Energieeffiziente und stabile Fenster mit Polyurethan-Composites

Eine effiziente Wärmedämmung von Gebäuden senkt den Energieverbrauch und schont den Geldbeutel von Eigentümern oder Mietern. Darüber hinaus leistet sie einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz. Insbesondere Fenster und Fassaden sind oft eine Quelle für Wärmeverluste. Um diese zu verringern, kommt es neben dem Einsatz von Mehrfachverglasungen vor allem auf gut gedämmte Fensterrahmen an.

Bayer_Foto_2013-0545Große und lichtdurchflutete Fenster liegen im Trend, vor allem in öffentlich genutzten Gebäuden. Deshalb werden die Rahmen schmaler ausgelegt und müssen über eine entsprechend hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität verfügen. Zur Erfüllung all dieser Forderungen hat Bayer MaterialScience eine effiziente, robuste und dauerhafte Materiallösung entwickelt. Sie basiert auf Faserverbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten Polyurethanen als Matrixmaterial.

„Diese Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Wärmedämmung aus“, erläuterte Dr. Andreas Hoffmann, Leiter des Projekts in der Region Europa. Die Wärmeleitfähigkeit liegt in einem ähnlich niedrigen Bereich wie die von Holz und Polyvinylchlorid (PVC). „Die Fensterrahmen können somit einen signifikanten Beitrag leisten, die Anforderungen von Energie-Einsparverordnungen und Passivhaus-Standards zu erfüllen“, so Hoffmann.
Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften sind vor allem auf den hohen Glasfasergehalt von rund 80 Gewichtsprozent zurückzuführen. Dadurch ist die Herstellung von Profilen mit sehr schmaler Ansichtshöhe und geringer Bautiefe möglich, etwa für die Verglasung von Dachflächen oder von Bauteilen mit begrenztem Platzbedarf. Dazu zählen etwa Schiebetüren für Balkone und Terrassen. Ein konkretes Beispiel ist eine wärmedämmende Hebeschiebetür der Internorm International GmbH. Dank einer nur vier Zentimeter dicken Bodenschwelle und einer schmalen Rahmenkonstruktion bietet die Tür eine große Gesamtglasfläche und lässt somit viel Licht durch.

Alternativ können auch große Profile hergestellt werden, beispielsweise für Fassadenfenster mit großen Glasflächen. Das gute mechanische Eigenschaftsniveau trägt auch zu einer Verringerung des Gesamtgewichts bei. Das erleichtert die Montage und nicht zuletzt das spätere Öffnen der Fensterelemente.

Die Verbundwerkstoffe werden durch eine geeignete Lackierung oder Aufbringung einer Kaschierfolie vor Witterungseinflüssen geschützt. Die Gefahr einer Verrottung wie bei Holzrahmen oder Versprödung wie im Falle von PVC besteht nicht. Dank der guten Dimensionsstabilität des Materials kommt es auch bei stärkeren Temperaturwechseln nur zu geringen Spannungen an der Nahtstelle zwischen Glas und Fensterrahmen: Sie bleibt dauerhaft dicht.

Die Herstellung der faserverstärkten Profile erfolgt mit einem kontinuierlichen Verfahren, das als Pultrusion oder Strangziehen bekannt ist. Dabei werden Faserbündel, etwa aus Glas- oder Carbonfasern, von Spulen durch eine geschlossene Injektionsbox gezogen und dort mit der flüssigen Polyurethan-Matrix imprägniert. Unter Wärmeeinfluss härtet der Faserverbundwerkstoff in der vom Werkzeug vorgegebenen Form – in diesem Fall einem Fensterprofil – vollständig aus. Er wird dann von einer mitlaufenden Säge konfektioniert.

Schließlich werden die Teile – gegebenenfalls nach weiterer Bearbeitung mittels Schleifen, Fräsen oder Bohren – in die Fenster- oder Fassadenelemente eingebaut. Bei Verwendung des Polyurethansystems lassen sich meist höhere Produktions-geschwindigkeiten umsetzen als bei alternativen Matrixwerkstoffen wie Polyester, Vinylestern oder Epoxidharzen.

Mit der Verwendung in Fenstern und Fassaden sind die Möglichkeiten für Polyurethan-Pultrudate aber keineswegs erschöpft. Vielversprechende Perspektiven eröffnen sich auch im Transportwesen, wo sie verglichen mit Metall eine sehr gute mechanische Belastbarkeit bei geringerem Gewicht zeigen. Weitere Beispiele sind Infrastrukturprojekte wie der Brückenbau oder die Errichtung von Strommasten. Aufgrund ihrer hohen Bruchsicherheit und Verschleißbeständigkeit kommen aus Pultrudaten hergestellte U-förmige Profile bereits im Industrieanlagenbau zum Einsatz.