Schichten, Schalen und Verbundwerkstoffe

Holz als Rahmenwerkstoff für Fenster hat die längste Tradition. Durch verschiedene Umstände sind in den vergangenen Jahren reine Holzfenster zunehmend verdrängt worden. Insbesondere der Pflegeaufwand, verbunden mit hohen Preisen, aber auch Schwächen wie z. B. Tauwasserbildung und daraus resultierende optische Mängel, sind Faktoren für den schwindenden Marktanteil. Bei der Analyse wird deutlich, dass der Werkstoff nach wie vor bestechende Argumente für einen Einsatz im Fenster besitzt, die Konstruktion in vielen Bereichen den aktuellen Anforderungen aber anzupassen und auf zukünftige Herausforderungen vorzubereiten ist. Ein Ansatz mit hohen Erfolgsaussichten ist dabei die Kombination innovativer Materialien und Technologien.

Holzfenster gemäß DIN 68121 bestehen aus einem gleichartigen Holz; die Kantel wird in der Praxis meist aus drei Einzellagen mit ggf. unterschiedlichen Holzqualitäten gebildet.

Die Einbindung von weiteren Materialien kann mittels einer Vielzahl von Konzepten erfolgen. Wesentliche Ansätze sind in der Folge beschrieben.

Eine Vielzahl von „neuen“ Holzwerkstoffen und Vergütungsprozessen zielen darauf ab, die unerwünschten Quell- und Schwindverformungen zu minimieren und eine gleichmäßige Qualität der Produkte sicherzustellen. Damit verbunden ist auch eine geringere Wasseraufnahme. Das Material wird meist als Ersatz der Außenlamelle verwendet; wesentliche Änderungen am Profilsystem werden nicht vorgenommen. Zusätzlich werden für die Raumseite auch Lamellen bis hin zu Furnierauflagen aus dekorativen Hölzern vorgesehen.

Bei Holz-Metallfenstern wird seit längerer Zeit erfolgreich eine dem Holzrahmen vorgesetzte und gleitfähig gelagerte Wetterschutzschicht eingesetzt. Grundsätzlich wäre der Einsatz von Schalen auch auf der Raumseite für Dekorrahmen denkbar. Mit dieser Technik können in der Hauptsache stark unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbunden werden. Auch eine gewisse mechanische Belastbarkeit der Verbindung ist gegeben.

Ein Verbundwerkstoff besteht aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, dabei wird in der Regel für Holzfenster auch ein gewisser Holzanteil gewünscht. Typische Werkstoffe sind hierfür MDF oder Extrusionsmaterialien wie WPC (Wood plastic composites). Bei diesen Materialien handelt es sich um Teilchen-, Faser- oder Durchdringungs-Verbunde. Eine weitere Art wären die Schichtverbundstoffe, bei denen die Ausgangsmaterialien parallel als solche erkennbar vorliegen (was streng genommen auch für die lamellierte Holzkantel gilt). Diese Verbundstoffe können ein gesamtes Profil, eine Schicht und/oder eine Schale bilden. Verbundwerkstoffe besitzen Vorteile, die in den Ausgangswerkstoffen nicht bestehen. Sie werden zum Wetterschutz und auch zur Stabilisierung des Rahmens eingesetzt.

Beim Begriff „Verbund“ können auch Verbundkonstruktionen gemeint sein. So wird das Zusammentreffen mehrerer Baugruppen wie beim zweiteiligen Flügel eines „Verbund“-Fensters, aber auch der Verbund der Schalen und Schichten so bezeichnet. Auch die Verbindung von Glas und Rahmen mittels Klebung liefert Verbundkonstruktionen.

Beim Einsatz von derartigen Werkstoffen müssen auch neue Konstruktionsdetails, Herstellungsverfahren und Hilfsstoffe entwickelt und erprobt werden. Auch die Profilausbildung mit ihren bekannten Schwachstellen wie die raumseitige Luftdichtheit sollte dabei analysiert und optimiert werden.

Folgende Punkte gilt es dabei u. a. zu beachten:

Damit wird klar, dass sich die Konstruktion deutlich von den herkömmlichen Holzfensterkonstruktionen entfernen kann.

Im Bausektor sind in Bezug auf die Nutzungsdauer und Nutzungsumstände einige Besonderheiten zu berücksichtigen. Für langlebige Konstruktionen werden Zeiträume von 25 Jahren und darüber hinaus angegeben. Dabei soll das Fenster seine Eigenschaften weitgehend wartungsfrei bzw. wartungsfreundlich auf einem hohen Niveau behalten. Für neue Materialien und Materialkombinationen bedeutet dies, dass vor der Markteinführung ein hoher Aufwand an Prüfungen erfolgen muss. Diese Prüfungen zur Dauerhaftigkeit bei Bewitterung, Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen und/oder Standfestigkeit usw. können dabei prinzipbedingt das tatsächliche Altern und die realen Belastungen nur eingeschränkt abbilden. Dennoch muss mit den Prüfungen das Vertrauen in die vorgesehenen Konstruktionen gefestigt werden.

Für die Zukunft der Fensterkonstruktionen zeichnen sich bereits einige Tendenzen ab, die bei neuen Konstruktionen unabhängig von der Wahl der Materialien zu berücksichtigen sind:

Mehrere Forschungsprojekte des ift Rosenheim befassen sich mit den „Baustellen“ des Holzfensters. Es werden verschiedene Kombinationen mit Stoffen wie modifizierte Hölzer, Dämmstoffe usw. und verschiedene Bauweisen untersucht. Weiterhin werden alternative Beschichtungsverfahren geprüft, um die Oberflächenbeschichtungen haltbarer, preiswerter und sicherer zu gestalten.

Alle Ergebnisse zeigen, dass eine Vielzahl von Möglichkeiten besteht, bekannte Schwachpunkte der Holzfenster deutlich zu verbessern. Es fällt allerdings auf, dass die Themen recht komplex miteinander verbunden sind, und so eine einfache Anleitung zur Auswahl von Werkstoffen, Konstruktionen und Verfahren nicht entstehen kann.

Für die Hersteller von Holzfenstern bedeutet dies, eine enge Abstimmung mit Zulieferern, Maschinenherstellern, Kunden und auch Partnerfirmen vorzunehmen und die neuen Konstruktionen gemeinschaftlich im Kreativen Verbund voranzubringen. ■