Teil 2 Werkstoff

Qualitätshandbuch für Fenster und Fassaden aus Aluminium

Ein Leitfaden für Planung,Ausschreibung und Ausführung

Wien 19971. Auflage

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

3

1 Allgemeines über Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1 Von den Anfängen und der Entwicklung eines modernen Metalls . . . . . . . . . . . 61.2 Vom Rohstoff Bauxit zur Tonerde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3 Die Herstellung von Hüttenaluminium mittels Schmelzflusselektrolyse . . . . . . 101.4 Die Erzeugung von Umschmelzaluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.5 Typische Eigenschaften von Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.6 Verwendungsgebiete für Aluminiumwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2 Aluminium im Bauwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1 Anwendungsbereiche von Aluminium im Bauwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2 Arten von im Bauwesen bevorzugt verwendeten Aluminiumwerkstoffen

und Halbzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3 Die Herstellung von Aluminiumprofilen und -blechen (Halbzeug) für das Bauwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.1 Die Herstellung von Strangpressprofilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.2 Wärmegedämmte Verbundprofile aus Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.3 Die Herstellung von Aluminiumblechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4 Oberflächenbehandlung von Aluminium für Anwendungen im Bauwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.1 Natürlicher Korrosionsschutz von blanken Aluminiumhalbzeugen . . . . . . . . . 354.2 Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.1 Vorbehandlungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.2 Anodische Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.2.3 Farbbeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5 Anwendung von Aluminiumprofilen und -blechen (Halbzeug) im Hochbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.1 Fensterbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.1 Fensterfunktionen und Anforderungen an Fenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.2 Statische und bauphysikalische Aspekte im Fensterbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.1.3 Die Eigenschaften eines Aluminiumfensters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.1.4 Das Systemfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.1.5 Bauteile und Typen von Aluminiumfenstern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.1.6 Vergleiche von Fenstern mit unterschiedlichen Rahmenwerkstoffen . . . . . . . . . . . . 625.2 Fassadenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.2.1 Grenze zwischen Fenster- und Fassadenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.2.2 Die Anforderungen im Fassadenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.2.3 Typen von Aluminiumfassaden und deren Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665.2.3.1 Fassadentypen in Abhängigkeit der Lage der Konstruktion zum Baukörper . . . . . . 675.2.3.2 Fassadentypen in Abhängigkeit der Lage von Regen- und Windbarriere . . . . . . . . . 695.2.3.3 Fassadentypen in Abhängigkeit des konstruktiven Aufbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.3 Lichtdächer, Wintergärten und ähnliche Konstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.3.1 Der Wintergarten als Bauteil zur Verbesserung der Energiebilanz . . . . . . . . . . . . . . 805.3.2 Die besonderen Anforderungen an die Konstruktion und die Rahmenmaterialien . . 825.3.3 Beispiele für Erscheinungsformen und den konstruktiven Aufbau

von wintergartenähnlichen Aluminium-Glas-Konstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

4

6 Technische Innovationen und Forschungsaktivitäten im Bereich Aluminiumkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.1 Hochwärmedämmende Profilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.2 Aktive Energiefassaden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7 Ökologische Aspekte zum Baustoff Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1017.1 Umweltrelevante Dimensionen von im Bauwesen verwendeten

Aluminiumwerkstoffen in ihrem Lebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1037.1.1 Der geschlossene Aluminiumkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1037.1.2 Die Rohstoffsituation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1057.1.3 Energieverbrauch, Emissionen und Reststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1057.1.4 Das Recycling von Aluminiumprofilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087.2 Ökologische Fenstervergleiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

8 Ökonomische Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

1 Allgemeines über Aluminium

5

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

1.1 Von den Anfängen und der Entwicklungeines modernen Metalls

Die Herstellung und Nutzung von Metallen hat bei der Entwicklungder Zivilisation eine überragende Rolle gespielt. Die Entdeckungvon Eisen, Kupfer, Blei, Zinn, Silber und Gold liegt bereits mehr als3000 Jahre zurück. Dagegen ist Aluminium erst seit etwa 180 Jah-ren bekannt und wird seit zirka 100 Jahren industriell erzeugt. Trotzdieser kurzen Entwicklungszeit hat Aluminium aufgrund einer Viel-zahl von günstigen Eigenschaften eine bedeutende Position unterden metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen erlangt.

Die Erdkruste besteht zu ungefähr 8 % aus Aluminium. Damit ist esnach Sauerstoff (47 %) und Silizium (28 %) das dritthäufigste Ele-ment. Aluminium kommt in der Natur nicht metallisch, sondern nurin Form von Verbindungen mit verschiedenen anorganischen Stof-fen vor. Für die derzeitigen Herstellungsverfahren ist der wichtigsteAusgangsstoff das Bauxit. Daraus wird die SauerstoffverbindungAl2O3 (Aluminiumoxid) gewonnen und in einem weiteren Verfah-rensschritt zu metallischem Aluminium reduziert.

Die Affinität zu Nichtmetallen ergibt sich aus dem besonderen elek-trochemischen Charakter des Elementes. Dieser ist auch derGrund dafür, dass eine karbothermische Gewinnung von Alumi-nium aus oxidischen Verbindungen, wie sie bei den traditionellenMetallen schon seit langem angewendet wird (z. B. im Hochofen-prozess zur Roheisengewinnung), unter wirtschaftlichen Gesichts-punkten nicht möglich ist. Deshalb mussten die Forscher nach an-deren Wegen zur Herstellung von Aluminium suchen.

Die Bezeichnung „alumium“ stammt von dem Engländer SirHumphrey DAVY, der in den Jahren 1808 bis 1812 letztendlich er-folglos versuchte, das reine Metall aus den natürlichen Bindungenabzusondern. Das Wort „alumium“ wandelte sich später in „alumi-num“ und daraus wurde die heutige Bezeichnung Aluminium. Aufden Forschungsergebnissen von Hans Christian OERSTED undFriedrich WÖHLER aufbauend, gelang es dem Franzosen HenriSainte-Claire DEVILLE rund ein halbes Jahrhundert später, Alumi-nium mit einem Reinheitsgrad von zirka 96 % mittels eines chemi-schen Verfahrens herzustellen. Der erste derartig erzeugte Alumi-niumblock wurde auf der Pariser Weltausstellung 1855 präsentiertund von den Besuchern bestaunt.

Im Jahre 1886 stellten der Franzose Paul T. HEROULD und unab-hängig von diesem auch der Amerikaner Charles Martin HALL dasneue Metall durch elektrolytische Zersetzung von Aluminiumoxidher. Die zu diesem Zeitpunkt bereits 20 Jahre zurückliegende Erfin-dung der Dynamomaschine zur Erzeugung von elektrischem Stromdurch Werner von SIEMENS war für die Wirtschaftlichkeit desneuen Verfahrens von ausschlaggebender Bedeutung. 1892 ent-wickelte der Österreicher Karl Josef BAYER eine ökonomische Me-thode zur Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit. 6

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die modernen industriellen Aluminiumherstellungsverfahren arbei-ten nach den von Heroult und Hall bzw. Bayer entwickelten Prinzi-pien und sind in Fachkreisen unter dem Namen Schmelzflusselek-trolyse bzw. Bayer-Verfahren bekannt.

Im Laufe des letzten Jahrhunderts wurden diese Verfahren perma-nent verfeinert und verbessert, anfangs vor allem in Richtung er-höhter Wirtschaftlichkeit und Effizienz. Unter dem Druck des wach-senden Umweltbewusstseins breiter Gesellschaftsschichten warendie Aluminiumerzeuger in den letzten Jahrzehnten verstärkt be-müht, den Energieverbrauch und die Schadstoffemissionen ihrerWerke zu reduzieren. Vor rund 30 Jahren erforderte der Elektro-lyseprozess zur Herstellung von einem Kilogramm Aluminium rund21 kWh elektrischen Strom. Heute liegt dieser Wert bei durch-schnittlich 13 kWh. Dies entspricht einer Verringerung um ein Drit-tel. Zudem ist der Anteil der Wasserkraft am weltweiten Energieein-satz für die Primäraluminiumproduktion steigend.

Im Zeitraum zwischen 1856 und 1890 wurden rund 200 Tonnen Alu-minium nach dem Deville-Verfahren hergestellt. Nach der Entwick-lung der Schmelzflusselektrolyse kam es zu einem extrem raschenAnstieg der Produktion. Der Aluminiumpreis entwickelte sich wäh-renddessen gegenläufig. Parallel dazu wurden immer mehr Anwen-dungsfelder des neuen Metalls entdeckt, und nach dem ZweitenWeltkrieg erwuchs Aluminium zu einer starken Konkurrenz gegen-über den traditionellen Werkstoffen. 1970 überschritt die weltweiteAluminiumhüttenproduktion die 10-Millionen-Tonnen-Grenze, unddamit wurde Aluminium nach den Eisenwerkstoffen das meistver-wendete Metall. Der überproportionale Produktionszuwachs erfuhrin den 80er Jahren erstmals einen Einbruch. Der zunehmende An-teil des Umschmelzaluminiums führte zu einer Verflachung und ab1990 zu einer Abnahme der Produktionskurve für Hüttenaluminium(Abbildung 1). 1994 betrug die Weltproduktion von Hüttenalu-minium rund 15,2 Millionen Tonnen.

7

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 1: Weltproduktion von Hütten-aluminium im Zeitraum1900 –1994

Quelle: Aluminium-Zentrale, Aluminium-Taschenbuch, 15. Auflage

in Mio. Tonnen181614121086420

1900 1920 1940 1960 1970 1980 9094

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Der Ausgangsstoff für die Aluminiumgewinnung ist fast ausschließ-lich Bauxit, ein rötlich gefärbtes Sedimentgestein. Vergleicht mandie mineralische Zusammensetzung von Bauxiten unterschiedli-cher Lagerstätten, ergeben sich zum Teil erhebliche Unterschiede.Die Gesteinsanalyse zweier ausgewählter Abbaustätten zeigt fol-gendes Bild (Zahlenangaben in Prozenten der Masse):

Hochwertiger Bauxit enthält, je nach Beschaffenheit, 50 bis 60 %Aluminiumoxid. Das ergibt nach der weiteren Reduktion 20 bis 30Masseprozent Aluminium. Es ist damit das ergiebigste Gestein imHinblick auf den Aluminiumgehalt und die zur Verfügung stehendenMengen.

1994 wurden weltweit rund 100 Millionen Tonnen überwiegend imTagbau gefördert. Die abbauwürdigen Bauxitvorkommen auf derganzen Erde werden zur Zeit auf zirka 140.000 Millionen Tonnengeschätzt. Ein großer Teil der erschlossenen Lagerstätten liegt inden tropischen Gebieten der Erde. Die ergiebigsten Vorkommen inEuropa befinden sich im Mittelmeerraum, u. a. im ehemaligen Ju-goslawien, in Griechenland und Spanien. Es gibt darüber hinausauch in den westlichen Industrieländern riesige Vorkommen von al-ternativen Aluminiumrohstoffen. Dies sind silikatische Mineralienwie Ton, Kaolin, Andalusit, Anorthosit usw. Die Aluminiumgewin-nung aus diesen Erzen ist technisch möglich, aber hauptsächlichaufgrund des geringen Metallgehaltes bis heute nicht wirtschaftlich.

Das aus dem Bauxit herausgelöste Aluminiumoxid Al2O3 (Tonerde)ist ein Zwischenprodukt für die Aluminiumherstellung. Für seineGewinnung wird weltweit fast ausschließlich das Bayer-Verfahrenangewendet. Abbildung 2 zeigt den Prozess in schematischer Form.

1.2 Vom Rohstoff Bauxit zur Tonerde

8

Tabelle 1: Typische Zusammensetzungvon Bauxiten in Prozenten

Quelle: Aluminium-Zentrale, Aluminium-Taschenbuch, 15. Auflage

Abbauort Weipa Eleusis(Australien) (Griechenland)

Zusammensetzung in % in %

Aluminiumoxid (Al2O3) 55,0 51,0Eisenoxid (Fe2O3) 10,0 30,0Siliziumoxid (SiO2) 5,0 2,0Titanoxid (TiO2) 2,5 2,5Kalziumoxid (CaO) Spuren 2,0Chemisch gebundenes Wasser 25,0 12,0

In einem ersten Schritt wird das Bauxit gemahlen und im Mischer ingenau dosierter Konzentration mit der Aufschlusslauge NaOH (Nat-ronlauge) vermengt. Dieses Gemisch kommt in den Autoklaven undwird dort unter Druck bei einer Temperatur bis zu 270 °C aufge-schlossen. Das Aluminiumoxid geht dabei als Natriumaluminat inLösung. Druck und Temperatur sowie die Menge der zugesetztenLauge hängt von der Beschaffenheit des Erzes ab. Im Eindickerwerden die ungelösten Bestandteile ausgeschieden. Dies sind imwesentlichen Eisenoxid, Titanoxid und der größte Teil des Silizium-oxids. Diese Stoffe zusammen bilden den sogenannten Rot-schlamm. In der Regel werden die ausgeschöpften Bauxitgrubenmit sorgfältig von der Natriumsubstanz reingewaschenem Rot-schlamm aufgefüllt. Diese Lagerstätten werden anschließend re-kultiviert. Das Natriumaluminat wird im Ausrührer auf zirka 60 °Cabgekühlt und mit geringen Mengen Aluminiumhydroxid „geimpft“.Dadurch entsteht eine Übersättigung, und der Großteil des Alumi-niums fällt in Form von Aluminiumhydroxid aus, welches im nach-folgenden Vakuumfilter abgetrennt wird. Im Filter wird auch die Pro-zesslauge vom Aluminium gereinigt und wieder dem Mischer zurwiederholten Verwendung zugeführt. Schließlich wird das Alumi-niumhydroxid in einem Drehrohr- oder Wirbelschichtofen (Kalzinier-ofen) auf etwa 1300 °C erhitzt (kalziniert). Dabei wird das noch ent-haltene Wasser ausgetrieben. Als Ergebnis erhält man Aluminium-oxid (Tonerde) mit einem Reinheitsgrad von zirka 99 % in Gestalteines trockenen, weißen Pulvers. Bei hochwertigen Bauxiten erhältman aus zwei Tonnen Rohmaterial eine Tonne Aluminiumoxid. 9

Abbildung 2: Schematische Darstellungdes Bayer-Verfahrens

Quelle: Aluminium-Zentrale, Aluminium-Merkblatt W1: Der Werkstoff Aluminium

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

1.3 Die Herstellung von Hüttenaluminiummittels Schmelzflusselektrolyse

Die Schmelzflusselektrolyse ist ein Verfahren zur großtechnischenReduktion von Aluminiumoxid in metallisches Aluminium. DerSchmelzpunkt von Aluminiumoxid liegt bei zirka 2050 °C. Durchden Einsatz von Kryolith wird die Schmelztemperatur auf etwa950 °C gesenkt. Das Aluminiumoxid wird bis maximal 10 % im Kryo-lith gelöst. Beim Durchgang von Gleichstrom scheidet sich das Alu-minium am Minuspol (Kathode) ab. Der im Aluminiumoxid enthal-tene Sauerstoff verbindet sich am Pluspol mit dem Kohlenstoff derAnode zu gasförmigem CO und CO2. Die prinzipielle Anordnungeines modernen Elektrolyseofens ist in Abbildung 3 dargestellt.

Die Elektrolysezelle besteht aus einer massiven Stahlwanne, dieauf der Innenseite mit Schamotteziegeln ausgemauert ist. DerBoden und die Seitenwände der Wanne sind mit Kohlenstoffstei-nen, welche als Kathode fungieren, ausgekleidet. Das abgeschie-dene Aluminium ist schwerer als das Kryolith und lagert sich daheram Boden als flüssiges Metallbad ab. Dieses wird in regelmäßigenAbständen abgesaugt. Die Kohlenstoffanoden tauchen von oben indie Elektrolytschmelze ein und werden bei der Reaktion mit Sauer-stoff verbraucht. Durch die kontinuierliche elektrolytische Zerset-zung verarmt die Schmelze und muss daher laufend mit Alumini-umoxid angereichert werden. Um ständig die optimale Kryolith-konzentration aufrechtzuerhalten, erfolgt die Tonerdezufuhr bei mo-dernen Elektrolysezellen computergesteuert. Um das unkontrol-lierte Entweichen der Abgase zu verhindern, ist die Zelle von derUmgebungsluft abgekapselt und an eine Gasreinigungsanlage an-geschlossen. 10

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 3: Prinzipschaubild einermodernen Elektrolysezelle

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte imBauwesen

Oft wird wegen des hohen Energieverbrauches an der Aluminium-produktion mittels Schmelzflusselektrolyse Kritik geübt. Dazu istfestzuhalten, dass im Laufe der letzten Jahrzehnte das Verfahrenu. a. durch den Einsatz von Computern permanent weiterentwickeltwurde und der Strombedarf für die elektrolytische Produktion voneinem Kilogramm Aluminium in den letzten 30 Jahren um die Hälfte(auf rund 13 kWh) reduziert werden konnte.

11

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 4: Sinkender Stromverbrauchbei der Aluminiumherstellung

Quelle: Aluminium InitiativeAustria, Basis

kWh

25

20

15

10

5

01960 1970 1980 1990

1.4 Die Erzeugung von Umschmelzaluminium

Ein Bauteil aus Aluminium kann grundsätzlich beliebig oft einge-schmolzen und zur Schaffung neuer Produkte verwendet werden.Die hohe Bedeutung von Umschmelzaluminium zeigt sich unter an-derem daran, dass es derzeit bereits zirka 35 % des Gesamtalumi-niumverbrauches in Europa abdeckt. Durch steigendes Altalumini-umaufkommen und durch den verstärkten wirtschaftlichen und ge-sellschaftlichen Druck zum Übergang von der Durchfluss- zurKreislaufwirtschaft und der damit einhergehenden Fortentwicklungder Verwertungstechniken wird dieser Wert in Zukunft weiter an-steigen.

Die Einsatzstoffe für Umschmelzaluminium sind im wesentlichen – Neuschrotte, die bei der Herstellung von Zwischen- oder

Endprodukten aus Aluminium anfallen, – Altschrotte aus Produkten, die am Ende ihrer Nutzungsdauer

angelangt sind und – Abfallmaterial aus Aluminiumgießereien.

Der Prozess der Herstellung von Umschmelzaluminium setzt sichaus mehreren Teilschritten zusammen:

Bis in die siebziger Jahre waren die Schrotte, die in die Um-schmelzhütten gelangten, eine Mischung aus den verschiedenstenAluminiumwerkstoffarten. Aufgrund der Schwierigkeiten, Legie-rungsbestandteile vom Aluminium abzutrennen, wurde das Um-schmelzaluminium vorwiegend für Formgussteile verwendet. Heutewerden sehr homogene Schrottfraktionen bereitgestellt. Damit er-hält man sogenannte „Legierungsfamilien“, aus denen gleiche oderzumindest ähnliche Produkte hergestellt werden. Dies erhöht dieAnforderungen an die (getrennte) Sammlung und Sortierung vonAlt- und Neuschrotten. Vergleichsweise günstig ist diese Situationbei der Verwertung von Aluminiumprofilen, die im Bauwesen fürFenster und Fassaden verwendet werden, weil sie in größerenDimensionen anfallen und meist die gleiche Werkstofflegierung (in der Regel AlMgSi0,5) aufweisen.

12

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Schrottsammlung 3

Sortierung 3

Aufbereitung 3

Einschmelzen 3

Gießen von Formaten

Bei der Schrottaufbereitung fallen mechanische, chemische undthermische Vorbehandlungsverfahren an, die Verbundpartner, Be-schichtungen und sonstige Anhaftungen vom Aluminium abtren-nen. Beispiele für Arbeitsgänge bei derartigen Verfahren sind:

– Schreddern (Zerkleinern) des Schrottes– Nassabtrennung (Schwimm-Sink-Scheidung)

von Verunreinigungen– Abschwelung nichtmetallischer, brennbarer Anhaftungen– Magnetabscheidung von Eisenwerkstoffen– Ausschmelzen des Aluminiums von anderen Metallkörpern

Beim Einschmelzen des aufbereiteten Aluminiumschrottes stehenverschiedene Verfahren zur Verfügung.

Schmelzen im Trommelofen

Stärker verunreinigte Schrotte werden während des Schmelzvor-ganges mit einer Salzschicht bedeckt. Das Salz (hauptsächlichNatriumchlorid NaCl und Kalziumchlorid CaCl) verhindert den Zu-tritt von Luftsauerstoff zur Schmelze. Dadurch wird die Oxidationdes Aluminiums vermieden. Ein Teil der unerwünschten Stoffe wirdsodann mit der auf dem flüssigen Aluminiumbad schwimmendenSalzschlacke abgezogen. Die Schlacke enthält rund 60 % Salzge-misch, 30 % Al2O3 und 10 % metallisches Aluminium. Die Wieder-bzw. Weiterverwertung der Substanzen ist aufwendig und proble-matisch, Teile davon werden deponiert.

Schmelzen im Zweikammerofen

Eine moderne Technologie zum Einschmelzen von Altaluminiummit geringer Verunreinigung durch Lacke oder Kunststoffbeschich-tungen (z. B. Fensterrahmen) ist der Einsatz eines „Recycling-ofens“ (Zweikammerofens). In der ersten Kammer wird die (ener-giereiche) Beschichtung mittels Schwefelgasen abgeschwelt. DasGasgemisch wird anschließend als Brennstoff für das Heizen derzweiten, eigentlichen Schmelzkammer verwendet. Die Abgasemüssen einer entsprechenden Reinigung (Staubfilter, thermischeNachverbrennung usw.) zugeführt werden. Salz ist bei dieser Me-thode, wenn überhaupt, nur in geringen Mengen erforderlich.

13

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Schmelzen unter Einbeziehung spezieller Schrottreinigungstechnologien

Hier können Methoden wie Spülen mit Inertgas (Argon), Chlor oderStickstoff zur Entfernung von Oxiden, Nitriden, Karbiden oderGasen genannt werden. Die flüssige Aluminiumschmelze wird mit-tels eines Rotors in Bewegung gebracht und gleichzeitig mit demjeweiligen Spülgas vermischt. Die Verunreinigungen werden an dieBadoberfläche geschwemmt und können sodann entfernt werden(SNIF – Spinning-Nozzle-Inert-Flotation Method).

Das umgeschmolzene Aluminium wird schließlich in Formen ge-gossen. Gusslegierungen erstarren zu Gussmasseln. Aus Knet-legierungen werden Walzbarren oder Pressbolzen für die weitereVerarbeitung in Halbzeugwerken hergestellt.

14

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

1.5 Typische Eigenschaften von Aluminium

Der Werkstoff Aluminium wird heute auf sehr vielen verschiedenenGebieten der Technik eingesetzt. In einigen Bereichen ist Alumi-nium unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten mitAbstand das geeignetste Material. Diese Stellung ergibt sich auseiner Reihe von vergleichsweise günstigen Eigenschaften. Darüberhinaus können diese Eigenschaften durch Legierungszusätze sehrstark variiert und verbessert werden, ein Umstand, den man in derPraxis bestmöglich zu nutzen versucht. Dabei ist jedoch zu beach-ten, dass die Verbesserung einer bestimmten Eigenschaft immereine Verschlechterung anderer Eigenschaften zur Folge hat und dieLegierung daher auf den Verwendungszweck abgestimmt werdenmuss. Aluminium wird folgendermaßen untergliedert:

Charakteristische Eigenschaften von Aluminium:

Dichte bzw. Gewicht

Aluminium und seine Legierungen zählen zu den Leichtmetallenund haben spezifische Gewichte von 2700 – 2800 kg/m3. DieserWert liegt etwa bei einem Drittel der Dichte von Stahl. Der Ge-wichtsunterschied zu den Schwermetallen ist noch wesentlichgrößer. Hierin liegt ein in vielen Anwendungsbereichen genützterVorteil zugunsten von Aluminium.

15

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Aluminium, unlegiert

Reinaluminium Der Reinheitsgrad beträgt zwischen 99 % und 99,9 %.

Reinstaluminium Der Aluminiumanteil repräsentiert mindestens 99,99 %. Reinstaluminium kann durch weitere Reduktion von normalemHüttenaluminium mittels der „Dreischichtenelektrolyse“ gewonnen werden.

Aluminiumlegierungen

Gusslegierungen Im Vordergrund stehen hier brauchbare Gusseigenschaften. Diese werden vornehmlich durch Siliziumzusätze von 5 – 20 % erreicht.

Knetlegierungen Sie stellen den Basiswerkstoff für die durch Strangpressen oderWalzen usw. hergestellten Halbzeuge dar. Die bedeutendsten Legierungsmetalle für Aluminium im Bauwesen sind: Kupfer (Cu),Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Silizium (Si) und Zink (Zn)

Festigkeitseigenschaften

Aluminium und seine Legierungen können, den jeweiligen Anforde-rungen entsprechend, innerhalb einer Bandbreite von etwa 60 bis530 N/mm2 Mindestzugfestigkeit hergestellt werden. Dazu gibt eseine Reihe von speziellen Verfahren, die Veränderungen im Metall-gefüge bewirken. Die wichtigsten davon sind:

– Auswahl der Legierungen– Kaltverfestigen von Reinaluminium oder legierten Aluminium-

werkstoffen durch Walzen, Ziehen, Schmieden usw.– Warmaushärten bzw. Wärmebehandlung von Aluminium-

legierungen

Für Legierungen gilt die Faustregel: Je reiner das Metall, desto ge-ringer ist seine Festigkeit und desto höher die chemische Bestän-digkeit.

Chemische Resistenz sowie Witterungs- und Seewasserbeständigkeit

Rein- und Reinstaluminium und auch die meisten Legierungen wei-sen eine hervorragende Beständigkeit gegenüber vielen flüssigenund gasförmigen Medien auf. Darüber hinaus gibt es mehrere Ver-fahren des zusätzlichen Oberflächenschutzes von fertigen Alumini-umprodukten.

Verhalten bei mechanischer Bearbeitung, Umform- und Schweißbarkeit

Aluminiumteile lassen sich mit nahezu allen herkömmlichen Metho-den der spanabhebenden Bearbeitung (Drehen, Fräsen, Schleifenusw.) sowie spanlosen Trennverfahren (Stanzen, Schneiden) pro-blemlos gestalten. Durch hohe Schnittgeschwindigkeiten könnenkurze Bearbeitungszeiten erreicht werden. Ähnlich günstig ist dasVerhalten von Aluminium bei der Herstellung von Formteilen mitden üblichen Verfahren des Kalt- und Warmumformens. Zur Ver-bindung von Aluminiumteilen kommen verschiedene Varianten vonSchutzgasschweißverfahren zur Anwendung.

Elektrische Leitfähigkeit

Aluminium hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und liegt im Ver-gleich mit anderen Gebrauchsmetallen hinter Silber, Kupfer undGold an vierter Stelle.

16

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Wärmeleitfähigkeit

Aluminium hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Wiederverwertung (Recycling)

Aluminium kann ohne Qualitätsverlust beliebig oft umgeschmolzenwerden, d. h. beim Wiedereinschmelzen findet kein „downrecycling“statt. Der Energieeinsatz beim Aluminiumrecycling beträgt zirka5 % gegenüber der Herstellung von Hüttenaluminium. Der Anteildes eingesetzten Umschmelzaluminiums steigt in allen Anwen-dungsbereichen. In Österreich verzeichnete das Statistische Zent-ralamt von 1991 bis 1994 eine Steigerung von 80 %.

Sonstige Merkmale

– Das optische Erscheinungsbild von blankem Aluminiumist durch sein hohes Reflexionsvermögen für Licht- und Wärmestrahlung gekennzeichnet.

– Aluminium ist antimagnetisch.– Aluminium ist nicht brennbar.– Aluminium ist ungiftig, d. h. der Kontakt menschlicher

und tierischer Organismen mit dem Metall ist unbedenklich.

17

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

1.6 Verwendungsgebiete für Aluminiumwerkstoffe

Die Unternehmen der westlichen Industrieländer sehen sich heut-zutage einer ständig wachsenden Zahl von Kundenbedürfnissenund immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen gegenüber. DieForschungs- und Entwicklungsaktivitäten in Bezug auf neue undkostengünstigere Produkte, Verfahren und Werkstoffe wurden nichtzuletzt deshalb im Laufe der letzten Jahrzehnte permanent ver-stärkt. Die Herstellungskosten von Aluminium sind seit Beginn sei-ner großtechnischen Produktion sukzessive gesunken. Vor diesemHintergrund erscheint es plausibel, dass Aluminium angesichts sei-ner großen Zahl von vergleichsweise günstigen Eigenschaftenviele traditionelle Werkstoffe zurückgedrängt hat und heute ineinem breiten Spektrum Verwendung findet. Diese Bandbreite solldurch die nachstehende Graphik verdeutlicht werden.

18

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 5:Aluminiumanwendungs-bereiche in Österreich

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte imBauwesen

4 %

7 %

11 %

15 %

20 %

20 %

23 %

Industrieller Bereich

Maschinenbau

Elektrotechnik

Sonstiges

Verpackungen

Bauwesen

Transport und Verkehrswesen

2 Aluminium im Bauwesen

19

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

2.1 Anwendungsbereiche von Aluminium im Bauwesen

Ein plakatives Beispiel für die Langlebigkeit und Witterungsbestän-digkeit von Aluminium ist die Kuppel der Kirche San Gioacchino inRom, welche im Jahr 1897 mit Aluminiumblechtafeln eingedecktwurde und heute noch völlig intakt ist. Auch der österreichische Ar-chitekt Otto Wagner hat bereits 1911 für die Fassade der Postspar-kasse in Wien Aluminium verwendet. In der ersten Hälfte diesesJahrhunderts blieb die Anwendung von Aluminium im Hochbauweitgehend auf Dacheindeckungen beschränkt. Erst nach demZweiten Weltkrieg, als die Möglichkeiten der Oberflächengestal-tung mittels anodischer Oxidation weiterentwickelt wurden, ent-deckte man mit dem neuen Material vielfältige architektonische Ge-staltungspotentiale. Dies führte in der Folge zur Herstellung vonSchaufensterrahmen, Portalen, Gittern und Geländern sowie Be-schlägen von Fenstern und Türen aus Aluminium. Das Verwen-dungsspektrum von Aluminium im Hochbau wurde zwischenzeitlichpermanent ausgeweitet. Aluminium zählt heute zu den wichtigstenBaustoffen.

Der Erfolg von Aluminium basiert auch im Baubereich auf ständigerweitertem Fachwissen, das es ermöglicht, die vielfältigen Eigen-schaften des Metalls gezielt zu nutzen. Vorteile des Einsatzes vonAluminium am Bau ergeben sich hauptsächlich aus dem günstigenVerhältnis Gewicht/Festigkeit, aus der Witterungsbeständigkeit undden Möglichkeiten der Farbgebung durch Beschichtung oder ano-dische Oxidation.

Die Bandbreite der Produkte und Bauteile aus Aluminium, soweitsie heute im Bauwesen Verwendung finden, erstreckt sich über dieBereiche:

– Fenster- und Türsysteme– Fassadensysteme– Fensterzubehör, Lüftungs- und Sonnenschutzelemente– Treppen, Geländer und Zäune– Dacheindeckungen und Mauerabschlüsse– Profilsysteme für Ausstellungs- und Möbelbau– Bauteile im Bereich Lüftungs- und Klimatechnik– Baugruppen für die Nutzung alternativer Energie– Aluminium zur architektonischen und künstlerischen Gestaltung– Teile für den Ingenieurbau

(Masten, Gerüste, Brücken und Hallenbau)– Sonstige spezielle Bauelemente

20

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die ersten drei der oben genannten Bereiche sind die klassischenTätigkeitsfelder der Metallbauunternehmen (Aluminium-Fenster-Fachberater) und repräsentieren mengenmäßig den Hauptteil desim Bauwesen eingesetzten Aluminiums.

Metallbaubetriebe beschäftigen sich mit der Herstellung und derMontage von Konstruktionen aus Metall, soweit sie für den Einbauin Gebäude bestimmt sind. Verwendet werden überwiegend Sys-tembauelemente, das sind standardisierte Profile, die nach Vorga-ben im Baukastenprinzip zusammengefügt werden. Das techni-sche Know-how und meist auch die Profile selbst werden von An-bietern, die auf Aluminiumprofilsysteme spezialisiert sind (System-lieferanten), bezogen.

Fenster-, Tür- und Fassadenkonstruktionen sind raumabschlie-ßende Baugruppen, deren Rahmen aus stranggepressten Alumini-umprofilen bestehen. Bis in die 70er Jahre waren Aluminiumkon-struktionen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Metalls ge-genüber dem traditionellen Fensterrahmenwerkstoff Holz keineernsthafte Konkurrenz. Die Situation änderte sich mit dem umfas-senden Einsatz von „wärmegedämmten Verbundprofilen“. Wärme-gedämmte Verbundprofile aus Aluminium bestehen aus einem in-neren und einem äußeren stranggepressten Aluminiumprofilteil.Diese beiden Teile sind durch Kunststoffisolierstege verbunden.

Der Bereich des modernen Metall-Glas-Fassadenbaus hat sichaufgrund der gehobenen technischen und gestalterischen An-sprüche (insbesondere durch die Forderung schlanker Ansichts-breiten) zur Domäne des Werkstoffes Aluminium entwickelt. Alumi-niumprofile bilden dabei entweder ein sichtbares Rahmengerüst,oder sie stellen die verdeckte Unterkonstruktion für die Befestigungder Glaselemente dar. Man kann heutzutage sehr viele verschie-dene Profilquerschnitte auch in geringeren Mengen wirtschaftlichherstellen. Die Fassadensysteme werden dadurch äußerst variabelund ermöglichen individuelle Lösungen. Die damit gebotenen Mög-lichkeiten der Verbindung von Kreativität mit Funktionalität bei derPlanung eines Bauwerkes werden insbesondere von Architektenund Bauingenieuren geschätzt.

Unter Fensterzubehör aus Aluminium fallen Sohl- und Fenster-bänke oder Leibungsbekleidungen, da diese (je nach Einbausitua-tion) nicht notwendigerweise Bestandteil eines Fensters sein müs-sen. Bei Sonnenschutzelementen, wie Rollläden, Jalousien oderFensterläden, wird Aluminium in Form von Profilen oder gerolltenbzw. geformten Blechen verarbeitet.

21

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

2.2 Arten von im Bauwesen bevorzugt verwendetenAluminiumwerkstoffen und Halbzeugen

Aluminiumwerkstoffe lassen sich in Reinaluminium, Reinstalumi-nium und Aluminiumlegierungen unterteilen. Letztere stehen alsKnet- und Gusswerkstoffe zur Verfügung.

Rein- und Reinstaluminium wird im Bauwesen kaum verwendet.Auch Gusslegierungen sind im Hochbau nur in sehr geringen Men-gen vertreten. Anwendungsbeispiele hierfür sind dekorative Guss-platten für die Bekleidung von Wänden oder Fassaden und Be-schläge aus Aluminium für Fenster und Türen.

Knetlegierungen repräsentieren den überwiegenden Teil des imHochbau verarbeiteten Aluminiums. Unter den Begriff fallen alleAluminiumwerkstoffe, die durch Kalt- oder Warmumformen (Wal-zen, Strangpressen, Ziehen, Schmieden) „durchgeknetet“ und zuHalbzeugen geformt werden.

ÖNORM EN 573-3 gibt Aufschluss über die metallische Zusam-mensetzung von handelsüblichen Aluminium-Knetlegierungen. DerGesamtanteil der dem Aluminium beigefügten Legierungselementeliegt im Durchschnitt zwischen 0,5 % und 4,5 % (bei Gusslegierun-gen liegt dieser Wert bei durchschnittlich 12 %).

Tabelle 2 enthält eine Auswahl von Aluminiumwerkstoffen, wie sieim Hochbau und in der Architektur bevorzugt eingesetzt werden.

22

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Werkstoff Typische Bevorzugte Eloxal- Eigenschaften DIN 1725 Lieferzustände Lieferform qualität und Anwendungsbeispiele

AlMgSi0,5 F22 Profil ja Meistverwendete LegierungenF25 Profil ja für anodisierte Bauprofile

AlMgSi1 F28 Profil, Blech Konstruktionswerkstoffe F31 Profil, Blech für erhöhte statische Bean-

spruchungenAlMg1 F15 Blech ja Anodisierte Bleche für Wand-

und FassadenverkleidungenAlMg3 F18 Profil Bevorzugt für handwerkliche

Verarbeitung (Biegearbeiten, Schweißen)

AlMn1 F14 Blech Unbehandelte Well- und Form-bleche für Dacheindeckungen

Al99,5 F11 Blech und Wandbekleidungen vorwiegend für industrielleund landwirtschaftliche Bauten

G-AlSi12 – Formguss Gegossene Beschläge, Brüstungsplatten, Reliefs, Kunstguss

Tabelle 2: Bedeutende Aluminiumwerk-stoffe für das Bauwesen

Quellen: Aluminium-Zentrale, Bauen mit Aluminium; Arbeitsgemeinschaft Metallfenster / Türen / Tore

Die in der Tabelle 2 angeführten genormten Werkstoffsymbolegeben Hinweise auf die Hauptbestandteile der Legierung und zumTeil auch auf deren Eigenschaften: Beispielsweise bedeutetAlMgSi0,5, dass das Material neben Aluminium auch Magnesiumund Silizium enthält, letzteres zu zirka 0,5 %. Darüber hinaus sindimmer geringe Mengen anderer Metalle enthalten, deren Grenz-werte in ÖNORM EN 573-3 angegeben sind.

Al99,5 ist die Bezeichnung für Reinaluminium mit einem Reinheits-grad von mindestens 99,5 %.

G-AlSi12 ist eine Aluminium-Gusslegierung (G für Guss) mit 12 %Silizium als Legierungskomponente. Fehlt das G, so handelt essich immer um eine Knetlegierung.

Eine an das Werkstoffsymbol angehängte „Zustandszahl“ (F-Zahl)gibt Auskunft über die garantierte Mindestzugfestigkeit. So be-zeichnet F22 eine Legierung mit mindestens 22 kp/mm2 (entsprichtrund 220 N/mm2) Zugfestigkeit.

Die Eloxalqualität eines Werkstoffes ist immer dann von Bedeu-tung, wenn ein dekoratives Aussehen von anodisch oxidierten Bau-teilen gefordert wird. Bisweilen wird die Eloxalqualität auch mit demZusatz „dek“ oder „E“ zur übrigen Werkstoffbezeichnung angege-ben.

Als Halbzeuge gelten Bleche, Bänder, Stangen, Drähte, Rohre,Profile und Schmiedestücke. Bleche in Tafelform, endlose Bänderund vor allem stranggepresste Profile in verschiedensten Quer-schnitten und Längen sind die bevorzugten Halbzeuge im Bauwe-sen bzw. im Metallbau.

Den hohen Stellenwert unter den im Baubereich eingesetzten Ma-terialien hat Aluminium vor allem aufgrund der Weiterentwicklungenbei der Herstellung, Verarbeitung und dem Einsatz von strangge-pressten Profilen erlangt.

23

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

3 Die Herstellung von Aluminiumprofilenund -blechen (Halbzeug) für das Bauwesen

25

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Ausgangsmaterial beim Strangpressen ist Hütten- oder Um-schmelzaluminium in Form von runden Pressbolzen. Der Rohlingwird auf eine Temperatur von 400 – 500 °C erwärmt (Schmelzpunkt≈ 650 °C) und bekommt dadurch die für den Umformvorgang not-wendige Plastizität. Danach wird er in den ebenfalls erwärmten Re-zipienten (Bolzenaufnehmer) eingesetzt. Das heiße Aluminium wirdsodann mittels Pressstempel durch ein Werkzeug (Matrize) ge-presst, welches durch seine Ausnehmungen die Querschnittsformdes austretenden Profils bestimmt. Die Matrize ist eine Scheibe auswarmfestem Stahl, in welche durch Fräsen oder FunkenerodierenDurchbrüche, entsprechend dem gewünschten Profilquerschnitt,eingebracht sind. Der nach dem Pressvorgang austretende Strangwird abgekühlt, gereckt, das Profil in Stangenlänge abgetrennt und,wenn erforderlich, mechanisch gerichtet. Um eine entsprechendeFestigkeit zu erreichen, wird das Profil einer Wärmebehandlung zu-geführt.

Das Pressen eines einfachen Vollprofils ist in Abbildung 6 (Bild 1,links oben) dargestellt. Bei der Herstellung von runden oder ande-ren Hohlprofilen ist zusätzlich der Einsatz eines Dorns bzw. einerBrücke erforderlich (Abbildung 6, Bild 2 und 3). Dabei wird der er-hitzte Bolzen geteilt, und das Aluminium fließt in mehreren Bahnenum die Brücke herum. Vor dem Eintritt in die Matrize werden dieAluminiumstränge wieder zusammengeführt und verschweißt. Diesist auch die klassische Methode des Strangpressens von Fenster-und Fassadenprofilen.

3.1 Die Herstellung von Strangpressprofilen

26

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 6: Schematische Darstellungdes Strangpressverfahrens

Bild 1: Pressen eines Voll-profils

Bild 2: Pressen eines Rohresmit Hilfe eines Dorns

Bild 3: Einsatz einer Brückezum Pressen eines eckigenHohlprofils

Quelle: Hartmann, Handbuch für Architekten

Es gibt verschiedene Pressverfahren, z. B. direktes, indirektes oderhydrostatisches Strangpressen. Das erläuterte Grundprinzip gilt füralle Varianten.

Die Qualität eines Strangpressproduktes ist vom optimalen Zusam-menspiel mehrerer Faktoren abhängig. So müssen beispielsweisedie Art der Aluminiumlegierung, die Qualität des Pressbolzens, dieWärmebehandlung des Rohlings und des Rezipienten, die Gestal-tung der Matrize, die Pressgeschwindigkeit, die Kühlung nach demPressen usw. sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Damitwird auch auf die Grenzen des Verfahrens hinsichtlich besondererWerkstofflegierungen, Mindestwanddicken, Maßtoleranzen usw.hingewiesen.

Um eine Vorstellung über Gestaltungsmöglichkeiten von strangge-pressten Aluminiumprofilen zu bekommen, sind in Abbildung 7 eini-ge Grundformen entsprechend DIN 1748-3 dargestellt.

An Strangpressprofile, die für die Weiterverarbeitung im Metallbaubestimmt sind, werden in der Regel relativ hohe Ansprüche gestellt.Aus diesem Grund wurden Strangpressprofile gemäß DIN 1748-4(EN 755-9) durch eine Gruppe von Präzisionsprofilen ergänzt. Diesesind in DIN 17615-1 (EN 12020-1) und DIN 17615-3 (EN 12020-2)definiert. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Strangpress-profilen gemäß DIN 1748 durch die Beschränkung auf bestimmteWerkstoffzusammensetzungen, die grundsätzliche Eloxalqualität,erhöhte Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit sowieeingeengte Maß- und Formtoleranzen. 27

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 7: Grundformen für Strang-pressprofile nach DIN 1748-3

Legende:b, b1, b2 Öffnungsbreite für Halbhohlprofilet, t1, t2 Größte lichte Tiefe für HalbhohlprofileA Umschlossene Fläche bei Halbhohlprofilenh Höhe des Hohlraums bei Hohlprofilenw Weite des Hohlraums bei HohlprofilenD Durchmesser des um-schreibenden Kreises

Quelle: Hartmann, Handbuch für Architekten

3.2 Wärmegedämmte Verbundprofile aus Aluminium

Wärmegedämmte Verbundprofile aus Aluminium (im weiteren be-zeichnet als: wärmegedämmte Aluminiumprofile) bestehen auszwei Profilteilen, die durch ein Dämm- bzw. Isolierelement aushochwertigem Kunststoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (z. B.glasfaserverstärktem Polyamid) statisch verbunden und thermischgetrennt sind.

Für die Wärmedämmung des Verbundprofils ist neben der Wärme-leitfähigkeit des Isolierstoffes auch der Abstand zwischen den Pro-filteilen und deren Querschnittsformen verantwortlich.

Zur wärmeschutztechnischen Beurteilung können näherungsweisedie Hinweise auf Rahmenmaterialgruppen für Fensterrahmen her-angezogen werden (entspricht der Baupraxis in der BRD):

Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Isoliermaterial undden beiden Aluminiumprofilen existieren grundsätzlich zwei Mög-lichkeiten:

– Einrollen von Isolierstäben bzw. -profilen zwischen die Aluminiumprofile

– Schäumen oder Gießen der Isolierzonen

Es gibt darüber hinaus noch Systeme, die beide Methoden kombi-nieren. Das Einrollen von Isolierprofilen hat sich am stärkstendurchgesetzt und stellt heute auch den „Stand der Technik“ dar. Ex-trudierte Isolierstege aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung wer-den – nach dem derzeitigen Wissensstand – den Anforderungenam besten gerecht.

28

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

RahmenmaterialgruppeU-Bereich [W/m2K]

Nachweis des Wärmedurchgangskoeffizienten durch

1 UR ≤ 2,0 Prüfzeugnis2.1 2,0 < UR ≤ 2,8 Prüfzeugnis2.2 2,8 < UR ≤ 3,5 Prüfzeugnis, oder die Einhaltung von konstruktiven Merkmalen

in der Dämmzone laut DIN 4108, Tabelle 3. A2.3 3,5 < UR ≤ 4,5 Prüfzeugnis, oder die Einhaltung von konstruktiven Merkmalen

in der Dämmzone laut DIN 4108, Tabelle 3. B

Quelle: In Anlehnung an DIN 4108

Tabelle 3: Rahmenmaterialgruppen für wärmegedämmte Aluminiumfenster gemäß DIN 4108, Teil 4

Zu Beginn des Einrollvorganges werden die Isolierprofile (-stäbe, -stege) in die Aufnahmenuten der Aluminiumprofilstangen (Stan-dardlänge zirka sechs Meter) eingeschoben. Danach werden alleTeile zusammen der Rollanlage zugeführt. In der Maschine sind –je nach Profilquerschnitt – eine Reihe von Führungs- und Andruck-rollen installiert. Beim Durchlauf der Teile pressen die Andruckrollendie an den Aluminiumprofilen vorgesehenen Stege fest gegen dieKunststoffstäbe, wodurch eine kraft- und formschlüssige Verbin-dung zwischen den Einzelteilen hergestellt wird. Als Ergebnis erhältman einen kompakten und stabilen Profilverbund. Dieser ist in derLage, die an die fertigen Konstruktionen (Fenster, Türen usw.) ein-wirkenden Kräfte zuverlässig aufzunehmen und an das Bauwerkabzuleiten.

Die Mindestanforderungen an Längsschub- und Querzugfestigkei-ten sind zum Beispiel in den Richtlinien des DIBt (Deutsches Insti-tut für Bautechnik, Berlin) geregelt. Abbildung 8 zeigt ein fertigeswärmegedämmtes Aluminiumprofil, das für den Einsatz als Fens-terrahmen konzipiert ist. Der Pfeil zeigt auf die Stelle bzw. auf denAluminiumsteg, an dem der mittels Andruckrollen aufgebrachte An-pressdruck wirksam wird.

In der Regel erfolgt das Zusammenrollen der Aluminiumprofile mitden Isolierstegen im Strangpress- bzw. Halbzeugwerk auf quali-tätsgesicherte und rationelle Weise. Erst anschließend werden diewärmegedämmten Profile auf Bestellung der Metallbaubetriebe be-schichtet oder anodisch oxidiert. Daraus ergibt sich auch die Not-wendigkeit der Beständigkeit der Isoliermaterialien gegenüber denEinwirkungen im Eloxalbad bzw. gegenüber den hohen Beschich-tungstemperaturen.

29

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 8: Beispiel für ein wärme-gedämmtes Aluminiumprofil

Quelle: Schüco

Das Einrollen kann auch nach der Profilbeschichtung oder -anodi-sation erfolgen. Diese Methode bringt den Vorteil, dass die beidenTeilprofile mit unterschiedlichen Oberflächen versehen werden kön-nen. Damit werden zusätzliche architektonische Gestaltungsmög-lichkeiten eröffnet. Außen braun eloxierte und innen weiß beschich-tete Fenster- oder Türkonstruktionen sollen hier nur als ein Beispielgenannt werden.

Diese Herstellung zweier verschiedener Oberflächen an wärmege-dämmten Profilen ist aufgrund erhöhter Handling- und Transport-kosten nur bei größeren Mengen gleichartiger Profile ökonomischsinnvoll. Einige Profilsysteme bieten den Fensterherstellern auchdie Option, das Zusammenfügen mit einfacheren und kleineren Ma-schinen in der eigenen Werkstätte vorzunehmen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit der unterschiedlichen Ober-flächenbehandlung der beiden Profilteile auch nach dem Zusam-menrollen. Durch zusätzliche Vorkehrungen beim Eloxieren bzw.Beschichten (Abkleben, Abdecken, Temperaturverringerung usw.)entstehen jedoch beträchtliche Mehrkosten.

30

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

3.3 Die Herstellung von Aluminiumblechen

Aluminiumbleche und Aluminiumbänder werden durch Walzen her-gestellt. Ausgangsmaterial ist Hütten- oder Umschmelzaluminium,das zu dicken Platten (Walzbarren) gegossen wird. Die Abmessun-gen dieser Walzbarren reichen bis 2500 x 3900 mm bei Dicken zwi-schen 300 und 600 mm. Erwärmt auf Walztemperaturen zwischen400 und 540 °C werden Walzbarren „in einer Hitze“ auf die End-dicke der Warmwalzplatten oder Warmwalzbänder gewalzt. Diewarmgewalzten Bänder werden bei Raumtemperatur auf die jewei-lige Fertigdicke gewalzt und als Bänder oder Bleche der weiterenVerarbeitung zugeführt. Bänder verlassen das Walzwerk in Formaufgerollter Bunde (Coils). Bleche haben immer die Form von Ta-feln.

Für die Verwendung im Bauwesen werden sowohl Bänder als auchBleche produziert. Bänder in Dicken zwischen 0,5 und 1,2 mm wer-den als verformte Bauteile (z. B. als Trapez- oder Wellbleche) ein-gesetzt, bilden die Außenhaut von ebenen Verbundwerkstoffen(z. B. Paneelen) oder sind das Ausgangsmaterial für Spengler-arbeiten. Bleche stehen in Abmessungen bis 2200 x 4000 mm undDicken von 1,5 bis 6 mm zur Verfügung. Ebene oder verformteFassadenbekleidungen sowie Paneele, Sohl- und Fensterbänke,Blenden, Anschlussbauteile usw. werden vorwiegend in Dicken von2–3 mm ausgeführt.

Für Bauteile mit eloxierter Oberfläche dürfen nur besonders vorbe-handelte Walzprodukte benutzt werden. Abgefräste Oberflächender Walzbarren und eine besondere Wärmebehandlung (Homoge-nisierung) sorgen neben den geeigneten Aluminiumwerkstoffen(Legierungen) für eine optisch gleichmäßige Oberfläche der elo-xierten Bauteile.

Bei der Herstellung von großflächigen Bauteilen (z. B. Fassadenbe-kleidungen) ist die einheitliche Walzrichtung zu beachten.

31

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

4 Oberflächenbehandlung von Aluminium für Anwendungen im Bauwesen

33

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die Veredelung der Oberfläche von Aluminiumbauteilen und insbe-sondere auch von Fassadenprofilen erfüllt dreierlei Funktionen:

– Die optische und dekorative Gestaltung,– die Steigerung der Korrosionsbeständigkeit des Metalls und – die Erhöhung der Verschleiß- und Abriebfestigkeit

des Bauelementes.

Es gibt heute eine Reihe von verschiedenen Möglichkeiten zur Er-zeugung bestimmter Oberflächenschichten. Die Standardverfahrenzur Oberflächenveredelung von Fenster- und Fassadenprofilen ausAluminium sind die anodische Oxidation und die Farbbeschichtung.Diesen und auch allen anderen Verfahren ist gemeinsam, dass zurErzielung der gewünschten Oberflächenqualität eine sorgfältigeVorbehandlung erforderlich ist.

34

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

4.1 Natürlicher Korrosionsschutz von blanken Aluminiumhalbzeugen

Korrosion ist die Bezeichnung für Anfressungs- und Auflösungspro-zesse, denen ein Metall durch den Kontakt mit anderen Stoffenausgesetzt sein kann. Die Ursache dieses Phänomens liegt in der(je nach Metallart unterschiedlich intensiven) natürlichen Neigungvon Metallen, chemische Verbindungen einzugehen. Korrosions-prozesse sind vorwiegend Oxidationsvorgänge, d. h. es bildet sicheine Verbindung zwischen dem Metall und Sauerstoff. Die korro-dierende Wirkung besteht in einer von der Oberfläche ausgehen-den Veränderung des Metallgefüges, welche in der Regel zu einerBeeinträchtigung der Funktionen und des Aussehens eines Bau-teils führt.

Im Gegensatz zu vielen anderen Gebrauchsmetallen, z. B. Eisen,ist Aluminium in atmosphärischer Umgebung mit einem sehr gutennatürlichen Korrosionsschutz ausgestattet. Durch die Verbindungdes Metalls mit Luftsauerstoff wächst an der Oberfläche einedünne, transparente Oxidschicht. Diese ist fest haftend und wird mitzunehmender Dicke mehr und mehr dicht schließend, sodass sichkurz nach Beginn der Reaktion ein Gleichgewichtszustand einstelltund der Zutritt weiterer Sauerstoffmoleküle versperrt wird, d. h. derKorrosionsprozess kommt allmählich zum Stillstand. Wird diesenatürliche Oxidhaut beispielsweise durch mechanische Einwirkungverletzt, erneuert sie sich sozusagen von selbst. Im Gegensatzdazu ist die Korrosion von Eisen ein permanent fortschreitenderProzess, sodass sich das Metall nach einer größeren Zahl von Jah-ren unter ungünstigen Witterungseinflüssen zur Gänze in Eisenoxidzurückverwandelt.

Die Dicke der natürlichen Oxidschicht wird von den Umgebungsbe-dingungen bestimmt. Bei normalem Raumklima beträgt sie etwa0,01 µm (= 0,00001 mm). Ist ein Bauteil hohen Temperaturen undhoher Feuchtigkeit ausgesetzt, kann dieser Wert auf bis zu 0,1 µm,also um das Zehnfache, anwachsen. In derartig dicken Schichtenkann es zum Einschluss von Schmutzpartikeln kommen, die dasOberflächenaussehen stören. Dementsprechende Verfärbungenwerden als Brunnenwasserschwärze bezeichnet. Die gute Korro-sionsbeständigkeit von Aluminium ist weitgehend auf den chemischneutralen Bereich (pH = 5 bis 8) beschränkt. Wird das Metall durchstark saure oder alkalische Medien angegriffen, so tritt Flächenkor-rosion auf, d. h. es erfolgt eine fortlaufende Abtragung des Materialsan der gesamten Berührungsfläche.

35

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Insbesondere die Umgebungsluft in Meeresnähe und in Industrie-gebieten enthält aggressive, korrosionsfördernde Substanzen, vorallem Kochsalz und Schwefeldioxid. Ist Aluminium einer derartigenAtmosphäre ausgesetzt und kommt es infolge Taupunktunter-schreitung häufig zu Kondenswasserbildung an der Metallober-fläche, entstehen viele kleine, muldenförmige Korrosionsstellen,die in der Folge wieder mit einer Oxidhaut bedeckt werden.

So bildet sich langsam ein dicker Oxidbelag, der zwar das Fort-schreiten der Korrosion verhindert, jedoch das Oberflächenbild un-gewollt verändert. Im Laufe der Zeit nehmen derart belastete Alu-miniumteile ein mattgraues und glanzloses, schmutzig wirkendesAussehen an.

Der natürliche Selbstschutz von unbehandeltem Aluminium ist füreine große Zahl von Anwendungen ausreichend. Bei strangge-pressten Fenster- und Fassadenprofilen, die der Witterung ausge-setzt sind, gilt es jedoch durch entsprechende Behandlungsverfah-ren die erwähnten Veränderungen der Oberfläche zu verhindern.

36

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

4.2 Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung

Zweck der Vorbehandlungsprozesse ist die Schaffung einer defi-nierten Oberfläche als Basis für eine weitere Veredelung. Man un-terscheidet zwei Arten von Vorbehandlungsverfahren, die mechani-sche und die chemische Oberflächenbehandlung.

Durch mechanische (oberflächenabtragende) Bearbeitung kannman herstellungs- oder transportbedingte Oberflächenfehler, wieUnebenheiten, Kratzer, Press- oder Feilriefen, entfernen, aber auchOberflächen mit unterschiedlicher Rauigkeit sowie dekorativeStrukturen und Effekte erzeugen. Bei Fassadenprofilen kommenhauptsächlich das Grob- und Feinschleifen, das Polieren und dasBürsten (Satinieren) zur Anwendung.

Die wichtigsten Verfahren der chemischen Vorbehandlung sind dasEntfetten, das Beizen und die chemische Oxidation.

Meist ist die natürliche Oxidhaut eines Aluminiumprofils aufgrundseiner Vorgeschichte durch Fremdsubstanzen, wie Reste vonPresshilfsmitteln, Transportschutzölen oder Ähnlichem, verunrei-nigt. Eine sorgfältige Reinigung durch Entfetten ist für nahezu allenachfolgenden Behandlungen (auch die mechanischen) erforder-lich. Entfetten kann man mittels organischer Lösungsmittel oderEmulsionsreiniger, mittels alkalischer Reinigungsmittel oder aufelektrolytischem Weg.

Das Beizen dient in erster Linie der Abtragung der auf dem Alumi-nium haftenden natürlichen Oxidschicht. Diese Art der Vorbehand-lung schafft den geeigneten Untergrund sowohl für eine chemischeals auch für eine anodische Oxidation sowie für die Aufbringungnichtmetallischer Überzüge.

Durch die chemische Oxidation entsteht an der Aluminiumober-fläche eine 2 bis 5 µm dicke Schutzschicht, deren Korrosionsbe-ständigkeit wesentlich höher ist als jene der natürlichen Oxidhaut.Darüber hinaus stellt sie einen ausgezeichneten Haftgrund fürLacke und Kunststoffpulverschichten dar, weshalb sich die chemi-sche Oxidation als Vorstufe der Pulverbeschichtung von Alumini-umprofilen bestens bewährt hat. Im Wesentlichen kommen zweiVerfahrensvarianten zur Anwendung, das Gelbchromatieren unddas Phosphatieren, die sich hauptsächlich durch die Zusammen-setzung der Behandlungslösung, die Prozesstemperatur und diedamit erzielbaren Schichtdicken unterscheiden.

4.2.1Vorbehandlungsverfahren

37

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Das Verfahren der anodischen Oxidation, auch Eloxalverfahren(elektrolytisch oxidiertes Aluminium) oder Eloxieren genannt, dientder Erzeugung einer künstlichen Oxidschicht an der Oberflächevon Aluminiumbauteilen oder -halbzeugen, deren im Vergleich zurnatürlichen Oxidhaut wesentlich größere Dicke und Widerstands-fähigkeit die Korrosions- und Witterungsbeständigkeit beträchtlicherhöht. Durch die Transparenz dieser künstlich geschaffenen Oxid-haut und die kaum gegebene Gefahr von Schmutzeinschlüssendurch atmosphärischen Einfluss kann das ursprüngliche Aussehenund der metallische Charakter der Bauteile über lange Zeit konser-viert werden. Dabei bleiben auch die durch chemische oder me-chanische Vorbehandlungen (Polieren, Bürsten usw.) erzielten Ef-fekte sichtbar. Überdies bietet die anodische Oxidation eine (imVergleich zur Pulverbeschichtung allerdings beschränkte) Reihevon Möglichkeiten zur Farbgebung.

ÖNORM C 2531 enthält Regelungen über technische Lieferbedin-gungen für anodisch oxidierte Erzeugnisse aus Aluminium. Unteranderem fordert die Norm eine Oxidschichtdicke von mindestens20 µm für alle der Witterung ausgesetzten Teile und minimal 10 µmfür innenliegende, mechanisch nicht beanspruchte Teile. Tabelle 4enthält die in ÖNORM C 2531 angegebenen Symbole für verschie-dene Vorbehandlungen der anodischen Oxidation.

Eine Voraussetzung für das einwandfreie dekorative Aussehen istdie Verwendung von Aluminiumlegierungen in Eloxalqualität. Diegebräuchlichste Legierung für zu anodisierende Fenster- und Fas-sadenprofile ist AlMgSi0,5 Eloxalqualität. Für zu anodisierendeBleche wird üblicherweise AlMg1 Eloxalqualität verwendet.

4.2.2Anodische Oxidation

38

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Quelle: In Anlehnung anÖNORM C 2531

Tabelle 4: Kurzzeichen für die anodischeOxidation in Abhängigkeit vonder Art der Vorbehandlung

Art der Behandlung

Kurzzeichen Vorbehandlung Haupt- und Nachbehandlung

A0 Keine oberflächenabtragende Vorbehandlung Anodisiert und verdichtetA1 Geschliffen Anodisiert und verdichtetA2 Gebürstet Anodisiert und verdichtetA3 Poliert Anodisiert und verdichtetA4 Geschliffen und gebürstet Anodisiert und verdichtetA5 Geschliffen und poliert Anodisiert und verdichtetA6 Chemisch vorbehandelt in Spezialmattbeizen Anodisiert und verdichtet

Bei der anodischen Oxidation gibt es mehrere Verfahrensvarianten,die alle auf dem Prinzip der elektrolytischen Umwandlung der Me-talloberfläche in Aluminiumoxid beruhen. Das Aluminiumwerkstückwird in ein Bad aus verdünnter Säure getaucht und als positiveElektrode (Anode) geschaltet. Als negative Elektrode (Kathode)werden Aluminium-, Blei- oder Edelstahlplatten verwendet. Legtman an die Elektroden Gleichspannung, so wandern im Säurebadnegativ geladene Anionen zur Anode, d. h. zum Werkstück, undgeben dort Sauerstoff ab. Dieser reagiert mit dem Aluminium, undes bildet sich Aluminiumoxid (Al2O3). Es entsteht eine sehr dünne,porenlose oxidische Sperr- oder Grundschicht und darüber einefeinporige, festhaftende Deckschicht, deren Dicke mit zunehmen-dem Stromdurchgang, bezogen auf die ursprüngliche Oberfläche,etwa ein Drittel aus dem Metall heraus und zu zwei Dritteln ins Me-tall hineinwächst. Beide Schichten zusammen bilden eine kom-pakte Oxidhaut.

Die Eigenschaften der Oxidschicht, u. a. die Dicke, die Färbung, dieelektrische Leitfähigkeit und die Härte, können durch unterschied-liche Anodisierverfahren variiert werden. Für die Eloxierung vonFassadenprofilen sind besonders die Möglichkeiten der Farbge-bung von Bedeutung, weshalb sich die nachfolgenden Ausführun-gen auf die damit zusammenhängenden Verfahren beschränken.

Farblose Oxidschichten (Aluminium im Naturton) werden heute inder Regel nach dem GS- oder GSX-Verfahren (Standardverfahren)hergestellt. Ersteres arbeitet mit Gleichstrom und einer Schwefel-säurelösung als Elektrolyt, beim GSX-Verfahren wird der Lösungaußerdem noch Oxalsäure zugefügt. Die Kosten für die benötigteEnergie und die Elektrolyte sind bei beiden Methoden vergleichs-weise gering.

Zur Erzeugung farbiger Oxidschichten kommen in der Praxis dreiMethoden zur Anwendung: die Tauchfärbung, das elektrolytischeFärben und die Farbanodisation.

Beim Tauchfärben (absorptives Einfärben) werden die mittels GS-oder GSX-Verfahren anodisierten Aluminiumprofile in ein Bad miteiner organischen oder anorganischen Farbstofflösung getaucht.Dabei werden die Farbstoffe von der porösen oxidischen Deck-schicht absorbiert. Farbtöne in Blau, Rot, Gold und Schwarz sindbei dieser Methode erzielbar.

39

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Das elektrolytische Färben erfolgt in einer der Standardanodisationfolgenden Verfahrensstufe. Bei dieser zweiten Anodisierung wer-den metallsalzhältige Elektrolyten verwendet. Unter Einwirkung vonWechselstrom (das Aluminiumwerkstück ist als Kathode geschal-tet) lagern sich farbige Metalloxide auf der Basis von Zinn, Kobalt,Nickel oder Kupfer am Porengrund der zuerst erzeugten Deck-schicht ab. Die so hergestellte Färbung ist im Vergleich zur Tauch-färbung besonders lichtecht und witterungsbeständig. Die Farb-palette reicht von Hellbronze über Rotbraun, Dunkelbronze undGrau bis hin zu Schwarz. In Abhängigkeit von der Badzusammen-setzung, der Stromdichte und -spannung sowie der Färbedauerwurden von der Aluminiumindustrie und den Eloxalwerken ver-schiedene Verfahrensvarianten entwickelt, die unter diversen Mar-kennamen (Anolok, Colinal, Colorox, Metoxal usw.) bekannt sind.

Der Prozess der Farbanodisation entspricht im Prinzip der Vor-gangsweise bei der Erzeugung farbloser Oxidschichten. Der Unter-schied bei der Farbanodisation liegt darin, dass durch die Eintra-gung spezieller Säuren in den Elektrolyten eine Eigenfärbung derOxidschicht erzeugt wird. Diese Färbung kann weiters durch dieVerwendung ausgewählter Aluminiumlegierungen beeinflusst wer-den, beispielsweise ruft ein hoher Mangangehalt eine Schwärzungder Oberfläche hervor. Mit derartigen Verfahren, die in der Regelunter Markennamen geschützt sind, produzierte Oxidschichtensind härter und abriebfester als die des GS- oder GSX-Verfahrens.

Die vielfältigen Farbkombinationen und -bezeichnungen sind in derÖNORM C 2531 standardisiert. Die Bedeutung der dabei verwen-deten Kurzzeichen verdeutlicht Tabelle 5.

40

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Tabelle 5: Standardfarbfächer nachÖNORM C 2531

Quelle: In Anlehnung an ÖNORM C 2531

Kurzzeichen Farbbezeichnung

Absorptive Einfärbung / C0 ungefärbtorganisch oder anorganisch C2 hellgold

C3 mittelgoldC4 dunkelgoldC5 hellbronzeC6 mittelbronzeC7 dunkelbronzeC8 schwarz

Elektrolytische Einfärbung C31 leichtbronzeC32 hellbronzeC33 mittelbronzeC34 dunkelbronzeC35 schwarz

Das Verdichten (Sealen) ist der abschließende Arbeitsgang bzw.die Nachbehandlung der anodischen Oxidation. Durch das Ver-dichten wird die offene, poröse und für Farbstoffe aufnahmefähigeoxidische Deckschicht geschlossen (versiegelt). Erst damit erreichtdie Eloxalschicht die optimale Korrosionsbeständigkeit sowie dieLicht- und Wetterechtheit der Färbungen. Die zweckmäßigste Formdes Verdichtens ist eine hydrothermische Behandlung des frischanodisierten und eventuell gefärbten Aluminiumprofils. Durch denKontakt des Aluminiums mit Wasserdampf wird die zuvor erzeugteOxidschicht hydratisiert. Die damit verbundene Volumensvergröße-rung bewirkt einen Porenverschluss.

In den letzten Jahren hat die Farbbeschichtung von Aluminiumpro-filen und -blechen für das Bauwesen erheblich an Bedeutung ge-wonnen. Dies liegt nicht zuletzt an einem anhaltenden Trend zufarbbewussterem Gestalten in der Architektur. Die Möglichkeitender Farbgebung sind beim Beschichten nahezu unbegrenzt, ohnedadurch Verluste bei der Witterungsbeständigkeit der Bauteile hin-nehmen zu müssen. Beschichtete Profile sind gegenüber Alkalitä-ten durch Mörtel, Kalk oder Zement unempfindlich. Diese Eigen-schaft ist in speziellen Situationen von Vorteil.

Hinsichtlich der Legierungszusammensetzungen bestehen seitensder Beschichtung kaum Einschränkungen.

Die einwandfreie Qualität und hohe Lebensdauer der Oberflächeerfordert sorgfältig durchgeführte Vorbehandlungsprozesse. DieVorbehandlung mittels Entfetten, Beizen und chemischer Oxidationstellt eine gängige industrielle Verfahrenskombination dar. In jüngs-ter Zeit gewinnt die anodische Oxidation auch als Vorbehandlungs-verfahren für die Farbbeschichtung an Bedeutung.

Bei der Beschichtung von im Bauwesen verwendeten Aluminium-profilen haben sich zwei Verfahren durchgesetzt, die Flüssiglack-beschichtung bzw. Nasslackierung sowie in besonderem Maße diePulverbeschichtung.

a) Nasslackierung

Bei der Nasslackierung erfolgt die Applikation des flüssigen Lackesdurch Aufspritzen mittels Druckluft oder durch elektrostatischesSpritzen. Heute werden lufttrocknende Lacke zum Beispiel Zwei-Komponenten-Polyurethan-Lacke oder ofentrocknende Lacke(zum Beispiel auf Basis von Silikon-Polyester bzw. PVDF) verwen-det. Letztere benötigen Einbrenntemperaturen zwischen 150 °Cund 240 °C.

4.2.3Farbbeschichtung

41

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

b) Pulverbeschichtung

Das Beschichtungsmaterial bei der elektrostatischen Pulverbe-schichtung ist trocken und pulverförmig mit Korngrößen zwischen20 und 60 µm. Für Außenanwendungen (z. B. Fenster- und Fassa-denprofile) hat sich Polyesterpulver durchgesetzt, für Innenberei-che sind es meist Epoxidpulver oder Epoxid-Polyester-Mischpulver.

Das Pulver wird mittels einer Sprühpistole durch ein elektrischesFeld mit hoher Feldstärke geschossen (somit elektrostatisch aufge-laden) und mit Druckluftunterstützung gegen das geerdete undkalte Aluminiumwerkstück gesprüht. In der Folge setzen sich diePulverpartikel gleichmäßig an dessen Oberfläche fest. Anschlie-ßend wird der Pulverlack in einem Durchlauf- oder Standofen bei160–220 °C eingebrannt. Dabei schmilzt das Pulver zu einemKunststofffilm, und es tritt eine Vernetzungsreaktion ein. Nach demAbkühlen ist der Aushärteprozess abgeschlossen.

42

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

5 Anwendung von Aluminiumprofilen und -blechen (Halbzeug) im Hochbau

43

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Durch ihren Einfluss auf die Wohnqualität, den Energiehaushaltund den Gebrauchswert eines Gebäudes müssen Fenster als zent-rale Elemente in der Architektur angesehen werden.

Ein Fenster unterscheidet sich von vielen anderen Bauteilen einerGebäudehülle durch die Vielzahl seiner Funktionen. Unter dem Ter-minus „Funktion“ wird hier die „Fähigkeit eines Bauelementes,einen bestimmten Zweck zu erfüllen“, verstanden.

Geht man davon aus, dass der ureigenste Sinn eines Fensters ei-nerseits in der Schaffung einer Verbindung zwischen Innenraumund Außenwelt und andererseits in der Trennung der beidenSphären liegt, führt eine Funktionsanalyse zu mehreren Grund-funktionen. Werden diese auf einer nächsten Stufe weiter konkreti-siert, ergeben sich die im Prinzipschaubild Abbildung 9 dargestell-ten Zusammenhänge.

Darüber hinaus dienen Fenster der Gestaltung von Fassaden, undsie schaffen künstlerisch-ästhetische Möglichkeiten der Betonungeiner landschaftsbezogenen Architektur.

5.1 Fensterbau

5.1.1Fensterfunktionen und Anforderungen an Fenster

44

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 9: Systematik der Funktionen eines Fensters

Quelle: Wippel, Gegenüber-stellung der verschiedenen Fensterkonstruktionen

Trennung und Verbindung von Innenraum und Umwelt

Trennung außen /innen (schließen) Verbindung außen / innen (öffnen)

Schwingungs- Strahlungs- Materie- Strahlungs- Verbindung Materie-absorption dichtheit dichtheit durchlass Innenraum / austausch

Umwelt

Schallschutz

Wärmeschutz Sonnenschutz

Windschutz Regenschutz Einbruchsschutz

Beleuchtung mit Tageslicht

Kommunikation

Lüftung

5 5

5 5 5 5 5 5

5

5 5

5

5

55 5 5

Aus den Fensterfunktionen erwachsen eine Reihe von konkretenAnforderungen an das Bauelement (siehe Abbildung 10).

Die Fachliteratur lässt eine einheitliche Systematik der Anforderun-gen an Fenster vermissen. Oft werden die formalen und manchmalauch die wirtschaftlichen Anforderungen unter die technischen ge-reiht. Die ökologischen Faktoren werden erst in der jüngeren Lite-ratur – ihrer angestiegenen gesellschaftlichen Bedeutung entspre-chend – besonders hervorgehoben.

Eine häufig anzutreffende Klassifizierung unterscheidet lediglichzwischen formalen und technischen Anforderungen:

Formale Anforderungen

– Größe, Format, Teilung– Oberflächengestaltung – Öffnungsart– Rahmenwerkstoff

Technische Anforderungen

– Angriffshemmung (fallweise)– Brandschutz (fallweise)– Luftdurchlässigkeit– Lüftung– Mechanische Beanspruchung– Nutzungssicherheit – Schallschutz– Schlagregendichtheit– Wärmeschutz

Die formalen Anforderungen resultieren in erster Linie aus den sub-jektiven Bedürfnissen der Bauherren bzw. der Benutzer.

45

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 10: Fensteranforderungen

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte imBauwesen

Anforderungen an Fensterkonstruktionen

formale technische ökologische wirtschaftliche5 5 5 5

Die Erfüllung der technischen Anforderungen hingegen kann unterBerücksichtigung des Verwendungszweckes objektiv bewertet wer-den. Das Ergebnis wird im Allgemeinen als Gebrauchstauglichkeitbezeichnet. Mit anderen Worten, die Gebrauchstauglichkeit ist die(technische) Eignung eines Fensters für den vorgesehenen Ver-wendungszweck. Sie wird durch die Planung, die Auswahl derWerkstoffe, die Herstellung und die Instandhaltung bestimmt. Dietechnischen Anforderungen an Fenster- und Türkonstruktionensind in den österreichischen Regelwerken (Normen, Richtlinien undVerordnungen) enthalten.

Die letzten Jahrzehnte waren gekennzeichnet durch einen perma-nenten Zugewinn an Erkenntnissen bezüglich der Umweltbelas-tung durch Produkte und deren Herstellung sowie einem steigen-den gesellschaftlichen Umweltbewusstsein. Folgen davon sindeine größer werdende Anzahl von entsprechenden gesetzlichenRegulierungen und eine zunehmende Umweltorientierung der Bau-herren und Architekten bei der Wahl der Baustoffe. Damit ist auchdie wachsende Bedeutung der ökologischen Anforderungen anFensterwerkstoffe angesprochen.

In die Diskussion um die Umweltbelastung durch Fenster, welchelange Zeit sehr emotional geführt wurde, sind hauptsächlich dieverschiedenen Rahmenwerkstoffe einbezogen. „Diese Diskussionist wichtig und – nachdem in den letzten Monaten eine Versachli-chung zu beobachten ist – sicher auch wichtig für die weitere Ent-wicklung.“

Die ökologischen Anforderungen an Fenster können wie folgt for-muliert werden:

– Umweltverträgliche Erzeugung und Bereitstellung der Werkstoffe

– Sparsamer und materialgerechter Einsatz der Werkstoffe– Maßnahmen zur Verlängerung der Nutzungsdauer– Wiederverwendung der Werkstoffe

statt einer unwiederbringlichen Entsorgung

Der Anforderungskatalog muss schließlich noch ergänzt werdenum die wirtschaftlichen Anforderungen, die seitens der Bauherrenbzw. Verwender an Fenster gestellt werden. Sie bestehen in derOptimierung der Kosten einer Fensterkonstruktion mit bestimmtenformalen, technischen und ökologischen Ausstattungsmerkmalen.Die von einem Fensterelement verursachten Kostenarten könnenin drei Gruppen gegliedert werden, und zwar in jene der Anschaf-fungs-, der Nutzungs- und der Abbruchphase. Die wichtigsten die-ser Kostenarten sind:

46

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

– Investitionskosten– Instandhaltungskosten

(Pflege, Reinigung und Ölen von beweglichen Teilen)– Wartungskosten (Anstricherneuerung)– Entsorgungskosten (Deponie, Verbrennung)– Erlöse aus der Wiederverwertung (Recycling)

Die Abschätzung der Gesamtkosten und der ökonomische Ver-gleich alternativer Konstruktionen erfordert die Berücksichtigungaller kostenwirksamen Faktoren. Ein alleiniger Vergleich der Inves-titionskosten ist zwar sehr einfach durchzuführen, das Ergebnisentbehrt allerdings jeglicher Aussagekraft. Ein ganz wesentlicherEinflussfaktor ist die Lebensdauer der verwendeten Werkstoffe undEinzelteile bzw. die Nutzungsdauer der Fensterelemente.

Keine der zuvor erläuterten Anforderungsgruppen darf isoliert vonden anderen betrachtet werden, und auch die Anforderungen in-nerhalb einer Gruppe sind oft miteinander verknüpft. Beispiels-weise haben die durch die gewünschte Architektur oder durch Lüf-tungserfordernisse festgelegte Fenstergröße und Öffnungsartmaßgebliche Auswirkungen auf technische Faktoren, wie dieSchlagregendichtheit, die Fugendurchlässigkeit, den Wärmeschutzusw.

Die Wahl des Rahmenwerkstoffes beeinflusst eine Reihe andererFaktoren, wie die Möglichkeiten der Oberflächengestaltung, die for-male Erscheinung, den Wärme- und Schallschutz und den War-tungsaufwand. Nicht zuletzt bestimmt der Rahmenwerkstoff auchdie Nutzungsdauer von Fensterkonstruktionen und die Dauerhaftig-keit ihrer Qualitätseigenschaften.

Diese Tatsache macht es notwendig, bei der Investitionsentschei-dung sowie bei der Planung, Herstellung und Montage von Fens-tern neben den technischen Belangen auch die übrigen Forderun-gen gleichberechtigt mit einzubeziehen. Eine seriöse Beurteilungalternativer Fensterwerkstoffe und -herstellungsverfahren ist nurmöglich, wenn alle Anforderungen im Hinblick auf den Verwen-dungszweck der jeweiligen Konstruktion möglichst genau geprüftund adäquat berücksichtigt werden.

Letztendlich werden die formalen, technischen, ökologischen undökonomischen Anforderungen an Fensterkonstruktionen aus denmenschlichen Bedürfnissen abgeleitet. Das Ausmaß, in dem die-sen Bedürfnissen Rechnung getragen wird, trägt wesentlich zurSchaffung eines hohen Wohn- und Gebrauchswertes eines gesam-ten Gebäudes bei.

47

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Der gegenständliche Abschnitt soll nähere Informationen über ei-nige bereits erwähnte, aber für die Beurteilung der Gebrauchstaug-lichkeit von Fensterkonstruktionen besonders wichtige bauphysika-lisch-technische Anforderungen vermitteln.

a) Mechanische Beanspruchung

Voraussetzung für die einwandfreie Funktion und den späteren Ge-brauchswert eines Fensters ist die richtige statische Dimensionie-rung der Rahmenkonstruktion. Die statischen Anforderungen wer-den dann erfüllt, wenn alle Kräfte, die auf ein Fenster einwirken,aufgenommen und an die Tragwerke des Baukörpers abgegebenwerden.

Die mechanische Beanspruchung entsteht in erster Linie durchWindbelastung, aber auch durch Lasten aus Eigengewichten und inbesonderen Fällen auch durch Verkehrslasten.

Windlasten manifestieren sich in horizontal gegen Gebäude wir-kende Kräfte und entfalten Druck- und Sogwirkungen. Diese hän-gen außer von der Windgeschwindigkeit auch von der Gestalt undSituierung des Bauwerkes ab. Die Lasten aus Eigengewichten re-sultieren hauptsächlich aus dem Gewicht von eingesetzten Glas-elementen. Ein Beispiel für eine Verkehrslast ist das Auftreten vonSeitenkräften bei in Bodennähe eingebauten Konstruktionen („ver-kehrsgefährdete Lage“, z. B. in einem Treppenhaus) durch unbeab-sichtigtes Anstoßen oder durch Menschengedränge.

Die Fensterrahmenprofile müssen so dimensioniert werden, dassselbst bei Extrembelastung bestimmte Grenzwerte der rechneri-schen Durchbiegung nicht überschritten werden. Für die Ermittlungvon Mindest-Profilquerschnitten existieren mittlerweile verlässlicheBerechnungsmethoden und Erfahrungswerte.

Ein Nachweis der Standsicherheit von Fenstern und Fensterwän-den im Sinne der Bauordnung ist nur dann erforderlich, wenn sie inden Geltungsbereich der DIN 18056 (Angabe von Mindestgrößen,Mindestlängen der Haupttragglieder usw.) fallen. Eine Hilfestellungfür die Wahl der für Windlasten einzusetzenden Berechnungspara-meter (Belastungswerte in Abhängigkeit der Gebäudelage, -höheund -form, Geländeform usw.) bietet ÖNORM B 4014, Teil 1, dieauch die Grundlage für die Dimensionierung der Fensterprofile dar-stellt.

5.1.2Statische und bau-physikalische Aspekte im Fensterbau

48

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

b) Wärmeschutz

Unter Wärmeschutz im Hochbau versteht man alle Maßnahmen,welche die Wärmeübertragung zwischen Innenräumen und derAußenluft oder zwischen Räumen mit verschiedenen Temperatu-ren behindern. Die Aufgaben des Wärmeschutzes an Gebäudenbestehen einerseits in der Senkung des Energiebedarfes für dieBeheizung (winterlicher Wärmeschutz) bzw. Kühlung (sommerli-cher Wärmeschutz) und andererseits in der Erzielung von physiolo-gischer Behaglichkeit für die Bewohner.

Man unterscheidet zwei Hauptkriterien für den Wärmeschutz vonFenstern:

– Wärmeverluste durch Glas und Rahmenwerkstoffe in Form von Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung (Transmissionswärmeverluste)

– Wärmeverluste durch Fensterlüftung und Fugendurchlässigkeit (Lüftungswärmeverluste)

Die wichtigste Kenngröße für die Berechnung und für Vergleichevon Transmissionswärmeverlusten ist der Wärmedurchgangskoef-fizient. Der U-Wert (früher k-Wert) [W/m2K] ist ein Ausdruck für jeneWärmemenge, die in einer Stunde durch 1 m2 eines Bauteils vonder Dicke s (m) bei einer Temperaturdifferenz zwischen der an-grenzenden Raumluft und Außenluft von 1 K hindurchgelangt.Grundsätzlich gilt: Je niedriger der U-Wert (früher k-Wert) ist, umsogeringer sind die Wärmeverluste. Mindestwärmedämmwerte inForm von Forderungen an den U-Wert (früher k-Wert) sind in derÖNORM B 8110 (Hochbau, Wärmeschutz) empfohlen sowie in di-versen Gesetzen und Verordnungen (Bauordnungen der Bundes-länder) vorgeschrieben.

Den aktuellen Stand stellt eine am 9. Juni 1995 bekanntgemachteVereinbarung zwischen der österreichischen Bundesregierung undden Ländern (gemäß Art. 15 a BVG) über den energiesparendenWärmeschutz bei Gebäuden dar. Von den darin enthaltenen Min-destanforderungen für die Wärmedämmung sind auch Fenster undTüren betroffen. Es heißt u. a.:

– Beträgt die Fensterfläche weniger oder gleich 30 % der Außen-wandfläche, darf der U-Wert (früher k-Wert) der Außenwandhöchstens 0,50 W/m2K betragen.

– Beträgt die Fensterfläche mehr als 30 %, ist ein mittlerer U-Wert(früher k-Wert) über die Außenwand einschließlich aller Fensterund Türen von 0,90 W/m2K einzuhalten.

– Der U-Wert (früher k-Wert) von Fenstern und Türen gegenAußenluft darf im Durchschnitt über Rahmen und Verglasunghöchstens 1,90 W/m2K betragen. 49

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Der Wärmedurchgangskoeffizient eines Fensterelementes UF (frü-her kF) ist ein Mischwert und wird bestimmt aus dem U-Wert (früherk-Wert) der Verglasung und jenem der Rahmenkonstruktion. Er istgemäß ÖNORM B 5300 an einem verglasten Fenster in den Ab-messungen 1230 x 1480 mm durch Prüfung zu ermitteln. Für dieAbschätzung der U-Werte (früher k-Werte) herkömmlicher Fenster-größen können UF-Werte (früher kF-Werte) (Durchschnitts-U-Wertein Abhängigkeit der U-Werte verschiedener Glastypen und Rah-menmaterialgruppen) der DIN 4108, Teil 4, Tabelle 3, entnommenwerden.

c) Fugendurchlässigkeit und Schlagregendichtheit

Lüftungswärmeverluste entstehen einerseits durch beabsichtigtesÖffnen von Fenstern zwecks Austausch von Raumluft gegenAußenluft (= Lüftung) oder durch Luftströme über Fugen bei ge-schlossenen Fenstern. Bei der Thematik Fensterlüftung besteht einKonflikt zwischen zwei konkurrierenden Zielsetzungen: ZumZwecke der Minimierung von Wärmeverlusten sollten die Elementemöglichst dicht schließen. Andererseits ist ein bestimmter Luftaus-tausch aus hygienischen und bauphysikalischen Gründen (Kon-denswasserbildung bei zu hoher Luftfeuchtigkeit im Raum – sieheUnterpunkt d) notwendig. Der stündliche Austausch in einemWohnbau soll im Mittel dem 0,8fachen Wohnungsvolumen entspre-chen. Dies kann zwar nur durch regelmäßige Lüftung erreicht wer-den, dennoch ist es nicht zweckmäßig, eine gegen Null gehendeFugendurchlässigkeit der Fenster anzustreben, ausgenommen beiRäumen mit zusätzlicher Belüftung. Dem Zielkonflikt sollte insofernbegegnet werden, als der Luftaustausch eines Innenraums kontrol-liert werden kann. Diese Kontrollierbarkeit wird nur dann möglich,wenn die Fugendurchlässigkeit von Fenstern quantitativ bestimmtist und diese auch dauerhaft eingehalten wird.

Die allgemein gebräuchliche Kennzahl für die Fugendurchlässig-keit eines Fensters ist der Fugendurchlässigkeitskoeffizient bzw. a-Wert. Der a-Wert [m3/h m Pa2/3] ist ein Maß für die Luftmenge, dieauf einer Fugenlänge von 1 m zwischen Flügel- und Blendrahmeninnerhalb einer Stunde bei einer Druckdifferenz zwischen Außen-und Innenatmosphäre von 10 Pa ausgetauscht wird. (Die EinheitPa2/3 kennzeichnet den nichtlinearen Zusammenhang zwischenDruckdifferenz und der Menge an durchströmender Luft.)

50

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Um die Anforderungen an die Fugendurchlässigkeit und Schlagre-gendichtheit von Fenstern definieren zu können, sieht die ÖNORMB 5300 Beanspruchungsgruppen (A bis D) vor. Diese berücksichti-gen die Winddruck- und Wetterverhältnisse am Einbauort. DieNorm enthält auch Bestimmungen über die Prüfung des Fugen-durchlässigkeitskoeffizienten (a-Wert). Die Fugendurchlässigkeiteines Fensters wird durch seinen dichten Anschluss bestimmt. Beimodernen Fenstern ist ein a-Wert von 0,2 m3/h m Pa2/3 anzustreben.Dieser Wert darf nicht überschritten werden, sollte aber auch nichtwesentlich unterschritten werden.

Die Fugendurchlässigkeit ist nicht nur ein Kriterium für die Lüf-tungswärmeverluste über die Fensterfugen, sondern auch für dieDichtheit gegen Schlagregen. Die Forderungen nach Schlagregen-dichtheit sind nicht absolut. In Ausnahmefällen kann es vorkom-men, dass die kalkulierte Beanspruchung überschritten wird undWasser in geringen Mengen in die Konstruktion eintritt. Für derar-tige Situationen müssen konstruktive Vorkehrungen (z. B. Kanäleim Rahmenprofil) getroffen werden, die das Wasser kontrolliert wie-der nach außen leiten und dadurch Schäden am Fenster und anden angrenzenden Bauteilen verhindern. Auf der Raumseite darfkein Wasser aus dem Fenster austreten.

Die Fugendichtheit bei Fenstern wird durch die Falzausbildung, vorallem aber durch die Qualität und die Lage der Dichtungen be-stimmt werden. Entscheidend ist weiters die dauerhafte Formstabi-lität (keine Verkrümmung, Verformung oder Verspannung) der Rah-menprofile und die einfache Auswechselbarkeit der Dichtungen.

51

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

d) Tauwasserbildung

In bewohnten und in den meisten gewerblich genutzten Räumenwird laufend Wasserdampf erzeugt, z. B. durch die Atemluft vonMenschen, durch Kochen, Baden usw. Unter ungünstigen Bedin-gungen kann es an bestimmten Stellen im Raum zu Tauwasserbil-dung kommen, in der Umgangssprache ist oft von „Schwitzwasser“die Rede. Die Ursache liegt in der physikalischen Tatsache, dassdie Luft in Abhängigkeit vom Luftdruck und der -temperatur nur einebegrenzte Menge an Wasser in Dampfform aufnehmen kann. Beigleichem Luftdruck kann warme Luft mehr Wasserdampf aufneh-men als kalte. Ist die relative Luftfeuchtigkeit in einem Raum sehrhoch und wird die Luft unter die Sättigungstemperatur (Taupunkt-temperatur) abgekühlt, fällt Tauwasser aus.

Die Tauwasserbildung tritt zuerst an den Stellen mit den niedrigstenOberflächentemperaturen auf. In den meisten Räumen ist das Fens-ter einschließlich der angrenzenden Bereiche der Außenwandwärmeschutztechnisch die schwächste Stelle. Dies gilt grundsätz-lich für alle gebräuchlichen Rahmenmaterialien und Verglasungen.Eine absolute Tauwasserfreiheit im Fensterbereich kann aufgrundvon gelegentlich auftretenden kritischen Raumklimaverhältnissenauch bei den modernen Konstruktionen mit sehr guten Wärme-dämmwerten nicht erreicht werden. Es ist durch konstruktive Maß-nahmen sicherzustellen, dass an Fenster anschließende Bauteilenicht durchfeuchtet werden.

52

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 11: Beispiel für eine Maßnahme zur Vermeidung von Tau-wasser an Fenstern

Bild 1 und 2 neigen zuKondenswasserbildung imunteren bzw. ganzenFensterbereich

Im Bild 3 ist die Warmluft-führung optimal

Quelle: Hartmann, Handbuch für Architekten

Um den Tauwasserniederschlag im Fensterbereich weitgehend zuvermeiden, werden verschiedene Maßnahmen empfohlen, unteranderem

– einen niedrigen U-Wert (früher k-Wert) der Fenster anstreben,– Kältebrücken im Anschlussbereich des Fensters

an den Baukörper vermeiden,– Fenster möglichst weit innen in der Leibung plazieren,– Heizkörper unter den Fenstern anordnen

und den Warmluftstrom gegen die Fenster führen,– Steuerung der relativen Luftfeuchtigkeit,

z. B. durch Vermeidung unnötiger Dampfentwicklung.

Unabhängig von all diesen Maßnahmen, allerdings von ausschlag-gebender Bedeutung ist die regelmäßige Abfuhr von Wasserdampfdurch richtige Raumlüftung in Form von kurzzeitiger „Stoßlüftung“.In den meisten Wohnräumen wird sich die zur Vermeidung von Tau-wasser notwendige Frischluftzufuhr mit dem aus hygienischenGründen erforderlichen Luftwechsel in Einklang bringen lassen.

e) Schallschutz

Unter den Begriff Schallschutz im Hochbau fallen alle Maßnahmen,die eine Schallübertragung von einer Schallquelle zu den Bewoh-nern von Gebäuden vermindern. Die Forderung, einen durchStraßen- und Verkehrslärm verursachten hohen Außenlärmpegelauf einen der jeweiligen Nutzung der Räume entsprechenden In-nenraumpegel zu reduzieren, gilt für Fenster ebenso wie für andereAußenbauteile eines Bauwerkes.

Die Schallschutzanforderungen an Außenwände und Fenster in Ab-hängigkeit von der Gebäudelage (Ruhe-, Wohn-, Industriegebietusw.) und dessen Nutzung sind in der ÖNORM B 8115, Teil 2, ge-regelt.

Das Beurteilungskriterium für den Schallschutz von Fenstern istdas bewertete Schalldämmmaß Rw [dB], welches einem im Laboran einem Prüffenster ermittelten Wert entspricht. Für den prakti-schen Gebrauch wurden in der VDI-Richtlinie 2719 Schallschutz-klassen (0 bis 6) aufgestellt. In die Klasse 0 werden Fenster mitSchalldämmwerten ≤ 24 dB eingestuft, danach folgen die Klassen 1bis 5 im Abstand von jeweils 5 dB. Fenster mit Schalldämmwerten ≤ 50 dB fallen in die höchste Schallschutzklasse 6.

Die Schalldämmung von Fenstern kann in besonderem Maßedurch die Wahl der Verglasung, insbesondere durch die Scheiben-dicke bzw. -masse und den Glasscheibenabstand beeinflusst wer-den. Weitere Einflussgrößen sind die Art der Randeinspannung der 53

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Glaselemente, die Ausbildung des Baukörperanschlusses, die Fu-gendichtigkeit (siehe Unterpunkt c) und die Alterungsbeständigkeitder Fenstermaterialien.

Der Schalldämmwert der Glaselemente steigt mit zunehmenderGlasdicke. Dickere Gläser verursachen eine Zunahme der Lastenaus ihrem Eigengewicht, woraus sich die Forderung nach einer sta-bilen Rahmenkonstruktion ableiten lässt.

Doppel- oder dreischalige Verglasungen bringen erst dann einennennenswerten schalltechnischen Vorteil gegenüber einer Einfach-scheibe, wenn der Scheibenzwischenraum (= Abstand der Gläser)wesentlich größer als bei normaler Isolierverglasung ausgebildetwird. Zur Vermeidung von Resonanzerscheinungen müssen dieGlasscheiben außerdem noch unterschiedlich dick gewählt wer-den. Die Forderung nach großen Scheibenabständen kann durchspezielle Konstruktionen, und zwar durch Verbundflügel- oderKastenfenster, erfüllt werden. Die besten Schallschutzergebnisse(Schallschutzklasse 6) werden in der Regel durch Kastenfenstererzielt.

Ziel der folgenden Ausführungen ist es, aufzuzeigen, inwieweit sichwärmegedämmte Aluminiumprofile eignen, die an Fensterrahmengerichteten Erwartungen zu erfüllen. Es wird versucht, die Eigen-schaften von Aluminiumfenstern den in den vorangegangenen zweiAbschnitten dargestellten Anforderungen gegenüberzustellen.Dabei werden nur diejenigen Fenstereigenschaften behandelt, wel-che mit dem Rahmenwerkstoff direkt oder indirekt im Zusammen-hang stehen. Die Funktionserfüllung anderer Fensterkomponenten,beispielsweise Verglasungen, Beschläge oder Zubehörteile, ist un-abhängig von der Art des Rahmenmaterials und wird daher in diegegenständliche Betrachtung nicht einbezogen.

a) Stabilität

Wärmegedämmte Aluminiumprofile können problemlos und mithoher Präzision in den verschiedensten Querschnitten hergestelltund damit an die statischen Erfordernisse unterschiedlicher Fens-tergrößen angepasst werden. Die günstigen Festigkeitseigenschaf-ten der Profile ermöglichen selbst bei großen Fensterabmessungenmaximale Lichtflächen durch verhältnismäßig schlanke Rahmen-und Sprossenbreiten. Dies gilt grundsätzlich für Anwendungsfällemit hohen Windlasten als auch für Fälle, bei denen große Rahmen-belastungen durch schwergewichtige Glaselemente (z. B. für denSchall-, Brand- oder Einbruchsschutz) auftreten. Die Dimensions-stabilität der Aluminiumprofile bleibt selbst bei extremen Witte-rungseinflüssen (Feuchtigkeit, Frost, Sonneneinstrahlung usw.) auf

5.1.3Die Eigenschaften eines Aluminiumfensters

54

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Dauer erhalten, d. h. es besteht keine Gefahr, dass das Materialquillt, schwindet, sich verzieht oder erweicht. Unkontrollierte Ver-änderungen der Luftdurchlässigkeit und der Schlagregendichtheitwerden damit verhindert.

Im Falle dunkler Farbgebung der Fensterrahmen kommt es auf-grund intensiver Sonneneinstrahlung zu hohen Oberflächentempe-raturen, was große Wärmedehnungen der Aluminiumprofile zurFolge hat. Dies muss bereits bei der Planung der Elemente, z. B.durch Dilatationsfugen oder durch entsprechende Bewegungs-räume im Verglasungs- und Baukörperanschlusssystem, berück-sichtigt werden.

b) Wärmeschutz

Die intensive Energiespardiskussion der letzten Jahre hat zu ver-stärkten Bemühungen geführt, die Fenster und Türen als wärme-technisch schwächste Stellen einer Außenwand näher zu untersu-chen und zu verbessern. Da die hohe Wärmeleitfähigkeit von Alu-minium durch Modifikation der Legierung nur marginal verringertwerden kann, mussten die Aluminiumfensterhersteller andere Lö-sungen suchen, um sich mit ihren Erzeugnissen gegenüber demwärmetechnisch besseren Rahmenwerkstoff Holz behaupten zukönnen. Eine technisch einwandfreie und wirtschaftliche Lösungwurde mit der Entwicklung von thermisch getrennten Verbundprofi-len gefunden.

Aluminiumfenster, die für Außenanwendungen bestimmt sind, wer-den heute fast ausschließlich aus wärmegedämmten Profilen ge-fertigt. In Verbindung mit guten Wärmeschutzgläsern (2-Scheiben-Isolierverglasung) als Füllelemente können die heute vorgeschrie-benen Anforderungen an den Wärmeschutz im Hochbau erfüllt wer-den. Unter normalen klimatischen Raumverhältnissen wird damitauch die Kondenswasserbildung vermieden.

Die Hersteller von Aluminiumprofilen stehen zur Zeit im Wettbe-werb um die weitere wärmedämmtechnische Aufwertung ihrer Er-zeugnisse. Die meisten von ihnen haben bereits Neuentwicklungenmit verbesserten Wärmedämmwerten vorgestellt, welche bis vorkurzem nur Holz- und Kunststofffenster erfüllen konnten. Es istdamit zu rechnen, dass diese verbesserten Profile in näherer Zu-kunft auf breiter Basis eingesetzt werden. Nähere Ausführungendazu sind im nachfolgenden Kapitel 6 „Technische Innovationen“ zufinden.

55

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

c) Brandschutz

Aluminiumprofile können in Verbindung mit anderen Materialienzum Bau von Brandschutzportalen, -fenstern und -türen verwendetwerden. Der Einsatz derartiger Konstruktionen ist überwiegend aufInnenanwendungen mit hohen ästhetischen Ansprüchen konzen-triert. Dabei gelten die Anforderungen der ÖNORM B 3800, welchezwischen den drei Kategorien brandhemmend, hochbrandhem-mend und brandbeständig unterscheidet. Brandschutzelemente,deren Rahmen aus einer Kombination von Stahl- und Aluminium-profilen bestehen, können die höchsten Brandschutzklassen er-reichen. Dagegen wurden für T(Tür)-30- bzw. F(Fenster)-30-Ele-mente (brandhemmend) bereits Lösungen ohne Stahlkern ent-wickelt. Die Brandschutzanforderungen werden durch in Alumini-umprofile eingeschobene Brandschutzplatten erreicht. Die Vorteiledieser Bauart bestehen hauptsächlich in der Einsparung von Mate-rial- und Verarbeitungskosten sowie im deutlich geringeren Gewichtder Gesamtkonstruktion, welches die Montagearbeiten vereinfachtund das Öffnen und Schließen im eingebauten Zustand erleichtert.Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium stellt bei Brandschutz-elementen einen Vorteil dar.

d) Sicherheit

Eine für viele Anwendungsfälle wichtige Funktion von Fenstern undTüren ist der Einbruchsschutz. Die Zielsetzung dabei lautet, dasElement so zu gestalten, dass einem versuchten Aufbruch mög-lichst viel und lange Widerstand entgegengesetzt wird. Eine er-höhte einbruchshemmende Eigenschaft von Fenstern und Türenwird im Wesentlichen durch die Verwendung von Spezialverglasun-gen und besonderen Beschlägen (Spezialschlösser, Sicherheits-bänder, Mehrfachverriegelungen usw.) sowie durch einen sicherenAnschluss der Elemente an den Baukörper erreicht. Die Rahmen-profile sind deshalb von zentraler Bedeutung, weil durch ihre Stabi-lität und Steifigkeit die Möglichkeiten des Aushebelns und Verfor-mens verringert werden.

Wärmegedämmte Aluminiumfenster und -türrahmen sind aufgrundder Festigkeit und Zähigkeit des Materials für die Erfüllung ein-bruchshemmender Forderungen besonders geeignet. In Verbin-dung mit entsprechendem Zubehör können Aluminiumfenster bis indie höchsten EF(Einbruchshemmende Fenster)- und ET(Einbruchs-hemmende Türen)-Klassen konstruiert und gebaut werden.

56

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Aluminiumprofile ermöglichen darüber hinaus auch den Bau vondurchschusshemmenden Sicherheitskonstruktionen, die – je nachkonkreter Ausführung – den Widerstandsklassen nach ÖNORM S 1310 gerecht werden. Bei durchschusshemmenden Fensterrah-men sind die außenliegenden Profilwände – entsprechend der ge-forderten Widerstandsklasse – besonders dick ausgeführt. Dieskann durch eigens stranggepresste dickwandige Profile erfolgenoder durch Beplankung von normalen wärmegedämmten Profilenmit Platten aus speziellen Aluminiumlegierungen.

e) Oberflächenerscheinungsbild

Durch die modernen Techniken der anodischen Oxidation und derBeschichtung können Aluminiumfensterrahmen mit unterschied-lichen Oberflächenstrukturen (z. B. Schleifen oder Polieren) und ineiner Vielzahl von Farbtönen hergestellt werden. Damit steht eingroßes architektonisches Gestaltungspotential zur Verfügung.

f) Wartung und Reinigung

Die Erhaltung der Funktionstüchtigkeit (Luftdurchlässigkeit, Schlag-regensicherheit, Wärme- und Schallschutz) eines Fensters setzteine regelmäßige Wartung während seiner Nutzungszeit voraus.Beim Aluminiumfenster beschränkt sich diese auf vom Rahmen-werkstoff unabhängige Prüf- und Instandhaltungstätigkeiten, wieBeschläge ölen, Befestigungen nachziehen, Glas- und Falzdichtun-gen bzw. Anschlussfugen (an den Baukörper) ausbessern. Es sindgrundsätzlich keinerlei Erneuerungsarbeiten an der Rahmenober-fläche erforderlich.

Eine regelmäßige Reinigung verhindert die Veränderung des Farb-tones beschichteter oder eloxierter Aluminiumprofile durch Ver-schmutzung. Als Reinigungsmittel kommen neben reinem WasserSpezialreiniger mit oder ohne Konservierungsmittel in Frage (sieheAluminium-Merkblatt A5 der Aluminium-Zentrale). Kommt es zu Ab-lagerungen von Kalk- oder Zementmörtel, z. B. während des Fens-tereinbaus, werden anodisch oxidierte Oberflächen bei längeremEinwirken verätzt und bleibend beschädigt. Eine Reparatur durchReinigung ist danach nicht mehr möglich. Besteht diese Gefahr,sind die Fenster (z. B. mittels einer Kunststofffolie) vorbeugend ab-zudecken. Tritt dennoch eine Verschmutzung auf, muss dieseschnellstmöglich beseitigt werden. Aus diesen Überlegungen resul-tiert auch die Empfehlung, Aluminiumfenster so spät wie möglich inein Bauwerk einzubauen.

57

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

g) Lebensdauer

Aufgrund der natürlichen Korrosionsbeständigkeit von Aluminium,welche bei Fensterprofilen durch zusätzliche Oberflächenbehand-lungen noch verstärkt wird, ist die Lebensdauer von Aluminium-fensterrahmen unbegrenzt.

h) Wiederverwertung

Gebrauchte Aluminiumprofile lassen sich durch Umschmelzen ohneQualitätsverlust vollständig wiederverwerten (Recycling).

Die systematische Entwicklung des Aluminiumfensters begann imdeutschsprachigen Raum vor etwa 40 Jahren. Zuvor fehlten ver-lässliche Berechnungsgrundlagen und auch Erfahrungswerte, so-dass häufig nach „Gefühl“ konstruiert und gebaut wurde. Die stei-gende Fensternachfrage gegen Mitte der fünfziger Jahre veran-lasste die Aluminium-Halbzeugindustrie, Fenstersysteme zu ent-wickeln. Der Aufbau und die sukzessiven Verbesserungen von Pro-filsystemen haben auch kleinen und mittleren Handwerksbetriebenden Zugang zu den Fenstermärkten verschafft. Nicht zuletzt des-halb ist das Aluminiumfenster konkurrenzfähig geworden.

Systemkonstruktionen sind nach dem Baukastenprinzip konzipiert.Die Profile sind dabei auf möglichst wenige, dafür aber vielseitigverwendbare und kombinierbare Querschnitte begrenzt. Auch dasFensterzubehör (Befestigungsteile, Zusatzprofile usw.) und die Be-schläge sind sorgfältig auf die Profile und aufeinander abgestimmt.Die Systemlieferanten bieten den Metallbaubetrieben ein mannig-faltiges Service in Form von Profilkatalogen, Statiktabellen, Zu-schnittslisten, Vorrichtungen, Zeichnungen und Montageanleitun-gen, Verkaufsunterlagen, sonstige Fachberatungen bis hin zu spe-ziell für das System entwickelten Computerprogrammen. Die Me-tallbauunternehmen werden damit in die Lage versetzt, auch ohneeigene Entwicklungstätigkeit qualitativ hochwertige Aluminiumfens-ter und -konstruktionen anzubieten.

Abbildung 12 zeigt die Außenansicht und den Querschnitt durch eineinfaches, wärmegedämmtes Aluminiumfenster im eingebautenZustand. Die abgebildete Einbausituation (glatte Leibung und Putz-anschluss) wurde frei gewählt und stellt nur eine von vielen Mög-lichkeiten dar. Die Zeichnung veranschaulicht nur die wichtigstenBauteile eines Aluminiumfensters und deren Anordnung.

5.1.4Das Systemfenster

5.1.5Bauteile und Typen von Aluminiumfenstern

58

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Der wärmegedämmte Blindstock (Zarge) wird direkt am Baukörper(in der Leibung) verankert. Der Fensterrahmen (Blendrahmen) auseinem wärmegedämmten Aluminiumprofil wird im Blindstock ver-schraubt. Im Falle einer „Festverglasung“ wird das Glaselement di-rekt in den Fensterrahmen eingesetzt. Der ebenfalls wärmege-dämmte Flügel ist ein beweglicher Rahmen, der die Verglasungaufnimmt. Das Glaselement wird mittels von innen eingesetzterGlasleisten und beidseitig liegender Glasdichtungen im Flügelrah-men festgeklemmt. Glasleisten sind leichte Profile aus strangge-presstem Aluminium. Die Bewegungs- bzw. Öffnungsmöglichkeitendes Flügels (Drehen, Kippen, Drehen und Kippen usw.) werden inerster Linie durch die Art des Beschlages bestimmt. Blend- und Flü-gelrahmen sind an den Ecken auf Gehrung gestoßen und durch indie Profilhohlräume eingeschobene Eckwinkel miteinander verbun-den. Eckwinkel sind druckgegossene oder stranggepresste Form-stücke aus Aluminium.

Die Verbindung der Profile mit dem Winkel erfolgt mechanischdurch maschinelles Einstanzen der Profilwandungen, durch Ver-schrauben oder durch Einschlagen von Keilstiften. Zusätzlich wer-den die Profilteile in den Gehrungsecken mittels Metallklebstoff ver-klebt und damit zugleich abgedichtet. Der wärmegedämmte Blind-stock wird vor der eigentlichen Fenstermontage in die Rohbauöff-nung eingesetzt. Er fungiert als Anschlag für den Außenputz und er-leichtert den späteren Einbau des Fensters. Das Kunststoff-Basis-profil dient der Wärmedämmung gegenüber den zur Fensterauf-lage erforderlichen Unterbauteilen, welche z. B. aus verzinktemStahl hergestellt werden. Es dient weiters dem Anschlag und der Be-festigung der Sohlbank (Außenfensterbank).

Die Mitteldichtung ist ganz wesentlich für die Fugendichtheit, dieSchlagregensicherheit und die Verhinderung des Luftschalldurch-ganges verantwortlich. Bei ihrem Einbau ist auf die sorgfältige Ver-klebung an den Eckpunkten zu achten, viele Systeme verwendenfertig vulkanisierte Eckstücke, um die Dichtheit zu gewährleisten.Die Anschlagdichtung verbessert die Schalldämmung der Fenster.Als Dichtungsmaterial wird heute synthetischer Kautschuk auf derBasis Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk verwendet. APTK(internationale Bezeichnung = EPDM)-Dichtungen zeichnen sichgegenüber Materialien aus Naturkautschuk durch eine höhereBeständigkeit gegen Feuchtigkeit, Ozon, UV-Strahlung, Wärme, Ölund viele Chemikalien aus.

59

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

60

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 12: Beispiel für ein eingebauteswärmegedämmtes Alu-miniumfenster

Quelle: Schüco

Aluminiumfenster gibt es in verschiedenen Bauarten und Typen.Neben dem in der Abbildung 12 exemplarisch dargestellten einfa-chen Fenster, welches die Standardversion darstellt, wurden wär-megedämmte Verbund- und Kastenfenster aus Aluminium ent-wickelt. Sie werden vor allem in Gebäuden eingesetzt, bei denenein erhöhter Schall- und/oder Wärmeschutz gefordert wird. Ganz-aluminiumfenster, das sind Fenster, die aus ungedämmten Alumini-umprofilen bestehen, werden heute nur mehr in geringer Zahl ge-fertigt und hauptsächlich für den Abschluss von unbeheizten Räu-men und für Industriebauten verwendet. Ein wichtiges Anwen-dungsgebiet für ungedämmte Profile sind Türen und verglasteWände für Innenbereiche.

Schließlich gibt es noch eine Reihe von Sonderkonstruktionen, nurzwei Beispiele dafür sollen hier genannt werden: Fenster mit „integ-riertem“ Flügel (von außen gesehen wird der Flügelrahmen durchdas Fensterrahmenprofil verdeckt) oder durchschusshemmendeFenster. Die Abbildung 13 gibt Einblick in die Systematik derartigerKonstruktionen.

61

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 13: Detailschnitte

Bild 1: VerbundfensterBild 2: KastenfensterBild 3: Integriertes FensterBild 4: Durchschuss-hemmendes Fenster

Legende:1. Isolierzone2. Isoliersteg (Polyamid)3. Mitteldichtung (EPDM)4. Äußere Verglasungs-

dichtung (EPDM)5. Innere Verglasungs-

dichtung (EPDM)6. Scheibenzwischenraum7. Innere Anschlagdichtung 8. Äußere Anschlagdichtung

(EPDM)9. Kammer für Beschlags-

einbau10. Entwässerung bzw.

Belüftung11. Dämmprofil (hochwertiger

Kunststoff)12. Dichtung (EPDM)

(Wärmedämmung)13. Außenbeplankung

(Alu-Speziallegierung)14. Verstärkungsprofile (Alu-

minium)15. Klotzung und Hinter-

fütterung16. Versiegelung17. Innenflügel18. Außenflügel

Quelle: Hartmann

Die bedeutendsten Rahmenwerkstoffe, aus denen heute Fensterhergestellt werden, sind Holz, Kunststoff (PVC) und Aluminium.Darüber hinaus werden noch Rahmen aus Werkstoffkombinationeneingesetzt (z. B. Holz / Aluminium).

Angesichts der zahlreichen Anforderungen, die an moderne Fens-ter gestellt werden, stellt sich für Bauherren, Architekten und Ver-wender die berechtigte Frage, welche Art von Fenstern und insbe-sondere welcher Rahmenwerkstoff am besten geeignet ist, diesezu erfüllen.

Alle Fenstervergleichsstudien haben gemeinsam, dass sie jeweilsnur Teilbereiche des gesamten Anforderungsspektrums erfassen.Dies liegt im Wesentlichen daran, dass bestimmte Anforderungenüberhaupt nicht quantifiziert werden können, etwa das Oberflä-chenerscheinungsbild oder die Ästhetik, und es andererseits vieleAnforderungen gibt, beispielsweise die Stabilität oder die War-tungsintensität, für die zwar Vergleichsmaßstäbe existieren, derenKosten-Nutzen-Relation jedoch im Zusammenhang mit dem kon-kreten Anwendungsfall subjektiv verschieden bewertet werdenmuss.

Jeder Rahmenwerkstoff hat seine spezifischen Vor- und Nachteile,und es ist – ohne Berücksichtigung der konkreten Fenstereinbausi-tuation – nicht möglich, diese gegeneinander aufzurechnen mitdem Ziel, „Sieger“ und „Verlierer“ bestimmen zu können. Es istdaher erforderlich, die Verwendung von Fensterrahmenmaterialiendifferenziert zu betrachten und Pauschalierungen zu vermeiden.

5.1.6Vergleiche von Fenstern mit unterschiedlichen Rahmenwerkstoffen

62

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

5.2 Fassadenbau

Die Verbesserung bekannter Eigenschaften und die Entdeckungneuer Anwendungsfelder von Werkstoffen sowie bahnbrechendeEntwicklungen bei Fertigungs- und Montagesystemen habenneben dem traditionellen Vollwandbau eine neue Form von Fassa-den entstehen lassen, die in vielerlei Variationen in Erscheinung trittund das Bild der modernen Architektur mitbestimmt. Angesprochensind Fassaden im Sinne von leichten Außenwandkonstruktionen,deren Aufbau und Aussehen im Wesentlichen durch Glas, Metall-rahmen und Füllelemente geprägt wird. Der Werkstoff Aluminiumnimmt dabei eine zentrale Rolle als konstruktives und gestalteri-sches Element ein.

Der Fassadenbau ist heute das wichtigste Anwendungsgebiet vonAluminium im Hochbau. Neben anodisierten oder beschichtetenAluminiumblechen kommen vor allem stranggepresste Profile invielen Querschnittsvarianten als sichtbare oder verdeckt liegendeTrägerkonstruktionen für Glas und andere Füllelemente zum Ein-satz. In der neuen Fassadentechnik nehmen Aluminiumprofile inRelation zu anderen Rahmenwerkstoffen unter gestalterischen undfunktionellen Gesichtspunkten die mit Abstand bedeutendste Posi-tion ein.

Im vorangegangenen Kapitel 5.1 wird das Fenster als ein Elementeiner Fassade betrachtet, welches sich hinsichtlich seiner beson-deren Funktionen und der verwendeten Werkstoffe von der übrigenAußenwand relativ klar abgrenzen lässt. Der aus dieser Sichtweisetypische Anwendungsfall ist ein in verputztes Ziegelmauerwerk ein-gebautes Einzel- oder „Lochfenster“.

In gleichem Maße, in dem Fenster zu großflächigeren Konstruktio-nen erweitert werden und dadurch einen zunehmenden Anteil dergesamten Außenfläche eines Gebäudes einnehmen, ersetzen siedie traditionelle Vollwand. Im einfachsten Fall geschieht dies durchAneinanderreihung von Einzelfenstern und/oder Vergrößerungihrer Außenabmessungen. Nun drängt sich die Frage auf, wo derFensterbau endet und umgekehrt, wo der Fassadenbau beginnt.

Das eingehende Studium der Fachliteratur hat keine völlige Klarheitüber den Verlauf dieser Grenze verschafft. Dennoch existieren ei-nige Anhaltspunkte. Als mögliche Abgrenzungskriterien können dieGröße der Konstruktion, die Höhe der Anforderungen bei der Pla-nung, Herstellung und Montage sowie die verfügbaren System-halbzeuge herangezogen werden:

5.2.1Grenze zwischen Fenster-und Fassadenbau

63

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

– Einen konkreten Ansatz zur Unterscheidung liefert DIN 18056,indem vom Hersteller für Fenster, die größer als 9 m2 sind, einstatischer Nachweis über die tragenden Profile verlangt wird. DieNorm bezeichnet Elemente, die diese kritische Größe über-schreiten, als Fensterwände.

– Geht man der Frage nach, welche Unternehmen sich mit derHerstellung von Aluminium-Glas-Fassaden befassen, wird deut-lich, dass der Fassadenbau eine logische Weiterentwicklung deskonventionellen Fensterbaus ist. Denn im Regelfall sind Fassa-denbauer Metallbauunternehmen, die sich aus Fenster- undTürenbaubetrieben herausgebildet haben. Die fachlichen Anfor-derungen bei der Planung, Herstellung und Montage von Fassa-den sind jedoch ungleich höher und vielseitiger. GrundlegendeKenntnisse im Bereich Statik und Bauphysik sind im Fassaden-bau unerlässlich. Darüber hinaus müssen bei der Planung in ver-stärktem Maße bauaufsichtliche Normen und Richtlinien beach-tet werden. Während die Ausführungsverantwortung des Fens-terlieferanten an den ziemlich klar definierbaren Umrissen derBauöffnung endet, umfasst diese bei Komplettfassaden dieAußenwand eines Bauobjektes in ihrer Gesamtheit.

– Die im Kapitel 5.1.4 dargelegten Ausführungen bezüglich Profil-systeme gelten grundsätzlich für Aluminiumfassaden ebenso wiefür Aluminiumfenster. So wurden im Laufe der Jahre parallel zuden Fensterkonstruktionen speziell für Fassaden konzipierteSystemhalbzeuge (z. B. Pfosten-Riegel-Systeme – siehe Kapitel5.2.3.3) entwickelt. Die Systemhersteller bieten auch im Fassa-denbereich entsprechende Arbeitsanleitungen, Zeichnungen,Berechnungsgrundlagen und darüber hinausgehende Bera-tungsdienste. Damit wird für die zunächst reinen Fensterbauerder Schritt zum Fassadenfachbetrieb wesentlich erleichtert.

Man kann grundsätzlich davon ausgehen, dass der Übergang vonAluminiumfenstersystemen zu modernen Fassadenkonstruktionenein fließender ist. Vielfach werden bereits Fensterbänder, die hori-zontal durchgehend zwischen – von den verglasten Konstruktionenunabhängig verkleideten – Brüstungen und Rohbaudecken einge-baut sind, als Fassadenbaukonstruktionen bezeichnet, obwohl sieaus typischen Fensterprofilen gefertigt sind. Bei den „Integralfas-saden“ werden Halbzeuge verwendet, die eine Art Mischbauweisezwischen Fenster- und Pfosten-Riegel-Profilen darstellen. Der klas-sische Fall einer Aluminiumfassade liegt dann vor, wenn diese diegesamte Außenwandfläche eines Gebäudes bildet bzw. bedecktund mit Ausnahme der Tragfunktion alle Aufgaben von Wand undFassade integriert.

64

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die Funktionen und auch die daraus ableitbaren Anforderungen anFassaden sind im Grundsatz die Gleichen wie bei Einzel- oderLochfenstern. Das bedeutet, dass die an Fenster gestellten formel-len, technischen, ökologischen und ökonomischen Anforderungen(siehe Kapitel 5.1.1) prinzipiell auch für Fassaden gelten.

Beim Bau von Fassadenkonstruktionen gewinnen jedoch einigeFaktoren an Bedeutung. Sie betreffen insbesondere technisch-bau-physikalische Ansprüche, deren Erfüllung umfassende fachein-schlägige Kenntnisse und Erfahrungen der Metallbauunternehmenverlangt. Den Fassadenbaubetrieben fällt die mitunter sehr kom-plexe Aufgabe zu, die ästhetischen und gestalterischen Vorgabenbzw. Vorstellungen der Bauherren und Architekten in konkrete Fas-sadenlösungen umzusetzen, die mit den technischen und bauphy-sikalischen Anforderungen sowie den Normen und baubehördli-chen Auflagen zu vernetzen sind.

Die wichtigsten technischen Anforderungen an den Fassadenbausind:

– Angriffshemmung (fallweise)– Brandschutz (fallweise)– Feuchteschutz– Luftdurchlässigkeit– Lüftung– Mechanische Beanspruchung (Standsicherheit)– Nutzungssicherheit– Schallschutz– Schlagregendichtheit– Sonnenschutz (winterlicher und sommerlicher Wärmeschutz)– Wärmeschutz

Die Energiespardiskussion hat mit dem gesamten Hochbau auchden modernen Fassadenbau erfasst. Demzufolge rücken die ener-getischen Ansprüche an Gebäudehüllen immer mehr in den Mittel-punkt. Betrachtet man die derzeit in den Normen formulierten An-forderungen an die Wärmedämmung bei Fenstern, ist festzustellen,dass diese mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten bzw. U-Wert(früher k-Wert) sehr einfach formuliert werden und ihre Erfüllungauch relativ leicht prüfbar ist. Wesentlich komplexer ist dies beigroßen Aluminium-Glas-Fassaden: Bei der Konzeption von Fassa-den sind die Bauplaner und Hersteller mit der Aufgabe konfrontiert,alle im Rahmen des wirtschaftlich Vertretbaren zur Verfügung ste-henden baulichen Energiesparmöglichkeiten auszuschöpfen, umden vorgeschriebenen Anforderungen an die Wärmedämmung ge-recht zu werden. Zu beachten sind dabei nicht nur die U-Werte(früher k-Werte) der transparent verglasten Bereiche, sondern auchjene von bekleideten Vollwand- oder Brüstungsbereichen. BeimWärmeschutz durch Fassaden darf darüber hinaus ein sehr wichti-

5.2.2Die Anforderungen im Fassadenbau

65

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

ger Aspekt nicht vergessen werden: Durch große Glasflächen undeine günstige Gebäudelage sind deutliche Wärmegewinne durchdie passive Nutzung der Sonnenenergie möglich.

Die dämmtechnische Planung von Aluminium-Glas-Fassadensollte daher nicht allein die Wärmeverluste (Kenngröße = Wärme-durchgangskoeffizient bzw. U-Wert) der verwendeten Konstruktion,sondern auch die Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlungberücksichtigen, d. h. maßgeblich ist die tatsächliche Energiebi-lanz. Der Jahresheizbedarf ist als sinnvolle Entscheidungs- bzw.Vergleichsgröße heranzuziehen.

In der jüngsten Entwicklung der Gesetzgebung und Normung ver-sucht man diesem Aspekt verstärkt Rechnung zu tragen:

– Die am 9. Juni 1995 zwischen der österreichischen Bundesre-gierung und den Ländern getroffene Vereinbarung über denWärmeschutz von Gebäuden („Wärmeschutzverordnung“) ver-langt einen mittleren U-Wert (früher k-Wert) der Außenwand vonhöchstens 0,90 W/m2K, sofern die verglaste Fläche mehr als30 % beträgt (siehe Kap. 5.1.2). Anstelle dessen kann auch einNachweis erbracht werden, dass durch andere Maßnahmen si-chergestellt ist, dass ein Gebäude höchstens einen jährlichenHeizbedarf aufweist, der bei Einhaltung der o. a. Mindestanfor-derung gegeben wäre.

– Die derzeit geltende ÖNORM konzentriert sich auf die Trans-missionswärmeverluste. An einer Neufassung der ÖNORM B 8110, Teil 1, wird gearbeitet. Sie wird eine Beurteilung vonGebäuden nach ihrer Energiebilanz erlauben, d. h. sie stellt nichtmehr die Wärmedämmwerte der Einzelbauteile in den Mittel-punkt, sondern den Energieverbrauch des gesamten Gebäudes.Welche energiewirksamen Maßnahmen im konkreten Fall ergrif-fen werden ist von sekundärer Bedeutung, entscheidend ist dasdamit erzielbare Ergebnis.

Nähere Informationen bzw. Grundlagen zum Thema passive Son-nenenergienutzung sind im Zusammenhang mit Wintergärten imKapitel 5.3 angeführt.

Der Gestaltungsspielraum bei Aluminium-Glas-Fassaden ist außer-ordentlich groß. Dieser Umstand ist einerseits eine Aufforderung andie Kreativität bei der Planung, er forciert andererseits aber auchdie Weiterentwicklung der Profilsysteme. Die Erscheinungsformender Fassaden sind nicht zuletzt deshalb sehr breit gestreut.

5.2.3Typen von Aluminium-fassaden und deren Aufbau

66

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Eine Beschreibung von Aluminiumfassaden erfordert daher die Re-duktion der vielen konstruktiven und gestalterischen Möglichkeitenauf verschiedene Grundtypen. Die wichtigsten davon werden nachfolgenden Kriterien erläutert:

– Lage der Konstruktion zum Baukörper– Lage von Regen- und Windbarriere– Konstruktiver Aufbau

Insbesondere bei mehrgeschossigen Gebäuden ist der Platzbedarfeiner mehrsteindicken Vollwand und die Abtragung ihrer Eigenge-wichte nicht mehr wirtschaftlich. Deshalb ist die tragende Konstruk-tion derartiger Bauwerke meist ein Skelett, bestehend aus Stahlbe-tondecken und Stahl- oder Stahlbetonsäulen. An diesen wird dieleichte Außenwand befestigt. Durch die Skelettierung wird derFluss der auf das Gebäude einwirkenden Kräfte über die Decken-randträger bzw. Unterzüge in die Säulen geleitet.

a) Fassaden mit geschosshohen Fensterwänden oder Fensterbändern

Abbildung 14, Bild 1, zeigt schematisch den vertikalen Schnittdurch eine in Elemente gegliederte Fassade. Diese Elemente stel-len von außen oder innen in das Tragskelett hineingestellte Aus-fachungen dar. Sie sind gleichsam geschosshohe Fenster bzw.Fensterwände mit transparenten, d. h. durchsichtig verglasten, undnicht transparenten Feldern und werden zwischen den Rohbau-decken eingespannt und verankert. Zumeist sind es die vertikalenAluminiumprofile (Pfosten oder Lisenen), die die Tragfunktion ge-genüber Winddruck und -sog übernehmen und entsprechend derStützweite (≈ Geschosshöhe) dimensioniert werden müssen. Dievertikalen Lasten der Fassade werden hierbei von den frei ge-spannten Geschossdecken übernommen. Auftretende Lasten ausdem Bauwerk und aus temperaturabhängigen Längenänderungendürfen nicht in die Fassadenkonstruktion eingeleitet werden.

Die gleiche Fassadenbauweise kann angewendet werden, wenndas Rohbauskelett zusätzlich mit auf den Geschossdecken aufge-setzten massiven Brüstungen ausgestattet ist. Brüstungen werdenbeispielsweise dann vorgesehen, wenn die Bauordnung Anfor-derungen zur Erfüllung einer höheren Widerstandsklasse gegenFeuerüberschlag von Geschoss zu Geschoss vorschreibt. Die freieStützweite der tragenden Profile reicht hier nur von der Brüstungs-oberkante bis zur Deckenunterkante bzw. Unterkante eines Unter-zuges. Die in der Höhe reduzierten Rohbauöffnungen werden mitmehrteiligen Fensterbändern geschlossen (siehe Abbildung 14, Bild 2).

5.2.3.1Fassadentypen in Abhängigkeit der Lage der Konstruktion zum Baukörper

67

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die Ausfachung eines Rohbauskeletts mit Elementen erfordert dienachträgliche Wärmedämmung und Bekleidung der Säulen undDeckenvorsprünge bzw. Brüstungen. Je nach architektonischerGestaltung können für Bekleidungen verschiedene Materialien ver-wendet werden, z. B. farbig beschichtete Aluminiumblechkassettenoder Natursteinplatten. Häufig wird für den Brüstungsbereich einehinterlüftete Konstruktion (siehe Kapitel 5.2.3.2 – Kaltfassade) ge-wählt.

b) Vorgehängte Fassade (Curtain Wall)

Wird die komplette Außenwandkonstruktion durchgehend, d. h.ohne Unterbrechungen durch Deckenvorsprünge oder Brüstungen,vor dem Tragskelett angeordnet, so spricht man von einer vor-gehängten Fassade (siehe Abbildung 14, Bild 3). Sie ist eine leichteAußenwand, die das Bauskelett hautartig umspannt und mit Aus-nahme der Tragfunktion alle Aufgaben (Dichtheit, Wärme- undSchalldämmung, Brandschutz usw.), die sonst eine Vollwand erfül-len muss, übernimmt.

Das Vorhängen der Fassade stellt höhere Ansprüche an das Mon-tagesystem. Während die Verankerungsteile bei der Anordnung derElemente innerhalb von Bauöffnungen in erster Linie die Wind- undVerkehrslasten aufzunehmen haben, werden sie bei der vor-gehängten Konstruktion zusätzlich durch vertikal wirkende Eigen-gewichtslasten beansprucht.

Der Hersteller einer Vorhangfassade hat in jedem Fall einen Nach-weis über die Standsicherheit der Profile, Verglasungen, Füllungenund der Verankerungen am Baukörper zu erbringen. Die groß-flächige und geschlossene Konstruktion fordert vom Verankerungs-system auch Möglichkeiten zum Toleranzausgleich bei der Fassa-denmontage und manchmal auch Vorkehrungen zur nachträglichenVerstellbarkeit zwecks Ausgleichs von Gebäudesetzungen. Be-stimmte Befestigungspunkte müssen als „Gleitlager“ gebaut sein,die temperaturbedingte Längenänderungen der Aluminiumprofile(Dilatationen) ermöglichen und damit Knackgeräusche verhindern.

68

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

a) Kaltfassade

Eine Kaltfassade ist der äußere hinterlüftete Teil einer mehrschali-gen Wand, bei der die Regen- und Windsperrebene durch einenLuftzwischenraum voneinander getrennt sind. Diese äußere Wet-terhaut bildet eine Barriere gegen Niederschlagswasser und ist einBauteil ohne thermische Trennung. Die innere Wand wirkt als Luft-barriere und trägt die Wärmedämmung. Das entscheidende Merk-mal ist, dass die Fugen zwischen den wetterseitigen Fassadentei-len ganz oder zumindest teilweise unverschlossen bleiben. Dies er-möglicht eine Hinterlüftung, indem Luft von außen am Fuße der Be-kleidung eintritt und – unter Ausnützung des Kamineffektes – durchoben liegende Fugen oder Öffnungen wieder abzieht.

Die Fugen sind derart ausgebildet, dass der Großteil des Schlagre-gens außen an der Bekleidung abfließt. Geringe Wassermengenkönnen jedoch infolge von Oberflächenspannung, Kapillarwirkungund durch Wind verursachte Luftdruckdifferenzen einsickern. Diesstellt insofern kein Problem dar, als das eingedrungene Wasser beiweiter unten liegenden Öffnungen rasch wieder abfließen kann unddie Hinterlüftung die restliche Feuchtigkeit entfernt. Bei Nachlassendes Schlagregens wird damit der Luftzwischenraum wieder voll-ständig ausgetrocknet.

In Abbildung 15 ist das Grundprinzip einer hinterlüfteten Fassademit Aluminiumblechbekleidung dargelegt. Zur Befestigung der Kas-setten wird eine Unterkonstruktion benötigt, die in der Regel ausvertikal laufenden und blanken, stranggepressten Aluminiumprofi-len zusammengebaut wird. In der dargestellten Fassade sind auchvertikale und horizontale Abschottungen vorgesehen. Damit wirdein Weg aufgezeigt, der in jüngsten Veröffentlichungen begangen

5.2.3.2Fassadentypen in Abhängigkeit der Lagevon Regen- und Wind-barriere

69

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 14: Fassadentypen

Bild 1: GeschosshoheFensterwandBild 2: FensterbandBild 3: Durchgehende vor-gehängte Fassade

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte im Bauwesen

wird. Dabei werden im Luftzwischenraum begrenzte und definierteZonen geschaffen, die einen raschen Ausgleich von vom Wind ver-ursachten Luftdruckunterschieden zwischen der Außenseite unddem hinterlüfteten Bereich ermöglichen. Luftdruckunterschiedeentstehen durch wechselnde Windverhältnisse. Sie hängen u. a.von der Gebäudeform ab, zumal der Winddruck bzw. -sog an expo-nierten Stellen eines Gebäudes (an den Eckbereichen) wesentlichhöher als an der Gebäudemitte ist. Der Zweck des Druckausglei-ches liegt in der Verringerung des Eintritts von windgetriebenenWassertropfen in den durch die offenen Fugen zugänglichen Luft-zwischenraum.

Die Technik der (reinen) Kaltfassade wird heute in großem Umfangsowohl für Neubauten als auch für die Renovierung von alten Ge-bäuden eingesetzt, meistens zur Bekleidung von Vollwänden austraditionellen Baustoffen (Ziegelmauerwerk, Beton usw.). Als was-serundurchlässige Bekleidungen können verschiedenste Materia-lien verwendet werden, beispielsweise Faserzementplatten, Na-turstein, Keramikplatten, Verbundplatten, gekantete Aluminium-bleche, aber auch Aluminiumprofilkonstruktionen mit opaken Glas-einsätzen.

Die Bekleidung von Wandteilen (z. B. Brüstungsbereichen) mit be-schichteten oder anodisierten Aluminiumblechkassetten nach demKaltfassadenprinzip tritt oft in Kombination mit wärmegedämmtenAluminium-Glas-Konstruktionen auf (siehe Kalt-Warm-Fassade,Punkt c) und betrifft daher den Arbeitsbereich der Metallbaube-triebe.

70

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 15: Konstruktionsprinzip einerAluminium-Kaltfassade

Bild 1: VertikalschnittBild 2: Horizontalschnittdurch eine Gebäudeecke

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte im Bauwesen

Kaltfassaden haben folgende Vorteile

– Durch den Brüstungs- und Wandbereich diffundierender Was-serdampf wird durch die Kaminwirkung der Hinterlüftung abge-führt. Regel: mindestens 50 cm2/m.

– Die Hinterlüftung wirkt als sommerlicher Wärmeschutz, indemein Hitzestau in Wand und Fassade vermieden wird. DieserAspekt ist bei Außenbekleidungen mittels hitzeempfindlicheropaker Glaselemente besonders wichtig.

– Hinterlüftete Fassadenbekleidungen können die Schalldäm-mung einer massiven Wand verdoppeln (bis + 10 dB).

– Die raumseitig massiv ausgeführten Brüstungs- und Wandberei-che wirken als Speichermasse und verbessern den Wärme-schutz.

– Fertigungs- und Bautoleranzen sowie thermische Bewegungender Konstruktion sind weniger kritisch als bei Warmfassaden.

– Das Problem des Undichtwerdens durch Alterung von direkt derWitterung (u. a. der UV-Strahlung) ausgesetzten Dichtungsmate-rialien tritt nicht auf.

b) Warmfassade

Eine Aluminium-Warmfassade hat keine Hinterlüftung. Sie ist ein-schalig konstruiert, sodass die äußeren wasserundurchlässigenMaterialien (Aluminiumprofile, Glas- und Paneelfüllungen) das ge-samte Regenwasser an der Außenfläche der Fassade ableiten.Diese äußerste Ebene ist gleichzeitig die Windbarriere. Um dieseFunktionen erfüllen zu können, muss die gesamte Konstruktiondauerhaft wasser- und luftdicht ausgeführt sein. Warmfassadenverlangen daher einen sehr hohen Qualitätsstandard bei Fertigungsowie Montage und brauchen, da ihre Funktionstüchtigkeit von di-rekt der Witterung ausgesetzten Fugen- und Profildichtungen ab-hängig ist, intervallmäßige Kontrollen und Unterhaltsarbeitenwährend ihrer Nutzungsdauer. Wichtig ist darüber hinaus die sorg-fältige und konsequent durchgehende thermische Trennung dergesamten Konstruktion.

Warmfassaden sind am besten geeignet, Energiegewinne aus derSonneneinstrahlung zu realisieren. Bei hinterlüfteten Glaskonstruk-tionen geht dieser Einstrahlungsgewinn wieder weitgehend verlo-ren. Mehrteilige Fensterwände in Element- oder Pfosten-Riegel-Bauweise, unabhängig davon, ob mit öffenbaren Flügeln, Festver-glasungen oder eingesetzten Paneelen, entsprechen dem Prinzipeiner Warmfassade. Auch großflächige Vorhangfassaden könnendurchgehend als Warmfassade konzipiert werden.

71

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

c) Kalt-Warm-Fassade

Eine Kalt-Warm-Fassade ist eine Fassade mit Einzelfenstern odermehrteiligen Aluminium-Glas-Elementen im Warmbereich sowieopaken bzw. undurchsichtigen Brüstungs- und / oder Wandbeklei-dungen im kalten Bereich. Die gesamte Konstruktion stellt somit –ihrer Bezeichnung entsprechend – eine Kombination zwischeneiner Kalt- und einer Warmfassade dar.

Abbildung 16 zeigt ein als Beispiel ausgewähltes Segment der An-sicht einer vorgehängten Aluminium-Kalt-Warm-Fassade einesmehrstöckigen Gebäudes mit den zugehörigen Schnittdetails. Dieabgebildete Konstruktion ist auch ein Beispiel für eine Integralfas-sade. Sie ist gekennzeichnet durch gleiche Rahmenansichtsbrei-ten, egal ob die Felder fix verglast oder mit öffenbaren Fensterflü-geln ausgestattet sind.

Die Wetterschale im kalten Brüstungs- bzw. Vollwandbereich wirddurch von außen eingesetzte, verspiegelte Einfachglasscheibengebildet. Die Verglasung im Warmbereich erfolgt gleich wie bei nor-malen Fenstern, d. h. von innen. Im Gegensatz zu der in Abbil-dung 15 dargestellten Kaltfassade mit relativ ungeschützten Fugenist bei der vorliegenden Konstruktion das Eindringen von Schlagre-gen in den hinterlüfteten Bereich kaum möglich. Unter bestimmtenWitterungsverhältnissen kann aber auf der dem Luftzwischenraumzugewandten Seite der Glasscheiben Kondenswasser auftreten.Dessen kontrollierter Abfluss wird durch Entwässerungsschlitze inden horizontalen Profilen (Riegeln) gewährleistet.

Für die Gesamtbelüftung der Fassade ist der Querschnitt der Lüf-tungsschlitze in den Riegeln zu gering. Deshalb sind im unterenund oberen Bauabschlussbereich (in Abbildung 16 nicht darge-stellt) zusätzlich größere Lüftungsquerschnitte vorgesehen. Regel:50 cm2/m. Durch Querbelüftung der Brüstungsbereiche unter Nut-zung des Kamineffektes ist somit eine ausreichende Hinterlüftungim gesamten Kaltbereich gewährleistet.

a) Pfosten-Riegel-Fassade

Die Pfosten-Riegel- oder Rasterfassade verkörpert die Standard-version im Fassadenbau. Durch ihre universelle Anwendbarkeitund ein breites Angebot an systemkonformen Profilvarianten sowieZusatzprofilen lassen sich viele verschiedene Fassadenlösungen,auch abgewinkelte und geneigte Fassaden sowie dreidimensionaleGlasdachkonstruktionen, verwirklichen. Das Prinzip der Pfosten-Riegel-Fassaden wird schon seit vielen Jahren angewendet, wes-halb der Entwicklungsstand in diesem Bereich als sehr hoch anzu-sehen ist. Durch konstruktive Teilung in raumseitig angeordnete,

5.2.3.3Fassadentypen in Abhän-gigkeit des konstruktiven Aufbaus

72

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

73

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 16:Beispiel für eine Aluminium-Kalt-Warm-Fassade

Bild 1: Ausschnitt FassadenansichtBild 2: Horizontalschnitt Warmbereich (Fenster) zu KaltbereichBild 3: Riegel im KaltbereichBild 4: Pfosten im KaltbereichBild 5: Vertikalschnitt Warmbereich (Fenster) zu Kaltbereichen

Quelle: Schüco

tragende Pfosten bzw. Riegel und wetterseitige Druckprofile, denEinbau von isolierenden Zwischenlagen und Dichtungen, den Ein-satz von wärmegedämmten Füllelementen können die Pfosten-Riegel-Fassaden konsequent thermisch getrennt ausgeführt wer-den. Die wichtigsten Teile einer klassischen Pfosten-Riegel-Fas-sade sind in Abbildung 17 am Beispiel einer vorgehängten Kon-struktion dargestellt.

Die senkrechten Profile werden als Pfosten bezeichnet. In der Mehr-zahl der Fälle sind sie die Haupttragelemente der Fassade. Siewerden am Rohbau mittels Konsolen aus Aluminium oder verzink-tem Stahl verankert. Die Pfostenprofile sind in verschiedenen Bau-tiefen erhältlich. Die richtige Dimension muss nach statischen Er-fordernissen entsprechend den Abständen der Befestigungspunkte(Stützweiten) gewählt werden. Durch Einsetzen von waagrechtenVerbindungsprofilen (Riegeln) zwischen die Pfosten mittels T-Ver-binder wird die Fassade in Felder geteilt. In diese werden vonaußen Füllelemente eingebaut. Das können Fenster mit öffenbarenFlügeln, Türen, feststehende Verglasungen oder Paneele sein. DieFüllelemente werden durch in die Pfosten und Riegel geschraubteHalte- bzw. Druckprofile festgehalten. Für die zuletzt von außenaufgesetzten Abdeckprofile bieten die Systemhersteller mehrereVarianten hinsichtlich Bautiefe und Form an. Dadurch ergeben sichzusätzliche Möglichkeiten zur Betonung der Gliederung einer Fas-sade. In Bezug auf die Profilbreiten stehen bei nahezu allen Syste-men mehrere Varianten zur Verfügung.

Allgemein üblich sind Ansichtsbreiten zwischen 50 und 80 mm. Diestandardmäßigen Pfosten- und Riegelprofile können unter Ver-wendung verschiedener Isolierprofile oder Verbindungselementeproblemlos an verschiedene Glasdicken angepasst werden.Grundsätzlich wird die Fassade erst auf der Baustelle mittels in derWerkstätte vorgefertigter Pfosten, Riegel und Füllelemente zusam-mengefügt und komplettiert. Die Befestigung der Pfosten amBaukörper und das Einsetzen von Riegeln, Füllelementen, Klemm-leisten und Abdeckprofilen erfolgen dabei Zug um Zug. Aus Ratio-nalisierungsgründen sind die Fassadenhersteller jedoch bestrebt,möglichst wenige mit Einzelteilen bestückte Baugruppen an dieBaustelle zu liefern, d. h. eine weitreichende Vormontage im Werkdurchzuführen.

74

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

75

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 17: Aufbau und Teile einer Pfosten-Riegel-Fassade

Bild 1: Pfosten-Riegel-Fassade SystematikBild 2: PfostenBild 3: Pfosten-Riegel-KnotenBild 4: RiegelBild 5: Riegel mit eingebau-tem Fenster

Legende:1. Pfosten2. Riegel3. Verglasung4. Brüstungselement5. Verankerung6. Decke mit Unterzug

Quellen: Keintzel (Bild 1), Wicona (Bild 3), Hartmann (Bild 2, 4 und 5)

b) Elementfassade

Bei diesem Fassadentyp steht die rationelle Montage im Vorder-grund. Die Einzelteile der Fassade werden in der Werkstätte zu na-hezu fertigen Elementen inklusive Fenster, Verglasungen und Brüs-tungspaneelen bzw. Brüstungsbekleidungen zusammengebaut.Diese Elemente sind normalerweise ein Geschoss hoch und eineoder mehrere Fensterteilungen breit. Nach dem Transport an dieBaustelle werden sie außen am Gebäude hochgezogen, seitlich indie bereits montierten Elemente eingefädelt und in die vorher prä-zise ausgerichteten und justierbaren Fassadenanker eingehängtund fixiert. Die Kreuzungspunkte erfordern durchdachte Detail-lösungen, um die Anforderungen an Statik, Dichtigkeit und dilata-tionsbedingte Gleitfähigkeit sowie Wärme- und Schalldämmung zuerfüllen.

Die Elementbauweise eignet sich für den Bau von Fensterbändernund -wänden ebenso wie für komplette Fassaden aus ähnlichenProfilkonstruktionen.

Die wichtigsten Besonderheiten im Vergleich zur herkömmlichenPfosten-Riegel-Bauweise sind:

– Eine gleiche Bautiefe von Pfosten und Riegeln.– Die Pfosten und Riegel sind geteilt und bilden Dehnfugen bzw.

Nuten zur Aufnahme von Dichtungen am Elementstoß.– Die klassische Fensterrahmen-Verbindungstechnik: Gehrungs-

ecken mit Eckverbindern, verklebt und mechanisch gesichert,kann angewendet werden.

c) Integralfassade

Der Terminus „Integralfassade“ bezeichnet eine wärmegedämmteFassadenkonstruktion in Pfosten-Riegel- oder Elementbauweise,bei welcher in den tragenden Profilen öffenbare Fenster integriertsind. Die Fensterflügel sind verdeckt angeordnet. Dies ermöglichtumlaufend gleiche und dennoch sehr schlanke Profilansichtsbrei-ten (zirka 80 mm). Von außen kann man keinen Unterschied zwi-schen öffenbaren und festverglasten Feldern erkennen. Die in Ab-bildung 16 dargestellte Konstruktion ist ein Beispiel für eine Integ-ralfassade in Element- bzw. Rahmenbauweise.

Die Integralfassade und ebenso die nachfolgend beschriebeneStructural-Glazing-Fassade geben deutliche Hinweise auf die vielen– erst teilweise verwirklichten – Möglichkeiten, durch individuelleGestaltung von wärmegedämmten Aluminiumprofilen innovativeund architektonisch ansprechende Lösungen im Fassadenbau her-vorzubringen. 76

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

d) Geklebte Ganzglasfassade (Structural-Glazing-Fassade)

Die Technik der geklebten Fassaden wurde in den USA entwickelt.Seit mehr als zehn Jahren wird sie, nicht zuletzt aufgrund von si-cherheitstechnischen Weiterentwicklungen, auch in Europa mit zu-nehmendem Erfolg angewendet. Unter Structural Glazing verstehtman das Anbringen von Glasscheiben auf eine Unterkonstruktionaus Aluminiumprofilen, sodass von außen nur der Glasstoß zu er-kennen ist. Die Rahmen- bzw. Tragkonstruktion ist nur von innensichtbar. Je nach Glasbeschichtung entsteht eine mehr oder weni-ger starke Lichtreflexion und eine meistens gewünschte Spiege-lung der Gebäudeumgebung. Im Vordergrund steht der optischeEindruck einer glänzenden, nur von Glas bestimmten Fassade, diesich mit dem Wechsel der Jahreszeiten harmonisch an das Umfeldanpasst.

Die konstruktive Besonderheit bei Structural-Glazing-Fassaden er-gibt sich dadurch, dass die bei anderen Fassaden typische mecha-nische Befestigung der Verglasung durch einen Silikonkleber er-setzt wird. Die Klebeverbindung muss alle aus den verschiedenenBelastungen herrührenden Kräfte sowie Verformungen der Glas-elemente dauerhaft aufnehmen und an die Aluminiumkonstruktionableiten. Zudem muss der Kleber besonders witterungsbeständigund einfach zu verarbeiten sein. Eine Modul- oder Elementbau-weise bringt neben der verkürzten Montagezeit den Vorteil der Ver-klebung der Scheiben mit der Rahmenkonstruktion unter definier-ten Bedingungen in der Werkstätte. Damit kann die gleichbleibendeQualität der Verbindungen an der gesamten Fassade sichergestelltwerden.

Grundsätzlich ist bei Structural-Glazing-Fassaden ein Nachweisüber die Standsicherheit der Klebeverbindung zu erbringen. Einedefinitive Norm oder gesetzliche Regelungen darüber sind in Öster-reich zur Zeit noch nicht vorhanden. Der bisherigen Praxis zufolgeerfolgt eine baubehördliche Zustimmung dann, wenn Sicherheits-gläser verwendet und diese zusätzlich zur Verklebung mechanischgesichert werden, sodass eine sich von der Unterkonstruktion lö-sende Scheibe nicht als ganzes Stück zu Boden fallen kann. Diemechanische Sicherung kann durch Klammern oder Sicherheits-profile, die seitlich in den Scheibenrand eingreifen, erfolgen (sieheAbbildung 18).

Es gibt heute bereits Systeme, die den Einsatz von öffenbarenFenstern erlauben, ohne die Achsrasterung zu verletzen oder die„Nur-Glas“-Außenansicht zu beeinträchtigen. Seit einiger Zeit wer-den auch Structural-Glazing-Fassaden mit polygonalem oder ge-krümmtem Grundriss gebaut. Neben der architektonischen Sonder-stellung von Structural-Glazing-Fassaden können zwei wichtigeVorteile genannt werden: Aufgrund der elastischen Lagerung der 77

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Gläser ergibt sich eine geringere Schallübertragung in das Ge-bäudeinnere, und durch die geschlossene, glatte Außenfläche istder Selbstreinigungseffekt höher als bei herkömmlichen, gerahm-ten Konstruktionen.

78

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 18: Detailausschnitte einer ge-klebten Ganzglasfassade(Structural-Glazing)

Bild 1: VertikalschnittBild 2: Horizontalschnitt

Legende:1. Ausfachungselement2. Anschlagdichtung (EPDM)3. Pfostenprofil4. Fugendichtung (EPDM)5. Distanzprofil (EPDM)6. Elementdichtung (EPDM)7. Trageprofil8. Riegelprofil9. Halteprofil

Quelle: Hueck

5.3 Lichtdächer, Wintergärten und ähnliche Konstruktionen

Neben Fenstern und Fassaden ist das dritte wichtige Anwendungs-gebiet für Aluminiumprofile der Bereich Glasdachkonstruktionen,Wintergärten, Solarveranden, Erker, Windfänge und ähnliche ver-glaste Bauwerke.

Derartige Konstruktionen können im Wesentlichen

– als Anbauten an massive Häuser, – als in Massivkonstruktionen integrierte Teile, – als Teile einer Fassade oder eines Daches oder – als mehr oder weniger selbstständige Glashäuser

in Erscheinung treten.

Die wichtigsten übereinstimmenden Merkmale solcher Bauwerkebestehen in ihrer räumlichen Gestalt und darin, dass zumindestTeilbereiche schrägverglast sind. Abbildung 21 zeigt einige von vie-len möglichen Formen, die solche Glaskonstruktionen annehmenkönnen.

In den anschließenden Ausführungen innerhalb des gegenständli-chen Kapitels wird immer wieder auf Wintergärten Bezug genom-men, wenngleich die meisten Aspekte auch für ähnliche Konstruk-tionen gültig sind. Wintergärten werden im Folgenden als repräsen-tative Vertreter der gesamten Palette von räumlichen Glaskonstruk-tionen betrachtet.

Die Frage nach dem Zweck bzw. der Nutzbarkeit eines Wintergar-tens muss in der Planungsphase immer unter zwei Aspekten unter-sucht werden:

1. Nach dem Gesichtspunkt des energetischen Gewinns, den derGlasbau für das Haus oder die Wohnung erbringen soll: Soll erbloß als Temperaturpuffer fungieren oder soll aus der Sonnen-einstrahlung auch Wärme für das gesamte Haus gewonnen wer-den (passive Nutzung der Sonnenenergie)?

2. Nach dem Aspekt, wie er innerhalb des Wohnbereiches genutztwerden soll: Wünscht man sich eine ohne Einschränkungganzjährig nutzbare Erweiterung des Wohnraumes, oder begnügtman sich mit der Nutzung des Wintergartens lediglich in derÜbergangszeit oder zur Überwinterung von Pflanzen?

Die konkrete Ausführung eines Wintergartens hinsichtlich Größe,Standort, Verglasung, Rahmenkonstruktion, Beschattungs- undEntlüftungssystem kann nur nach situationsbedingter und individu-eller Bewertung der beiden Aspekte unter Einbezug der entstehen-den Kosten entschieden werden.

79

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die passive Nutzung der Sonnenenergie durch einen Wintergartenist durch den extrem hohen Glasanteil an Dach und Wänden zu er-klären. Glas hat die physikalische Eigenschaft, einen großen Teilder auftreffenden kurzwelligen Strahlung der Sonne durchdringenzu lassen. Der restliche Teil wird reflektiert oder vom Glas absor-biert. Die durchgedrungenen Strahlen werden von den Flächen, aufdie sie treffen, aufgenommen und in Form von langwelligen Infra-rotstrahlen (= Wärme) wieder abgegeben. Die langwelligen Wär-mestrahlen können das Glas nicht wieder durchdringen. DiesesPhänomen entspricht dem bekannten Treibhauseffekt.

Treffen die Sonnenstrahlen auf einen Wintergarten, werden die Luftund die Gegenstände im Innenraum erwärmt, und diese Energiebleibt – vereinfacht ausgedrückt – vorübergehend auch dort „ge-fangen“. Dies bewirkt ein relativ rasches Aufheizen im Glashaus.Bei nachlassender Einstrahlung und Abkühlung der Außentempe-ratur beginnt in Abhängigkeit der Dämmfähigkeit des Glases undder Rahmenkonstruktion eine Rückwanderung der Wärme voninnen nach außen. Wird der Glasbau nicht wie bei den historischenWintergärten mit Einfachglasscheiben, sondern mit Isolier- oderWärmeschutzglas ausgestattet, so verringern sich durch den nied-rigen U-Wert einerseits die Transmissionswärmeverluste, anderer-seits reduzieren sich aber auch die Einstrahlungsgewinne aufgrundeiner geringeren (Sonnen-)Energiedurchlässigkeit.

Geringe Energiegewinne durch den eben beschriebenen Treib-hauseffekt können schon bei diffusem Sonnenlicht erzielt werden.Eine wichtige Voraussetzung für hohe Gewinne (bei gegebenem U-Wert) ist die Ausrichtung des Wintergartens nach der Himmels-richtung mit der besten Sonneneinstrahlung. In Mitteleuropa istdiese im Südosten, Süden und Südwesten am stärksten, hingegenweniger intensiv im Osten und Westen. Zu berücksichtigen ist wei-ters der unterschiedliche Sonnenstand im Laufe der Jahreszeiten.Während die flachen Sonnenstrahlen im Winter die gesamte Kon-struktion erreichen und tief in das Gebäudeinnere eindringen, kanneine sommerliche Beschattungseinrichtung den Wintergarten vorder hoch stehenden Sonne abschirmen und damit Schutz vorÜberhitzung bieten (siehe Abbildung 19).

5.3.1Der Wintergarten alsBauteil zur Verbesserung der Energiebilanz

80

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 19: Schematische Schnittdar-stellung eines Wintergartensbei unterschiedlichem Sonnenstand

Quelle: Hafer und Böhmer, Glasarchitektur

Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass Glasanbauten die Ener-giebilanz eines ganzen Hauses durch passive Sonnenenergie-nutzung verbessern können. Einen positiven energetischen Beitragkönnen sie aber auch in der Funktion eines Temperatur- oder Kli-mapuffers leisten. Solche „Energiepuffer“ stehen hinsichtlich ihrerNutzungsmöglichkeiten (z. B. als Pflanzenhäuser mit beschränkter,jahreszeitbedingter Nutzung als Wohnfläche) den historischen Win-tergärten am nächsten. Eine wesentliche Voraussetzung ist dieTrennung des Wintergartens vom beheizten Kernhaus durch wär-megedämmte Fenster und Türen. Der Wintergarten wirkt in diesemFall als zusätzliche Wärmedämmung in Form einer zwischengela-gerten Pufferzone. Der Temperaturabfall in kalten Jahreszeiten voll-zieht sich verlangsamt, wodurch weniger Heizenergie verlorengeht. Zudem können die Energieverluste durch Lüftung erheblichreduziert werden, da vom beheizten Innenraum in einen Zwi-schentemperaturbereich und nicht direkt nach außen gelüftet wird.

Wird ein Wintergarten hauptsächlich als Temperaturpuffer konzi-piert, dann sollte seine Platzierung auch an Stellen mit geringerSonneneinstrahlung in Erwägung gezogen werden. Oft ist geradean der Nordseite eine besonders große energetische Wirkung er-zielbar. In der Regel liegt der Energiespareffekt durch den um biszu 20 % höheren Heizenergiebedarf von nordorientierten Räumenabsolut gesehen höher als im Süden.

Neben den Wärmeschutzaspekten können Glasanbauten auch alsSchall- und Immissionsschutzzonen, insbesondere im dicht ge-drängten innerstädtischen Wohnbau, von großem Nutzen sein. DieAnordnung eines Wintergartens vor lärmbelasteten Räumen kannzur Steigerung der Wohnqualität beitragen.

Soll ein Wintergarten ganzjährig als behaglicher Wohnraum ge-nutzt werden, so sind insbesondere für die Sommermonate zweiAspekte von höchster Bedeutung:

– eine wirkungsvolle Lüftung und– ein ausreichender Sonnenschutz.

Beide Einrichtungen sind unerlässlich, da der Treibhauseffekt ge-rade in der Hitzeperiode am stärksten wirksam wird und ohne Vor-kehrungen ein Hitzestau unvermeidlich ist. Durch ausreichende Zu-luftöffnungen im unteren senkrechten Bereich der Glaskonstruktionund Abluftöffnungen im höchsten Punkt des Dachbereichs sollte dieInnentemperatur auch im Hochsommer auf Höhe der Außentempe-ratur im Schatten gehalten werden. Ein optimales Raumklima kanndarüber hinaus nur mit Hilfe von Beschattungseinrichtungen, z. B.Markisen, Jalousien oder Rollläden, erzielt werden. Im Idealfallwerden durch Thermostate, Regen- und Windfühler gesteuerte Lüf-tungs- und Beschattungssysteme eingesetzt, die das Öffnen und 81

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Schließen der Lüftungsklappen und die Betätigung des Sonnen-schutzes vollautomatisch besorgen.

Der energetische Nutzen von Wintergärten und Glaskonstruktionenhängt vom Zusammenspiel einer Vielzahl von Faktoren ab. Nur dieWichtigsten davon wurden bereits erwähnt. Die Beantwortung derFrage, wieviel Energie durch Glasbauwerke eingespart werdenkann, setzt die Existenz von entsprechenden Vergleichsbauten vor-aus. Mangels derer und aufgrund der vielfältigen, auch örtlich ver-schiedenen Einflüsse ist eine allgemein gültige Antwort nicht mög-lich. Eine Reihe von bauphysikalischen Untersuchungen zumThema passive Sonnenenergiegewinnung haben bisher auch nurunzureichende Ergebnisse für die praktische Anwendung bringenkönnen. Die Erfahrungen in der Praxis haben jedenfalls gezeigt,dass nachträglich angebaute Glaskonstruktionen zu einer wir-kungsvollen Verringerung der Heizenergiekosten beitragen kön-nen, je nach Art und Größe bis zu 30 %.

Der Bauphysiker Prof. G. HAUSER kommt in seinen Studien zudem Schluss: „Verglaste Baukörper im Dach- und Fassadenbereichsteigern die Aufnahme von Sonnenenergie und schaffen zwischenRaum- und Außenklima eine Pufferzone. Glasaufbauten auf demDach bewirken, dass der Wärmeverbrauch der darunter gelegenenDachräume nahezu den Wert zentral im Gebäude gelegenerRäume erreicht. Bei Glasvorbauten in der Fassade kann der Wär-meverbrauch des dahinter liegenden Raumes je nach Belüftungdes Raumes und des Glasvorbaus sowie der Anordnung der Ver-glasung annähernd halbiert werden.“

Der überwiegende Teil der heute gebauten Wintergärten wird fürdie ganzjährige Nutzung als Aufenthaltsraum konzipiert. Damit stel-len die meisten von ihnen einen unmittelbar mit dem Haupt- oderKerngebäude verbundenen Bauteil dar. Unter diesem Umstandsind sie baugenehmigungspflichtig und müssen daher die länder-spezifischen Auflagen hinsichtlich Statik, Wärme-, Schall-, Brand-und Einbruchsschutz usw. erfüllen.

Um die volle Gebrauchstauglichkeit und auch die Zufriedenheit derBenützer sicherzustellen, müssen bei Wintergärten einige spezielleAnforderungen berücksichtigt werden. Besonderheiten im Ver-gleich zu Fassaden oder Fensterkonstruktionen ergeben sich in er-ster Linie durch die exponierte Lage der Konstruktionen und durchdie verglasten Schrägdachbereiche. Die besonderen Ansprüchebeziehen sich im Wesentlichen auf die Aspekte Sicherheit, Statik,Feuchteschutz sowie Witterungsbeständigkeit.

5.3.2Die besonderen Anforde-rungen an die Konstruktion und die Rahmenmaterialien

82

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

a) Sicherheit

Aus Sicherheitsgründen müssen im Überkopfbereich und bei nichtebenerdigen Glashäusern auch im Brüstungsbereich Sicherheits-verglasungen (ESG, VSG, Drahtspiegelglas) eingesetzt werden.Die Landesbauordnungen sind zu beachten.

b) Statik

Bei der Dimensionierung der Rahmenkonstruktion sind neben denWind- und Eigengewichtslasten (Gewicht von Glas, Rahmenprofi-len und einer eventuellen Beschattungsanlage) auch die möglichenSchneelasten zu berücksichtigen. Die Windbelastung muss ganzbesonders beachtet werden, da Wintergärten zumeist exponiert vorbestehenden oder neu errichteten Bauwerken platziert werden undgerade dort sehr intensive Windangriffsmöglichkeiten mit hohenDruck- und Sogwirkungen bestehen.

c) Feuchteschutz

Auf frei liegenden Schrägflächen ist der Regenanfall naturgemäßwesentlich größer als bei senkrechten Fassaden. Unter Umständenbestehen auch Möglichkeiten des schnee- oder eisbedingten Was-serrückstaus in Rinnen und auf geneigten Dachflächen. Die prakti-schen Erfahrungen haben gezeigt, dass bei Dachverglasungen dieGefahr des Eindringens von Wasser besonders groß ist. Die prob-lematischsten Konstruktionspunkte bei Wintergärten sind der Trauf-bereich, d. h. der Knickpunkt zwischen Schräg- und Vertikalvergla-sung, sowie der Bereich des Anschlusses der Schrägfläche an dasHauptgebäude. Kondensatproblemen kann man konstruktiv ambesten durch eine konsequent durchgehende Wärmedämmung der gesamten Konstruktion unter Vermeidung jeglicher Kälte-brücken begegnen. Das Risiko des Undichtwerdens und der star-ken Tauwasserbildung kann nur durch sorgfältigste Detailkonstruk-tion und Montage abgewendet werden. Die absolute Vermeidungvon Kondensat unter allen klimatischen Bedingungen ist selbst beibestem Wärmeschutz nur durch richtiges und ausreichendes Lüf-ten und Beheizen des Wintergartens erreichbar.

83

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

d) Witterungsbeständigkeit

Glasbauten sind durch ihre exponierte und wenig geschützte Lageden Witterungseinflüssen in Form von Regen, Schnee, UV-Strah-len, Hitze und Kälte extrem stark ausgesetzt. Ihre Lebensdauer undFunktionstüchtigkeit hängt daher mehr als z. B. bei Fenstern vonder Witterungsbeständigkeit der Rahmen- und Dichtungsmateria-lien ab.

Aus den speziellen Anforderungen, die beim Bau von Wintergärtenan die Werkstoffe gestellt werden, lassen sich Vorteile zugunstenvon wärmegedämmten Aluminiumprofilen als Rahmenkonstruktionableiten:

Bei den statischen Berechnungen fließt zumeist der Wunsch nachmöglichst filigranen Stützen und Rahmenansichtsbreiten ein, zumeinen aus gestalterischen Gründen und zum anderen, um die ener-getisch wirksamen Glasflächen zu maximieren. Die guten Festig-keitseigenschaften von Aluminium erlauben trotz der hohen Belas-tungen schlanke Rahmenbreiten hinunter bis zu 50 mm.

Die hoch entwickelten Profilsysteme ermöglichen eine lückenloseund dauerhafte Wärmedämmung und Abdichtung der Konstruktionin allen Detailpunkten. Sollte aber in den Profilhohlräumen dennochTauwasser entstehen, muss sichergestellt sein, dass dieses unge-hindert nach außen abfließen kann. Speziell für die heiklen An-schluss- und Traufbereiche wurden von den österreichischen An-bietern, die auf Aluminiumprofilsysteme spezialisiert sind (System-lieferanten), durchdachte und in der Praxis bewährte Detaillösun-gen entwickelt. Darüber hinaus stehen extra für Wintergärten undSchrägdachkonstruktionen konzipierte Systemhalbzeuge (z. B. fürLüftungsklappen) zur Verfügung. Die vergleichsweise gute Witte-rungsbeständigkeit von beschichteten oder anodisch oxidierten Alu-miniumprofilen schafft die Voraussetzung für ein dauerhaft dekora-tives Aussehen der Glaskonstruktion. Allerdings ist eine regel-mäßige Reinigung sicherzustellen.

84

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

In Abbildung 20 ist ein einfaches Beispiel für einen nachträglich anein bestehendes Haus angebauten Wintergarten mit polygonalemGrundriss wiedergegeben. Die Vorderfront wurde aus einem auchfür Aluminiumfassaden verwendbaren Pfosten-Riegel-System ge-fertigt. Mit einer Rahmenansichtsbreite von nur 50 mm wurde einebesonders filigrane Struktur geschaffen, die den Flächenanteil derTragkonstruktion zugunsten der energetisch aktiven Glasflächemöglichst weit reduziert. Die Seitenteile enthalten je ein öffenbaresElement und bestehen aus einem wärmegedämmten Aluminium-fenster- bzw. -türrahmensystem (siehe Detail 1). Die senkrechtenPfosten sind mittels in die Profilkammern eingeschobener Konso-len auf dem Streifenfundament verankert. Die gleichen Profile wur-den für die Sparren verwendet. Sie sind nach demselben Befesti-gungsprinzip mit der massiven Wand des Haupthauses verbunden.Die im Massivwand-, Trauf- und Fußbereich zwischen die Pfosteneingesetzten querlaufenden Riegelprofile dienen der Anschluss-ausbildung und der Glasauflage. Die thermische Trennung derRahmenkonstruktion wird durch zwischen den äußeren Andruck-und den inneren Tragprofilen eingesetzte und auf die Glasdicke ab-gestimmte durchlaufende Dämmleisten aus Polypropylen erreicht.Die Abdichtung erfolgt mit zwischen den Aluminiumprofilen und denFüllelementen eingeklemmten EPDM(= APTK)-Dichtungsprofilen.

Die Abbildung 21 zeigt in schematischer Form Beispiele für die viel-fältigen Gestaltungsmöglichkeiten, die mit wintergarten- oder licht-dachähnlichen Aluminium-Glas-Konstruktionen realisiert werdenkönnen.

5.3.3Beispiele für Erscheinungs-formen und den konstruk-tiven Aufbau von winter-gartenähnlichen Alumi-nium-Glas-Konstruktionen

85

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

86

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 20: Beispiel für einen Winter-garten

Bild 1: SchrägansichtBild 2: GrundrissBild 3: VertikalschnittBild 4: Horizontalschnitt

Quelle: Wicona

87

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 21: Beispiele für räumliche Alu-minium-Glas-Konstruktionen

Quelle: Wicona

6 Technische Innovationen und Forschungsaktivitäten im Bereich Aluminiumkonstruktionen

89

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die im Kapitel 5 beschriebenen Verwendungsbereiche von Alumini-umprofilen stellen die derzeit wichtigsten Standardanwendungs-fälle dar. Die anschließenden Ausführungen beziehen sich aufjüngste Entwicklungen auf dem Sektor Aluminiumfenster und -fas-saden, soweit sie von den Unternehmen bereits publiziert bzw. aufdem Markt eingeführt wurden.

90

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

6.1 Hochwärmedämmende Profilsysteme

Die Forderung nach Behaglichkeit in einem Arbeits- oder Wohn-raum und der gesetzlich verstärkte Druck zur Einsparung von Be-triebsenergie (Heizung, Kühlung) haben zu Weiterentwicklungenauch bei den wärmegedämmten Aluminiumprofilen geführt. Seitkurzem sind die namhaften Systemhersteller imstande, Aluminium-profile mit einem U-Wert von weniger als 2,0 W/m2K anzubieten.Dies entspricht zum Beispiel auch dem Wärmedämmbereich der inDeutschland verwendeten Rahmenmaterialgruppe 1 nach DIN 4108.Zum Vergleich: Die normalen thermisch getrennten Profile fallenzumeist in die Gruppe 2.1 (U-Wert[früher k-Wert]-Bereich zwischen2,0 und 2,8 W/m2K; siehe Kapitel 3.1).

Die hier als hochwärmegedämmt bezeichneten Profile unterschei-den sich von den Standardversionen hauptsächlich durch Verände-rungen der Isolierzone und bei manchen Systemen zusätzlichdurch geänderte Glas- und Mitteldichtungen. Die höhere Wärme-dämmung des Gesamtprofils wird im Wesentlichen durch diegrößere Zahl der luftgefüllten und isolierenden Kammern im Innen-leben der Konstruktion erreicht. Die Querschnitte der äußeren undinneren Aluminiumprofilteile wurden zumeist unverändert von denbisherigen Profilserien übernommen. Eine wichtige Bedingung beider Modifikation des Dämmbereiches eines bewährten wärmege-dämmten Profils ist, dass die kraft- und formschlüssige Verbindungzwischen den Aluminiumteilen und den Isoliermaterialien bzw. -stegen die notwendige Schubfestigkeit aufweist und auch die Ge-samtstabilität erhalten bleibt. Dies bedeutet, die Aufwertung derwärmedämmenden Eigenschaft darf nicht zu Lasten der statischenWerte erfolgen.

Für die Fertigung von Fenstern und Türen mit den neuen Profilenkönnen grundsätzlich die bisher verwendeten Maschinen, Werk-zeuge und Verfahren verwendet werden. Durch die unveränderteGeometrie der Aluminiumprofilteile ist auch die Möglichkeit gege-ben, die gleichen Beschläge und Zubehörteile wie bisher einzu-bauen.

Um die Unterschiede an konkreten Beispielen zu verdeutlichen,sind in Abbildung 22 normal- und hochwärmegedämmte Alumini-umprofilsysteme verschiedener Hersteller dargestellt.

91

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

92

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 22: Wärmegedämmte und hoch-wärmegedämmte Aluminium-profilsysteme verschiedenerHersteller

Bild 1– 5: WärmegedämmteAluminiumprofilsystemeBild 6 –10: Hochwärme-gedämmte Aluminiumprofil-systeme

Legende:1. Isolierzone2. Isoliersteg (verstärktes

Polyamid)3. Mitteldichtung (EPDM)4. Äußere Verglasungs-

dichtung (EPDM)5. Innere Verglasungs-

dichtung (EPDM)6. Falzgrunddichtung (EPDM)7. Innere Anschlagdichtung8. Äußere Anschlagdichtung

(EPDM, nur bei erhöhtemSchallschutz erforderlich)

9. Kammer für Beschlags-einbau

Quellen: Alusuisse, Hartmann, Hueck,Schüco, Wicona

6.2 Aktive Energiefassaden

Eine erhöhte Sensibilität der Öffentlichkeit gegenüber alternativenKonzepten zur Energieerzeugung hat das Interesse von Bauherrenund Architekten an neuen Technologien in der Gebäudetechnik ge-weckt. Dies hat zu einer Reihe von interessanten Innovationen imFassadenbau geführt. Die Aluminiumprofilhersteller waren und sindan der Entwicklung von neuen, technisch anspruchsvollen Lösun-gen, die unter dem Sammelbegriff „aktive Energiefassaden“ subsu-miert werden können, maßgeblich beteiligt. Das Wort aktiv bedeu-tet, dass der Energiefluss aus dem und in das Gebäude durch dieFassade mittels geregelter oder gesteuerter Subkomponenten be-einflusst werden kann.

Im Zusammenhang mit innovativen Fassadenlösungen begegnetman bisweilen auch dem Ausdruck „intelligente Glasfassaden“. Ge-meint sind damit Konstruktionen, die sich auf dynamische, gleich-sam lebendige Weise durch selbstregelnde Wärme- und Sonnen-schutzmaßnahmen den wechselnden Licht- und Klimaverhältnis-sen anpassen, um den Bedürfnissen der Benutzer gerecht zu wer-den und zugleich den Verbrauch an Primärenergie für Heizung,Kühlung und Beleuchtung zu senken. Die wichtigsten bereits aufdem Markt befindlichen Techniken in Richtung energieaktive oderintelligente Fassaden werden in der Folge näher erläutert.

a) Photovoltaikfassaden

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung derStrahlungsenergie der Sonne in elektrischen Strom. Die Elektrizitätwird in sogenannten Solarzellen durch das auf sie auftreffendeSonnenlicht erzeugt. Die heute verwendeten Solarzellen sind fastausschließlich Siliziumhalbleiter mit kristalliner oder amorpher Git-terstruktur. Kristalline Zellen besitzen ein dunkleres, blaugrauesErscheinungsbild und erreichen einen Wirkungsgrad von 12 bis15 %, das ist der Anteil an der eingestrahlten Sonnenenergie, dernach der Umwandlung in Form von Gleichstrom zur Verfügungsteht. Der Wirkungsgrad der amorphen Zellen liegt demgegenüberbei nur 5 bis 8 %; ihr Aussehen ist rötlich durchschimmernd bzw.semitransparent.

Für den Einsatz im Fassadenbau werden die Solarzellen in Formvon Plättchen (z. B. mit einer Abmessung von 100 x 100 x 0,5 mm)zwischen zwei Glasscheiben eingefügt und miteinander verkabelt.Der entstehende Gleichstrom wird über eine Sammelschiene zumRand dieser als Photovoltaik(PV)-Modul bezeichneten Verbund-einheit abgeleitet (siehe Abbildung 23). Ein PV-Modul dient alsäußerer Teil zum Bau eines in ein Fassadenfeld einsetzbaren Füll-elementes, d. h. eines Isolierglases oder eines Paneels.

93

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Grundsätzlich können alle im Kapitel 5.2.3 beschriebenen Fassa-denarten mit PV-Modulen ausgestattet werden. Ihr Einsatz erfolgtaufgrund der mangelnden Transparenz bevorzugt in Brüstungs-,Sturz- und Attikenbereichen, aber auch bei Treppenhausbekleidun-gen oder geneigten Dachflächen. Die Färbung der Solarmodulekann mit etwas Kreativität zu einem gestalterischen Vorteil genütztwerden. Der größte Wirkungsgrad ist bei Fassadenflächen mit in-tensiver Sonneneinstrahlung (in Österreich im Bereich Südost bisSüdwest) erzielbar. Unterschiede für den Fassadenbauer im kon-struktiven Bereich ergeben sich vor allem durch die Erfordernisseder Führung von Stromleitungen. Bei Kaltfassaden oder Kalt-Warm-Fassaden kann dieses im hinterlüfteten Bereich geschehen.In diesem Fall sind die PV-Füllelemente nahezu wie normale Iso-liergläser oder Paneele zu montieren. Bei Warmfassaden müssendie Leitungen durch den Glasfalz und die Aluminiumprofil-Hohl-räume geführt werden. Bei vielen Pfosten-Riegel-Systemen gibt esZusatzprofile, die innen an den Aluminiumrahmen als Kabelkanälemit gleicher Oberflächenbeschaffenheit befestigt werden, sodassdie Verkabelung auch in diesem Fall unsichtbar bleibt.

Abbildung 23 zeigt neben dem Aufbau eines PV-Moduls auch einSchnittdetail einer im Brüstungsbereich mit Photovoltaikmodulenversehenen Warmfassade. Erwähnenswert ist die Notwendigkeitder sorgfältigen Abdichtung des Kabelführungsrohres im Glasfalz-bereich, um das Eindringen von Wasser in das Brüstungspaneel zuverhindern.

Gebäude mit PV-Fassadentechnik sind kleine emissionsfreie Kraft-werke mit doppeltem Nutzen, deren Imagewirkung eine Chanceeröffnet, zu Weiterentwicklungen in der Solartechnik anzuregen.Aus der Sicht des Fassadenbaus stellt die Integration einer Photo-voltaikanlage in eine Aluminium-Glas-Fassade heute eine bereitsbewährte Technik dar.

b) Zweite-Haut-Fassaden

Das besondere Merkmal dieser Fassaden besteht in einer zweitenGlasfront, die einer konventionellen Gebäudehülle mit öffenbarenFenstern außenseitig vorgelagert ist. In dem dazwischen liegendenRaum sind handelsübliche Sonnen- und Blendschutzsysteme (z. B.Jalousien) montiert. Der Luftspalt steht, ähnlich einer hinterlüftetenKonstruktion, ständig mit der Umgebungsluft in Verbindung, d. h. essind geschossweise Zu- und Abluftöffnungen vorgesehen. Er wirdim Gegensatz zu Abluftfassaden (siehe weiter unten) nicht mecha-nisch, sondern durch natürliche Temperaturdifferenzen und durchWind verursachte Druckunterschiede durchlüftet. Der Raumluft-wechsel kann größtenteils durch normale Fensterlüftung durchge-führt werden. 94

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

95

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 23: Photovoltaikfassade

Bild 1: Aufbau eines Photo-voltaikmoduls (Vertikalschnitt)

Quelle: Schüco

96

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 23:Photovoltaikfassade

Bild 2: Schnittdetails durcheine PhotovoltaikfassadeBild 3: Ausschnitt AnsichtFassade mit Photovoltaik-modulen

Quelle: Schüco

Durch die natürliche Lüftung des Zwischenraumes lässt sich einesommerliche Überhitzung infolge intensiver Sonneneinstrahlungvermeiden. Die vorgehängte Glashaut bildet darüber hinaus Schutzvor Wind und Regen. Hinzu kommen Vorteile bei der Schalldäm-mung und dem winterlichen Wärmeschutz. Versuche und Simula-tionsrechnungen haben gezeigt, dass eine Zweite-Haut-Fassadegegenüber einer herkömmlichen einschaligen Fassade einen biszu 50 % geringeren U-Wert aufweist.

c) Fassaden mit automatisch gesteuertem Sonnenschutz

Eine Maximierung der passiven Energiegewinne an sonnigenTagen in der kalten Jahreszeit kann durch möglichst große Glas-flächen mit hohen Energiedurchlasswerten erreicht werden. Imgleichen Zuge entsteht jedoch die Gefahr der Überhitzung des Ge-bäudes im Hochsommer, welche nur durch wirksame an die Fas-sade angebrachte Sonnenschutzeinrichtungen abgewendet wer-den kann. Ein starrer Sonnenschutz, z. B. in Form von feststehen-den Lamellen, bringt wiederum das Problem der Verdunkelung derInnenräume mit dem Resultat, dass unter Umständen die künstli-che Beleuchtung auch bei Tag verwendet werden muss. Das erhöhteinerseits den direkten Energiebedarf und steigert andererseitsauch die sommerlichen Kühllasten. Diese unbefriedigende Situa-tion hat zur Entwicklung von Fassaden mit beweglichen Sonnen-schutzsystemen geführt.

Das Optimum stellt eine Fassade dar, die sich an die klimatischenBedingungen der Jahreszeiten automatisch anpasst und eine best-mögliche Nutzung des Sonnen- und Tageslichtes ermöglicht. Sehrgute Ergebnisse kann man mit einer speziellen Form einer Zweiten-Haut-Fassade erreichen, die als autonome, multifunktionaleAußenkonstruktion an der normalen Fassade angebracht wird. Siebesteht aus Glasbändern, die sich in Abhängigkeit von Licht undWärme computergesteuert wie Klappflügel bewegen lassen. Diedarin eingesetzten Isoliergläser tragen in ihrem LuftzwischenraumPrismenplatten, die die Sonnenstrahlen je nach Einfallswinkel um-lenken oder durchdringen lassen. Durch Veränderung der Positionder Flügel kann das in den Raum einfallende Licht gesteuert wer-den. Der sich ändernde Sonnenstand macht ein ständiges Nach-führen der Klappflügel erforderlich. Die Hauptfunktion der vorgela-gerten beweglichen Glashaut liegt in ihrer optimalen Sonnen-schirmwirkung. Daneben kann sie vor allem bei zugeklappten Glas-flächen auch Vorteile beim Schall- und Wärmeschutz bieten. Beiallen beweglichen Systemen besteht das Problem der äußersthohen Investitionskosten durch Antriebs- und Steuerungssystemeund des damit verbundenen erhöhten Wartungsbedarfs.

97

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

d) Lüftungsfassaden

Die Besonderheit bei Lüftungsfassaden liegt darin, dass die inein-ander greifenden Funktionen von Lüftung, Kühlung, Heizung undSchallschutz weitgehend dezentral in den einzelnen Räumen ge-steuert bzw. beeinflusst werden können. Äußerst interessant ist derEinsatz einer derartigen Konstruktion bei Gebäuden, bei denen auf-grund hoher Anforderungen an den Schallschutz nicht durch Öffnenvon Fenstern gelüftet werden soll und eine wirtschaftliche Alterna-tive zu zentralen Lüftungsklimaanlagen gesucht wird.

Die Lüftung erfolgt in diesem Fall durch im Fensterbank- bzw. Brüs-tungsbereich eingebaute individuell bedienbare Lüftungsgeräte.Diese sind mit einem Wärmetauscher ausgestattet. Die Außenluftwird – bei Kalt-Warm-Fassaden aus dem hinterlüfteten Brüstungs-bereich – angesaugt und, bevor sie in den Raum eintritt, im Wär-metauscher je nach Bedarf weiter erwärmt oder gekühlt. Die dafürnotwendige Energie stammt aus der vom Innenraum abgesaugtenund ebenfalls durch den Wärmetauscher geführten Abluft. Dasheißt, im Wärmetauscher findet ein Energieaustausch zwischenZu- und Abluft statt, was nichts anderes als eine Wärmerückgewin-nung darstellt. Den höheren Investitionskosten und dem zusätzli-chen Wartungsbedarf einer Lüftungsfassade stehen im Wesentli-chen folgende Vorteile gegenüber:

– Ein hoher Schallschutz durch geschlossene Fenster (aus psy-chologischen Gründen, für die Lüftung in der Übergangszeitund für Reinigungszwecke werden meist dennoch öffenbareFensterflügel vorgesehen).

– Die Einsparung von Heizkosten durch gute Ausnutzung derpassiven Sonnenenergie und Wärmerückgewinnung.

– Durch die individuelle Steuerbarkeit der Lüftung kann ein vonder Raumnutzung und von unterschiedlichen Behaglichkeitsbe-dürfnissen abhängiges Klima rasch angepasst werden.

98

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

e) Abluftfassaden

Eine Abluftfassade besteht, ähnlich einem Kastenfenster, aus zweiverglasten Ebenen, einer äußeren Isolierglaseinheit und einer –innen im Abstand von zirka 150 bis 200 mm angeordneten – meisteinfachverglasten Konstruktion. Der Austausch der Raumluft erfolgtmittels Ventilatoren über den durch die beiden Glasebenen gebil-deten Zwischenraum. Die Abluft kann zur Erwärmung der neuenZuluft genützt werden, d. h. es erfolgt eine Wärmerückgewinnung.In dem zusätzlichen Luftraum werden zumeist Jalousien oder La-mellenstores für Sonnenschutzzwecke eingebaut. Die Abluftfas-sade stellt eine Konstruktion dar, welche alle wichtigen bauphysika-lischen Funktionen, nämlich den Sonnen-, Wärme- und Schall-schutz sowie die Energierückgewinnung, auf einem hohen Niveauerfüllt. Wird die Fassade ohne öffenbare Fensterflügel konzipiert,ist ganzjährig eine mechanische (üblicherweise zentral gesteuerte)Belüftung erforderlich.

99

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

7 Ökologische Aspekte zum Baustoff Aluminium

101

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Die Anforderungen an Produktentwicklungen sind in den letztenJahren um eine neue Komponente erweitert worden. Waren bisherFunktionalität, Herstellkosten und Sicherheit im Arbeitnehmer-schutz sowie Bestimmungen zur Produkthaftung die bestimmen-den Kriterien, gewinnen ökologische Aspekte zunehmend an Be-deutung.

102

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

7.1 Umweltrelevante Dimensionen von im Bauwesen verwendeten Aluminium-werkstoffen in ihrem Lebenszyklus

Die nachfolgenden Ausführungen können die ökologischen Aspektevon Aluminium nicht in Form einer umfassenden und methodischkorrekten Ökobilanz beleuchten. Dies würde den Umfang desHandbuches sprengen. Sie konzentrieren sich daher auf beson-ders wichtige Aspekte, die auch im Zentrum vieler Diskussionenrund um das Thema „Rahmenwerkstoffe für Fenster und Fassaden“stehen.

Ausgangsstoff für die Aluminiumproduktion ist das Bauxit, aus demdas Zwischenprodukt Aluminiumoxid (Tonerde) gewonnen wird.Letzteres wird in der sogenannten Aluminiumhütte mittels Schmelz-flusselektrolyse (siehe Kapitel 1.3) zu Hüttenaluminium reduziert.Das Hüttenaluminium wird nach Beigabe von Legierungszusätzenoder unlegiert zu Masseln oder Formaten gegossen. Formate ge-langen als Walzbarren oder Pressbolzen in ein Halbzeugwerk.Masseln werden in Formgießereien wieder eingeschmolzen und zuGussteilen vergossen.

Aus Halbzeugen (Blechen, Folien, Bänder, Profilen usw.) werdenschließlich Aluminiumprodukte hergestellt.

Auf jeder Produktionsstufe fallen Reststoffe an, die im Umschmelz-werk wieder eingeschmolzen werden. Die Umschmelzwerke neh-men auch das nach der Produktnutzung anfallende Altaluminiumauf. Das Umschmelzaluminium gelangt schließlich zur weiterenVerarbeitung wieder in die Halbzeugwerke oder in Formgießereien.

7.1.1Der geschlossene Aluminiumkreislauf

103

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

104

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 24: Der geschlossene Alumi-niumkreislauf

Quelle: Tritremmel, Aluminiumprodukte imBauwesen

Altstoffe

Weiterverarbeitende Industrie

Aluminiumprodukte

Verbrauch

Erfassung und Aufbereitung

Reststoffe

Umschmelzwerk

Gusslegierungen

Formgießerei

Bauxit

Aluminiumoxidgewinnung

Aluminiumoxid

Aluminiumhütte

Hüttenaluminium

Hüttengießerei

Walzbarren und Pressbolzen (Formate)

Halbzeugwerk

5

5

5

5 5

5 5

5 5

5

5

5 5

Produktionsreststoffe

Masseln

Knetreststoffe

Knetlegierungen

Altprodukte und Altstoffe

Produktions-reststoffe

Halbzeuge Gussteile

Der mengenmäßig mit Abstand wichtigste Rohstoff bei der Alumi-niumherstellung ist Bauxit. Mit den heutigen Produktionsverfahrenist für eine Tonne Hüttenaluminium der Einsatz von durchschnittlich 4 Tonnen Bauxit erforderlich. Im Gegensatz zu manchen anderenGebrauchsmetallen wird es bei Bauxit keine Verknappung geben.Man schätzt, dass der Bauxitvorrat noch mehrere hundert Jahrereichen wird. Dies deshalb, weil immer noch neue Lagerstätten ent-deckt werden und zukünftig mit einem steigenden Altaluminiumauf-kommen zu rechnen ist, was zu einem verringerten Wachstum desBedarfs an Hüttenaluminium führen wird.

Das Bauxit liegt meist nur wenige Meter unter der Erdoberflächeund wird daher im Tagbau gewonnen. Die Reduktion vom Bauxit biszum Aluminiumoxid wird in der Regel an Ort und Stelle des Abbausdurchgeführt. Dadurch werden lange Transportwege vermieden,und es wird die dort meist reichlich vorhandene Wasserkraft für dieenergieintensiven Herstellungsprozesse genützt. Der größte Teilder Bauxitlagerstätten liegt in Steppen- und Buschlandschaften.Um die Beeinträchtigungen der regionalen Ökosysteme zu mini-mieren, werden die ausgeschöpften Bauxitgruben in zunehmen-dem Ausmaß wieder mit den vorher entfernten und zwischengela-gerten Erdmassen aufgefüllt und mit heimischen Pflanzen rekulti-viert. Als Beispiel für derartige Aktivitäten wird des öfteren die aust-ralische Aluminiumindustrie „Alcoa of Australia“ genannt, welcherder Umweltpreis „Global 500“ der Vereinten Nationen für zwanzigJahre vorbildliche Rekultivierung ihrer Bauxitminen zugesprochenwurde.

a) Energieverbrauch

Der gesamte Primärenergieverbrauch beträgt nach neuesten Be-rechnungen rund 133 MJ pro Tonne unlegiertes Aluminium, wobeider überwiegende Teil mit zirka 70 % auf die Schmelzflusselektro-lyse entfällt.

Der Bedarf an Primärenergie kann durch Verbesserungen im Tech-nologie- und Verfahrensbereich (siehe Kapitel 1.3, Abbildung 4)und die Art der Elektrizitätserzeugung (konventionell thermisch, hy-draulisch, sonstige) beeinflusst werden. So liegt der Wirkungsgrad(Wirkungsgrad ist ein Maß für die Menge an Primärenergie in Me-gajoule „MJ“, die eingesetzt werden muss, um eine Kilowattstunde„kWh“ Nutzenergie zu erhalten) bei der Stromerzeugung durchKohlekraftwerke nur bei etwa 33 %, während er bei der Nutzungvon Wasserkraft bis zu 90 % beträgt. Dies bedeutet, die geringsteMenge an Primärenergie ist bei ausschließlicher Verwendung vonElektrizität aus Wasserkraftwerken zu erzielen. Für die Aluminium-herstellung hat dieser Aspekt aufgrund des Strombedarfes eine be-sondere Bedeutung.

7.1.2Die Rohstoffsituation

7.1.3Energieverbrauch, Emissionen und Reststoffe

105

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Damit wird verständlich, warum die Aluminiumhütten in den letztenJahren vermehrt auf sogenannte „Energieinseln“, d. h. auf Stand-orte, an denen große Mengen an Hydroelektrizität zur Verfügungstehen, verlagert wurden. Der Vorteil ist, dass Wasser ein regene-rativer Energieträger ist, dessen Nutzung keine Emissionen in Luft,Wasser und Boden verursacht.

Der Anteil der Wasserkraft lag 1980 bei zirka 50 %. Dieser wurde in-nerhalb von zehn Jahren – vor allem auf Kosten von Öl, Erdgas undKohle – auf rund 60 % gesteigert.

Wird ein stranggepresstes Fenster- oder Fassadenprofil aus Alumi-nium ausschließlich anhand des durch seine Herstellung verur-sachten Energieverbrauches bewertet, müsste es im Vergleich zuKonkurrenzprodukten als umweltbelastendes Produkt eingestuftwerden. Eine derartige punktuelle Betrachtungsweise widersprichtjedoch dem Grundprinzip der Ökobilanzierung, wonach eine Beur-teilung der Umweltbeeinträchtigung eines Erzeugnisses die Ana-lyse des gesamten Produktlebenszyklus voraussetzt. Hierunter fal-len selbstverständlich auch alle übrigen Zyklusstufen wie z. B. Ver-wendung und Recycling.

Die bei der Aluminiumproduktion investierte Energie bleibt im Metallgespeichert und ist auf Grund der natürlichen Korrosionsbeständig-keit des Materials bis zum Ende der Nutzungsdauer verwendbar.Da Aluminiumprofile nach ihrer Verwendung ohne Qualitätsverlustrecycelt werden, verlängert sich die Nutzungsdauer des Materials.Durch Umschmelzen kann das gleiche Produkt mit dem gleichenGebrauchsnutzen unendlich oft wiederhergestellt werden, wobei al-lerdings jeweils nur ein Bruchteil der Primärenergie (hinunter bis zu5 %), welche für den ursprünglichen Herstellungsprozess benötigtwurde, aufgewendet werden muss.

Ein entscheidendes Kriterium für die Umweltbelastung ist daher dieZahl der Nutzungsjahre, auf die der Energie- und Rohstoffver-brauch verteilt werden kann.

Da Aluminium tatsächlich hohe Recyclingquoten erzielt, ist derhohe Energie- und Stoffeinsatz bei der Herstellung eine Investitionfür die Zukunft, zumal die Lebensdauer des Metalls praktisch alsunbegrenzt angesehen werden kann. Aluminium ist eine „Energie-bank“. In Österreich werden derzeit rund 90 % des im Bauwesenanfallenden Altaluminiums wieder eingeschmolzen.

106

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

b) Emissionen

Hüttenaluminium verursacht Emissionen, einerseits direkt durchRückstände aus in den Herstellungs- und Verarbeitungsprozessenverarbeiteten Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, andererseits indirektdurch die benötigte Prozessenergie.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden die Emissionen deutlichgesenkt. Die wichtigste Maßnahme dabei war die Erfassung des –in der Schmelzflusselektrolyse produzierten – Rohgases und dieReinigung desselben in speziellen Filteranlagen. Die modernenElektrolysezellen sind daher von der Umgebung abgekapselt. Ineiner Gas-Sammelhaube wird das Abgas erfasst, abgesaugt undeiner Trockenabsorptionsanlage zugeführt. Dabei wird ein Großteilder Emissionen absorbiert; Bestandteile des Rohgases z. B. bis zu99 %.

Bei der Herstellung von Umschmelzaluminium sind die atmosphäri-schen Emissionen wesentlich geringer als bei der Hüttenaluminium-erzeugung (nur etwa 6 %).

c) Reststoffe

Die wichtigsten Reststoffe bei der Produktion von Hüttenaluminiumsind Rotschlamm (siehe Kapitel 1.2), Ofenausbruch, Filterrückständeund Krätzen.

Die Bodenauskleidung einer Elektrolysezelle muss nach einigenJahren erneuert werden. Das abgetragene Material (Ofenaus-bruch) besteht hauptsächlich aus Graphit und feuerfestem Material.Der Ofenausbruch wird heute üblicherweise nach entsprechenderVorbehandlung deponiert.

In modernen Anlagen wird das bei der Schmelzflusselektrolyse ent-stehende Rohgas unter Einsatz von Tonerde gefiltert, wobei die mitGasen angereicherte Tonerde wieder in das Schmelzbad zurück-geführt wird.

Die Krätze wird in der Regel dem Schmelzprozess wieder zuge-führt.

Bei der Produktion von Umschmelzaluminium fallen im Wesentli-chen die Reststoffe Ofenausbruch, Filterstaub und Krätze an. DerOfenausbruch ist wesentlich geringer als bei der Hüttenproduktion.

107

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Grundsätzlich kann Aluminium ohne Qualitätsverlust immer wiederumgeschmolzen werden, d. h. es findet kein „downrecycling“ statt.Aluminiumbauteile besitzen im Vergleich zu anderen Abbruchmate-rialien, die im Bauwesen anfallen (Bauschutt, Holz- und Kunststoff-abfälle usw.), einen vergleichsweise hohen Wert. Mit dem Schrott-preis ist auch ein ökonomischer Anreiz gegeben, alte Fensterrah-men und Fassadenteile einer Wiederverwertung zuzuführen. Diebei der Weiterverarbeitung von Hütten- oder Umschmelzaluminiumin den Strangpresswerken und Metallbaubetrieben entstehendenProzessschrotte (Neuschrotte) gelangen praktisch zur Gänzezurück in die Umschmelzwerke. Bei den im Bauwesen anfallendenAltaluminiumschrotten werden zur Zeit etwa 90 % wieder verwertet.Insgesamt wurde in Österreich zwischen den Jahren 1991 und1994 ein Anstieg der Produktion von Umschmelzaluminium vonetwa 80 % festgestellt.

Verfahrensschritte beim Profilrecycling

In der Abbildung 24 („Der geschlossene Aluminiumkreislauf“) sinddie einzelnen Prozessstufen im Lebenslauf eines Aluminiumpro-duktes dargestellt. Die nachfolgende Abbildung 25 verdeutlicht,welchen Weg im Detail ein Fenster- oder Fassadenprofil aus Alu-minium beim Recycling nimmt, d. h. welche Teilprozesse zwischendem Ende seiner Nutzung und dem Vorliegen von Umschmelzalu-minium notwendig sind.

Die ersten Schritte, nämlich die sorgfältige Trennung und Zerle-gung der Fenster in die Einzelteile aus verschiedenen Werkstoffen,sind wichtig für den Erhalt möglichst homogener Schrotte. Bei derWeiterverarbeitung gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten (sieheAbbildung 25).

Variante 1

Die wärmegedämmten Rahmenteile werden in einer Schredderan-lage zerkleinert. Danach werden die verschiedenen Werkstoffe sor-tiert. Der Magnetabscheider trennt die Eisen- und Stahlteile vomSchrott. Die leichteren Kunststoffteile werden durch eine Windsich-tung oder mittels Wirbelstromsichtung von den Aluminiumstückensepariert. Letztere gelangen in einen Schmelzofen, in dem die rest-lichen Verunreinigungen mittels verschiedener Techniken (z. B.durch Abschwelen) entfernt werden.

7.1.4Das Recycling von Aluminiumprofilen

108

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Variante 2

Die zuvor in manipulierbare Längen geteilten Verbundprofile wer-den in einem speziellen Ofen bei zirka 400 °C abgeschwelt. Dabeilöst sich einerseits die Farbbeschichtung von der Metalloberflächeund gleichzeitig lockern sich die Isolierstege so weit, dass sie ineinem anschließenden Arbeitsgang unschwer von den Profilteilengetrennt werden können. Das derart gereinigte Altaluminium wirdanschließend in den Schmelzofen eingebracht. Die im Schwelofenentstehenden Gase werden einer Reinigungsanlage zugeführt. Dieseparierten Isolierstege werden gesondert verwertet.

Die Variante 1 ist eine heute häufig angewendete Verarbeitungs-technik. Die Bedeutung der Variante 2 steigt mit den Mengen anfarbbeschichteten Verbundprofilen, die einem Recycling zugeführtwerden.

109

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Schredder (Schneidmühle) Schwelofen

Magnetabscheider Isolierstege separieren

Gasreinigung

Schmelzofen

Umschmelzaluminium(Masseln oder Formate)

Kunststoffteile

Stahlteile Windsichter /Wirbelstromsichter

5 5

5 5

5

5 5

5

5 5

5

110

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 25: Darstellung der Prozessstufenbeim Recycling von wärme-gedämmten Aluminiumprofilen

Quelle: Eigendarstellung inAnlehnung an Tritremmel, Aluminiumprodukte imBauwesen

Zerlegen der Rahmenin manipulierbare Längen bzw. Größen

Trennen der Bauelementein wärmegedämmte und ungedämmte Aluminiumprofile

Glas, Dichtungen, Beschläge und sonstige Teile

Abbruch bzw. Demontage von Fenstern oder Fassaden

Gasreinigung5

3

5

5

7.2 Ökologische Fenstervergleiche

Ökologie ist die „Lehre der Beziehungen von Lebewesen zur Um-welt“ (Duden). Jedes Produkt beeinflusst diese Beziehung und istdemzufolge ein „Ökologisches“.

Um unterschiedliche Auswirkungen der Produkte darzustellen, wer-den heute in vielen Bereichen Versuche unternommen, Ökologie-betrachtungen durchzuführen.

Schon diese grundsätzliche Betrachtung lässt erahnen, wie weit dieGrenzen für Ökobilanzen, deren Interpretationen und ganz beson-ders deren pressemäßige Verwertung gesteckt sind.

Die grundsätzliche Sinnhaftigkeit und Notwendigkeit von Instru-menten wie Ökobilanzen, Ökoprofilen, Energiebilanzen oder Stoff-stromanalysen wird heute nicht mehr bezweifelt. Trotzdem beste-hen eine Reihe von Problemen, wie methodische Schwächen, Da-tenmängel usw., insbesondere wenn versucht wird, Produkte zuvergleichen.

Das schwierige Unterfangen, einheitliche Systemgrenzen zu defi-nieren, wird zusätzlich erschwert, wenn der Auftraggeber einer Pro-duktvergleichsstudie Vertreter nur eines der zu vergleichenden Pro-dukte ist. Jedes Bemühen um vollständige Datensammlung undObjektivität stellt den jungen Wissenschaftszweig vor eine nahezuunlösbare Aufgabe.

Zudem zeigt sich, dass sich Szenarien in der Praxis kombinierenlassen. Durch derart geschickte Umsetzung kann für jedes der un-tersuchten bzw. verglichenen Produkte eine noch günstigere ökolo-gische Gesamtbewertung erzielt werden.

Dem hohen Anspruch, eine sichere Aussage darüber zu machen,welches Produkt unter mehreren Alternativen das umweltfreund-lichste darstellt, können Ökobilanzen bis dato nicht gerecht werden.Dazu fehlen, unabhängig von der Auftraggebersituation, trotz allerAnstrengungen objektivierbare Kriterien, die man für die Bewertungder Messgrößen heranziehen könnte. Allgemein anerkannte Stan-dardverfahren oder einschlägige Normen liegen jedoch bis heutenicht vor. Derzeit wird versucht, eine gewisse Standardisierung undinternationale Harmonisierung der Methoden (z. B. ISO) herbeizu-führen.

111

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Der Nutzen von Produktökobilanzen kann wie folgt zusammenge-fasst werden:

1. Aufzeigen des Zusammenhanges zwischen der Herstellungsowie der Verwendung von Produkten und Beeinträchtigungender Umwelt.

2. Übergang von einer punktuellen Betrachtung ökologischerProbleme auf deren ganzheitliche Sicht.

3. Verknüpfung der verschiedenen Lebenszyklusstufen von Pro-dukten, womit ökologische Problemverlagerungen vermiedenwerden.

Die wichtigsten konkurrierenden Werkstoffe bei modernen Fenster-konstruktionen sind Holz, Kunststoff (PVC) und Aluminium. DieFrage, welches Material „das beste“ ist, wurde in letzter Zeit ver-stärkt und kontrovers auch unter Umweltgesichtspunkten diskutiert.Wenngleich formale, technische und wirtschaftliche Belange in derPraxis große Bedeutung haben, konzentriert sich die Mehrzahl derStudien auf ökologische Fragestellungen.

Zahlreiche Studien zeigen, dass es keinen Werkstoff bzw. keineKonstruktion gibt, die in allen untersuchten Effekten deutliche Vor-teile oder deutliche Defizite aufweist.

Die bisherigen ökologischen Bewertungen von Fenstern lassendemnach keine eindeutigen Aussagen zu, wenngleich sie Ansatz-punkte für umweltwirksame Schwachstellen und Verbesserungengeben. Die ökologischen Verbesserungspotentiale sind bei Fens-tern im Vergleich zu anderen Baumaterialien jedoch eingeschränkt,da der Masseanteil der Rahmenmaterialien gering ist.

Es besteht die Gefahr, dass die Ergebnisse einer Studie von den je-weiligen Branchenvertretern auf ihre Interessenslage hin interpre-tiert werden. Selbst die Autoren der Studien weisen ausdrücklichdarauf hin, dass die Ergebnisse ihrer Arbeiten, vor allem aufgrundder noch vorhandenen methodischen Unsicherheiten des Instru-mentariums, eine generelle Entscheidung für oder gegen einenWerkstoff nicht rechtfertigen können. Hier kann als Beispiel die un-terschiedliche Lebensdauer von Fensterrahmen aus verschiede-nen Werkstoffen genannt werden.

Bei einer Materialentscheidung sind neben den ökologischen Krite-rien insbesondere die technischen, standortbezogenen, gebäude-spezifischen, gestalterischen und ökonomischen Gesichtspunktemit einzubeziehen.

112

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

8 Ökonomische Aspekte

113

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Eine Investition ist eine „langfristige (Kapital-)Anlage“. Dieser Ter-minus trifft bei Fenstern und Konstruktionen aus Aluminium voll zu.Nicht der vergleichsweise höhere Anschaffungspreis, sondern alleKosten während der gesamten Nutzungsdauer sind für den Inves-tor relevant.

Es ist daher besonders wichtig, neben dem Anschaffungspreisauch die Kosten während der Nutzungsdauer und allfällige Entsor-gungskosten zu berücksichtigen. Um die korrekte Funktion zu ge-währleisten, müssen beispielsweise Holzfenster regelmäßig gestri-chen werden. In Abhängigkeit der Lage, der Anstrichqualität undder Farbe sind deshalb Wartungsintervalle von drei bis zehn Jahrenerforderlich.

Die von einem Fensterelement verursachten Kosten- bzw. Erlös-arten werden wie folgt unterschieden:

Ein ökonomischer Vergleich alternativer Rahmenwerkstoffe erfor-dert die Berücksichtigung aller kostenwirksamen Faktoren. Dieszeigt die Abbildung 26 am Beispiel des Vergleiches der Gesamtkos-ten von Holzfenstern und Aluminiumfenstern.

114

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Aluminiumprofile

1. Investitionskosten ja

2. Instandhaltungskosten (Pflege, Reinigung und Ölen von beweglichen Teilen) ja

3. Wartungskosten (Anstricherneuerung) nein

4. Entsorgungskosten (Deponie, Verbrennung) nein

5. Erlöse aus der Wiederverwertung (Recycling) ja

Gesamtkosten lt. angegebenen Prämissen bei einem Anschaffungspreis für 10 Fenster:ATS 70.000,– (Holz) bzw. ATS 100.000,– (Aluminium)

Holz Aluminium

1. Nutzungsjahr 70.000,– 100.000,–20 Jahre Nutzungsdauer 99.360,– 104.000,–30 Jahre Nutzungsdauer 184.040,– 106.000,–40 Jahre Nutzungsdauer 198.720,– 108.000,–

Prämissen Holz Aluminium

Nutzungsdauer in Jahren 1 25 Jahre 40 Jahre2

Anschaffungspreis für 10 Fenster 70.000,– 100.000,–Instandhaltungskosten (pro Jahr) 280,–3 250,–3

Wartungskosten (pro Jahr) 1.120,–4 0,–Entsorgungskosten (pro Jahr) 68,–5 0,–Erlöse aus Wiederverwertung (pro Jahr) 0,– 50,–6

115

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Abbildung 26: Fensterkosten nach Nutzungs-dauer

Quelle: Eigen-darstellung

1 Quellen: Ökologische Betrachtung der Fensterwerkstoffe, Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technikund Wirtschaftlichkeit von Fenstern, Topritzhofer / Leopoldseder; beide Wien 1994

2 Bei Aluminium ist Nutzungsdauer nicht gleich Lebensdauer. Die Lebensdauer von Aluminiumfensterrahmen istunbegrenzt!

3 Die Instandhaltungskosten (Pflege, Reinigung und Ölen von beweglichen Teilen) sind mit 10 % des Anschaffungspreisesüber die gesamte Nutzungsdauer angenommen.

4 Bei Holzfenstern fallen Wartungskosten (Kosten für die Anstricherneuerung) an. Es wurden je 8 % des Anschaffungs-preises für jedes Mal Streichen berechnet. Alle fünf Jahre ist zu streichen. Bei Aluminiumfenstern fallen keine Wartungs-kosten an. Betreffend dieser Annahme siehe auch: Technische Vorschriften für Fenster, MA 27, Wien 1994 (Kosten undIntervalle), und Wirtschaftlichkeit von Fenstern, Topritzhofer / Leopoldseder, Wien 1994 (Intervalle).

5 Bei Holzfenstern fallen Entsorgungskosten (Deponie oder Verbrennung) von rund ATS 170,– pro Fenster an. Damit betragen die Entsorgungskosten für zehn Fenster ATS 1.700,–. Bezogen auf 25 Nutzungsjahre wurden jährlichATS 68,– als Aufwand berücksichtigt. Quelle: Wirtschaftlichkeit von Fenstern, Topritzhofer / Leopoldseder, Wien 1994.

6 Recycling: Bei Aluminiumfenstern ist ein Erlös von rund ATS 10,– pro kg Aluminium zu erzielen. Ein durchschnittlichesFenster wiegt 20 kg. Damit beträgt der Wiederverwertungserlös rund ATS 2.000,–. Bezogen auf 40 Nutzungsjahrewurden jährlich ATS 50,– als Ertrag berücksichtigt.

ATS200.000

180.000

160.000

140.000

120.000

100.000

80.000

60.000

Holz

Aluminium

10 Jahre 20 Jahre 30 Jahre 40 Jahre

Literaturverzeichnis

Alber, S.Life-Cycle-Assesment als Instrument der Umwelt- und Technikbewertung, in: Tagungsband zum Seminar Ökobilanzen-Grundsätze, Methoden, Grenzen und Möglichkeitender Normung v. 15. April 1993, hrsg. v. Verbraucherrat des Österreichischen Normungsinstituts, Wien 1993, S. 1–22

Altenpohl, D.Aluminium von innen – Das Profil eines modernen Metalls, 5. Auflage, Düsseldorf 1994

Aluminium Initiative Austria (Hrsg.)Aluminium und Energie, in: Mit Aluminium kann man machen, was man will, Wien 1993

Aluminium Initiative Austria (Hrsg.)Aluminium und Rotschlamm, in: Mit Aluminium kann man machen, was man will, Wien 1993

Aluminium Initiative Austria (Hrsg.)BASIS – Informationsbroschüre, Wien

Aluminium Initiative Austria (Hrsg.)Das Recycling von Aluminium in der Praxis, in: Mit Aluminium kann man machen, was man will, Wien 1994

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Aluminium – Merkblatt O3: Beschichten von Aluminium, 7. Auflage, Düsseldorf

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Aluminium – Merkblatt O4: Anodisch oxidiertes Aluminium für dekorative Zwecke, 15. Auflage, Düsseldorf

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Aluminium – Merkblatt W1: Der Werkstoff Aluminium, 5. Auflage, Düsseldorf

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Bauen mit Aluminium ’90 / ’91, Düsseldorf 1990

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Informationen über den Werkstoff Aluminium, Düsseldorf

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Aluminium-Taschenbuch, 14. AuflageDüsseldorf 1988

Aluminium-Zentrale (Hrsg.)Aluminium-Taschenbuch, 15. AuflageDüsseldorf 1996

117

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Breiding, A.Anforderung an die moderne Fassade, Vortrag anlässlich des Fassadensymposiums der BAU 95,München, hrsg. v. Verband für Fassadentechnik e. V., Frankfurt am Main, 1995

Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft – BUWAL (Hrsg.)Ökobilanz von Packstoffen, Stand 1990 – Schriftenreihe Umwelt Nr. 132, Bern 1991

Compagno, A.Intelligente Glasfassaden – Material, Anwendung, Gestaltung, Zürich 1995

Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau, hrsg. v. Beitz, W., u. Küttner, K.-H., 18. Auflage, Berlin – Heidelberg 1995

European Aluminium Association, EAA (Hrsg.)European Aluminium Statistics 1992, Düsseldorf 1993

Fachverband der Österreichischen Metallindustrie (Hrsg.)Datenblätter über den österreichischen Aluminiumverbrauch, Wien 1995

Gamerith, H.Die Verantwortung der Architekten in der nachhaltigen Bauwirtschaft, in: Bauen und Umwelt: Der Beitrag der Planer zur Kreislaufwirtschaft – Vortrag anlässlich einer Informationsveranstaltungvom 20. Sept. 1994, hrsg. v. Österreichischen Baustoff-Recycling-Verband u. a., Wien 1994, S. 21–24

Geermann, R., u. Hauk, F., u. Schmid, J.Fortschreibung des ökologischen Grundkonzeptes, in: Jahresbericht ’94: Die Fensterbranche in einem offenen Europa, hrsg. v. Verband der Fenster- und Fassadenhersteller e. V., Frankfurt am Main 1995, S. 71–80

Gerhold, S.Stoffstromrechnung: Aluminium, hrsg. v. Österreichischen Statistisches Zentralamt (ÖSTAT), Wien,in: Statistische Nachrichten (1996) 1, S. 48–52

Hafer, H., u. Böhmer, E.Glasarchitektur – Bewohnte Glashäuser und Glasanbauten, Köln – Braunsfeld 1985

Hartmann & CoHandbuch für Architekten, Hamburg 1985

Heusler, W.Zweite-Haut-Fassaden: Energie- und komfortoptimierte Fassaden – Vortrag anlässlich der Rosen-heimer Fenstertage 1995, hrsg. v. Institut für Fenstertechnik e. V., Rosenheim 1995, S. 9–17

Hopfenbeck, W., u. Jasch, C.Öko-Design: umweltorientierte Produktpolitik, Landsberg am Lech 1995 118

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Hydro AluminiumAluminium und Ökologie: Die Herstellung und Verwendung von Aluminium aus ökologischer Sicht, Oslo

Klindt, L., u. Frehse, H.Fensterkonstruktionen, Köln – Braunsfeld 1984

Krause, H.Forschung und Entwicklung als Dienstleistung – Vortrag anlässlich der Rosenheimer Fenstertage 1995, hrsg. v. Institut für Fenstertechnik e. V., Rosenheim 1995, S. 88–106

Kreissig, J.Ganzheitliche Bilanzierung von Baustoffen und Gebäuden, in: Jahresbericht ’95: Der Weg zum wirtschaftlichen Bauen, hrsg. v. Verband der Fenster- und Fassadenhersteller e. V., Frankfurt am Main 1996, S. 155–159

Krewinkel, H. W.Großzügiger wohnen mit Glasanbauten, in: Der BAKA-Modernisierungsberater – Glasanbauten,hrsg. v. Bundesarbeitskreis Altbauerneuerung e. V. und der Zeitschrift Althaus modernisieren, Fellbach

Landesinstitut für Bauwesen und angewandte Bauschadensforschung – LBB (Hrsg.)Fenster aus Holz, Kunststoff oder Aluminium, Aachen 1993

Loacker Recycling GmbHInformation über das Recycling von Aluminiumfenstern, Götzis, 18. April 1995

Novak, E.Ökologische Betrachtung der Fensterwerkstoffe Kunststoff, Aluminium, Holz, hrsg. v. Österreichischen Forschungsinstitut für Chemie und Technik, Wien 1994

Österreichisches Statistisches Zentralamt, ÖSTAT (Hrsg.)Österreichische Produktionsstatistik von Fenstern – Auszug aus der Statistik der Sachgütererzeugung: Industrie u. Gewerbe, Wien 1995

Richter, E. P.Moderne Fenstertechnik, Dipl.-Arb. der TU Wien, Wien 1986

Richter, K.Objektive, vergleichende Ökobilanz für Fenstertypen aller Werkstoffgruppen, in: Jahresbericht ’95:Der Weg zum wirtschaftlichen Bauen, hrsg. v. Verband der Fenster- und Fassadenhersteller e. V., Frankfurt am Main 1996, S. 139–154

119

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Richter, K., u. Künninger, T., u. Brunner K.Ökologische Bewertung von Fensterkonstruktionen verschiedener Rahmenmaterialien (ohne Verglasung), Studie im Auftrag der Schweizerischen Fachstelle für Fenster- und Fassadenbau SZFF und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPAin Zusammenarbeit mit dem Verband der Fenster- und Fassadenhersteller VFF, Frankfurt am Main, 1996

Schaupp, W.Außenwandbekleidungen, hrsg. v. DIN, Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin – Wien – Zürich 1993

Schmid, J.Entwicklungstendenzen bei Fenstern, Türen und Fassaden – Vortrag anlässlich der Rosenheimer Fenstertage 1995, hrsg. v. Institut für Fenstertechnik e. V., Rosenheim 1995, S. 3–8

Schmidt, W.Fensterbau mit Aluminium, zweiter, ergänzter Druck, Düsseldorf 1985

Seifert, E., u. Schlick, F. (Hrsg.)Der Fensterbau, Schorndorf 1985

Systemhäuser-InformationenAlusuisse, Hartmann, Hueck, Schüco, Wicona

Topritzhofer, E., u. Leopoldseder, T.Wirtschaftlichkeit von Fenstern – Ein betriebswirtschaftliches Entscheidungsmodell für einen Vergleich der Profilwerkstoffe PVC, Holz und Holz-Aluminium, Wien 1994

Tritremmel, H.Technische, ökologische und ökonomische Leistungen und Innovationspotentiale von Aluminium-produkten im Bauwesen – Versuch einer ganzheitlichen Betrachtung, Dipl.-Arb. der WU Wien, Wien 1996

Weber, R.Webers Taschenlexikon – Aluminium: Gewinnung, Anwendung, Umweltschutz, Oberbözberg 1990

Wippel, Ch.Gegenüberstellung der verschiedenen Fensterkonstruktionen in bezug auf die Rahmenmaterialienund unter Berücksichtigung der Güte- und Qualitätssicherung, Dipl.-Arb. der WU Wien, Wien 1989

120

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

Qua

lität

shan

dbuc

h fü

r F

enst

er u

nd F

assa

den

aus

Alu

min

ium

Teil

2W

erks

toff

122

Impressum:Qualitätshandbuch für Fenster und Fassaden aus AluminiumTeil 1 EinleitungTeil 2 WerkstoffTeil 3 AusschreibungTeil 4 Checkliste Qualitätsbeurteilung

Herausgeber: Verein zur Hebung der Information über Aluminiumfenster und -fassaden Aluminium-Fenster-Institut (AFI)A-1150 WienJohnstraße 4/8Telefon (01) 983 42 05 Fax (01) 983 42 06

Redaktion: Mag. Harald Greger, AFI

Lektor: Walter Skoda

Produktionsabwicklung: Dr. Brugger-Dengg Public Relations

Gestaltung: Atelier Rudolf Fuchs

Druck: Druck- und Verlagsanstalt Gutenberg

Fotos: Aluminium-Fenster-Institut

Wien 19971. Auflage: 4000 StückGedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier.Zugunsten der besseren Lesbarkeit wird auf eine geschlechtsspezifische Titulierung verzichtet.