Bayer auf der K 2013 in Düsseldorf Energieeffiziente Fensterrahmen aus Polyurethan-Composites

Fenster sind eine Hauptquelle für Wärmeverluste. Deshalb kommen Mehrfachverglasungen zum Einsatz und möglichst gut gedämmte Fensterrahmen. Glasfaserverstärkte Polyurethan-Composite, die Bayer auf der K präsentiert, sind nicht nur stabil sondern weisen auch weit bessere Dämmeigenschaften auf als Holz, Metall oder PVC.

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Eine effiziente Wärmedämmung von Gebäuden senkt den Energieverbrauch und schont den Geldbeutel von Eigentümern oder Mietern, sagen die Experten von Bayer Material-Science. Darüber hinaus leiste sie einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz. Insbesondere Fenster und Fassaden sind oft eine Quelle für Wärmeverluste. Große und lichtdurchflutete Fenster liegen laut Bayer im Trend, vor allem in öffentlich genutzten Gebäuden. Deshalb würden die Rahmen schmaler ausgelegt und müssten über eine entsprechend hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität verfügen.

Zur Erfüllung all dieser Forderungen habe Bayer Material-Science eine effiziente, robuste und dauerhafte Materialvariante entwickelt: Sie basiert auf Faserverbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten Polyurethanen als Matrixmaterial.

Schmalere Fensterprofile mit gleichem Isolationsvermögen

„Diese Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Wärmedämmung aus“, erläutert Dr. Andreas Hoffmann, Leiter des Projekts in der Region Europa. Die Wärmeleitfähigkeit liege in einem ähnlich niedrigen Bereich wie die von Holz und Polyvinylchlorid (PVC). Die Fensterrahmen können so einen signifikanten Beitrag leisten, die Anforderungen von Energie-Einsparverordnungen und Passivhausstandards zu erfüllen, betong Hoffmann. Die sehr guten mechanischen Eigenschaften sind vor allem auf den hohen Glasfasergehalt von rund 80 Gewichtsprozent zurückzuführen, wie es weiter heißt. Dadurch sei die Herstellung von Profilen mit sehr schmaler Ansichtshöhe und geringer Bautiefe möglich, wie sie etwa für die Verglasung von Dachflächen oder von Bauteilen mit begrenztem Platzbedarf benötigt würden. Dazu zählen etwa auch Schiebetüren für Balkone und Terrassen. Ein konkretes Beispiel ist eine wärmedämmende Hebeschiebetür der Internorm International GmbH (siehe Bild). Dank einer nur 4 cm dicken Bodenschwelle und einer schmalen Rahmenkonstruktion bietet die Tür eine große Gesamtglasfläche und lässt vergleichsweise viel Licht in die Räume.

Polyurethan-Composite-Fensterrahmen halten deutlich länger

Alternativ könnten auch große Profile hergestellt werden: beispielsweise für Fassadenfenster mit großen Glasflächen. Das gute mechanische Eigenschaftsniveau trägt auch hier zu einer Verringerung des Gesamtgewichts bei, sagen die Experten. Das erleichtere 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.

Perspektiven für Windkraft und Transportwesen

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 Produktionsgeschwindigkeiten 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. Auf der Kunststoffmesse K 2013 wird Bayer Material-Science ein glasfaserverstärktes Rotorblatt für eine Windkraftanlage vorstellen. Das Unternehmen hat hierfür ein spezielles Polyurethanharz entwickelt, die Verarbeitung erfolgt in diesem Fall mit Hilfe des Vakuum-Infusionsverfahrens.

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