwartungsgemäß im Aussteifungsstahl zu finden. Nun kann generell nach einem anderen Material Ausschau gehalten werden, welches eine geringere Wärmeleitfähigkeit hat. Stahl, so war man sich bei Gealan einig, sei allerdings von der Stabilität sowie von der Kosten- und Bearbeitungsseite das optimale Material. Bereits zuvor geführte Berechnungen hatten gezeigt, dass der Stahl durch kleine Kunststoffnäschen von den Stegen getrennt werden muss, um den großflächigen Kontakt zur Wandung zu unterbinden. Dies habe noch den Vorteil, dass sich dort eine zusätzliche Kammer mit einer stehenden und somit gut dämmenden Luftschicht bilde, resümiert Matthias Rühr.

Um die Entkopplung des Stahls weiter zu verstärken, wurde bei der nächsten Variante die Bautiefe auf 72 mm erhöht. In Richtung des Wärmeflusses war nun Platz für eine weitere Kammer. Zusätzlich wurde der Stahl auf zwei PVC-Füße gestellt, der den direkten Kontakt zum Blendrahmenrücken verhindern sollte (Abb. 2). Der berechnete Uf-Wert betrug 1,457 W/m²K, was einer Änderung von 0,058 W/m²K gegenüber dem Basiswert entsprach.

„Die Begutachtung der Wärmeströme zeigt, dass die unteren Abstandhalter den Wärmestrom zum Stahl nicht unterbinden. Das war auch für uns ein überraschendes Ergebnis. Der Wärmefluss fand komplett über die kleinen unteren Stege in den Stahl statt“, so Matthias Rühr weiter. Deshalb verzichteten die Gealan-Konstrukteure bei der nächsten Entwicklungsstufe auf die unteren Abstandhalter. Dieser zusätzlich gewonnene Platz wird beim neuen Profil S 7000 IQ nun mit einem größeren Stahl genutzt, womit sich die Statik des Profils verbessert.

Auch ein zweiter Schwachpunkt ließ sich durch die Wärmestromdarstellung aufdecken. Im Bereich des mittleren Dichtungsanschlags fand ein großer Wärmefluss zum Stahl hin statt. Zu erkennen ist dies an der hellen bis weißen Farbe in der Darstellung. Dieser Bereich blieb bei der Profilentwicklung bisher immer unberücksichtigt. Der nächste Profilvorschlag sollte gerade diesen Punkt entschärfen. Die Bautiefe wurde von 72 auf 74 mm erhöht. Um den angesprochenen Bereich des mittleren Dichtungsanschlags zu verbessern, wurde an dessen vorderem Ende die Außenkontur nach oben gezogen. Das sollte den Wärmestrom zum Stahl hin weitestgehend unterbinden. Anschließende Berechnung haben diese Annahme bestätigt. Das Wärmestrombild (Abb. 3) zeigt an diesem Bereich eine weitaus dunklere Farbgebung als die beiden vorausgehenden. Zwar findet noch ein Wärmefluss statt, jedoch ist dieser bei weitem geringer. Auch im Uf-Wert schlägt sich diese Verbesserung nieder. Hier wurde ein Vergleichswert von 1,437 W/m²K erreicht.

Mit diesen Vorgaben wurde dann das Profil erstellt. In der Hotbox wurde auf herkömmliche Art und Weise eine k-Wert-Prüfung durchgeführt. Der Uf-Wert kann nach Aussage der Fachkreise um ca. 0,2 W/m²K vom k-Wert nach oben abweichen. Man konnte durch die vorausgehenden Berechnungen sicher sein, dass hier im Bezug auf den k-Wert ein großer Schritt nach vorne getan wurde. Die Prüfung beim ift in Rosenheim bestätigte schließlich die Gealan-Berechnung des hervorragenden k-Wertes von 1,2 W/m²K.

Für Rühr steht fest: „Die Bautiefen werden weiter steigen und die Anzahl der Kammern erhöht. So wird in nicht allzu langer Zukunft auch ein k-Wert von 1,0 W/m²K realisierbar sein. Natürlich müssen wir uns nach der Einführung der Energieeinsparverordnung zunächst an betragsmäßig höhere Werte gewöhnen, was aber nichts an der Tatsache ändert, dass die Wärmedämmung der Fenster weiter zunehmen wird.“

Am thüringischen Gealan-Produktionsstandort Tanna wird gerade ein neues, mehr als 20 000 m² großes Logistikzentrum errichtet. Vorgesehen sind Büroräume, Ver- und Entladebereiche sowie ein Zentrallager. Über 3500 unterschiedliche Fensterprofile und 1500 Zubehörteile können dort vorgehalten werden.

Außerdem erhöht Gealan die Kapazitäten in den deutschen Extrusionswerken der Gruppe um 25 %. So wird beispielsweise in Tanna eine eigens entwickelte Hochleistungsextrusionsanlage installiert.

(Gealan auf der fensterbau: Halle 3, Stand 227) o