Entwicklungstendenzen bei Kunststofffenstern

Dipl.-Ing. (FH) Ingo Leuschner
ift Rosenheim
Entwicklungstendenzen bei
Kunststofffenstern
1 1 Der Blick in den Rückspiegel
Betrachtet man die einschlägigen Fachzeitschriften der letzten Monate, in
welchen die europäischen Kunststofffenstersysteme beschrieben wurden,
könnte die etwas provokante Beschreibung des Produktes „Kunststofffenster“
wie folgt lauten:
„Fenster aus extrudierten, harten PVC Profilen, mit einer Hauptkammer inkl.
metallischem Verstärkungsprofil sowie mindestens einer Vorkammer.
Farbgebung überwiegend weiß.“
Die Detailunterschiede sind vom Fachmann durchaus zu erkennen, der Planer
oder gar Endkunde jedoch kommt bei der Betrachtung der Systeme über die
obengenannten Details kaum hinaus. Dies war nicht immer so. Zu Beginn der
Entwicklung der Kunststofffenster vor knapp einem halben Jahrhundert waren
Systeme ohne Verstärkung, Vollkunststoffprofile, Verbundprofile,
Einkammersysteme usw. im Einsatz. Seit den 80’er Jahren hat sich das oben
beschriebene Konstruktionsprinzip bewährt und deshalb überwiegend am
Markt durchgesetzt. Die bisherige Entwicklung der Kunststofffenster ist in
Bild 1 beschrieben.
Seite 1 von 1
50er und 60er Jahre
Entwicklungsjahre
60er und 70er Jahre
Weiterentwicklung
80er Jahre
Detailverbesserung
und -ergänzungen
Neues Jahrtausend
Neue Ansätze?
Bild 1 Entwicklungsabschnitte der Kunststofffenster
Durch die Ähnlichkeit der Systeme und den schwer erkennbaren Detail
Verbesserungen, wurde es zunehmend schwieriger dem Kunden die
Qualitätsmerkmale einzelner Profile zu vermitteln. Der Preis wurde das
beinahe einzig bestimmende Verkaufsargument, verbunden mit einem
kontinuierlichem Preisverfall. Für einen Innovationsschub, der auch für den
Endkunden erkennbare Verbesserungen mit sich bringt, sind neue Ansätze
erforderlich.
Als Gleichnis hierzu kann die Entwicklung der Glühbirne dienen. Eine
Weiterentwicklung der Kerze hätte nicht zur Erfindung der elektrischen
Beleuchtung geführt [Dr. Walter Kroy: „Die Zukunft wird ganz anders“;
Rosenheimer Fenstertage 2001].
2 Innovationen bei Kunststofffenstern
Für die Weiterentwicklung von Kunststofffenstern müssen einerseits die
Stärken des Konstruktionsprinzips beibehalten und wenn möglich ausgebaut
sowie andererseits die Schwächen abgebaut werden.
Seite 2 von 2
Durch die Vielzahl der Anforderungen, die an ein modernes Fenster gestellt
werden, müssen die Konstruktionen und Werkstoffe sich weiter spezialisieren.
Vielfach wurden die unterschiedlichen Anforderungen bisher ausschließlich
durch die Verglasung gelöst. Teilweise können sogar unterschiedliche
Anforderungen in einer Verglasungseinheit verbunden werden, z. B. beim
sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz. Durch den Einsatz von Gläsern
mit variablem g-Wert, z. B. gasochrome und elektrochrome Verglasungen, ist
ein an die Sonneneinstrahlung anpassbares Fenster in Zukunft möglich. Es
lässt sich bei dieser technischen Lösung eine klare Bandbreite des erzielbaren
Effekts absehen. Die technische Machbarkeit stellt hier die Grenze dar. Für
die nähere Zukunft sind für Mehrscheiben-Isoliergläser keine entscheidenden
Verbesserungen in Bezug auf multifunktionale und bauphysikalische
Eigenschaften mehr zu erwarten, da vielfach bereits die physikalisch
machbaren Grenzen erreicht wurden (z. B. bei den low-E Beschichtungen).
Der Fensterrahmen wurde in der Vergangenheit in der Hauptsache nach
fertigungstechnischen Gesichtspunkten konstruiert. Beim Kunststofffenster
wurden die Kammern im Profil zur Anpassung an die statischen und
bauphysikalischen Anforderungen genutzt. Für weitergehende Veränderungen
besitzt diese Vorgehensweise nur noch wenig Potential. Auch beim Design
und der Architektur wurde vielfach die Produktdifferenzierung über
Ansichtsbreiten und Kantenradien definiert, eine wirkliche Weiterentwicklung
fand damit nicht statt. Unterscheidungsmerkmal bzw. Alleinstellungsmerkmal
der verschiedenen Konstruktionen, war die unterschiedliche
Kammergeometrie und nicht das Gesamtprodukt Fenster. In der Werbung
werden daher stets die Querschnitte der Profile abgebildet mangels anderer
Merkmale.
Für einen größeren Entwicklungsschritt sind neue Wege zu beschreiten und
d.h. eine Veränderung der bisherigen Konstruktionsprinzipien. Die Wege für
Innovationen können dabei in unterschiedliche Richtungen gehen. In der
Folge sind drei mögliche Entwicklungsrichtungen beschrieben, die für sich
genommen oder auch in Überlagerung, die Zukunft des Kunststofffensters
sein können. Die Grundlagen hierzu sind in einzelnen Bereichen bereits
geschaffen.
Seite 3 von 3
3 Zukunftsmodell 1: „Modulares Fenster“
Eine Möglichkeit liegt in der Spezialisierung der Bauteile. Dabei bauen
spezialisierte Module auf einem (standardisierten) Basisrahmen auf. Die
Anpassung an die Kundenwünsche erfolgt durch die äußerlich erkennbaren
Produktbestandteile. Hier sind das Design und die Eigenschaften variabel
gestaltbar und geben dadurch jedem Produkt seinen firmenspezifischen
Charakter.
Außenseite
Außenrahmen z. B.:
Wetterschutz
Sonnenschutz
Designelement
Verbesserter
Wärmeschutz
Zusatzfunktionen
(herstellerspezifisch)
Standardisierte
Schnittstellen
Raumseite
Innenrahmen z. B.:
Bustechnik
Raumüberwachung
Designelement
Zusatzfunktionen
(herstellerspezifisch)
Funktionsrahmen z. B.:
Statik
Verglasung
Beschlag
Sicherheit
Wärmeschutz
Schallschutz
(durch Zulieferer)
Bild 2 Modularer Aufbau gemäß unterschiedlicher Funktionsebenen
Bei Anwendung eines wie in Bild 2 dargestellten Konzepts können
Unternehmen die Produktentwicklung bzw. -optimierung von
Funktionsbereichen im Verbund durchführen und vor allem gemeinsam
finanzieren. Ein Zukauf von Systemkomponenten wird dadurch in großem
Umfang möglich, und es ergeben sich wirtschaftliche Verbesserungen, ähnlich
wie dies bereits seit Jahren im Automobilbau praktiziert wird. Eine
Konsequenz dieser Konstruktionsweise ist die Definition von standardisierten
Schnittstellen auch zum Baukörper. Weiterhin eröffnen sich neue
Seite 4 von 4
Designmöglichkeiten in der Oberflächengestaltung und Formgebung, wobei
auch der Einsatz anderer Werkstoffe denkbar wird.
4 Zukunftsmodell 2: „Gebäudeintegration“
Über das gesamte „Gebäudeleben“ gesehen sind nicht die
Anfangsinvestitionen in Neubau oder Sanierung, sondern die laufenden
Kosten für Energie und Unterhalt sowie die ökologischen Auswirkungen
entscheidend. Diese werden maßgeblich von der aktiven technischen
Ausstattung, d. h. den Heizungs-, Sanitär-, Elektro- und Lüftungsanlagen und
von der passiven Ausstattung, z. B. der gesamten gebäudeklimatischen
Konzeption oder Dämmmaßnahmen bestimmt. Das Fenster ist derzeit weder
eindeutig der aktiven noch der passiven Ausstattung zuzurechnen. Gerade
das Fenster beeinflusst die Rahmenbedingungen in einem Gebäude
maßgeblich und es besteht die Chance, es als eindeutig aktives Element für
den Endkunden zu etablieren. Ein deutlicher Mehrwert durch die Integration
von Elektronik und anderen aktiven Bauteilen muss erkennbar werden.
Elektronik und Gebäudetechnik im Fensterbereich kommt bislang nur in
Ausnahmefällen zur Anwendung, da die derzeitigen Lösungen am Markt noch
sehr individuell sind und das erforderliche Know-how für eine integrierte und
dauerhafte Ausführung noch äußerst anspruchsvoll ist. Die
Kunststofffensterbauweise ist durch die Profilkammern gut für die Integration
von Elektronik geeignet, da der benötigte Platz für Busleitungen bzw.
Servomotoren vorhanden ist. Diese können somit mit vertretbarem Aufwand in
den Querschnitt integriert werden.
Für die Zukunft bietet es sich an, dem Fenster und seinem Umfeld die
Funktion eines „Terminals“ in der Wohnung zuzuteilen. „Terminal-Funktion“
bedeutet, dass der Nutzer alle wesentlichen Bauteile zur Interaktion mit dem
Gebäude am und um das Fenster findet. Dies können Steckdosen für Strom
und Kommunikation oder Bedienungseinrichtungen für Heizung und Lüftung
sein. Daneben bietet es sich an, die Einrichtungen der Gebäudetechnik selbst,
wie Heizkörper, Beleuchtung, Sensoren und Aktoren usw., mit der
Fenstermontage in die Wandöffnung zu integrieren. Der Vorteil dieser Lösung
liegt in der Vereinfachung der Installationstechnik und dem erheblichen
Rationalisierungspotential. Dabei ist wünschenswert, dass dieses System,
Seite 5 von 5
dass eine Vielzahl von Lösungen in Bezug auf die Formen, Materialien und
Oberflächen ermöglicht, die Architektur nicht übermäßig einschränkt.
Für die Umsetzung des Systems sind die Konstruktionsgrundlagen der
Kunststofffenster nutzbar. Klipsverbindungen und abgestimmte Profile sind
ebenso notwendig, wie leistungsfähige Fenster. Die Fensterindustrie kann
dabei sowohl die Rolle eines Zulieferers als auch eines Systemanbieters
annehmen. Die Entscheidung hängt von den betrieblichen Fähigkeiten und
auch von der strategische Ausrichtung ab. Das ift beschreitet diesen Weg im
Rahmen von diversen Forschungsvorhaben und wird die Branche mit seinen
Erfahrungen unterstützen. Wichtig ist zuletzt die Gebrauchstauglichkeit
objektiv und zuverlässig zu prüfen, damit dieses Entwicklungspotential nicht
durch Systeme mit „Kinderkrankheiten“ bereits in der Anfangsphase verspielt
wird.
5 Zukunftsmodell 3: „Fassaden“
Betrachtet man die derzeitigen Gebäudekonstruktionen, so ist festzustellen,
dass die meisten Konzepte auf einer Verwendung des Fensters als
Lochfenster basieren. Öffnungen in massiven Wandbauteilen werden zur
Ausleuchtung der Räume, der Belüftung und als Verbindung zur Außenwelt
benötigt. Das in die Öffnung montierte „Lochfenster“ hat diese
Basisanforderungen in der Vergangenheit auch erfüllt.
Der Trend zur „Glas-Architektur“ nimmt ständig zu und führt zu einer
kontinuierlichen Vergrößerung der Fensterabmessungen. Der Übergang zur
Fassade, sozusagen einer Gebäudehülle aus Fenstern, ist dabei fließend.
Kunststofffenstersysteme für Fassadenanwendungen sind dabei in
Teilbereichen denkbar und sinnvoll.
Seite 6 von 6
Bild 3 Fenster als Bestandteil von integrierten Außenwandbauteilen
Schritt 1:
Basiskonstruktion
Grundkonstruktion in Rastermaßen
Einsatzmodule in Rastermaßen, mit unterschiedlichen Funktionen
+
+
z. B. Fenster Heizung,
Klimatisierung,
Solarkollektor, transluzente oder feste
Paneele ...
Unterschiedliche Teilung der Grundkonstruktion
Individuelle Einheiten
Schritt 2:
Beispiel:
Beleuchtungsmodul
z. B. Künstliches Licht,
Lichtsammel- und lenksystem
Sensoren:
z. B. Licht, Anwesenheit, Luft,
Temperatur ...
Beleuchtungsmodul
Individuelle Zusatzausstattung
z. B. mit Multimediafunktionen
wie Projektionsfläche für
Beamer, Lautsprecher, Telefon
Bedienungsschnittstelle:
Regelung,
Steuerung,
Internet ...
Fenster:
mit erforderlicher Zusatzausstattung
Versorgung
Leitungen für
Strom, Kommunikation, Energie
Definierte
Schnittstellen
Klimatisierung
z. B. Module zur Heizung,
Lüftung, Klimatisierung
Schritt 3
Kopplung
Individuelle Zusammenstellung
der Elemente z. B.
bei Skelettbauten
Seite 7 von 7
6 Optimierung der Montage
Bei der Fenstermontage sind die grundlegenden Anforderungen Luft- und
Schalldichtheit, Schlagregendichtheit, Wärmeschutz und die sichere
Befestigung zu berücksichtigen und in einen dauerhaften Anschluss
umzusetzen. Eine einheitliches und für alle Anwendungen passendes System
zur Montage existiert bislang nicht. So besitzen diese Montagesysteme häufig
Schwachstellen bei der Bewegungsaufnahme, Dichtheit oder beim
Wärmeschutz. Zudem bestehen häufig Probleme bei der Eckausbildung und
beim Übergang zu anderen Dichtsystemen oder zur Fensterbank. Sie können
aber als Ansatz für die Entwicklung neuer, flexibler Montagesysteme dienen,
um die Abläufe bei der Fenstermontage zu vereinfachen.
Bestehende Ansätze entstehen zumeist als Lösung häufig auftretender
Problemsituationen. In der Altbausanierung kommen beispielweise
Profilsysteme, zumeist aus Kunststoff, zum Einsatz, die mit imprägnierten
Dichtbändern aus Schaumkunststoff ausgestattet sind und eine schnelle
Abdichtung auf vorhandene Putzoberflächen ermöglichen. Ob diese
Ausführung die Anforderungen erfüllen kann, hängt von den baulichen
Gegebenheiten, z. B. von dem Brüstungsbereich oder von evtl. vorhandenen
Rollladenkästen ab.
Ein anderes Montagehilfsmittel ist beispielsweise die Montage-Zarge, wie sie
in einigen europäischen Regionen vorherrschend ist. Um die Fenster nicht
den Belastungen der Rohbauphase auszusetzen, aber dennoch die
Voraussetzungen für den Ausbau zu schaffen, werden diese Hilfsrahmen
(vielfach noch aus Holz) eingebracht. Die Abdichtung der Fenster kann dann
auf den definierten Putzoberflächen vorgenommen werden. Ein erleichterter
Austausch der Fenster auch zur Wartung, Aufrüstung etc. ist ein weiterer
wesentlicher Vorteil.
Bei der Konzeption von Montagesystemen kann auch der Systemansatz der
Kunststofffenster genutzt werden.
7 Zusammenfassung
Die Konstruktionsdetails von Kunststofffenstern lassen sich für zukünftige
Entwicklungen hervorragend nutzen. Für die Weiterentwicklung müssen die
Stärken des Konstruktionsprinzips und des Systemgedankens beibehalten
Seite 8 von 8
und (wenn möglich) ausgebaut werden. Andererseits müssen die noch
bestehenden Schwächen ausgeglichen werden.
Dabei wird immer wahrscheinlicher, dass die Fensterkonstruktionen nicht
mehr ausschließlich aus den bekannten einteiligen Strangpressprofilen
bestehen. Um die gestiegenen Anforderungen in einem Rahmen zu erfüllen,
bieten mehrteilige Systeme ein entsprechendes Potenzial. Es wird dann zu
einer Arbeitsteilung kommen, bei der spezialisierte Profilbereiche, Baugruppen
und -teile die Aufgaben übernehmen. Wichtig ist, dass die Innovationen auch
vom Endkunden als Verbesserung erkannt und als Mehrwert eingestuft
werden.
Die bisherigen klaren Unterscheidungen zwischen den gebräuchlichen
Werkstoffen verschwinden zunehmend. Neue Werkstoffe kommen hinzu und
traditionelle Werkstoffe wie Holz, Kunststoff und Metall werden kombiniert und
können so ihre „Stärken“ ausspielen. Hochwärmedämmende Fenstersysteme
bestehen über dem Querschnitt gesehen häufig bereits zu über 50 % aus
Dämmstoffen, die teilweise auch schon lastabtragende Aufgaben übernehmen
Es kann damit fast schon von einer neuen Gattung der „Dämmstofffenster“
gesprochen werden.
Auch die Rolle des Fensters im Gebäude ist zu überdenken. Der Schritt vom
weitgehend passiven Bauteil zu einem aktiven System würde eine deutliche
Aufwertung bedeuten. Dabei ist eine strategische Ausrichtung vorzunehmen,
ob das Fenster nun als Zulieferteil in die Gebäudetechnik integriert wird oder
ob sich die Gebäudetechnik in und um das Fenster gruppiert. Die
Vereinfachung einer Montage, die den bautechnischen und bauphysikalischen
Anforderungen genügt, ist ein weiterer Aspekt, den es zu lösen gilt.
Für die Umsetzung dieser Konzepte in marktfertige Produkte stehen der
Industrie kompetente und leistungsfähige Netzwerke zur Verfügung, die für
Forschungsaufgaben das entsprechende Know-how und die erforderlichen
Prüfeinrichtungen besitzen. Firmeneigene Entwicklungen werden zielorientiert
gefördert und die Möglichkeiten von öffentlichen Förderungen optimal genutzt.
In diesen Netzwerken werden Fragestellungen zu den verwendbaren
Materialien, der Fertigungstechnik und Konstruktion geklärt. Ebenso werden
günstige Rahmenbedingungen durch individuelle Qualitätssicherungssysteme,
Publikationen geschaffen sowie die erforderliche Einhaltung der
vorgeschriebenen Richtlinien und Regelwerke sicher gestellt.
Seite 9 von 9