ift Rosenheim – 50 Jahre im Dienst der Branche

Die zweite Hälfte der Siebziger-Jahre war geprägt durch Anschläge der terroristischen Vereinigung Rote Armee Fraktion (RAF). Sie gipfelten im Jahr 1977 in der Entführung und Ermordung des Arbeitgeberpräsidenten Hanns Martin Schleyer sowie in der Entführung des Lufthansa-Flugzeugs Landshut. Diese als „Deutscher Herbst“ bezeichnete Phase gilt als eine der schwersten Krisen in der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland. Parallel dazu führte ebenfalls im Jahr 1977 die Energiekrise zur Veröffentlichung der ersten Wärmeschutzverordnung (WSV). Die Energieeinsparung wurde durch diese gesetzliche Auflage zum volkswirtschaftlichen Anliegen. Eine besonders kritische Phase begann dabei für Fensterprofile aus Metallen.

Die Forschungsarbeiten des ift Rosenheim konzentrierten sich bei der Beurteilung des wärmetechnischen Verhaltens wärmegedämmter Aluminium-Verbundprofile zu Beginn auf die Ermittlung der raumseitigen Oberflächentemperaturen. Diese wurden mit den Oberflächentemperaturen am Mehrscheiben-Isolierglas verglichen. Die Konstruktionen sollten vermeiden, dass sich evtl. anfallendes Tauwasser nicht zuerst am Profil zeigt. Allerdings wurde bald klar, dass zur besseren Vergleichbarkeit unterschiedlicher Konstruktionsprinzipien eine Kenngröße benötigt wurde, die die wärmetechnische Wirksamkeit der Dämmzonen direkter beschreiben konnte.

Weiter fehlten allgemeingültige Grundlagen zur Beurteilung der mechanischen Belastbarkeit des Verbundes. Eine Gruppe von Herstellern beauftragte daher das ift Rosenheim (aufbauend auf Vorarbeiten) entsprechende Unterlagen zu erarbeiten. Dabei sollten sowohl Möglichkeiten zur Prüfung als auch eine rechnerische Ermittlung aufgezeigt werden. Der Konstrukteur sollte damit in der Lage sein, in Normen und Vorschriften geforderte Nachweise unter angemessenem Aufwand zu erbringen.

Es konnte nachgewiesen werden, dass unter Berücksichtigung der Theorie des elastischen Verbundes die notwendigen Verformungs- und Spannungsnachweise bei Momentenbeanspruchung möglich sind. Um für den Praktiker eine möglichst schnelle und brauchbare Umsetzung der Erkenntnisse zu erreichen, wurden verschiedene Vorschläge erarbeitet. Von Einfluss waren sowohl system- als auch profilbezogene Kriterien. Die Forschungsaktivitäten wurden in weiteren Projekten fortgesetzt [6, 7, 8].

Zur Benennung der Profile waren in der Praxis die Begriffe „wärmegedämmte“ bzw. „thermisch getrennte Aluminium-Verbundprofile“ üblich. Ein übergeordneter Begriff wurde in der Richtlinie des Instituts für Bautechnik [10] mit „Metall-Kunststoff-Verbundprofile“ gewählt, um zu dokumentieren, dass die Grundsätze der Bewertung dieser Systeme neben Aluminium auch für andere Metalle gelten.

Bei der Durchbiegung müssen die maximal zulässigen Durchbiegungswerte eingehalten werden. Diese werden vorgegeben

• durch das Isolierglas: Durchbiegung nicht mehr als 15 mm im Bereich des Randverbunds, angeglichen an die Vorgaben der TRLV (früher: 8 mm) bzw. heute DIN 18008-2,
• für Fassaden gem. EN 13830, Abschnitt 4: Durchbiegungsbegrenzung l/200, bzw. 15 mm und
• indirekt über die erforderliche Dichtheit der Fenster-/Fassadenkonstruktionen (Anlage von Dichtungen, Möglichkeiten zur Verriegelung, ...).

Dieses Nachweis- und Bemessungssystem hat einen einfachen Umgang mit Metall-Kunststoff-Verbundprofilen ermöglicht. Speziell im Objektgeschäft mit großen Glasabmessungen war trotz der immer noch nicht exzellenten U_f-Werte ein ausreichend guter U_W-Wert zu erzielen. So konnte beispielsweise gemäß DIN 4108-4 bei einem Rahmenanteil < 5 % (z. B. bei Schaufensteranlagen) der U_g-Wert für die gesamte Konstruktion in Ansatz gebracht werden. Aluminiumfenster wurden in die Rahmenmaterialgruppen 2.1 (mit Nachweis U_f höchstens 2,8 W/(m²·K)) oder 2.2 eingeordnet. Mit Einführung der EnEV und der langsamen Annäherung der Anforderungen an das Passivhaus-Niveau sowie der EN 10077 als Ersatz für DIN 4108-4 wurden allerdings auch Anreize zu Änderungen der thermischen Trennung geschaffen.

Die sicherheitsrelevante Größe für ein thermisch getrenntes Profil ist die Querzugtragfähigkeit des Verbundes, das heißt, die Kraft, die senkrecht zur Profilebene aufgenommen werden kann. Sollte durch die Einwirkung von großen Windlasten der Widerstand des Profilverbundes überschritten werden, könnte es passieren, dass die gesamte Außenschale versagt, und somit die Verglasung nicht mehr gehalten ist. Aus diesem Grund hat der Gesetzgeber einen Mindestwert der Querzugtragfähigkeit von > 20 N/mm Profillänge als Grenzwert gefordert. Diese Anforderung gilt auch für erhöhte Temperaturen von bis zu 80 °C. Erstmals wurde dies formuliert in der Richtlinie [10] der damals noch als Institut für Bautechnik (IfBt) benannten obersten Baubehörde der Bundesrepublik, des späteren DIBt, basierend auf den Untersuchungen im Forschungsprojekt des ift Rosenheim [5].

Somit ist bei einer Optimierung des Wärmedurchgangs auch immer die Frage nach der Mechanik zu stellen. Die Stege werden immer dünner, und es werden neue Materialien mit geringeren Wärmeleitfähigkeitswerten verwendet.

Neben dem Sicherheitsaspekt muss auch die Frage der Gebrauchstauglichkeit hinterfragt werden. Durch den Verglasungsdruck und einwirkende äußere Lasten aus Temperatur und Windsog stehen die Kunststoffstege teilweise unter ständiger Belastung. Falls der Kunststoff unter dieser Dauerbelastung „kriecht“, hat dies zur Folge, dass eine Verglasungsdichtung durchaus undicht werden kann. Dauerhafte Feuchtigkeit im Glasfalz schätzt das Isolierglas als wesentlicher Bestandteil einer Fassadenkonstruktion überhaupt nicht. Auch dieser Anforderung wird die Richtlinie [10] mit ihrer Forderung nach einer Veränderung der Profilhöhe h nach Einfluss von Dauerlast Dh £ 1 mm gerecht.

Ähnliche Forderungen wie in der DIBt-Richtlinie entstanden zur gleichen Zeit auch in Frankreich mit den Forderungen der UEAtc-Leitlinie [11]. Auch hier wurden Fremd- und Eigenüberwachung der sicherheitsrelevanten Werte gefordert. Als Zusammenführung der nationalen Forderungen wurde im Jahr 2005 die europäische Norm EN 14024 [12] veröffentlicht.

Hinsichtlich der Qualitätssicherung sind auch die Vorgaben der deutschen Bauregelliste zur Ü-Kennzeichnung auf Basis einer Prüfung und werkseigenen Produktionskontrolle des Verbunds als auch die Forderungen der Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e.V. in RAL-GZ 695 [13] zu nennen.

Thermisch getrennte Metallprofile sind heute auf einem Niveau, das es möglich macht, den Anforderungen der EnEV gerecht zu werden. Einen großen Anteil am Erreichen der erforderlichen Werte hat natürlich auch das eingesetzte Isolierglas. Somit sollte die Rahmenkonstruktion dem Glas die Möglichkeit bieten, dauerhaft die „Performance“ zu behalten, die zugesichert wird.

Natürlich lassen sich bei den Profilen noch kleine Verbesserungen des Wärmedurchgangs im Hundertstel-Bereich erzielen. Bei ähnlichen Optimierungsvorgängen am Glasrandverbund hat sich jedoch gezeigt, dass diese Bestrebungen bei ungenügender Ausführung das Gesamtsystem negativ beeinflussen können. Daher sollte auch bei Metall-Kunststoff-Verbundprofilen jede Modifikation gründlich durchdacht werden, um die Anforderungen an Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit erfüllen zu können.