Holzbau der Zukunft. TP 13 Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik im Fenster-, Fassaden- und Türenbau

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1 Holzbau der Zukunft TP 13 Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik im Fenster-, Fassaden- und Türenbau Norbert Sack ift Rosenheim / 119

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3 TEILPROJEKT 13 Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik im Fenster-, Fassaden- und Türenbau Teilbericht I: Erarbeitung von Grundlagen Norbert Sack ift Rosenheim / 119

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5 Thema Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik in den Fenster-, Türen- und Fassadenbau Teilbericht I: Erarbeitung von Grundlagen Gefördert durch Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst im Rahmen der High Tech Offensive Bayern Forschungsstellen ift Rosenheim Theodor-Gietl-Str Rosenheim Hochschule Biberach Karlstraße Biberach Projektbearbeitung Dipl.-Phys. Norbert Sack (ift) (Gesamtleitung) Dipl.-Ing. (FH) Stephan Lechner (ift) Dipl.-Ing. (FH) Ingo Leuschner (ift) Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Kast (ift) Prof. Dr.-Ing. Martin Becker (HBC) Dipl.-Ing. (FH) Peter Knoll (HBC) Dipl.-Ing. (FH) Mark Lehnertz (HBC) Institutsleitung (ift) Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Sieberath Rosenheim, Juli / 119

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7 Inhaltsverzeichnis TP13/I Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Seite 1 Einleitung 1 2 Nutzen der Automatisierung von Fenstern, Fassaden, Türen Energieeinsparung Komfort Sicherheit Barrierefreies Bauen 4 3 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Literaturrecherche Normen, Grundlagen, Regelwerke Übersicht Ableitbare Anforderungen aus der DIN VDE Fazit Schwachstellenanalyse 9 4 Begriffe und Definitionen 11 5 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Gefahren des elektrischen Stromes und Wirkung auf den Menschen Überprüfung der elektrotechnischen Anlagen Schutzarten elektrischer Betriebsmittel nach DIN EN Schutzklassen Betriebsmittel der Schutzklasse Betriebsmittel der Schutzklasse Betriebsmittel der Schutzklasse Schutzkleinspannung 17 6 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Datenerhebung von eingesetzten elektr. Produkten Aktoren Elektromotorische Fensterbetätigung Rollladen- bzw. Jalousiesysteme und Verdunklungsanlagen Ansteuerungskonzepte von Antrieben Elektromotorische Türbetätigung Sensoren Schaltkontakte (Meldekontakte) Sensorenübertragung auf Funkbasis Anwendungen im Glas / Allgemeine Anforderungen an Alarmschleifen und Glasbruchmelder 31

8 TP13/I Inhaltsverzeichnis Isolierglas mit integriertem Sonnenschutz Beheizbares Glas Sonstige Anwendungen Elektrische Türöffner Fluchttürsysteme 33 7 Leitungsführung Dimensionierung von Leitungen Wahl des Leitungstyps EMV-Problematik bei der Kombination von 230 VAC und 24 VDC Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung Einteilung von Zonen Ermittlung der Bewertungskriterien Dominanzmatrix Bewertung der einzelnen Zonen zur Leitungsführung Darstellung Weitere Varianten Leitungsübergänge 48 8 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Problemstellung Installation bei Lochfenstern/Lochfassaden Flächige Einteilung als Installationszone Exakte Positionierung Installation bei Fensterbändern Flächige Einteilung als Installationszone Exakte Positionierung Empfehlung für den praktischen Einsatz Installation bei abgehängten Decken bzw. Doppelböden Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement Ansatz Vorschläge für die eindeutige Übergabe (Stecker, Farbkodierung) Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle 67 9 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsprozess Planungsphasen Bedarfsplanung Grundlagenermittlung/Vorplanung Entwurfsplanung Ausführungsplanung Ausschreibung und Vergabe Ausführung und Objektüberwachung 79

9 Inhaltsverzeichnis TP13/I Objektüberwachung und Abnahme Wartung und Pflege Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Konzeption und Zielsetzung Planung und Bau Fensterelement Wand Planung und Einbau der elektronischen Komponenten Software/Programmierung Einbau des Fensters in das Wandelement Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Einleitung EMV bei Fenster-, Fassaden- und Türelementen Messtechnik Durchführung der Messung Messergebnisse des Fensterelementes Abgestrahlte Störung nach EN Störstrahlung der Anschlussleitungen nach EN Störfestigkeit gegen Einstrahlung Zusammenfassung der Messungen und Vorschläge Das Mechatronische Fenster Mehrwert durch ein mechatronisches Fenster Definition mechatronisches System Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen Mechatronisches Schloss mit integrierter Stromerzeugung Selbstorganisierendes Funkschließsystem Flexibles Türsystem Vollautomatische 3-fach-Sicherheitstür Mechatronischer Beschlag Übertragung der Schnittstellendefinition auf ein mechatronisches System Bewertung mechatronischer Systeme Festlegung der Systemgrenzen Bewertungsmatrix der Beispiele Bewertung durch Ausstattungsvarianten Dank Literaturverzeichnis / 119

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11 Zusammenfassung TP13/I Zusammenfassung Die Dokumentation des durchgeführten Vorhabens ist in zwei Teilberichten enthalten: Teilbericht 1: Erarbeitung von Grundlagen Teilbericht 2: Kraftbetätigte Fenster Ziel des durchgeführten Vorhabens war es, Grundlagen und Erkenntnisse für die Integration von elektronischen oder elektromechanischen Komponenten in die Bauteile Fenster, Fassaden und Türen zu erarbeiten und zusammenzustellen. Die konkreten Untersuchungsschwerpunkte wurden zu Beginn der Arbeiten zusammen mit der Hochschule Biberach als zweiter Forschungsstelle sowie den Industriepartnern festgelegt. Hierzu wurde eine Analyse und Bewertung der momentanen Schwachstellen durchgeführt; es wurden zwei Hauptschwerpunkte erkannt: 1. Fragestellungen, die sich durch die Integration elektromechanischer Bauelemente in das Bauwerk ergeben und 2. Fragestellungen, die sich durch die Integration elektromechanischer Bauteile ins Bauelement ergeben. Zu Beginn des Projektes erfolgte eine Analyse der elektrotechnischen Grundnormen hinsichtlich der bei der Integration von Elektronik zu beachtenden Punkte. Weiterhin wurde eine Analyse der momentan wesentlich eingesetzten elektrischen und elektronischen Komponenten durchgeführt. Hierzu wurde ein entsprechender Fragebogen entwickelt, mit dessen Hilfe bei den Projektpartnern konkrete Detaildaten erhoben wurden. Möglichkeiten zur Leitungsführung im Bauelement wurden analysiert und bewertet; hierfür wurden zuerst die möglichen Bereiche zur Leitungsführung festgelegt. Anschließend wurden Kriterien ermittelt, anhand derer diese Bereiche bewertet wurden. Die Ermittlung der einzelnen Wichtungsfaktoren erfolgte mit Hilfe sog. Dominanzmatrizen. Zusammenfassend ist aus den durchgeführten Analysen und Bewertungen abzuleiten, dass nach Möglichkeit die Leitung auf der warmen, unbelasteten Raumseite verlegt werden sollte. Hierbei bietet sich das Prinzip der Umsetzung von separaten Installationszonen an. Dadurch kann eine Erschließung des kompletten Fensters bzw. der Fassade erfolgen. Ein weiterer Schwerpunkt lag in der Auflistung wichtiger Detailpunkte, die bei der Integration elektromechanischer Bauelemente in das Gebäude zu beachten sind. Hierzu wurde die Umsetzung des Planungs- und Ausführungsprozesses eines Fassaden- bzw. Fensterkonzeptes anhand der einzelnen Stufen der HOAI analysiert. Für die jeweiligen Planungsphasen wurden die wichtigen Detailpunkte ermittelt und zusammengestellt. Für konkrete Fragestellungen wurden Vorschläge zur Lösung und Umsetzung erarbeitet. So wurde ein Bezeichnungsschlüssel entwickelt, anhand dessen die Übergabeposition zwischen dem Gewerk Bauelement und dem Gewerk Haustechnik (z. B. Elektroinstallation) festgelegt werden kann. Für die praktische Umsetzung wurden hierzu auch entsprechende Empfehlungen erarbeitet. Neben der Festlegung, wo die Übergabe stattfindet, ist es auch wichtig, dass eine eindeutige Übergabe der Funktionen der aus dem Bauelement austretenden Leitungen erfolgt. Hierzu wurde zusammen mit den Projektpartnern ein Farbschlüssel festgelegt, der eine einfache und praxisnahe Kennzeichnung der Funktionen der einzelnen Leitungen erlaubt. Die im Rahmen dieser Untersuchungen erarbeiteten Vorschläge sowie die generellen Detailpunkte, auf die im Rahmen der Planung geachtet werden muss, wurden in einer separaten ift-richtlinie zusammengefasst.

12 TP13/I Zusammenfassung Abbildung ift-richtlinie zur Planung der Integration von Elektronik in Fenstern, Türen und Fassaden An einem im Rahmen des Projektes angefertigten Demonstrator wurden Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit durchgeführt. Hierbei hat sich gezeigt, dass das zur Prüfung installierte Fensterelement in allen getesteten Normen die EMV-Vorschriften erfüllt. Es existierte ein genügend breiter Sicherheitsabstand zu den Grenzwerten der Klasse B Wohnbereich und ein noch größerer zur Klasse A Industrieumgebung. Die im Fensterelement eingesetzten Komponenten sind als EMV-sicher einzuschätzen. Da das Fensterelement jedoch mit einer mehr oder weniger intelligenten Steuerung verbunden sein wird, kommt der Auswahl der Steuerung und der notwendigen Verkabelung eine große Bedeutung zu. Bei den Messungen überdeckt das von der Steuerung ausgehende und von der Verkabelung weitergeleitete Störspektrum die geringen Emissionen der Fensterfunktionen. Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Untersuchungen sowie die Darstellung der Ergebnisse sind im Teilbericht 2 wiedergegeben.

13 Zusammenfassung TP13/I Abstract The documentation pertaining to the project executed is divided into two subreports. Sub-report 1: Formulation of basic principles Sub-report 2: Power-operated windows The objective of the project executed was to work out and compile basic principles and knowledge regarding the integration of electronic or electromechanical components in the construction elements comprising windows, facades and doors. The specific issues to be investigated were finalised at the time of commencement of the project in cooperation with both the University of Biberach as the second research centre and industry partners. For this purpose the current weak spots were analysed and evaluated. Two main subjects were identified. 1. Issues, which are connected with the integration of electromechanical construction elements in the structure 2. Issues, which are connected with the integration of electromechanical components in the construction element At the beginning of the project, the basic electrotechnical standards were analysed with respect to the issues to be taken into consideration with the integration of electronic components. In addition, the electrical and electronic components primarily used at present were analysed. For this purpose, an appropriate questionnaire was drafted with the help of which specific detailed data were collected from all project partners. The options for running cables in construction elements were analysed and evaluated. To this end, first the possible areas for running cables were determined. Finally, criteria were obtained on the basis of which these areas were evaluated. The individual weighting factors were obtained with the help of socalled dominance matrices. In summary, it can be concluded on the basis of the analyses and evaluations carried out that the cables should be laid on the warm unloaded side of the room as far as possible. In the process the principle of implementation of separate installation zones can be made use of. With this the design of the complete window or facade can be worked out and finalised. Another focus was the listing of important detailed points that must be taken into consideration with the integration of electromechanical components in the building. For this purpose the implementation of the planning and execution process of a facade or window design was analysed on the basis of the individual stages of the HOAI (Honorarordnung für Architekten und Ingenieure, Fee Structure for Architects and Engineers). The important details were obtained and compiled for the respective phases of planning. Recommendations for the solution and implementation of specific issues were worked out. In this manner, an identification key was developed on the basis of which the point of handing over between the two trades, the construction element and the building services (e.g. electrical installation) can be determined. Appropriate recommendations were worked out here too for the purpose of practical implementation. Apart from determining where the handing over takes place, it is also important that a clear handover takes place of the functions of the outgoing cables from the construction element. Towards this end a colour key was established together with all project partners, which permits simple and practical identification of the functions of the individual cables. The recommendations worked out within the

14 TP13/I Zusammenfassung framework of these investigations as well as the general detailed issues, which must be taken into consideration in the context of the planning, have been summarised in a separate set of ift guidelines. Figure ift guideline for the planning process regarding the integration of electromechanical building elements into buildings Investigations were carried out with respect to electromagnetic compatibility on a demonstration unit prepared within the framework of this project. In the course of doing so it was demonstrated that the window element installed for testing complied with the EMC guidelines for all standards with respect to which it was tested. There was an adequate factor of safety to the limit values of class B for residential areas and an even larger one for class A for industrial environments. The components used in the window element are assessed as being EMC compliant. Since the window element will be connected with one more or less intelligent controller, the selection of the controller and the required cabling is of prime importance. The measurements confirmed that the interference spectrum emitted by the controller and conducted by the cabling overlaps the low emission values of the window functions. The tests and investigations carried out within the framework of the project as well as the presentation of the results are illustrated in sub-report 2.

15 Einleitung TP13/I Einleitung Durch die wachsenden Anforderungen an die Gebäude bezüglich Wärme- und Sonnenschutz, Einbruchhemmung sowie der Notwendigkeit ausreichender Wohnqualität und -gesundheit wird der Einsatz von Elektronik und Elektromechanik zunehmend erforderlich. Individuelle Kommunikation mit dem Gebäude, der Fassade oder transparenten Bauteilen, wie Fenster oder deren Einrichtungen via Internet oder Telefonie, wird erst durch die Integration von Elektronik (Komponenten mit Systemtechnik) möglich. So wird z. B. in modernen Bürogebäuden der Einsatz von Klimaanlagen und künstlichem Licht sehr stark reduziert (Sick-Building- Syndrom), um das Wohlbefinden der Nutzer von Bürogebäuden zu erhöhen. Neue Nutzungskonzepte von Gebäuden verlangen intelligente, für verschiedenste Zwecke ausgerichtete Steuerungssysteme und zusätzlich eine sehr hohe Flexibilität der eingebauten Systeme. Die Wartung und Umstellung der Gebäudetechnik wird von Fremdfirmen erledigt, welche zunehmend durch Fernzugriff die Geräte, aber noch nicht die Gebäudehülle, überwachen und konfigurieren. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden mittlerweile für alle Bereiche der Gebäudetechnik Produkte mit integrierter Elektronik angeboten. Diese Elektronik überwacht, misst Istwerte wie Luftqualität, Lichtstärke, Temperatur und Feuchte, übergibt Stellwerte an die integrierten Aktoren, stellt die benötigten Mensch- Maschinen-Interfaces zur Verfügung und meldet oder empfängt Anweisungen über entsprechende Datennetze und führt diese aus. Neue Fragen bezüglich der Arbeits- und Betriebssicherheit von Fenstern und Fassaden beim Einsatz von Antrieben, spannungs- und stromführenden Bauteilen als auch möglichen Fehlfunktionen der eingesetzten Elektronik sind nicht ausreichend beantwortet. Darüber hinaus fehlen derzeit konkrete Vorgaben für die Dimensionierung, Wartung und Instandhaltung von elektrischen Bauteilen. Hierbei ist zu beachten, dass die Elektronik für Fenster und Fassaden eine Nutzungsdauer von mindestens 10 bis 15 Jahren aufweisen sollte. Zu den gesamten Fragestellungen der Integration von Elektronik in die verschiedenen Bauteile, wie z. B. dem Fenster, ist darüber hinaus die Schnittstelle der einzelnen Bauteile zum Wandsystem und die damit verbundene Vernetzung mit der Gebäudetechnik von wesentlicher Bedeutung. In dieser Ausarbeitung werden zunächst die wesentlichen Komponenten aufgezeigt, die für die Umsetzung entsprechender Anforderungen in einem integralen Planungsprozess im Fenster-, Fassaden- und Türenbau eingeplant werden müssen. In diesem Zusammenhang wird ein Übergabeschlüssel entwickelt, der eine exakte und eindeutige Kennzeichnung der Übergabepunkte und Installationszonen ermöglicht. Dabei wird insbesondere eine exemplarische Aderbelegung der Installationsleitungen aufgezeigt, so dass die Zuordnung zu den eingesetzten Komponenten für den Fassadenbauer und die Elektrofachkraft definiert ist. Durch einen innovativen Planungsansatz werden innerhalb dieser Ausarbeitung für den Bereich des Fenster-, Fassaden- und Türenbaus die wesentlichen Planungsschritte aufgezeigt und gewerkespezifisch für jeden Planungsschritt die jeweils beteiligten Personen und die wichtigsten Anforderungen aufgezeigt. Um einen Ausblick für eine optimale Schnittstellendefinition zu geben, wird die Thematik des mechatronischen Fensters aufgegriffen. Hierbei wird im Wesentlichen das mechatronische Fenster im Idealfall lediglich noch mit einer Kommunikationsleitung und einer Versorgungsleitung angebunden. Die gesamte Elektrik und Verkabelung ist verborgen bzw. im Fenster oder in der Fassade integriert.

16 TP13/I - 2 Einleitung Für die eindeutige Definition eines mechatronischen Systems im Bereich des Fenster-, Fassaden und Türenbaus werden Vorschläge zu einer Bewertung und einer dementsprechenden Auswertung erarbeitet. Diese Thematik wird mit mehreren praktischen Beispielen verdeutlicht. Die im Rahmen dieses Berichtes dargestellten Aussagen und Ergebnisse entstammen zum Großteil der internen Projektdokumentation der zweiten Forschungsstelle Hochschule Biberach [1]. Ebenso enthält dieser Bericht Ausarbeitungen des ift Rosenheim. Zu Beginn des Kapitels bzw. Abschnitts wird daher kurz gekennzeichnet, welche Forschungsstelle hierfür im Wesentlichen verantwortlich zeichnet.

17 Nutzen der Automatisierung von Fenstern, Fassaden, Türen Energieeinsparung TP13/I Nutzen der Automatisierung von Fenstern, Fassaden, Türen (Bearbeitung durch ift Rosenheim) Automatisierung und die Integration von Elektronik in Fenster, Fassaden und Türen führt in vielen Bereichen zu einem Nutzen und zu entsprechenden Vorteilen. 2.1 Energieeinsparung Speziell unter dem Aspekt der zukünftigen Energieeinsparungen im Gebäudebereich bietet die Automatisierung neue Anknüpfungspunkte. So kann z. B. automatisch betätigter Sonnenschutz zu erheblichen Einsparungen von Kühlkosten sowie zu Einsparung von Beleuchtungskosten beitragen. Diesem Ansatz wird auch in der DIN V [2] Rechnung getragen, da ein automatisierter Sonnenschutz im Rahmen der Berechnung des Energiebedarfs von Gebäuden gegenüber einem nicht automatisierten Sonnenschutz von Vorteil ist. Die Rückmeldung des Öffnungszustandes des Fensters an die Heizungstechnik und gleichzeitiges Ausschalten der Heizkörper ist ein ganz einfacher Ansatz, um durch intelligente Fenster und entsprechende Kopplung an andere Gewerke Energie einzusparen. Diesem Effekt wird z. B. bereits in EN [3] Rechnung getragen und sollte auch in einer Überarbeitung von DIN V berücksichtigt werden. Wie Abbildung 1 zu entnehmen ist, ist der Effekt der Reduzierung des Heizenergiebedarfs, dargestellt durch den Abminderungsfaktor f w, bei leichter Bauweise deutlicher als bei schwerer Bauweise. Dies würde einen Vorteil für den Holzbau bedeuten. 0,98 0,97 0,96 f w 0,95 m bui ~ 900 kg/m 2 0,94 0,93 m bui ~ 120 kg/m 2 0, T in K Abbildung 1 Zusammenhang zwischen dem Abminderungsfaktor des Heinzenergiebedarfs und der mittleren Temperaturdifferenz zwischen innen und außen [3]. m bui ist hierbei die flächenbezogene mittlere Masse des Gebäudes. Die nächste Stufe wären beispielsweise Fenster und Fassaden, die durch kraftbetätigtes Öffnen und Schließen von Fensterflügeln in Verbindung mit entsprechender Sensorik zu bedarfsgerechter und somit energieeffizienter Lüftung beitragen.

18 TP13/I - 4 Nutzen der Automatisierung von Fenstern, Fassaden, Türen Komfort 2.2 Komfort Wikipedia definiert Komfort als Bequemlichkeit, die auf der Existenz von bestimmten Geräten, Gegenständen oder Einrichtungen beruht. Eine Einrichtung ist aufgrund ihrer Möglichkeiten und ihrer Ausstattung mit Gegenständen komfortabel, wenn sie dem Menschen Arbeit verringert und ihm Behaglichkeit bietet. Durch automatisierte Bauteile wird die manuelle Arbeit zur Sicherstellung von Behaglichkeitsanforderungen wie z. B. Temperatur, Luftqualität, ausreichende Beleuchtung verringert. Automatisches und bedarfsgerechtes Öffnen von Hauseingangstüren ermöglicht dem Nutzer, auch ohne manuelle Betätigung, wenn er z. B. keine Hände frei hat, einfach die Tür zu öffnen ein Komfortmerkmal, das im Bereich von Garagentorantrieben schon zu einer weiten Marktdurchdringung gefunden hat. 2.3 Sicherheit Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Thema Sicherheit. Durch im Fenster und in den Türen integrierte Zustandssensoren lässt sich leicht der Öffnungszustand des Fensters ermitteln. Dies kann dazu genutzt werden, an einer zentralen Stelle hierüber zu informieren, z. B. kann man auf einem an der Haustür installierten Bildschirm ablesen, ob alle Fenster geschlossen sind. So kann das Haus mit einem sicheren Gefühl verlassen werden. Aber auch eine Kopplung dieser Sensoren an eine aktive Einbruchmeldeanlage ist vorstellbar. Kraftbetätigte Fenster tragen in wesentlichem Maße dazu bei, Gebäude sicher und kontrolliert im Brandfall zu entrauchen und somit Leben zu retten. 2.4 Barrierefreies Bauen Dem barrierefreien Bauen wird in Zukunft eine immer stärkere Bedeutung zukommen. So enthält das Gesetz zur Gleichstellung behinderter Menschen (Behindertengleichstellungsgesetz BGG) [4] in Paragraph 8 Anforderungen zur Umsetzung der Barrierefreiheit im Bauwesen. Die anerkannten Regeln der Technik, nach denen diese Umsetzung zu erfolgen hat, sind beispielsweise in E DIN [5] formuliert. Bzgl. der Bedienkräfte von Fenstern und Türen enthält E DIN eindeutige Anforderungen: Der manuelle Kraftaufwand (Bedienkraft) zum Öffnen und Schließen von Türen darf maximal 25 N, das maximale Moment 2,5 Nm betragen (Klasse 3 nach DIN EN 12217). Ist dies technisch nicht möglich, sind kraftbetätigte Türsysteme nach vorzusehen. Der manuelle Kraftaufwand (Bedienkraft) zum Öffnen und Schließen von Fenstern darf maximal 30 N, das maximale Moment 5 Nm betragen (Klasse 2 nach DIN EN 13115). Ist dies technisch nicht möglich, sind kraftbetätigte Fenstersysteme vorzusehen. In diesem Bereich kann durch kraftbetätigte Elemente sowie entsprechender Sensorik ein wesentlicher Beitrag zum barrierefreien Bauen geleistet werden.

19 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Literaturrecherche TP13/I Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) Um einen Überblick zu erhalten, auf welche Studien bzw. Ergebnisse für dieses Projekt zurückgegriffen werden kann, wurde zunächst eine ausführliche Recherche durchgeführt. Ziel der Recherche war es, allgemeingültige Informationen bzgl. der Integration von Elektronik in Bauelemente wie Fenster, Türen und Fassaden zu ermitteln. Hierbei wurden sowohl die Ist-Aufnahme zum Stand der Technik bezüglich der wesentlichen Komponenten bzw. Systeme als auch entsprechende Normen, Richtlinien und Regelwerke berücksichtigt. 3.1 Literaturrecherche Folgende Quellen werden untersucht: ReDI Regionale Datenbank-Information Baden-Württemberg FIZ-Technik FIZ-Technik FIZ-Technik RSWB/ICONDA TEMA (Technik und Management) WEMA (Werkstoffe) ZDEE (Elektrotechnik) deutsche/internationale Baufachliteratur IRBdirect Datenbank zum Planen und Bauen SCHADIS DWA BAUFO BZP Bauschäden-Bibliothek deutschsprachige Fachliteratur Bauforschungsprojekte Bauaufsichtliche Zulassungen und Prüfzeugnisse Ergebnis: Außer dem Merkblatt KB.02 [6] des Verbands der Fenster und Fassadenhersteller wurde keine Veröffentlichung gefunden, die sich mit dem Einbau von Elektronik im Fenster aus praktischer Sicht beschäftigt. Die meisten Veröffentlichungen sind Produktvorstellungen, welche die Funktionalität der Produkte beschreiben, aber nicht deren Integration in das Bauelemente oder in die Gebäudehülle. Es wurden keine technischen Beschreibungen oder Dokumentationen gefunden, die allgemeingültige Installations- oder Montagerichtlinien enthalten. Grundsätzlich kann hiermit festgehalten werden, dass in Bezug auf die Leitungsführung und die Thematik der Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte von Fenstern bzw. Fassaden bisher keine systematische Analyse bzw. Aufarbeitung existiert. 3.2 Normen, Grundlagen, Regelwerke Übersicht Als maßgebliches Normenwerk für die elektrische Gebäudeausrüstung wird die DIN VDE 0100 angewendet, um ableitbare Anforderungen aus der Normung auf den Fenster-, Fassaden- und Türenbau zu ermitteln. Die nachfolgende Auflistung dient als Übersicht. Für die Planung und Ausführung sind die benötigten Gesetze und Normen zu Hilfe zu nehmen und zu berücksichtigen.

20 TP13/I - 6 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Normen, Grundlagen, Regelwerke Ableitbare Anforderungen aus der DIN VDE 0100 Durch die umfassende Norm DIN VDE 0100 Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V werden durch die Teile 100 bis 700 sämtliche Anforderungen und Richtlinien, die für die Elektroinstallation von Gebäuden gelten, abgebildet DIN VDE Durch den Teil 400 werden sämtliche Schutzmaßnahmen beschrieben. Insbesondere wird durch das Kapitel 410 [7] (siehe Tabelle 1) der Schutz gegen elektrischen Schlag aufgezeigt. Tabelle 1 Ableitbare Anforderungen durch die Norm DIN VDE Nummerierung Normentext [DIN VDE ] Bedeutung für den Fenster-, Fassaden- und Türenbau Schutz durch Kleinspannung: SELV und PELV Aktive Teile von SELV- Stromkreisen dürfen nicht mit Erde oder mit aktiven Teilen oder Schutzleitern anderer Stromkreise verbunden sein. Wenn die Bedingungen von der Definition für Kleinspannung erfüllt sind, z. B. 24 VDC Gleichspannung oder Einhaltung der SELV- Definition, mit geeignetem Netzgerät, können die Arbeiten auch von einer unterwiesenen Person durchgeführt werden, die keine Ausbildung zur Elektrofachkraft besitzt. Somit dürfen Motore/Antriebe von Fenstern bzw. Türen nicht mit dem Schutzleiter bzw. der Erde verbunden sein, sobald diese komplett mit Kleinspannung ausgeführt sind Aktive Teile müssen von Umhüllungen umgeben oder hinter Abdeckungen angeordnet sein, die min. der Schutzart IP2X [ ] entsprechen [ ] Horizontale obere Flächen von Abdeckungen und Umhüllungen, die leicht zugänglich sind, müssen mindestens der Schutzart IP4X [ ] entsprechen Somit muss die Konstruktion von z. B. einer Motorabdeckung, die im Greifbereich liegt, diesen Forderungen entsprechen. (weitere Schutzarten können der DIN EN entnommen werden) Dies gilt auch bei Kleinspannung Die Körper müssen [ ] festgelegten Bedingungen an einen Schutzleiter angeschlossen werden [ ] [ ] in jedem Gebäude müssen der Hauptschutzleiter [ ] verbunden werden: [ ] Metallteile der Gebäudekonstruktion [ ] Dies gilt z. B. bei der Anwendung von 230 VAC-Motoren. Somit müssen diese über einen Schutzleiter-Anschluss verfügen. Folglich müssen Metallfassaden bzw. zusammenhängende Metallfenster mit dem Haupterder verbunden werden. Dies ist auch aus Blitzschutzgründen erforderlich. Ob eine Erdung einzelner Metallfenster erforderlich ist, ist von dem Einzelfall abhängig.

21 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Normen, Grundlagen, Regelwerke TP13/I - 7 Empfehlung An dieser Stelle soll betont werden, dass es durch die Vereinfachungen bei der durchgängigen Verwendung von Kleinspannung (z. B. 24 VDC Gleichspannung für Antriebe und Einhaltung der SELV- Bedingung für die übrigen Komponenten), empfohlen wird, diese in Zukunft ausschließlich im Fassaden-, Fenster, und Türenbau zu verwenden DIN VDE Durch den Teil 444 [8] sollen die Schutzziele bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bei der Planung und Errichtung von elektrischen Anlagen erreicht werden. Tabelle 2 Ableitbare Anforderungen durch die Norm DIN VDE Nummerierung Normentext [DIN VDE ] Bedeutung für den Fenster-, Fassaden- und Türbau Ausreichende räumliche Trennung (Abstand, oder Schirmung) der Energie- und Signalkabel [ ] Vermeiden von Induktionsschleifen durch die Wahl gemeinsamer [ ] Wege [ ] Bei Verwendung von 230 VAC Wechselstrom Komponenten muss auf dies geachtet werden. (siehe auch Verlege- Empfehlungen bzw. des empfohlenen Leitungstyps der Bushersteller). Bei Kleinspannung spielt dies keine Rolle. Diese Forderung muss mit der Forderung aus abgewogen werden. Bild 3a Eine gemeinsame Einführung wird bevorzugt Somit sollten Kleinspannung und Niederspannung durch einen gemeinsamen Punkt eingeführt werden DIN VDE Im Teil 510 [9] wird die Auswahl der Betriebsmittel und deren Errichtung behandelt. Tabelle 3 zeigt die ableitbaren Anforderungen auf. Tabelle 3 Ableitbare Anforderungen durch die Norm DIN VDE Nummerierung Normentext [DIN VDE ] Bedeutung für den Fenster-, Fassaden- und Türenbau [ ] GRÜN-GELB muss zur Kennzeichnung des Schutzleiters und darf für keinen anderen Zweck verwendet werden. [ ] [ ] Soweit zweckmäßig, sind Schaltpläne, Diagramme oder Tabellen nach IEC 750 [ ] mitzuliefern [ ] Folglich darf diese Aderfarbe für keinen anderen Zweck belegt werden. Umgekehrt darf auch keine andere Aderfarbe als Schutzleiter verwendet werden. Da nur durch eine übersichtliche Dokumentation der nutzerseitige Betrieb möglich ist, sind auf der Grundlage der Planung entsprechende Revisionspläne, Stromlaufpläne bzw. Dokumentationsunterlagen zu übergeben. (dies wird auch durch DIN gefordert)

22 TP13/I - 8 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Normen, Grundlagen, Regelwerke DIN VDE Der Teil 520 [10] beschreibt das Verfahren für die Verlegung von Kabeln und Leitungen. Hierbei wird berücksichtigt, in welcher Methode die Kabel und Leitungen verlegt werden. Tabelle 4 zeigt die ableitbaren Anforderungen auf. Tabelle 4 Ableitbare Anforderungen durch die Norm DIN VDE Nummerierung Normentext [DIN VDE ] Bedeutung für den Fenster-, Fassaden- und Türenbau Die Leiter und Aderleitungen von Wechselstromkreisen, die in Umhüllungen aus ferro-magnetischen Werkstoffen verlegt werden, müssen so angeordnet werden, dass sich alle Leiter eines Stromkreises in derselben Umhüllung befinden. [ ] Wenn sich Wasser ansammeln oder Kondensation von Wasser innerhalb von Kabel- und Leitungssystemen (-anlagen) auftreten kann, müssen Vorkehrungen für die Wasserabführung getroffen werden Kabel- und Leitungssysteme (-anlagen) an Konstruktionsteilen oder Geräten, die Schwingungen von mittlerer oder von hoher Beanspruchung ausgesetzt sind, müssen für diese Bedingungen geeignet sein. Dies gilt auch für die einzelnen Kabel und Leitungen, sowie für die Leitungsverbindungen. [ ] Der Biegeradius muss so gewählt werden, dass Leitungen und Kabel nicht beschädigt werden Wenn erhebliche Sonneneinwirkung zu erwarten ist, muss ein geeignetes Kabel- und Leitungssystem (eine geeignete Kabel- und Leitungsanlage) ausgewählt und errichtet werden oder es muss ein entsprechender Sonnenschutz vorgesehen werden Alle Verbindungen müssen zur Besichtigung, Prüfung und Wartung zugänglich sein [ ] Je nach verwendetem Material ist somit bei der Verwendung von Wechselstromkomponenten keine Führung mit Einzeladern zulässig. Folglich muss geprüft werden, ob Maßnahmen zur Wasserabfuhr konstruktiv bei der Verlegung im Rahmen des entsprechenden Bauteils (Fenster, Fassade oder Tür) vorgenommen werden müssen. Somit müssen Anschlüsse, die beispielweise an einem Motor angebracht sind, mit einer flexiblen Leitung ausgeführt werden. Aufgrund der geringen Leiterquerschnitte sind hier keine konkreten Angaben vorhanden. Rechtwinklige Richtungsänderungen (ohne geringen Radius) sind in jedem Fall zu vermeiden. Dies bedeutet, dass für Kabel und Leitungen, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind (z. B. Jalousieverkabelung) entsprechende Maßnahmen ergriffen werden müssen. Eine Möglichkeit wäre z. B. ein UV-beständiger Leitungstyp. Somit sind keine lösbaren Verbindungen zulässig, die nach Fertigstellung nicht mehr zugänglich bzw. nicht mehr lokalisierbar sind.

23 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Schwachstellenanalyse TP13/I Fazit Die durch das Kapitel aufgezeigten normativen Zusammenhänge dienen als Übersicht über die wichtigsten Anforderungen, die auf den Fenster-, Fassadenund Türenbau übertragbar sind. Diese Übersicht entbindet die Planungsbüros und ausführenden Firmen nicht von der Beachtung und Einhaltung der entsprechenden Normen. Die Einführung einer einheitlichen Verwendung von 24 VDC Gleichspannung bei Antrieben und Einhaltung der SELV-Bedingung für die übrigen Komponenten bringt folgende Vorteile mit sich: Durchführung der Arbeiten durch unterwiesene Person (keine Elektrofachkraft erforderlich) Verringerung der EMV-Problematik Keine Erdung von SELV 3.3 Schwachstellenanalyse (Bearbeitung durch ift Rosenheim) Um die Arbeitsschwerpunkte im Rahmen des Projektes zu definieren, wurde zusammen mit den Projektpartnern eine Schwachstellenanalyse durchgeführt. Die Analyse diente zum erkennen der wesentlichen Problemfelder bei der Umsetzung von Elektronik in Fenstern, Türen und Fassaden. Da im Rahmen des Projektes keine vollständige Bearbeitung aller Problemfelder möglich war, wurden gemeinsam mit den Projektpartnern Schwerpunkte für die Projektarbeit definiert. Hierbei können zunächst zwei große Fragegruppen identifiziert werden. 1. Fragestellungen die mit der Integration elektromechanischer Bauelemente in das Bauwerk verbunden sind, 2. Fragestellungen die mit der Integration elektromechanischer Bauteile ins Bauelement verbunden sind. Zu 1. Integration elektromechanischer Bauelemente in das Bauwerk Diese Gruppe betrifft Fragestellungen, die sich aus der Einbindung, Installation sowie Vernetzung ins Gebäude bzw. die entsprechende Gebäudeleittechnik ergeben. Speziell der Kommunikation der bei diesem Prozess beteiligten Gewerke kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu. Dies ist vor allen Dingen deshalb der Fall, da konkrete Vorgaben bzw. Standards und Normen fehlen. Oft ist den Beteiligten auch unklar bzw. nicht bekannt, auf welche Besonderheiten im Rahmen der konkreten Planung und Umsetzung zu achten sind. Ebenso ist das Zusammenspiel der Gewerke in Planung und Ausführung unzureichend. So existieren z. B. keine verbindlichen Vorgaben bzgl. der Definition von Schnittstellen, der Lage von Übergabepunkten, der Leitungsführung vom Übergabepunkt zum Bauelement. Der Standardisierung solcher Detailpunkte kommt hierbei eine wesentliche Schlüsselrolle zu, um die Elektronisierung der Bauelemente weiter voranzubringen und eine reibungslose Integration dieser Bauelemente ins Gebäude sicherzustellen.

24 TP13/I - 10 Recherche und Ist-Aufnahme zum Stand der Technik Schwachstellenanalyse Zu 2. Integration elektromechanischer Bauteile ins Bauelement Diese Gruppe betrifft Fragestellungen, die sich aus der Integration von elektrischen bzw. elektromechanischen Bauteilen in das Fenster ergeben. Hierbei sind besonders zu nennen: Nutzungs- und Betriebssicherheit sowie Dauerhaftigkeit, Anforderung an kraftbetätigte Bauelemente die sich u. a. aus der Maschinenrichtlinie sowie der europäischen Produktnorm für Fenster ergeben, Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Komponenten. Bei der Fragestellung der Integration von Bauteilen wurde sichtbar, dass in der Regel keine einheitlich abgestimmten Systemlösungen (Stecker, Kabelbäume, Antriebe, Schalter) existieren. Ebenso sind die momentan am Markt erhältlichen Profile bzw. Profilsysteme nicht unter dem Aspekt der Integration von Elektronik konzipiert. Dies zeigt sich z. B. bei der Thematik der Leitungsführung. Es existieren keine definierten Zonen bzw. Hohlräume, in denen die Verlegung der Leitungen erfolgt. Bei der Anwendung von Elektronik in der Gebäudehülle ist darauf zu achten, dass auf die elektronischen Bauteile entsprechende klimatische Belastungen einwirken. Die Dauerhaftigkeit elektronischer Bauteile unter diesen Randbedingungen ist sicherzustellen. Durch die ab Februar 2009 verbindlich geforderte Umsetzung der CE-Kennzeichnung von Fenstern nach EN ergeben sich entsprechende Fragestellungen. Speziell bei der Kennzeichnung von kraftbetätigten Fenstern sind Punkte wie z. B. die Bewertung der Nutzungssicherheit oder der Übertragbarkeit von Prüfergebnissen bei Austausch des Antriebes in Diskussion. Aus den o. g. Schwachstellen wurden daher zusammen mit den Projektpartnern folgende Arbeitsschwerpunkte für das Vorhaben definiert: 1. Allgemein Analyse der elektrotechnischen Grundnormen hinsichtlich der zu beachtenden Punkte, Analyse der momentan wesentlich eingesetzten elektrischen und elektronischen Komponenten, Vom elektromechanischen Fenster zum mechatronischen Fenster. 2. Integration elektromechanischer Bauelemente in das Bauwerk Erarbeitung einer Aufstellung wichtiger Detailpunkte, die bei der Integration elektromechanischer Bauelemente in das Gebäude zu beachten sind, Vorschlag für die Standardisierung von Übergabepunkten, Vorschlag für die Standardisierung von Steckern bzw. eines Farbschlüssels für die Kennzeichnung der Leitungen. 3. Integration elektromechanischer Bauteile ins Bauelement Erarbeitung eines Bewertungsschemas sowie von Vorschlägen zur Leitungsführung im Bauelement, Erarbeitung von Übertragungsregeln für den Austausch von Antrieben zur CE-Kennzeichnung entsprechend EN , Untersuchung der Dauerhaftigkeit von elektronischen Komponenten, insbesondere Antriebe, unter klimatischer Belastung, Durchführung von orientierenden Messungen bzgl. der elektromagnetischen Verträglichkeit

25 Begriffe und Definitionen Schwachstellenanalyse TP13/I Begriffe und Definitionen (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) Um die Verständlichkeit der nachfolgenden Ausarbeitung zu vereinfachen, werden nachfolgend die wichtigsten Begriffe aufgezeigt und erklärt. Soweit die Begriffe durch einschlägige Normen, Merkblätter, Richtlinien und Fachliteratur (z. B. VFF Merkblatt KB.01, DIN VDE 0100 usw.) bereits definiert werden, sind diese hier übernommen worden. Abdeckung Aktives Teil Basisisolierung Betriebsstrom Bus DALI Direktes Berühren Doppelte Isolierung EIB/KNX Elektrofachkraft Elektrische Anlagen von Gebäuden Elektrische Betriebsmittel Elektrische Verbrauchsmittel EMA EMV GLT Ein Teil, durch das Schutz gegen direktes Berühren gewährt wird. Jeder Leiter oder jedes leitfähige Teil, das dazu bestimmt ist, bei ungestörtem Betrieb unter Spannung zu stehen, einschließlich des Neutralleiters, aber vereinbarungsgemäß nicht der PEN-Leiter. Eine Isolierung, die bei aktiven Teilen zum grundlegenden Schutz gegen elektrischen Schlag angewendet wird. Der Strom, den der Stromkreis in ungestörtem Betrieb führen soll. Gemeinsames Leitungssystem zum Austausch von Daten zwischen potenziell mehr als zwei Teilnehmern. Digital Adressable Lighting Interface (Offenes Kommunikationssystem zur Verwendung für Lichtsteuerungen und -regelungen). Berühren aktiver Teile durch Personen oder Nutztiere. Isolierung, die aus einer Basisisolierung und der ergänzenden zusätzlichen Isolierung besteht. Europäischer Installationsbus (Offenes Kommunikationssystem für das Steuern/Regeln von Beleuchtung, Sonnenschutz usw.). Eine Person mit geeigneter fachlicher Ausbildung, Kenntnissen und Erfahrung, so dass sie Gefahren erkennen und vermeiden kann, die von der Elektrizität ausgehen können (DIN VDE ). Alle einander zugeordneten elektrischen Betriebsmittel für einen bestimmten Zweck und mit koordinierten Kenngrößen. Alle Gegenstände, die zum Zweck der Erzeugung, Umwandlung, Übertragung, Verteilung und Anwendung von elektrischer Energie benutzt werden, z. B. Maschinen, Transformatoren, Schaltgeräte, Messgeräte, Schutzeinrichtungen, Kabel und Leitungen, Stromverbrauchsgeräte. Betriebsmittel, die dazu bestimmt sind, elektrische Energie in andere Formen der Energie umzuwandeln. Einbruchmeldeanlagen Elektromagnetische Verträglichkeit. Gebäudeleittechnik.

26 TP13/I - 12 Begriffe und Definitionen Schwachstellenanalyse Kabelkanal Kabel-/Leitungssystem Kurzschlussstrom LON Nennspannung RWA Schnittstelle Schutzart Schutzklasse SMI SPS Stromkreis TGA Unterwiesene Person Übergabepunkte VDE VDS Kanal oberhalb des Erdbodens oder im Erdreich. Kann offen, belüftet oder geschlossen sein, mit Abmessungen, die den Zutritt von Personen nicht zulassen, aber die Zugänglichkeit zu den Rohren und/oder Leitungen auf ihrer ganzen Länge während und nach der Verlegung ermöglichen. Gesamtheit eines oder mehrerer Kabel oder Leitungen oder Stromschienen und deren Befestigungsmittel sowie ggf. deren mechanischen Schutz. Ein Überstrom, verursacht durch eine direkte Verbindung mit kleinem Widerstand zwischen aktiven Leitern unterschiedlichen Potenzials. Local Operating Network (Offenes Kommunikationssystem für das Steuern/Regeln von Beleuchtung, Sonnenschutz usw.). Elektrische Spannung, mit der ein elektrischer Verbraucher laut Typenschild betrieben wird. Rauch- und Wärmeabzugs-Anlage. Teil eines Systems, das für die Kommunikation zuständig ist. Klasseneinteilung, die Schutzgrade gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Feuchtigkeit bzw. Wasser über Kennziffern festlegt (IP XX). Die Schutzklasse ist ein Konstruktionsmerkmal eines Gerätes für die Sicherheit gegen gefährliche Körperströme (Klasseneinteilung I, II oder III). Standard Motor Interface (Offene Schnittstelle für die Ansteuerung von Jalousieantrieben). Speicherprogrammierbare Steuerung. Alle elektrischen Betriebsmittel einer Anlage, die von demselben Speisepunkt versorgt und durch dieselbe Überstrom-Schutzeinrichtung geschützt wird. Technische Gebäudeausrüstung Person, die durch Elektrofachkräfte ausreichend unterrichtet wurde, so dass sie Gefahren vermeiden kann, die von der Elektrizität ausgehen können (DIN VDE ). Räumliche Position/Lage, an der die Schnittstelle zwischen den Gewerken Fenster-, Fassaden-, Türenbau und der E- lektro-/gebäudetechnik definiert ist. Verband der Elektrotechnik Verband Deutscher Schadensversicherer

27 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Gefahren des elektrischen Stromes und Wirkung auf den Menschen TP13/I Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) 5.1 Gefahren des elektrischen Stromes und Wirkung auf den Menschen Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass bei einer VDE und Berufsgenossenschaft (BG)-konformen Ausführung der elektrischen Anlagen im Regelbetrieb keine Gefahren entstehen. Jedoch können durch unsachgemäßen Gebrauch und mangelhafte Wartung Gefahren für den Errichter, Betreiber und unbeteiligte Personen entstehen. Im Fehlerfall eines Betriebsmittels, eines Schaltschranks oder eines Stromkreises können folgende Gefährdungen entstehen. Gefährlicher Körperstrom, Verbrennungen des menschlichen Körpers (Ursache z. B. Lichtbogen), Brandgefahr (Ursache z. B. Lichtbogen, Kurzschluss, Verlustwärme), Explosionsgefahr (Ursache z. B. Schaltfunke), Elektrodynamische Wirkung (Ursache z. B. Kurzschluss), Elektrochemische Korrosion (Ursache z. B. vagabundierender Gleichstrom). Um entsprechende Schutzmaßnahmen vorzusehen, dient DIN VDE 0100 (insbesondere Teil 410 Schutzmaßnahmen Schutz gegen gefährliche Körperströme) als besonders wichtige Norm. Grundsätzlich dürfen elektrische Anlagen, die mit Niederspannung betrieben werden (U > 50 VAC (Wechselspannung) bzw. U > 120 VDC (Gleichspannung)) nur von einer Elektrofachkraft in Betrieb genommen werden. In diesem Zusammenhang versteht man unter einer Inbetriebnahme die Installation mit der anschließenden Erstinbetriebnahme der entsprechenden Anlage bzw. des Systems und den damit verbundenen Arbeiten. Für Anlagen mit Schutzkleinspannung (siehe 5.4) ist das Gefährdungspotenzial erheblich reduziert. Somit können auch in der Regel Nicht-Elektrofachkräfte die Arbeiten durchführen. Es muss sich hierbei allerdings um eine unterwiesene Person handeln. (Näheres siehe DIN VDE [11]). Bei zusätzlichen Gefahren (z. B. Absturzgefahr) muss die Situation vor Ort neu eingeschätzt und ggf. eine Elektrofachkraft beauftragt werden. 5.2 Überprüfung der elektrotechnischen Anlagen Nach der erfolgten Übernahme durch den Betreiber und der damit verbundenen normkonformen Ausführung durch den Auftragnehmer sind die elektrischen Anlagen in regelmäßigen Zeiträumen erneut zu prüfen, um eventuellen Gefährdungen vorzubeugen. Laut DIN VDE 0105 sind elektrische Anlagen in gewissen Zeitabständen (siehe Tabelle 5) zu überprüfen. Dies kann entweder durch eine beauftragte Elektrofachkraft (beispielsweise durch einen Wartungsvertrag), oder durch einen Betriebselektriker erfolgen. Die Prüfungen sind vor der ersten Inbetriebnahme und nach einer Änderung oder Instandsetzung und in nachfolgenden Zeitabschnitten durchzuführen. Auf Verlangen der Berufsgenossenschaft ist ein Prüfbuch zu führen. Diese Maßnahmen gelten hauptsächlich für den gewerblichen Bereich. Allerdings sind auch Vermieter dazu verpflichtet, für die elektrische Sicherheit in diesem Rahmen zur sorgen.

28 TP13/I - 14 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Schutzarten elektrischer Betriebsmittel nach DIN EN Tabelle 5 Prüffristen elektrotechnischer Anlagen nach DIN VDE 0105 Anlage/BM Prüffrist Art der Prüfung Prüfer Elektrische Anlagen und Betriebsmittel 4 Jahre VDE 0100 Gruppe 700 ortsfest 1 Jahr Ortsveränd. BM Baustellen 1 Jahr Auf ordnungsgemäßen Zustand Elektrofachkraft Anschlussleitungen und Stecker 2 Jahre RCD (FI) täglich Bei Geräten ist auf sichtbare Schäden zu achten. Die Erhaltung der einwandfreien Beschaffenheit kann z. B. zu den Aufgaben des Sicherheitsingenieurs eines Industriebetriebes gehören; aber auch die Hausfrau ist gefordert, die ein elektrisches Küchengerät betreibt. Der Betreiber muss eine Elektrofachkraft beauftragen, aufgetretene Schäden zu beseitigen und den ordnungsgemäßen Zustand wieder herzustellen. 5.3 Schutzarten elektrischer Betriebsmittel nach DIN EN Durch die Schutzarten, die durch die DIN EN [12] definiert sind, wird die Forderung der DIN VDE 0100 für den Schutz gegen direktes Berühren sichergestellt. Darüber hinaus beschreibt die Schutzart den Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser. Hierzu wird die Schutzart mit den Buchstaben IP bezeichnet, wobei die erste Zahl den Berührungs- und Fremdkörperschutz und die zweite Zahl den Wasserschutz darstellt. Nach Abbildung 2 werden die entsprechend notwendigen Schutzarten zusammengesetzt. Beispiel: IP 54 Folglich sind ein Schutz gegen Staubablagerung und ein Schutz gegen Spritzwasser zu gewährleisten.

29 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Schutzklassen TP13/I - 15 Abbildung 2 Schutzarten nach DIN EN Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Antrieben unter Klimawechsellasten in Abhängigkeit der IP Schutzart sind im Teilbericht II dargestellt. 5.4 Schutzklassen Um elektrische Betriebsmittel bezüglich der vorhandenen Sicherheitsmaßnahmen eindeutig zu kennzeichnen, definiert die DIN EN [13] sogenannte Schutzklassen, die durch ein eindeutiges Symbol dargestellt werden. Für die Einteilung von elektrischen Betriebsmitteln in der Elektrotechnik, im Bezug auf die vorhandenen Sicherheitsmaßnahmen zur Verhinderung eines elektrischen Schlages, werden die Schutzklassen verwendet. Abbildung 3 Schutzklassen nach DIN EN 61140

30 TP13/I - 16 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Schutzklassen Betriebsmittel der Schutzklasse 1 Bei der Umsetzung von Betriebsmitteln bzw. Systemen mit der Schutzklasse 1 sind die äußeren leitfähigen Teile ausschließlich durch eine Basisisolierung zu den aktiven Teilen isoliert. Folglich müssen Systeme mit der Schutzklasse 1 eine Anschlussstelle für einen Schutzleiter besitzen, der entsprechend deutlich gekennzeichnet werden muss. Die Klemmstelle muss den Vorschriften bezüglich des Schutzes gegen Lockerung genügen. Anschlussleitungen für Systeme der Schutzklasse 1 müssen einen Schutzleiter mit entsprechendem Schutzkontakt aufweisen Betriebsmittel der Schutzklasse 2 Für diese Schutzklasse wird zusätzlich zu der Basisisolierung eine Isolierung vorgesehen, die auch den vollwertigen Schutz gegen gefährliche Berührungsströme sicherstellt, wenn durch einen Isolationsfehler die Basisisolierung keinen Schutz mehr bietet. Grundsätzlich werden drei Formen der Schutzisolierung unterschieden: a) Die Schutzisolierumhüllung Alle leitfähigen Teile werden fest und dauerhaft mit einer zusätzlichen Isolierung bedeckt. b) Die Zusatzisolierung Alle äußeren leitfähigen Teile werden von allen gefährlichen Teilen zusätzlich durch eine Isolierung getrennt. c) Die verstärkte Isolierung Alle äußeren und leitfähigen Teile werden mit einer zusätzlichen Isolierung versehen, die einer Basisisolierung und einer Zusatzisolierung gleichwertig ist. Am Anwendungsbeispiel (siehe Abbildung 4) von Fenstern bzw. Fassaden aus Holz oder Kunststoff kann davon ausgegangen werden, dass die Schutzklasse 2 durch den Werkstoff gewährleistet wird, sobald elektrische Leitungen im Rahmen geführt werden. Ausnahmen bilden hierbei Punkte, an denen der Werkstoff sehr dünn ist und Bauteile, die elektrische Leitungen enthalten und einen leitfähigen Werkstoff besitzen. Abbildung 4 Ausführungsformen der Schutzisolierung und exemplarische Umsetzung am Fensterprofil Betriebsmittel der Schutzklasse 3 Hier werden Betriebsmittel eingruppiert, die für den Betrieb mit Kleinspannung konzipiert sind. Kleinspannung wird durch folgende Spannungen definiert:

31 Gefahrenhinweise, Schutzmaßnahmen Schutzkleinspannung TP13/I - 17 max. 50 V für Wechselspannung, max.120 V für Gleichspannung. Es ist hierbei zu beachten, dass diese Grenzwerte für die Leerlaufspannung gelten, wenn die Primärspannung von Schutztransformatoren der Nennspannung entspricht. Besonders wichtig ist hierbei, dass bei der Schutzklasse 3 eine Basisisolierung gefordert wird, die einer Nennspannung von 250 V entspricht. Das genormte Kurzzeichen kann aus Abbildung 3 abgelesen werden. Die Anschlussleitungen besitzen keinen Schutzleiter. 5.5 Schutzkleinspannung Die ältere Bezeichnung der Schutzmaßnahme der Kleinspannung wird heute mit dem Begriff Safety Extra Low Voltage (SELV) bezeichnet. Nach IEC 449 wird der Spannungsbereich 1 angewendet. Dieser umfasst einen Effektivwert der Wechselspannung zwischen aktivem Leiter und Erde von maximal 50 V AC und eine oberschwingungsfreie Gleichspannung von maximal 120 VDC. In Bereichen, bei denen das Gefahrenpotenzial höher ist, werden niedrigere maximale Spannungswerte vorgeschrieben (Bsp. 25 V AC und 60 VDC bei Tierhaltung). Eine Erdung von metallischen Gehäusen darf nicht erfolgen. Falls aus betrieblichen Gründen eine Erdung notwendig ist, wird von der Protective Extra Low Voltage (PELV) gesprochen. Grundsätzlich soll dadurch von der Spannung selbst keine Gefahr ausgehen. Dies hängt allerdings zusätzlich von den Umgebungsbedingungen ab. Beispielsweise durch die Feuchtigkeit von Schwimmbädern oder bei Kinderspielzeug müssen niedrigere Spannungen eingehalten werden. Des Weiteren ist eine sichere Trennung der Netze im Transformator (zwischen Primärseite (230 V) und Sekundärseite (z. B. 24 V) wichtig. Bei der Verlegung von Schutzkleinspannung ist darauf zu achten, dass die Leitungen nicht mit Leitungen der Spannung 230 V gemischt werden und dass kein gemeinsamer Nullleiter verwendet wird. Somit ergibt sich als Konsequenz für den Fenster-, Fassaden und Türenbau, dass eine durchgehende Verwendung der Spannung von 24 VDC bei Antrieben und ansonsten die Einhaltung der Schutzkleinspannung (SELV) sinnvoll ist, da ansonsten die beschriebenen Randbedingungen beachtet werden müssen.

32 TP13/I - 18 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Datenerhebung von eingesetzten elektr. Produkten 6 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) 6.1 Datenerhebung von eingesetzten elektr. Produkten Um einen Überblick über die momentan im Fenster- und Fassadenbau eingesetzten elektronischen Komponenten zu erhalten, wurde eine entsprechende Umfrage bei den Projektpartnern durchgeführt. Hierfür wurden zwei separate Fragebögen für Antriebe sowie Sensoren entwickelt. Die Abfragefelder der Bögen listen die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen der Produkte auf, die für die Analyse im Rahmen dieses Vorhabens benötigt wurden. Insgesamt war ein Rücklauf von ca. 70 ausgefüllten Fragebögen zu verzeichnen. Im Rahmen dieses Projektes soll keine detaillierte Darstellung der Auswertung erfolgen. Die Informationen aufgrund der Umfrage gingen direkt in die Bearbeitung der einzelnen Fragestellungen (z. B. typische Querschnitte von Leitungen, Untersuchungen von Schutzarten etc.) ein. Hierfür konnte mit der durchgeführten Umfrage eine sehr gute Grundlage geschaffen werden. Die an die Projektpartner übermittelten Fragebögen sind in Abbildung 5 und Abbildung 6 dargestellt. Eigenschaften des Antriebs: Produktbezeichnung / Marktrelevanz Produktbezeichnung: Wirkungs- / Funktionsweise Spindelantrieb Kettenantrieb Zahnstangenantrieb Rohrmotor Einsatzbereich Kippen Fenster/Tür Drehen Fenster/Tür Verriegelung Fenster/Tür Verschattung Marktrelevanz Hoch mittel niedrig Andere,... Andere,... Einbauort (Klima) Einbaulage des Antriebs Temperatureinsatzbereich Außenklima bewittert Außenklima witterungsgeschützt Zwischenklima (z.b. Fensterfalz) Raumklima Montage aufgesetzt (wird auf das Profil aufgeschraubt) verdeckt (wird in das Profil eingelassen) Horizontal (Dachflächenfenster) Vertikal (Fenster, Fassade) beliebig Min: C Max: C Anwendbarkeit universell (kann bei beliebigen Profilen eingesetzt werden) bestimmtes Profilsystem ( kann nur in Verbindung mit bestimmten Systemen eingesetzt werden) Abmessungen (BxTxH) Hub / Öffnungsweite Bemessungslast (Nennkraft, Nenn-Drehmoment) Öffnen: Schließen: Zuhaltekraft (ohne Verriegelung des Fensters) Kraft zum Auslösen (bei einer integrierten Sicherheitsfunktion) Min: N Max: N Lärmentwicklung, Geräuschpegel Min: Max: Spannungsversorgung Strom-, Geschwindigkeit Leistungsaufnahme 230 VAC Standby: Leerlauf: 24 VDC Betrieb: andere, welche:... Maximal: bei Bemessungslast: Im Antrieb integrierte Elektronik nein Ja : Typ 1: Typ 2: Typ 3: Wenn Typ 2 oder Typ 3, welche Bustechnik: LON EIB, Andere,... Lastabschaltung Nein Ja Schutzklasse Schutzart Endabschaltung 0 I Auf zu IP... Endschalter II III Externe Abschaltung Weggeber Anschlussleitungen vorhanden Nein Ja : Leitungstyp: Gesamtquerschnitt: mm² Adernanzahl: Länge: UV Beständig: Nein, Ja lösbar Nein Ja : am Gerät in der Leitung an andern Stellen, wo... Stecker vorhanden Nein Ja : Typ: Querschnitt: mm² Kontaktanzahl: Schutzart: IP... UV Beständig: Nein, Ja Wartungsintervall Eigene Ergänzungen Monate: db db Abbildung 5 Fragebogen zur Analyse der Antriebe

33 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren TP13/I - 19 Eigenschaften der Sensoren: Produktbezeichnung / Marktrelevanz Produktbezeichnung: Wirkungs-/Funktionsweise Induktiv Kapazitiv Infrarot Funk Einsatzbereich Benutzerschutz Einbruch Öffnungszustand Umwelteinflüsse Bedienung Andere,... Marktrelevanz Hoch mittel niedrig Andere,... Einbauort (Klima) Einbaulage des Sensors Temperatureinsatzbereich Außenklima bewittert Außenklima witterungsgeschützt Zwischenklima (z.b. Fensterfalz) Raumklima Montage aufgesetzt (wird auf das Profil aufgeschraubt) verdeckt (wird in das Profil eingelassen) Abmessungen (BxTxH) Spannungsversorgung 230 VAC 24 VDC andere, welche:... Horizontal Vertikal beliebig Min: C Max: C Anwendbarkeit universell (kann bei beliebigen Profilen eingesetzt werden) bestimmtes Profilsystem ( kann nur in Verbindung mit bestimmten Systemen eingesetzt werden) Kraft zum Auslösen Sind bewegliche Teile am (falls Kraftbetätigung) Sensor vorhanden Min: N nein Max: N Ja, welche: Strom-, Leistungsaufnahme Integrierte Busfähigkeit Standby: nein Betrieb: ja : LON EIB, Maximal: Andere,... Schutzklasse Schutzart Signalausgang 0 I II III IP... Signalübertragung Drahtgebunden Funk Anschlussleitungen vorhanden Nein Ja : Typ: Gesamtquerschnitt: mm² Adernanzahl: Länge: UV Beständig: Nein, Ja lösbar Nein Ja : am Gerät im Kabel Stecker vorhanden Nein Ja : Typ: Querschnitt: mm² Kontaktanzahl: Schutzart: IP... UV Beständig: Nein, Ja Wartungsintervall Eigene Ergänzungen Monate: 0-10V (0)4..20 ma Kontakt Andere,... Abbildung 6 Fragebogen zur Analyse der Sensoren Zusätzlich erfolgte zu Beginn und im Fortgang des Projektes die Ermittlung von relevanten Daten und Eigenschaften über eine entsprechende Internetrecherche. Sehr viele Informationen über die Produkte werden durch die Hersteller im Internet veröffentlicht. Allerdings ist festzustellen, dass für ein und die gleiche Eigenschaft eines Produktes unterschiedliche Begriffe benutzt werden. Dies erschwert zum einen eine entsprechende Analyse. Gravierender erscheint jedoch die Verwirrung, die hierdurch bei Nichtfachleuten und im Rahmen einer Ausschreibung entsteht. Es wäre wünschenswert, wenn mit einer einheitlichen Nomenklatur Abhilfe geschaffen werden könnte. 6.2 Aktoren Elektromotorische Fensterbetätigung Grundsätzliche Unterscheidung Im folgenden Kapitel wird eine kurze Übersicht aufgezeigt. Weiterführende Informationen können dem VFF Merkblatt KB.02: entnommen werden. In folgenden Bereichen wird die elektromotorische Fensterbetätigung aus Gründen der Bedienung oder der erzwungenen Öffnung verwendet: Kontrollierte bzw. natürliche Be- und Entlüftung, Entrauchung durch Öffnung von definierten Fenstern (RWA),

34 TP13/I - 20 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren Betätigung schwer erreichbarer Fenster (z. B. in Dächern oder Atrien) bzw. zur Erleichterung der Bedienung für Menschen mit Handikap (z. B. Menschen mit Behinderung, ältere Menschen). Grundsätzlich können folgende Antriebsarten unterschieden werden: Kettenantriebe, Spindelantriebe, Schubstangenantriebe, Sonderantriebe Anforderungen Bei der Verwendung von kraftbetätigten Fenstern ist das VFF Merkblatt KB.01 Kraftbetätigte Fenster [14] zu berücksichtigen. Insbesondere für die RWA werden spezielle Anforderungen gestellt, die neben den gesetzlichen Regelungen (Landesbauordnung) auch die Norm DIN als Grundlage voraussetzen. Weitere Informationen geben dazu Veröffentlichungen des ZVEI Fachkreis e- lektromotorisch betriebene RWA [15] [16]. Nachfolgend sind die wesentlichsten Punkte genannt, die bei der Planung und Ausführung von RWA zu berücksichtigen sind: die erforderliche Hubkraft unter Berücksichtigung des Flügel- bzw. Fenstergewichts mit der örtlichen Schnee- und Windlast, der erforderliche Öffnungswinkel unter Berücksichtigung des geforderten Rauchabzugsquerschnitts, eine eventuell notwendige Verkabelung in Funktionserhalt (wenn sich z. B. die RWA-Zentrale nicht in demselben Brandabschnitt befindet Rollladen- bzw. Jalousiesysteme und Verdunklungsanlagen Dieses Kapitel dient als Überblick über die systematische Thematik. Weiterführende Informationen können im VFF Merkblatt KB.02: nachgeschlagen werden Aufgabe Die Aufgabe von Sonnenschutzsystemen, wie z. B. Lamellen, Markisen, Jalousien oder feststehende Systeme besteht darin, dass direkte Sonneneinstrahlung nicht in den entsprechenden Raum trifft. Systeme, die sowohl den Sonnenschutz übernehmen als auch im oberen Teil eine Lichtlenkungsfunktion für die energieeffiziente Ausleuchtung des Raumes mit Tageslicht ermöglichen, werden bereits zunehmend in der Praxis eingesetzt. Prinzipiell können diese Systeme außen und von der Raumseite eingesetzt werden. Allerdings ist der Sonnenschutzeffekt bei der Anbringung außen größer. Rollläden bieten sowohl einen Sonnenschutz als auch einen Sichtschutz. Sonnenschutzsteuerungen bzw. Regelungen übernehmen die Aufgabe, die Anlagen dem Sonnenstand optimal nachzuführen. Dabei werden Einzel-, Gruppenund Gebäudelösungen unterschieden. Für die Regelung auf vorgegebene Sollgrößen werden Sensoren eingesetzt, welche die Wetterbedingungen (Helligkeit, Wind, Temperatur, Niederschlag) ermitteln und die entsprechenden Daten der Steuerung bzw. der Regelung zu Verfügung stellen.

35 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren TP13/I Anforderungen Die Anforderungen an die elektrischen Bauteile und an die Komplexität der Regelung von Rollladen- bzw. Jalousiesystemen und Verdunkelungsanlagen werden durch die geplante Funktionalität bestimmt. Dabei können individuelle Sonnenschutzsteuerungen oder auch Bus-Steuerungen eingesetzt werden (siehe 6.2.3). Die verwendeten Elektroantriebe müssen speziellen Normen und Richtlinien entsprechen (siehe Anhang 2) Anschlüsse Hierbei werden im Regelfall steckbare Kupplungen verwendet. Integrierte Systeme, die das gesamte Fenster bzw. Fassadenelement inklusive Sonnenschutz zu einem System zusammenfassen müssen getrennt betrachtet werden. Durch nachfolgende Kapitel werden verschiedene Konzepte zur Anbindung und Installation von elektrischen Komponenten im Fenster-, Fassaden und Türenbau aufgezeigt Antriebsart Für Rollladen- und Sonnenschutzsysteme sowie Verdunklungsanlagen werden vorrangig Rohrmotoren eingesetzt, um einen möglichst geringen Platzbedarf für den Antrieb zu gewährleisten. Bei einem Rohrmotor handelt es sich um eine platzsparende Motorkonstruktion, die in die entsprechende Welle gesteckt wird (Abbildung 7). Es werden Motoren mit 230 VAC Niederspannung oder 24 VDC Gleichspannung verwendet. Abbildung 7 Beispiel Rohrmotor [Quelle: Somfy] Ansteuerungskonzepte von Antrieben Klassifizierung Bei der Betrachtung der benötigten Platzvorhaltungen bzw. der zu erwartenden Leitungsmassen für die Antriebe im Fenster (Jalousie, Rollladen usw. bzw. Motor zur Fensteröffnung) werden folgende Varianten (Abbildung 8) ausführlich dargestellt, da die entsprechende Ausführung maßgeblich die Anforderungen an die Verkabelung stellt.

36 TP13/I - 22 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren Abbildung 8 Übersicht der Varianten von Ansteuerungskonzepten Fall A Die Ansteuerung erfolgt über einen Schaltaktor (Beispiel EIB) in der Unterverteilung oder in einem Rangierverteiler bzw. durch einen konventionellen Schalter, der die Versorgung eines externen Netzgerätes herstellt und somit die Bewegung des Antriebs ermöglicht. Hierbei findet keine Rückmeldung des Motors zu dem schaltenden Aktor statt. Die Abschaltung erfolgt über einen externen Endschalter bzw. -kontakt, der aktiv für die Laufzeitauswertungen verwendet wird. Die somit erzeugte Rückmeldung wird allerdings nicht von dem Schalter bzw. durch den Aktor ausgewertet, sondern sorgt lediglich für die Abschaltung des Motors, bevor dieser in die Anschlagsposition fährt. Die Abschaltung über die Lastabschaltung ist nur im Ausnahme- bzw. Fehlerfall zulässig, um z. B. die Zerstörung des Sonnenschutzbehangs zu vermeiden. Prinzipiell hat man zum Motor in diesem Fall nur die beiden Schaltdrähte (AUF/AB). Das Netzgerät muss in der Nähe installiert werden, da sonst der Leitungsquerschnitt für die 24 VDC Anbindung zu groß werden würde. Als Variante ist es möglich, dass in Kombination mit dem Netzgerät eine herstellerspezifische Steuerung integriert ist, die z. B. eine spezielle Anfahrstrategie ermöglicht. Abbildung 9 zeigt die detaillierte Graphik von Fall A. Hierbei wird hervorgehoben, dass im Regelfall der Schalter (oder Schaltausgang eines Bussystems) durch das Gewerk Elektroinstallation und der Antrieb mit passendem Transformator durch das Gewerk Fenster-, Fassaden- bzw. Türenbau geliefert werden. Bei der direkten Verwendung eines 230 VAC-Motors gibt es diesen Fall auch dementsprechend ohne Transformator. Die Kennzeichen der Variante A werden wie folgt zusammengefasst: keine Rückmeldung des Motors bzw. der Lage zum Aktor (bzw. Schalter), Abschaltung durch externe Endschalter bzw. Endkontakte,

37 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren TP13/I - 23 die Platzierung des Transformators ist zu beachten, eine Verwendung der Lastabschaltung ist nur im Ausnahmefall bzw. Fehlerfall zulässig, die Einbindung in ein Automationskonzept gestaltet sich schwierig, da die konkrete Rückmeldung über die Position fehlt, keine große Schnittstellenproblematik, da die Lieferumfangsgrenzen relativ eindeutig sind. Abbildung 9 Ansteuerungskonzept Fall A Fall B-1 Hierbei kommuniziert der Aktor direkt mit dem Antrieb. Als Beispiel kann ein speziell für Jalousien entwickelter Jalousieaktor genannt werden. Durch zwei im Motor integrierte Endschalter wird dem Aktor die Position mitgeteilt, in der sich die Jalousie befindet und kann somit als übergreifende Information für weitere Funktionen im Automationsnetz bereitgestellt werden. Allerdings ist dies in den meisten Fällen auf die Position Oben und Unten beschränkt. In manchen Fällen werden auch für diese Anwendung 3 Endschalter benutzt. Für die Anbindung zwischen Motor und Aktor ist mit bis zu 5 Adern zu rechnen (AUF/AB/AUS/N/PE). Durch Abbildung 10 wird der Fall B-1 aufgezeigt, wobei in der Variante 1 davon ausgegangen wird, dass der busfähige Jalousieaktor durch das Gewerk Elektroinstallation bereitgestellt wird. Bei der Variante 2 werden sowohl die Antriebe als auch der zugehörige busfähige Aktor vom Gewerk Fenster-, Fassaden-, Türenbau geliefert. Die Kennzeichen der Variante B-1 werden wir folgt zusammengefasst: Rückmeldung an den Aktor durch interne Endschalter, die Einbindung in ein Automationskonzept wird durch die Kommunikation der Endlagenschalter mit dem Aktor vereinfacht, die Schnittstellenproblematik stellt sich insbesondere im Zusammenspiel zwischen Aktor und Motoren dar, wobei dies durch Variante 2 vereinfacht wird, da hier sowohl der Aktor als auch die Motoren aus einer Hand kommen.

38 TP13/I - 24 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren Abbildung 10 Ansteuerungskonzept Fall B1 Fall B-2 Bei dieser Variante soll das Prinzip eines Tandemantriebs verdeutlicht werden. Hierbei ist die Last für einen einzelnen Motor zu hoch. Dadurch müssen zwei Motoren eingesetzt werden, die allerdings synchronisiert laufen müssen. Daher wird die aufgezeigte Verbindung zwischen den beiden Motoren inklusive einer Synchronisationssteuerung benötigt. Diese Variante des Tandemantriebs ist auch für die Varianten A und C denkbar. Allerdings wäre bei der Variante C die Verbindung der Motoren untereinander nicht nötig, da durch die Buskommunikation sämtliche Daten bzw. Stellungen und damit die Synchronisation direkt über Bus abgeglichen werden kann. Die grundsätzlichen Zusammenhänge und die Gewerkezuordnung aus Abbildung 11 verhalten sich entsprechend wie bei Fall B-1. Die Kennzeichen der Variante B-2 werden wie folgt zusammengefasst: Rückmeldung an den Aktor durch interne Endschalter, die Einbindung in ein Automationskonzept wird durch die Kommunikation der Endlagenschalter mit dem Aktor vereinfacht, die Schnittstellenproblematik stellt sich hier insbesondere im Zusammenspiel zwischen Aktor und Motoren dar, wobei dies durch Variante 2 vereinfacht wird, da sowohl der Aktor als auch die Motoren aus einer Hand kommen. die Synchronisationssteuerung muss durch das Gewerk Fenster-, Fassaden-, Türenbau auf den entsprechenden Anwendungsfall abgestimmt werden.

39 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren TP13/I - 25 Abbildung 11 Ansteuerungskonzept Fall B2 Fall C In dieser Variante ist der Jalousieantrieb kommunikativ ausgeführt, d. h. dass er selbst ein Bus-Teilnehmer ist und Telegramme empfangen und senden kann. Somit kann der Jalousiemotor positionsgenau angesteuert werden und gibt diese positionsgenaue Rückmeldung wieder auf das Bus-System, die dann auf einer Gebäudeleittechnik visualisiert werden kann. Für die Anbindung werden die Busleitung und die Versorgungsleitung benötigt. Somit ist weder eine zwischengeschaltete Spannungsversorgung noch ein Aktor mehr nötig. Je nach Systemstruktur können mehrere Motoren zusammengefasst bzw. durchgeschleift werden. Durch Abbildung 12 wird deutlich, dass lediglich noch der busfähige Antrieb durch das Gewerk Fenster-, Fassaden-, Türenbau bereitgestellt wird. Durch das Gewerk Elektroinstallation wird lediglich noch die Parametrierung bzw. die Programmierung durchgeführt. Die Kennzeichen der Variante B-2 werden wie folgt zusammengefasst: der Motor selbst besitzt die Intelligenz zur Anbindung an das Bussystem, positionsgenaue Rückmeldung an das Automationssystem, die Schnittstellenproblematik beschränkt sich auf die einheitliche Verwendung desselben Bussystems, mehrere Motoren sind je nach Systemstruktur durchschleifbar. Abbildung 12 Ansteuerungskonzept Fall C

40 TP13/I - 26 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren Empfehlungen Sowohl Fall A als auch die Fälle B-1 und B-2 werden in der Praxis regelmäßig eingesetzt. Falls bei Fall A seitens des Gewerks Fenster-, Fassaden- und Türenbau der passende Transformator eingesetzt wird, gibt es kaum Schnittstellenprobleme. Ein wesentliches Problem kann die Ansteuerung mit einem Schaltausgang eines Bus-Systems sein, da die Rückmeldung des Motors fehlt, dadurch ein wiederholendes Signal auf den Motor gesendet werden kann und damit der Verschleiß erhöht wird. Falls bei Fall B die Variante 1 gewählt wird, muss darauf geachtet werden, dass die beiden Gewerke genau aufeinander abgestimmt sind, da z. B. manche Jalousiefunktionen nur mit bestimmten Jalousieaktoren gegeben sind. Bei Variante 2 muss eine ebenso konkrete Abstimmung der Gewerke erfolgen, da ansonsten die Gefahr besteht, dass seitens des Gewerks Fenster-, Fassaden-, Türenbau das falsche Bussystem bzw. die falsche Schnittstelle geliefert wird. Bei Fall C muss darauf geachtet werden, dass derselbe Bus bzw. dasselbe Protokoll verwendet wird. Nach Möglichkeit sind offene Bussysteme bzw. Protokolle (herstellerunabhängig) zu verwenden. Zusammenfassend sollen durch Tabelle 6 alle Varianten nochmals kurz aufgezeigt werden, um diese nach den Kriterien der Schnittstellenproblematik und der Einbindungsmöglichkeit in das Gesamtsystem grob zu bewerten. In diesem Zusammenhang gilt: schlecht: normal: 0 gut: + Tabelle 6 Zusammenfassung Varianten Fall Kurzbeschreibung Bewertung Schnittstellenproblematik Bewertung Einbindung in das Gesamtsystem A keine Rückmeldung an den Aktor Abschaltung durch externe Endschalter Platzierung Transformator zu beachten Lastabschaltung nur im Fehlerfall 0 B-1 Rückmeldung interner Endschalter zur Positionsmeldung direkt an den Aktor Abgrenzung Lieferumfang bezüglich des einzubindenden Aktors (Var 1) 0 (Var 2) + B-2 zusätzliche Synchronisationssteuerung notwendig (Var 1) 0 (Var 2) + C Antrieb besitzt Intelligenz zur Einbindung in das Bussystem Genaue Positionsbestimmung mgl. Mehrere Antriebe schleifbar + + Eine Systemempfehlung kann an dieser Stelle nur schwer getroffen werden, da dies grundsätzlich vom Systemaufbau des jeweiligen Gebäudes abhängt. Der

41 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren TP13/I - 27 Einsatz eines Bussystems bietet sich beispielsweise schon bei der Umsetzung von komplexeren Funktionen an, z.b. flexible Gruppeneinteilungen von Jalousien. Für geringe Antriebszahlen mit lediglich der Funktion AUF/AB bietet sich der Fall A an. Sobald aber komplexere funktionelle Anforderungen vorliegen, sollte lediglich nur noch Fall B oder Fall C angewendet werden. Für die Umsetzung eines mechatronischen Fensters kommt lediglich noch der Fall C in Betracht Elektromotorische Türbetätigung Prinzipelle Einteilung Neben dem offensichtlichen Nutzen, der Komforterhöhung durch automatische Türen deckt das Einsatzspektrum weitere wichtige Bereiche des täglichen Lebens ab. Drei Bereiche sollen kurz aufgezeigt werden: a) Behindertengerechtes Bauen/Seniorengerechtes Bauen Da der Anteil an behindertengerecht errichteten Gebäuden steigt, erhöht sich auch der Bedarf an automatisch betriebenen Systemen in diesem Bereich. Durch die ständige Weiterentwicklung der Sensor- bzw. Sicherheitstechnik wird ein hohes Maß an Sicherheit für behinderte und dementsprechend auch für gesunde Menschen erreicht. Dies geschieht z. B. durch eine kraftsensitive Abschaltung, bei der die Tür in einem ausbalancierten Ruhezustand verharrt, sobald sich ein entsprechendes Hindernis in der Tür befindet. b) Anwendung als Schleuse Automatisch betätigte Türen mit Schleusenfunktion werden z. B. in Kaufhäusern zur Steuerung von Kundenströmen und zur Lärm- und Zugluftvermeidung eingesetzt. In sicherheitskritischen Bereichen erfolgt der Einsatz meist in Kombination mit einer Sicherheitsverriegelung (z. B. eines Kartenlesers o.ä.). c) Zulassung für Flucht- und Rettungswege Nach einer zu erbringenden Zulassung werden automatisch betriebene Türsysteme zur automatischen Freigabe von Fluchtwegen oder zur kontrollierten Entrauchung eingesetzt. Hierbei wird ebenfalls sichergestellt, dass selbst im Fall eines Stromausfalls die Türen ihre festgelegten Positionen einnehmen können, die z. B. durch ein Brandschutzgutachten festgelegt worden sind. In der Praxis tauchen folgende Varianten von automatisch betriebenen Türsystemen auf: Schiebetüren (Ein- oder Zweiflügel, viele Designvarianten, für große Personenströme), Teleskopschiebetüren (große Durchgangsbreite, bedarfsgerechte Öffnungsweite), Raumspartüren (Optimale Raumnutzung, für stark frequentierte Eingänge), Faltflügeltüren (Eignung für schmale Ein- und Durchgänge), Karusselltüren (Drehkreuz mit zwei, drei oder vier Flügeln, verschiedene Stellungen, z. B. Sommerstellung, verriegelt), Bogenschiebetüren (designbetonte Variante), Glasschiebefronten (zur Bereichsabgrenzung mit transparenten Schiebewänden), Drehflügeltüren.

42 TP13/I - 28 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Aktoren Anforderungen Grundsätzlich besitzen automatisch betriebene Türsysteme in der Regel eine Antriebseinheit, eine Steuerung, Bewegungsmelder (Radar oder Infrarot) und Sicherheitseinrichtungen. Neben der automatischen Erkennung und Öffnung der Türen gibt es auch die Möglichkeit einer Betätigung mittels Taster, Schalter, Codeschloss usw. oder durch leichtes Anstoßen der Tür. Die Normung der Anforderungen an die automatischen Türen erfolgt durch die DIN Schlösser und Baubeschläge Automatische Türsysteme. Die Norm ist in Teil 1 und 2 gegliedert: Teil 1: Produktanforderungen und Prüfverfahren [17] Teil 2: Sicherheit an automatischen Türsystemen [18] Moderne Systeme vereinigen Sensoren zur eigentlichen Türöffnung und zusätzlich Sensoren zur sicheren Benutzung der Türen in einem designorientierten Ansatz. Abbildung 13 zeigt ein Beispiel aus der Praxis für den Einsatz an Drehflügeltüren. Hierbei sind in der Sensorikleiste zwei Radargeräte zur Türansteuerung sowie zwei Sensoren, die eine sichere Benutzung der Tür gewährleisten, integriert. Abbildung 13 Sensorikleiste für den Einsatz an Drehflügeltüren [Fa. Dorma] Spezielle Anforderungen gelten für den Einsatz von automatisch betriebenen Türen in Flucht- und Rettungswegen und insbesondere bei erforderlicher Brandschutzfunktionalität. Im Bereich der Prüfung und Zertifizierung von Flucht- und Rettungswegtüren weist z. B. der TÜV nach den Richtlinien des Deutschen Instituts für Bautechnik in Berlin die Eignung nach. Beim Einsatz eines Antriebs in einer Tür, die als Brandschutzelement fungiert (z. B. T30 feuerbeständige Türe mit 30-minütiger Widerstandszeit), muss dieser nach DIN baumustergeprüft sein. Lediglich mit solch einem Eignungsnachweis ist die Verwendung in einer Feuer- und Rauchschutztür zulässig.

43 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Sensoren TP13/I Schnittstelle Fassade In diversen Anwendungsfällen können elektromotorisch betriebene Türsysteme funktionell mit den Fenstern bzw. der Fassade zusammenhängen. Beispiele hierfür sind: die Nachtlüftung, bei der für die Durchströmung entsprechender Bereiche sich ausgewählte Türen öffnen müssen. eine Öffnung von Türen als Nachströmöffnung im Brandfall. Das automatische Schließen von Türen (Brandschutztüren) ist hierbei allerdings eher der Regelfall. 6.3 Sensoren Schaltkontakte (Meldekontakte) Zweck der Schaltkontakte Im Bereich von Fenstern, Fassaden und Türen werden Schaltkontakte häufig als Zustandsmelder, d. h. zur Anzeige, ob das Fenster geschlossen, gekippt bzw. geöffnet ist eingesetzt. In Verbindung mit motorisch betriebenen Stellventilen für beispielsweise die Heizkörper in dem entsprechenden Raum können diese bei geöffnetem Fenster geschlossen werden, um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden. Beim Einsatz der Schaltkontakte in Alarmanlagen müssen die Richtlinien zur VdS-Zulassung berücksichtigt werden. Bei den Schaltkontakten handelt es sich im Regelfall um berührungslos wirkende Magnetschaltkontakte (Reedkontakte), die durch einen Kontaktgeber (Magnet) ausgelöst werden, oder um mechanische Kontakte (Riegelschaltkontakte) Anschlussleitung In der Regel werden Schaltkontakte über eine fest verbundene Anschlussleitung aufgeschaltet. Um eine VdS-Zulassung zu gewährleisten, darf die maximale Länge von 25 m nicht überschritten werden. Eine Verlängerung ist nur mit einer speziellen Dose mit VdS-Zulassung möglich. Des Weiteren dürfen die Adern nicht gekennzeichnet sein und müssen eine weiße Aderfarbe besitzen Sensorenübertragung auf Funkbasis Alternativ zu Kontakten mit fest verbundener Anschlussleitung sind von verschiedenen Herstellern Schaltkontakte auf Funkbasis verfügbar. Auf diese Technologie wird vor allem im Bereich der Nachrüstung und für schwierige Installationen (z. B. Denkmalschutz) zurückgegriffen, da der gesamte Verkabelungsaufwand stark minimiert wird. Neben Systemen mit Batterieversorgung gibt es mittlerweile schon Systeme, die eine autarke Betriebsversorgung durch Solarzellen (Abbildung 14) oder durch den piezoelektrischen Effekt besitzen.

44 TP13/I - 30 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Anwendungen im Glas Beispiele für Funksensoren sind: mit Batterie: Fensterkontakt, Raumtemperaturregler, Fernbedienungen, Steckdosensteuerung, Taster, [ ]. autarke Versorgung: Fensterkontakt (Solar), Raumregler (Solar), Taster (Piezo), Helligkeitssensor (Solar), Fenstergriff (Drehbewegung), [ ]. Abbildung 14 Autarker Funk-Fensterkontakt mit Solarzelle [EnOcean] 6.4 Anwendungen im Glas Alarmschleifen/Alarmglas Hierbei handelt es sich um einen Sensor für ESG-Scheiben. Üblicherweise wird die Außenscheibe mit einer Alarmschleife versehen, die sich im festen Verbund mit der Scheibe befindet. Wird nun die Scheibe angegriffen, reißt die Leiterschleife und der angelegte Ruhestrom wird unterbrochen. Folglich wird der Alarm ausgelöst Aktiver Glasbruchmelder Verglasungen aus Verbund-Sicherheitsglas (VSG), Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) sowie drahtverstärktem Glas haben grundsätzlich ein anderes Bruchverhalten als herkömmliches Float-Glas. Neben der Alarmschleife gibt es als noch zuverlässigeres System den aktiven Glasbruchmelder, der die Glasfläche aktiv in Schwingungen versetzt, um das Schwingungsverhalten zu analysieren. Als zweites Prüfkriterium wird die Glasfläche nach einer relevanten Bruchfrequenz überwacht. Beide Kriterien sind miteinander verknüpft, so dass eine zuverlässige Lokalisierung möglich ist.

45 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Anwendungen im Glas TP13/I Akustischer Glasbruchmelder Komplexere Glasstrukturen wie z. B. geteilte Glasflächen lassen sich konventionell schwierig überwachen. In diesem Fall kann man auf einen akustischen Glasbruchmelder zurückgreifen, der sowohl den Bruch einer Glasscheibe als auch das Auftreffen der Glassplitter mit einer typischen Frequenzsignatur vergleicht. Hierbei wird nicht nur die Frequenz analysiert, sondern auch der zeitliche Ablauf der Ereignisse Allgemeine Anforderungen an Alarmschleifen und Glasbruchmelder Kommen die Kontakte in Verbindung mit zugelassenen Einbruchmeldeanlagen zum Einsatz, sind die jeweiligen Richtlinien der VdS Schadenverhütung GmbH, Köln einzuhalten (Anlage 2). VdS-geprüfte Komponenten können mit beliebigen Anlagen kombiniert werden, die ebenfalls eine VdS-Zulassung vorweisen müssen. Alarmgläser sind vorzugsweise mit VdS-anerkannten, einbruchhemmenden Ausführungen zu verwenden. Der Sitz des sichtbaren Glasbruchmelders ist bereits während der Planung zu berücksichtigen. Abgeleitet vom Sitz des Melders sind der Verlauf und der Leitungsübergang mit den entsprechenden Gewerken (Fassade bzw. Tür) festzulegen. Wie schon in Kapitel erwähnt, dürfen die Adern der Anschlussleitung nicht gekennzeichnet sein und müssen eine weiße Aderfarbe besitzen Isolierglas mit integriertem Sonnenschutz Als architektonisch und technisch anspruchsvolle Variante gibt es auf dem Markt Jalousien bzw. Foliensysteme, die direkt im Scheibenzwischenraum des Isolierglases angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist der Sonnenschutz unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Wind und Regen. Aufgrund des Einbaus des Systems ins hermetisch verschlossene Isolierglas kommt der Dauerhaftigkeit der Systeme eine besondere Bedeutung zu. Bei Versagen ist es in der Regel nicht möglich, nur den Sonnenschutz zu wechseln; es ist notwendig, das komplette Isolierglas auszutauschen. Die Prüfung und Bewertung der Dauerfunktion sowie der energetischen und weiterer Eigenschaften kann anhand der ift- Richtlinie VE-07/2 durchgeführt werden. Die Systeme werden in der Regel mit 24 VDC Gleichspannung betrieben. Da die Motoren bzw. Elektronik der Systeme oft mit entsprechenden Sensoren (z. B. Inkrementalgeber) zur Bestimmung bzw. Rückmeldung der Lamellenposition/-stellung ausgestattet sind, ist es u. U. notwenig, spezielle Motorsteuergeräte und Netzteile zu verwenden. Diese werden in der Regel vom Hersteller des Komplettsystems mitgeliefert. Über diese erfolgt auch in der Regel die Einbindung in die Gebäudeleittechnik mittels Bussystemen. Eine direkte Ansteuerung bzw. Spannungsversorgung über die zentrale Gebäudetechnik kann daher nicht immer umgesetzt werden. Speziell bei hochreflektierenden Systemen wie z. B. Lichtleitsystemen ist eine exakte Positionierung des Lamellenwinkels notwendig. Zusätzlich enthalten diese Module oft spezielle Softwareoptionen, mit denen z. B. eine automatische Sonnenstandsnachführung oder entsprechende Zeitprogramme möglich sind.

46 TP13/I - 32 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Sonstige Anwendungen Werden keine vom Hersteller geprüften Steuergeräte bzw. Netzteile verwendet, so ist es notwendig, die Verträglichkeit der Komponenten zu prüfen Beheizbares Glas Vergleichbar mit der Scheibenheizung in einem PKW existieren auch beheizbare Scheiben im Gebäudebereich. Die Erwärmung bzw. Heizung erfolgt durch eine leitfähige Beschichtung, die auf der dem Scheibenzwischenraum zugewandten Seite der inneren Scheibe aufgebracht ist. Durch Anlegen einer Spannung an diese Schicht erwärmt diese sich und somit auch die innere Glasscheibe. Diese gibt die Wärme zum größten Teil über Strahlung als auch zusätzlich über Konvektion an den Innenraum ab. Zur Ansteuerung müssen in der Regel speziell hierfür entwickelte Steuergeräte verwendet werden. Diese übernehmen auch die Leistungsregelung, die über die Messung der Lufttemperatur oder die Messung der Glasoberflächentemperatur oder aus einer Kombination von beiden Möglichkeiten erfolgt. Die elektrische Leistungsaufnahme der beheizbaren Gläser kann hierbei zwischen ca. 20 W/m 2 und ca. 800 W/m 2 betragen. Der notwendige Leistungsbedarf hängt hierbei stark von der speziellen Anwendung ab und wird auch u. a. durch die Größe der Glasscheiben beeinflusst. 6.5 Sonstige Anwendungen Elektrische Türöffner Auswahl Je nach beabsichtigter Funktion gibt es verschiedene Varianten von elektrischen Türöffnern. Beispielsweise muss überprüft werden, ob Türöffner nach dem Arbeitsstrom- oder dem Ruhestromprinzip eingesetzt werden sollen. Während beim Arbeitsstromprinzip die Tür nur unter anliegender Spannung geöffnet werden kann, ist beim Ruhestromprinzip die Tür solange versperrt bis der Strom unterbrochen wird. Für elektrische Türöffner existiert keine explizite Norm. Nähere Informationen können dem VFF Merkblatt KB.02: entnommen werden Türöffner in Rauchschutztüren oder Brandschutztüren Im Spezialfall eines Türöffners in Rauchschutz- oder Brandschutztüren sind diese nach dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) Berlin (4/1989) nur für folgende Bedingungen zulässig: a) wenn der verwendete Türöffner geprüft und zulässig für Rauch- oder Brandschutztüren ist; b) wenn dieser nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitet und c) wenn dessen Einbau bei der Herstellung der Tür erfolgt (bei nachträglichem Einbau erlischt die Zulassung der Tür!). Der Einbau des Türöffners bedarf somit der zeichnerischen Festlegung, die von der entsprechenden Prüfstelle genehmigt wird.

47 Elektrische Bauteile im Fenster- und Fassadenbau Sonstige Anwendungen TP13/I Anschluss Elektrische Türöffner werden überwiegend ohne Anschlussleitung geliefert. Vor der Montage des elektrischen Türöffners müssen die Türen verkabelt werden. Elektrische Türöffner ohne Zusatzfunktionen benötigen üblicherweise eine 2-adrige Anschlussleitung. Für zusätzliche Funktionen kann optional eine Sonderleitung verwendet werden Fluchttürsysteme Um der Funktion eines Rettungsweges gerecht zu werden, müssen Türen in Fluchtrichtung eines Rettungsweges immer leicht und ohne Hilfsmittel geöffnet werden können. Invers zu dieser Forderung verhält sich die Forderung des Bauherrn nach Sicherheit gegenüber unbefugtem Zutritt. Grundsätzlich kann dieser Konflikt dadurch gelöst werden, dass entweder mechanische Panikbeschläge zum Einsatz kommen, die nur in Fluchtrichtung öffenbar sind, oder elektrische Verriegelungen, die nach der Richtlinie EltVTR (elektrische Verriegelungssysteme für Tür- und Rettungswege) definiert sind. Derzeit werden europäische Normen für elektrisch gesteuerte Notausgangsanlagen für Türen in Rettungswegen (pren 13637) und elektrisch gesteuerte Paniktüranlagen für Türen in Rettungswegen (pren 13633) erarbeitet. Weitere Informationen können dem VFF Merkblatt KB.02: entnommen werden.

48 TP13/I - 34 Leitungsführung Dimensionierung von Leitungen 7 Leitungsführung (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) Da durch die Vielzahl an einsetzbaren Komponenten der Bedarf an elektrischen Leitungen (insofern keine Funk-Technologie eingesetzt wird) in Fenstern, Fassaden und Türen stark an Bedeutung gewinnt, werden in diesem Kapitel verschiedene Aspekte zur Dimensionierung und Verlegung aufgezeigt. 7.1 Dimensionierung von Leitungen Einen Überblick über elektrische Komponenten, die in Fenstern und Fassaden eingesetzt werden, sind in Kapitel 6 dargestellt. Für ausgewählte Komponenten wurden Leitungsdurchmesser mit Hilfe von Fragebögen bei den Projektpartnern und Internetrecherchen bei verschiedenen Herstellern von Leitungen ermittelt. Durch die Zusammenstellung verschiedener Komponenten am Fenster können Leitungsbündel entstehen, die in einem Fenster untergebracht werden müssen. Die nachfolgende Tabelle zeigt typische Leitungsdurchmesser, wie sie am Fenster vorkommen und bei der Führung der Leitung im Bauteil zu beachten sind. Bei der Integration von mehreren elektronischen Komponenten im Fenster ergibt sich aus der Summe der einzelnen Querschnitte eine erste Abschätzung des insgesamt benötigten Platzbedarfs. Tabelle 7 Typische Leitungsdurchmesser bzw. Abmessungen für elektr. Bauteile Bauteil Durchmesser Abmessung Antriebe Ø 6 8 mm Sensoren Ø 3 4 mm 2,5 mm x 5 mm Photovoltaik Ø mm 6 mm x 12 mm Die hier dargestellten Leitungsdurchmesser sind Durchschnittswerte aus der Untersuchung. Hierbei ist zu beachten, dass diese Werte die Abmessungen der Geräteanschlussleitungen darstellen. Die Querschnitte der Zuleitungen sind abhängig von den notwendigen Leitungslängen und müssen nach den entsprechenden Regeln ermittelt werden. Grundsätzlich werden in der Elektroinstallation Leitungen zunächst durch zwei Ansätze dimensioniert. Dimensionierung durch Spannungsabfall Aufgrund des Werkstoffes der Adern (hauptsächlich Kupfer) mit dem damit verbundenen materialspezifischen Widerstand fällt mit zunehmender Länge und in Abhängigkeit des Leitungsquerschnittes sowie der angeschlossenen Last immer mehr Spannung durch die Leitungsverluste ab. Somit liegt z. B. bei einem Verbraucher nicht mehr 24 VDC, sondern lediglich noch 23,5 V an. Laut DIN VDE 0100 ist vom Zähler bis zum Verbrauchsmittel ein prozentualer Spannungsabfall von maximal 3 % zulässig.

49 Leitungsführung Dimensionierung von Leitungen TP13/I - 35 Da in diesem Zusammenhang 24 VDC Gleichspannung besonders betrachtet werden muss, soll an einer kurzen Beispieltabelle die maximal mögliche Leitungslänge bei 3 % zulässigem Spannungsabfall ermittelt werden. mit Für Gleichspannung gilt: 2 P l U = γ A U U : Spannungsfall in V P : Leistung der Last in VA bzw. W l : Länge der Leitung in m γ : elektrische Leitfähigkeit (γ Kupfer = 56 A : Leitungsquerschnitt in mm² U : Nennspannung des Netzes in V U γ A U l = 2 P m ) Ω mm² Tabelle 8 zeigt das Ergebnis einer Berechnung für 24 VDC Gleichspannung und für verschiedene Leitungsquerschnitte. Wie deutlich zu erkennen ist, geht die maximale Leitungslänge bei Verringerung des Leitungsquerschnitts rapide zurück. Bei der Betrachtung des gebräuchlichen Leitungsquerschnitts von A = 0,75 mm² könnte bei einer maximalen Leistungsaufnahme von z. B. 250 W eine maximale Leitungslänge von 46 m erreicht werden. Allerdings muss laut Tabelle 9 auch die Strombelastbarkeit betrachtet werden, die je nach Verlegeart unterschiedlich sein kann (z. B. Verlegeart B1 bei Querschnitt 0,75 mm² interpoliert bei ca. 12 A). Da bei 250 W und 24 VDC Gleichspannung ca. 10,5 A Strom fließen, würde man hier eher auf eine 1 mm² Leitung ausweichen. Allerdings kann davon ausgegangen werden, dass bei den meisten Komponenten auf dem Markt mit geringeren maximalen Leistungsaufnahmen gerechnet werden kann. So beträgt die maximale Stromaufnahme bei 24 VDC-Antrieben für die Kraftbetätigung von Fenstern um die 1,2 A. Tabelle 8 Maximale Leitungslänge in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme für 24 VDC Gleichspannung bei einem zulässigen Spannungsabfall von 3 % Maximale Leis- Resultierende Maximale Lei- Maximale Lei- Maximale Lei- tungsaufnahme Stromauf- tungslänge bei tungslänge bei tungslänge bei bei 24 VDC nahme A = 1,5 mm² A = 0,75 mm² A = 0,5 mm² in W in A in m in m in m 10 0,42 72,6 36,3 24,2 30 1,25 24,2 12,1 8,1 50 2,08 14,5 7,3 4, ,17 7,3 3,6 2, ,25 4,8 2,4 1, ,33 3,6 1,8 1, ,42 2,9 1,5 1, ,5 2, ,58 2,1 Leitungslängen, die aufgrund der maximalen Strombelastbarkeit der Leitung nicht in Frage kommen, wurden nicht dargestellt.

50 TP13/I - 36 Leitungsführung Wahl des Leitungstyps Dimensionierung durch die Verlegeart bzw. Strombelastbarkeit Der zweite Ansatz der Leitungsdimensionierung wird durch die Verlegeart beschrieben. Dies bedeutet, dass z. B. aufgrund von Leitungsbündelung und der damit verbundenen Erhöhung der Wärmeentwicklung eine Verringerung der maximalen Strombelastbarkeit stattfindet. Tabelle 9 zeigt einen Ausschnitt aus DIN VDE bzgl. der entsprechenden Strombelastbarkeit in Abhängigkeit der Verlegeart und des Querschnitts. Für exemplarische Leitungsquerschnitte ergibt sich bei der Verlegeart B1 folgende Strombelastbarkeit: 0,5 mm² 11 A (interpoliert) 0,75 mm² 12,6 A (interpoliert) 1,5 mm² 17,5 A Tabelle 9 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen nach DIN VDE (Auszug) 7.2 Wahl des Leitungstyps Neben der Wahl des Leitungsquerschnittes ist die eigentliche Leitungsart entscheidend. Grundsätzlich sind keine Einzeladern zu verwenden, sondern ausschließlich für die Installation zugelassene Leitungen. Für die Elektroinstallation sind beispielsweise folgende Leitungstypen üblich. a) Mantelleitung oder Installationsleitung Hierbei handelt es sich um die standardmäßige NYM-J Installationsleitung, die in der fest verlegten Elektroinstallation (Schalter, Steckdosen usw.) verwendet wird. Diese Leitung darf nicht für bewegte Bauteile verwendet werden. Bei UV- Bestrahlung und Kälte wird die Mantelleitung spröde und bricht. b) Flexible Leitungen Hierbei werden Leitungen zusammengefasst, die auch für keine feste Verlegung geeignet sind (z. B. für die Anbindung von beweglichen Bauteilen). Hierzu existiert beispielsweise der Überbegriff Ölflex für die Anbindung von Maschinen.

51 Leitungsführung EMV-Problematik bei der Kombination von 230 VAC und 24 VDC TP13/I - 37 Eine Spezialanwendung sind sogenannte Silikonleitungen, die zum einen flexibel und zum anderen UV-beständig sind. Für weitverzweigte Strecken sollte innerhalb des entsprechenden Bauvorhabens geprüft werden, ob bis zu einem bestimmten Punkt mit Mantelleitungen gefahren werden kann, um dann mit einer Silikon-Leitung nach außen zu fahren. Beide Leitungsarten können auch mit einem Schirm gegen äußere Störfelder ausgestattet sein. c) Spezielle Leitungen Hierzu zählen z. B. Datenleitungen, die für eine Ethernetübertragung (TCP/IP) verwendet werden. Zusätzlich sind spezielle Leitungen entwickelt worden, die z. B. für Bus-Verbindungen eingesetzt werden. So existiert beispielsweise eine spezielle EIB-Leitung. Immer häufiger werden auch halogenfreie Leitungen verwendet, die vor allem in Bereichen mit großen Menschenansammlungen eingesetzt werden müssen, da hier im Brandfall keine giftigen Brandgase entstehen. Für die Anbindung von außenliegenden Bauteilen (z. B. Jalousiemotor) wird gefordert, eine flexible Silikonleitung zu verwenden, da der Jalousiemotor zu den bewegenden Bauteilen zählt und zusätzlich eine UV-Bestrahlung nicht ausgeschlossen werden kann. 7.3 EMV-Problematik bei der Kombination von 230 VAC und 24 VDC Beim praktischen Einsatz von Aktorik und Sensorik in Fenstern, Fassaden und Türen ist es prinzipiell möglich, dass sowohl Komponenten mit 230 VAC Spannungsversorgung (z. B. ein Fensterantrieb) als auch Komponenten mit einer 24 VDC Spannungsversorgung bzw. SELV-Spannung (z. B. Busteilnehmer, Sensorik usw.) eingesetzt werden. Durch die EMV-Richtlinie wird im Bezug auf diesen Anwendungsfall auf nicht leitungsgebundene Störungen eingegangen. Hierbei werden Störungen diskutiert, die z. B. durch Induktion zweier nebeneinander liegender Leitungen hervorgerufen werden können. Dies ist zu beachten, wenn z. B. eine 230 VAC-Leitung neben einer 24 VDC-Leitung verläuft. Somit ist eine getrennte Verlegung von Kleinspannungs- und Niederspannungsleitungen empfehlenswert, um Störeinflüsse durch die EMV-Problematik zu minimieren. Vorschlag: Für die getrennte Leitungsführung (siehe Abbildung 15) der jeweiligen Zuleitungen (24 VDC und 230 VAC) kann im Profil separat für Kleinspannung und Niederspannung bis zum Übergangspunkt zum Glas verfahren werden. Inwiefern diese Trennung erforderlich ist, hängt von den verwendeten Leitungen und Anforderungen der Systeme ab. So kann z. B. auf eine getrennte Verlegung beim EIB verzichtet werden, da es sich hier um eine geschirmte Leitung handelt und somit Störeinflüsse ausgegrenzt werden können. In diesem Fall kann im Profil gemeinsam bis an den Übergangspunkt gefahren werden. Wie deutlich in Abbildung 15 zu erkennen ist, könnten durch diese Vereinfachung erheblich Leitungen eingespart werden.

52 TP13/I - 38 Leitungsführung EMV-Problematik bei der Kombination von 230 VAC und 24 VDC Die angesprochene Forderung bezüglich der EMV-Problematik kann sich unter Umständen mit einer Forderung bezüglich des Schutzes gegen Überspannungen (z. B. Blitzschutz) aufheben. Allgemein kann aber an dieser Stelle die Empfehlung ausgesprochen werden, dass bei einer Verwendung von 230 VAC und 24 VDC die 24 VDC-Leitung geschirmt sein muss, um die EMV-Problematik möglichst einzuschränken. Abbildung 15 Leitungsführung als getrennte Verlegung Der Leitungsauslass kann prinzipiell beliebig verschoben werden. Dies bedeutet als Konsequenz, dass die Leitungsführung bzw. der Schnittpunkt der verschiedenen Leitungen sich dementsprechend verschiebt. Wenn allerdings mehrere Sensoren bzw. Aktoren entlang des Fensters angeordnet sind, ist diese getrennte Verlegung nicht mehr aufrecht zu erhalten. In diesem Fall muss im Einzelfall entschieden werden, bis zu welchem Punkt die getrennte Verlegung erforderlich ist. Praktische Umsetzung Mindestabstände Nachfolgend wird anhand von zwei praktischen Beispielen des LON und des EIB aufgezeigt, wie für diese Systeme Empfehlungen bezüglich des minimalen Verlegeabstandes zwischen Niederspannungs- und Kleinspannungsleitungen getroffen werden. a) EIB Im Bereich des EIB wird kein Mindestabstand für die Verlegung der Busleitung (YCYM oder JY(St)Y) in Kanälen, Rohren usw. gefordert, d. h. wenn der Mantel intakt ist. Für Leitungen in Verteilern, d. h. sobald der äußere Mantel entfernt ist, gilt der in Abbildung 16 dargestellte Mindestabstand.

53 Leitungsführung EMV-Problematik bei der Kombination von 230 VAC und 24 VDC TP13/I - 39 Abbildung 16 Verlegeabstände EIB [Handbuch EIB, ZVEI [21]] b) LON Im Bezug auf die EMV-Problematik (siehe 7.3) empfiehlt die LON-Nutzerorganisation folgende Mindestabstände (Tabelle 10) im Bezug auf verschiedene Leitungstypen, die je nach Tranceivertyp unterschiedlich sein können. Tabelle 10 Verlegeabstände bei LON (Quelle: Handbuch LON [22]) Leitungstyp Isolationsspannung Minimaler Abstand (zu Niederspannungsleitungen) Kategorie 5 (Datenleitung) Unter 2,5 kv 10 mm JY(St)Y 2x2x0,8 2,5 kv und 4 kv Busleitung darf bei intaktem Mantel direkt neben einer 230 VAC-Leitung geführt werden Empfehlung Sowohl für den EIB als auch für den LON kann an dieser Stelle die Empfehlung ausgesprochen werden, die offiziell empfohlene Systemleitung für den EIB und den LON zu verwenden. Dies wäre beispielsweise die Leitung mit der Bezeichnung JY(St)Y.

54 TP13/I - 40 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung 7.4 Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung (Bearbeitung durch ift Rosenheim) Einteilung von Zonen Um geeignete Stellen zur Führung der Leitungen in Fenster und Fassade zu analysieren und zu erkennen, wurde ein Fensterprofil (IV68) in verschiedene Zonen (siehe Abbildung 17) eingeteilt. 6a 1. Verglasungsbereich 2. Flügelrahmen Kernzone 6a 3. Überschlag FR/BR Blendrahmen Kernzone 5. Blendrahmen Rücken a) Sichtfläche außen b) Sichtfläche von der Raumseite 6b 6b Abbildung 17 Einteilung von Zonen zur Leitungsführung am Fenster Im nächsten Schritt wurden die einzelnen Zonen verfeinert und detaillierter dargestellt (siehe Abbildung 18). Diese Detaillierung wurde sowohl für den Flügelrahmen, für den Blendrahmen als auch für die Fassade vorgenommen. Die hier dargestellte Abbildung 18 zeigt nur die Detaillierung des Flügelrahmens. Die detaillierten Zonen für die Leitungsführung im Bereich des Blendrahmens sowie der Fassade können der Anlage 2 entnommen werden /17 7/ Glasdichtstoff 2. Glasfalz 3. Glasfalzgrund (Druckausgleichsnut) 4. Glasfalzüberschlag 5. in Glashalteleiste 6. Nut unter Glashalteleiste 7. Kernzone Flügel massiv 8. Kernzone Flügel hohl (Rohr) 9. Beschlagsraum (Luftraum) 10. Beschlagsnut (unterhalb) 11. Falzdichtungsnut (unterhalb) 12. in Falzdichtung 13. zus. Nut in Überschlag 14. zus. Nut vor der Dichtungsebene 15. von der Raumseite mit Vorsatzschale 16. von der Raumseite aufgesetzt 17. von der Raumseite Nut mit Deckel 18. außen mit Vorsatzschale Abbildung 18 Detaillierung der Zonen im Bereich des Flügelrahmens Ermittlung der Bewertungskriterien Nachdem die verschiedenen Bereiche der Leitungsführung festgelegt und definiert sind, werden im nächsten Schritt die wesentlichen Bewertungskriterien, die Einfluss darauf haben, ob die Leitung in einem bestimmten Bereich verlegt werden sollte oder nicht, bestimmt.

55 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung TP13/I - 41 Die festgelegten Bewertungskriterien können Tabelle 11 entnommen werden. Tabelle 11 Kriterien zur Bewertung der Leitungsführung Platzangebot Verlegung Wartung Zugänglichkeit zur Nachrüstbarkeit Austauschbarkeit Glasdichtstoff Glasklotz Beschichtung Verträglichkeit der Leitung mit Leim Holzinhaltsstoffen Feuchtigkeit Luftzirkulation (Falzbelüftung, etc.) Feuchteabfuhr (Entwässerung etc.) Eckverbindung Abdichtungen Wasserführung Beeinträchtigung der Luftdichtheit Schlagregendichtheit Optik Wärmedurchgangskoeffizienten Statik Positionierbarkeit/Flexibilität (Befestigung des Rahmens im Mauerwerk) Eingeschränkte Montage (durch Befestigung von Beschlägen) Beschädigung der Leitung Manipulationssicherheit (Einbruchhemmung) Temperaturbelastung Vorfertigung Da natürlich nicht alle Bewertungskriterien gleich wichtig sind, sondern in der Regel vom Anwendungsszenario abhängen, ist es notwendig, entsprechende Wichtungsfaktoren hierfür zu bestimmen. Die Ermittlung der Wichtungsfaktoren erfolgte mit Hilfe einer Dominanzmatrix Dominanzmatrix Eine Dominanzmatrix dient dazu, Wichtungsfaktoren für die einzelnen Bewertungskriterien festzulegen. Die einzelnen Kriterien werden gegeneinander mit Hilfe eines vorher festgelegten Schlüssels bewertet. Die zu bewertende Eigenschaft (linke Spalte) wird nach ihrer Priorität gegenüber allen anderen Eigenschaften (oberste Spalte) bewertet. Für die Erstellung der entsprechenden Dominanzmatrizen wurde folgender Schlüssel angesetzt: 1: weniger wichtig 2: gleich wichtig 3: wichtiger Anhand dieser Bewertung erfolgt die Ermittlung der Wichtungsfaktoren der einzelnen Bewertungskriterien (Tabelle 12). Die einzelnen vergebenen Bewertungen

56 TP13/I - 42 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung werden zeilenweise, d. h. pro Eigenschaft, addiert. Die Summe, die anschließend noch durch einen festen Faktor dividiert werden kann (Normierung) ist somit ein Maßstab für die Wichtigkeit des jeweiligen Bewertungskriteriums. Tabelle 12 Auszug aus der Dominanzmatrix Dominanzmatrix Zugänglichkeit zur Verträglichkeit der Leitung mit Leitungsführung Fenster Platzangebot Verlegung Wartung Nachrüstbarkeit Austauschbarkeit Glasdichtstoff Glasklotz Beschichtung Leim Holzinhaltsstoffen Feuchtigkeit Faktor Platzangebot ,6 Verlegung ,9 Zugänglichkeit Wartung ,4 zur Nachrüstbarkeit ,8 Austauschbarkeit ,0 Glasdichtstoff ,5 Glasklotz ,4 Verträglichkeit Beschichtung ,5 der Leitung mit Leim ,2 Holzinhaltsstoffen ,7 Feuchtigkeit ,6 Nachfolgend soll das Ausfüllen der Dominanzmatrix anhand zweier Beispiele erläutert werden: Die Zugänglichkeit zur Nachrüstung von weiteren Leitungen und elektr. Komponenten wird in diesem Beispiel unwichtiger als die Zugänglichkeit bei der ersten Verlegung. Bewertung: 1 Die Verträglichkeit der Leitung mit Feuchtigkeit ist wichtiger als die Zugänglichkeit zur Nachrüstbarkeit: Bewertung 3 Der Wichtungsfaktor, der sich für die einzelnen Bewertungskriterien aus der Dominanzmatrix ergibt, kann für alle Teile wie Flügel, Blendrahmen und Fassade herangezogen werden, da an sie die gleichen Anforderungen bzgl. der Eigenschaften gestellt werden. Die ermittelten Faktoren werden für die Bewertung der geeigneten Bereiche zur Leitungsführung herangezogen. Die erarbeiteten Wichtungsfaktoren sind in Tabelle 13 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind beispielsweise die Beeinträchtigung bestimmter Eigenschaften des Fensters sowie die Verträglichkeit Bewertungskriterien mit hoher Gewichtung. Die Beeinträchtigung der Optik ist im vorliegenden Fall eher unwichtig, da die Erarbeitung der Wichtungsfaktoren unter hauptsächlich funktionalen Aspekten erfolgte.

57 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung TP13/I - 43 Tabelle 13 Wichtungsfaktoren der einzelnen Bewertungskriterien Eigenschaft Beeinträchtigung der Faktor Luftdichtheit 6,8 Schlagregendichtheit 6,7 Verträglichkeit der Leitung mit Feuchtigkeit 6,6 Abdichtungen 6,6 Beeinträchtigung der Feuchteabfuhr 6,3 Wasserführung 5,8 Verträglichkeit der Leitung mit Holzinhaltsstoffe 5,7 Beeinträchtigung der Statik 5,6 Beschädigung der Leitung 5,6 Glasdichtstoff 5,5 Verträglichkeit der Leitung mit Beschichtung 5,5 Glasklotz 5,4 Beeinträchtigung der Luftzirkulation 5,4 Verträglichkeit der Leitung mit Leim 5,2 Manipulationssicherheit (Einbruchschutz) 5,1 Beeinträchtigung der Eckverbindung 4,8 Positionierbarkeit/Flexibilität (Befestigung des Rahmens im Eingeschränkte ) Montage (durch Befestigung von Beschlägen) 4,6 4,6 Zugänglichkeit zur Austauschbarkeit 4,0 Verlegung 3,9 Beeinträchtigung der Wärmedurchgangskoeffizient 3,9 Temperaturbelastung Platzangebot 3,9 3,6 Zugänglichkeit zur Wartung 3,4 Nachrüstbarkeit 2,8 Beeinträchtigung der Optik 2,7 Vorfertigung 2, Bewertung der einzelnen Zonen zur Leitungsführung In dieser Bewertungsmatrix werden nun die ermittelten Zonen bzw. Bereiche zur Leitungsführung gegenüber den gewichteten Bewertungskriterien bewertet. Ähnlich wie in der Dominanzmatrix wird auch hier ein Schlüssel zur Bewertung verwendet: Schlüssel zur Bewertung: 0: gar nicht geeignet 1: schwer umsetzbar 2: bedingt möglich 3: gut möglich 4: optimal Die Anwendung des Schlüssels soll an zwei Beispielen erläutert werden: Beispiel 1 Glasdichtstoff gegenüber Zugänglichkeit zur Wartung = 0 Begründung: Wenn die Leitung im Glasdichtstoff gelegt wird, kann sie auf keinen Fall an dieser Stelle gewartet werden.

58 TP13/I - 44 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung Beispiel 2 Glasdichtstoff gegenüber Verträglichkeit der Leitung mit Holzinhaltsstoffen = 4 Begründung: Wenn die Leitung im Glasdichtstoff gelegt wird, kann sie gar nicht mit den Holzinhaltsstoffen in Berührung kommen. Diese Bewertung wird dann mit dem Wichtungsfaktor der einzelnen Bewertungskriterien multipliziert. Die multiplizierten Faktoren werden anschließend für jede Zone addiert und die Summe ergibt das Ergebnis. Je höher die Summe ist, desto besser ist die Stelle zur Leitungsführung geeignet. Exemplarisch ist ein Auszug aus der Bewertungsmatrix zur Leitungsführung im Flügelrahmen in Tabelle 14 dargestellt. Tabelle 14 Auszug aus der Bewertungsmatrix für Flügelrahmen Zugänglichkeit zur Verträglichkeit der Leitung mit Summe Flügelrahmen Platzangebot Verlegung Wartung Nachrüstbarkeit Austauschbarkeit Glasdichtstoff Glasklotz Beschichtung Leim Holzinhaltsstoffen Faktor 3,6 3,9 3,4 2,8 4,0 5,5 5,4 5,5 5,2 5,7 1 Glasdichtstoff ,2 3,9 0,0 0,0 0,0 11,0 21,6 22,0 20,8 22, Glasfalz Glasfalzgrund (Druckausgleichsnut) 7,2 11,7 13,6 11,2 16,0 11,0 10,8 11,0 15,6 11,4 391, ,2 11,7 10,2 8,4 12,0 16,5 10,8 11,0 15,6 11,4 392,2 4 Glasfalzüberschlag ,2 11,7 10,2 5,6 12,0 16,5 10,8 11,0 15,6 5,7 414,7 5 in Glashalteleiste ,2 15,6 13,6 11,2 16,0 16,5 10,8 11,0 15,6 5,7 433,1 6 Nut unter Glasleiste ,2 15,6 13,6 11,2 16,0 22,0 16,2 11,0 15,6 5,7 438,4 Im Folgenden sind die Ergebnisse der Bewertung der Stellen zur Leitungsführung dargestellt. Die dargestellte Vorgehensweise zur Bewertung möglicher Zonen ist sehr allgemein und kann daher prinzipiell auch für andere Konstruktionen sowie Rahmenmaterialien angewendet werden. Es ist jedoch festzustellen, dass das Ergebnis der Analyse vom jeweiligen Anwendungsszenario und der Erfahrung/Prägung der Person abhängt, welche die Analyse durchführt. Somit ist diese Analyse subjektiv. Um sie zu objektivieren kann es daher notwendig sein, die Analyse von mehreren Personen durchführen zu lassen und eine entsprechende Mittelung der einzelnen Ergebnisse durchzuführen. Im Rahmen dieses Projektes wurde die Analy-

59 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung TP13/I - 45 se von mehreren Personen durchgeführt. Die dargestellten Ergebnisse geben somit den Mittelwert dieses Personenkreises an. Tabelle 15 Ermittelte Reihenfolge der Stellen zur Leitungsführung am Flügelrahmen /17 7/ Rang Positions Nr. Ort Summe 1 16 von der Raumseite aufgesetzt 447, von der Raumseite Nut mit Deckel 438,8 3 6 Nut unter Glashalteleiste 438, von der Raumseite mit Vorsatzschale Kernzone Flügel hohl (Rohr) 433,6 6 5 in Glashalteleiste 433,1 7 1 Glasdichtstoff Beschlagsnut (unterhalb) 423, zus. Nut in Überschlag 423, Beschlagsraum (Luftraum) 418, Glasfalzüberschlag 414, Kernzone Flügel massiv 403, Falzdichtungsnut (unterhalb) 398, in Falzdichtung 397, Glasfalzgrund (Druckausgleichsnut) 392, Glasfalz 391, zus. Nut vor der Dichtungsebene 377, außen mit Vorsatzschale 367,9 Tabelle 16 Ermittelte Reihenfolge der Stellen zur Leitungsführung am Blendrahmen 11 5/ Rang Positions- Nr. Ort Summe 8/ von der Raumseite aufgesetzt 447,9 2 9 von der Raumseite Nut mit Deckel 429,6 3 6 Kernzone Rahmen hohl (Rohr) 422,4 4 7 von der Raumseite mit Vorsatzschale 420,9 5 1 Beschlagsraum 412, Nut zum Bauanschluss 411,5 7 4 zus. Nut hinter der Dichtungsebene 400,8 8 5 Kernzone Rahmen massiv 389,3 9 2 zus. Nut vor der Dichtungsebene 371, außen Vorsatzschale 368, zus. Nut in Überschlag 352,4 Zusammenfassend ist aus den durchgeführten Analysen und Bewertungen abzuleiten, dass nach Möglichkeit die Leitung auf der warmen, unbelasteten Raumseite verlegt werden sollte. Hierbei bietet sich das Prinzip der Umsetzung einer separaten Installationszone an Darstellung Im Anschluss an die Bewertung der Stellen zur Leitungsführung, werden Zeichnungen zum besseren Verständnis und zur besseren Darstellung angefertigt. Die folgenden Zeichnungen zeigen Schnitte durch die einzelnen Konstruktionen am Flügelrahmen mit Leitungen für eine integrierte Verschattung und Alarmglas sowie Leitungsübergänge. Die Zeichnungen zeigen die durch die Untersuchung ermittelten ersten beiden Varianten (von der Raumseite aufgesetzt bzw. mit Nut und Deckel) der Leitungsführung am Flügelrahmen.

60 TP13/I - 46 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung Abbildung 19 Ansicht von außen, oben rechts (Variante 1) Abbildung 20 Ansicht von innen von der Raumseite, oben links (Variante 1) Abbildung 21 Ansicht von der Raumseite, unten links (Variante 1) Abbildung 22 Ansicht von außen, oben rechts (Variante 2) Abbildung 23 Ansicht von der Raumseite, oben links (Variante 2) Abbildung 24 Ansicht von der Raumseite, unten links (Variante 2)

61 Leitungsführung Ermittlung geeigneter Stellen zur Leitungsführung TP13/I Weitere Varianten Die nachfolgenden Abbildungen zeigen weitere Prinzipskizzen zur Umsetzung der Leitungsführung am Flügel. Hierbei sind Varianten dargestellt, bei denen die Leitung auf der warmen Raumseite geführt wird. Abbildung 25 Variante Nut auf der Raumseite mit Abdeckprofil Abbildung 26 Auf der Raumseite aufgesetzter Kabelkanal Abbildung 27 Variante Nut auf der Raumseite mit rahmenbreitem Abdeckprofil Abbildung 28 Variante Nut unter der klipsbaren Glashalteleiste Abbildung 29 Variante Kabelführung in der 2-teiligen klipsbaren Glashalteleiste

62 TP13/I - 48 Leitungsführung Leitungsübergänge 7.5 Leitungsübergänge (Bearbeitung durch ift Rosenheim) Zur Übergabe der Leitungen vom beweglichen Flügelrahmen zum feststehenden Blendrahmen werden bevorzugt Kabelschlaufen (Abbildung 30 und Abbildung 31) eingesetzt. Diese Kabelschlaufen können sowohl verdeckt liegend im Fensterprofil oder außen aufgesetzt montiert werden. Die Montage der Kabelschlaufen kann sowohl in S-Form als auch in U-Form ausgeführt werden. Bei der Montage in U-Form ist darauf zu achten, dass sich die Kabelschlaufe bei der Betätigung des Flügels definiert in den Fensterfalz legen muss, da es sonst zu Beschädigungen des Fensters bzw. der Leitung kommen kann. Abbildung 30 Kabelschlaufe in S-Form, Quelle: Aug. Winkhaus Abbildung 31 Kabelschlaufe in U-Form, Quelle: ift Rosenheim Abbildung 32 Lösbarer Kabelübergang, Quelle: SIEGENIA-AUBI Neben den Kabelschlaufen werden im Fenster auch Schleifkontakte (siehe Abbildung 33) zur Strom- bzw. Signalübertragung angebracht. Schleifkontakte können nur bei geschlossenem bzw. gekipptem Fenster den Strom übertragen, da sie in der Regel bei Fenstern im unteren Teil des Blend- und Flügelrahmens

63 Leitungsführung Leitungsübergänge TP13/I - 49 montiert werden. Schleifkontakte dürfen nicht zur Stromversorgung von Alarmgläsern eingesetzt werden. Mit Schleifkontakten können integrierte Verschattungen im Glas oder Antriebe zum Kippen des Flügels betrieben werden. Abbildung 33 Schleifkontakte integriert (Fenster); Quelle: ift Rosenheim Abbildung 34 Schleifkontakte integriert (Tür); Quelle: Dorma Die Leitungsübergabe bzw. die Stromführung bei Türen kann ähnlich wie bei Fenstern mittels integrierten oder aufgesetzten Kabelschlaufen oder Schleifkontakten (Abbildung 34) durchgeführt werden. Da Türbeschläge in der Regel größer sind als Fensterbeschläge können Kabelübergänge auch im Türbeschlag integriert werden (Abbildung 35). Das Integrieren des Kabelübergangs in Türbeschlägen ist aufgrund der reinen Drehbewegung der Tür einfacher als in Beschlägen für Dreh-Kippfenster. Abbildung 35 Türbänder mit integriertem Kabelübergang (Tür); Quelle: Simonswerk (links), Häfele (rechts)

64 TP13/I - 50 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Problemstellung 8 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) 8.1 Problemstellung Im Hinblick auf den praktischen Einsatz von Elektronikkomponenten im Fenster-, Türen- und Fassadenbau zeigt sich in den meisten Fällen, das erheblicher Klärungsbedarf bezüglich der Übergabepunkte bzw. der Schnittstellen zwischen dem Gewerk des Fassadenbaus und dem Gewerk Elektroinstallation besteht. Vor diesem Hintergrund werden in folgendem Kapitel verschiedene Aspekte der Schnittstellenproblematik aufgezeigt. Abbildung 36 zeigt am Beispiel des Fensters die fortschreitende Entwicklung, um zu verdeutlichen, dass von der heute üblichen Installation ein Entwicklungsprozess bis hin zum voll integrierten mechatronischen System stattfinden wird und zurzeit schon im Gange ist. Die mittlere Stufe Elektronik im Fenster ist Gegenstand des nachfolgenden Kapitels, um eine Möglichkeit zu entwickeln, die Integration von Elektronik zu standardisieren. Die Übertragung dieser Zusammenhänge auf Fassaden und Türen kann entsprechend erfolgen. Abbildung 36 Die Evolution des Fensters In Analogie zur bereits bestehenden Normung wird auf die DIN [23] zurückgegriffen, in der die Installationszonen für die Elektroinstallation definiert werden. Da diese allerdings für die generelle Installation festgelegt wurden, wird in den nachfolgenden Abschnitten diese Systematik für den Spezialfall von Fenstern, Fassaden und Türen erweitert. Exemplarisch werden diese Ausführungen an einem Fenster mit beispielhaften Maßen aufgezeigt. Durch Abbildung 37 wird der Bezug von den Installationszonen aus der DIN übertragen auf ein Fenster verdeutlicht.

65 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Installation bei Lochfenstern/Lochfassaden TP13/I - 51 Abbildung 37 Installationszonen Übertrag aus DIN Im Folgenden wird zwischen der Installation bei einzeln gesetzten Fenstern (in Lochfassaden) sowie Fensterbändern und der Installation bei vorhandenen abgehängten Decken bzw. Hohlraumböden unterschieden. Eine genaue Vorgabe der Übergabepunkte ist hauptsächlich nur im konventionellen Hausbau sinnvoll, da es sich im Zweckbau oft um individuelle Bauvorhaben handelt, die eine jeweilige Einzelbetrachtung erforderlich machen könnten. Die nachfolgende Einteilung kann aber als Empfehlung angewendet werden, die je nach Ausführung anzupassen wäre. Für die Definition der Betrachtungsposition wird die Sicht von der Raumseite nach außen ausgewählt (Abbildung 38). Abbildung 38 Betrachtungsposition 8.2 Installation bei Lochfenstern/Lochfassaden Hierbei handelt es sich um ein Fenster, das in eine vorgesehene Wandöffnung eingesetzt wird. Lochfenster wie sie z. B. hauptsächlich im privaten Wohnungsbau eingesetzt werden, erlauben durch die umlaufende Außenwand eine Installation komplett um das jeweilige Fenster. Die Leitungsführung wird vom Fenster in die Verteilung bzw. Unterverteilung durch ein nachträglich oder bereits während des Baufortschritts eingebrachtes Leerrohr durchgeführt. Folglich sollten die Installationsdosen möglichst variabel, aber in einem bestimmten Schema angeordnet werden können. Falls ein Brüstungskanal installiert wird, muss die Einspeisung des Kanals an einer definierten Stelle (z. B. in einer Raumecke) erfolgen.

66 TP13/I - 52 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Installation bei Lochfenstern/Lochfassaden Je nach örtlichen Gegebenheiten können die positionszugeordneten Abstände angepasst werden, was in dem in Kapitel 8.6 aufgezeigten Bezeichnungsschlüssel festgehalten werden muss. Der spezielle Fall einer abgehängten Decke oder eines Hohlraumbodens wird in Kapitel 8.5 näher erläutert. Diese Anwendung kommt allerdings hauptsächlich im Gewerbebau zum Einsatz. Im privaten Wohnungsbau ist diese Installationsart sehr selten Flächige Einteilung als Installationszone Zunächst wird als grundlegende Überlegung eine flächige Einteilung der Installationszonen in Abbildung 39 dargestellt. Für die Abstände der Installationszonen hat sich das Maß von 200 mm um das Fenster als sinnvoll erwiesen. Hierbei muss sichergestellt werden, dass innerhalb der jeweiligen Zone keine Befestigungen oder Bohrungen gesetzt werden dürfen, welche die Leitungen bzw. Leerrohre gefährden. Dadurch wird eine Flexibilität bezüglich einer Positionierung der Übergabepunkte ermöglicht. Allerdings kann dadurch auch keine konkrete Aussage über den exakten Übergabepunkt getroffen werden. Insbesondere im Hinblick der Schnittstellenproblematik zwischen dem Gewerk des Fassadenbaus und dem Gewerk Elektroinstallation ist eine exakte Definition erforderlich, wenn z. B.: die Festlegung der benötigten Leitungslänge durch den Fassadenbau getroffen werden muss. In Anlehnung an die DIN wird die Breite der Installationszone mit 150 mm festgelegt. Für die Zone in der ein Brüstungskanal zum Einsatz kommen kann wird eine Breite von 180 mm festgelegt. L, O, R, U Installationszonen, die für die Elektroinstallation bzw. einen Brüstungskanal reserviert sind Abbildung 39 Positionen Installationszonen, Lochfenster

67 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Installation bei Fensterbändern TP13/I Exakte Positionierung Hierbei werden wie in Abbildung 40 exakte Positionen als Übergabepunkte eingeteilt. Ähnlich wie bereits im Kapitel beschrieben, werden die Übergabepunkte (z. B. Installationsdosen) um das Fenster gleichmäßig verteilt. Durch den in Kapitel 8.6 aufgezeigten Bezeichnungsschlüssel kann der gewünschte Übergabepunkt exakt definiert werden. Nach der konkreten Bezeichnung des/der Übergabepunkts/-punkte wird beispielsweise die Installationsdose bei einer betonierten Außenwand vor dem Betonieren mit dem erforderlichen Leerrohr eingelegt. Bei einer gemauerten Außenwand muss das entsprechende Mauerwerk für das Leerrohr bzw. die Dose herausgestemmt werden. Im Holzbau wird das Setzen der Dose im Regelfall nach dem einseitigen Beplanken der Wände durchgeführt. Falls ein Brüstungskanal ausgeführt werden sollte, ist dieser wie eine flächige Installationszone (siehe 8.2.1) zu betrachten. Der Vorteil ist hierbei, dass in diesen definierten Positionen eine klare Aussage über den jeweiligen Installationsort gegeben werden kann. Somit kann eine klare und eindeutige Kommunikation zwischen den Gewerken Fassadenbau und Elektroinstallation stattfinden. OL, OR, LO, RO, LU, RU, UL, UR: Installationspositionen, die für die Elektroinstallation reserviert sind U: Installationszone, die für den Einsatz eines möglichen Brüstungskanals reserviert ist Abbildung 40 Positionen Übergabepunkte, Lochfenster 8.3 Installation bei Fensterbändern Der Anteil an Fensterbändern nimmt bei den heutigen Bauwerken, vor allem im gewerblichen Bereich, einen immer größeren Stellenwert ein. Die seitliche Installationsebene ist nicht mehr sinnvoll, da bei diesen Fassaden lediglich nur noch die oberen und unteren Installationsbereiche erschließbar sind.

68 TP13/I - 54 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Installation bei Fensterbändern Je nach örtlichen Gegebenheiten können die positionszugeordneten Abstände angepasst werden, was in dem in Kapitel 8.6 aufgezeigten Bezeichnungsschlüssel festgehalten werden muss Flächige Einteilung als Installationszone Wie bereits in Kapitel beschrieben, wird zuerst von flächigen Installationszonen ausgegangen. O, U: Installationszonen, die für die Elektroinstallation bzw. einen Brüstungskanal reserviert sind Abbildung 41 Positionen Installationszonen, Fensterband Exakte Positionierung Wie bereits in Kapitel erläutert, wird auch für den Fall eines Fensterbandes eine exakte Positionierung aufgezeigt, um definierte Übergabepunkte zu ermöglichen. OL, OR, UL, UR: Installationsposition, die für die Elektroinstallation reserviert sind U: Installationszone, die für den Einsatz eines möglichen Brüstungskanals reserviert ist Abbildung 42 Positionen Übergabepunkte, Fensterband

69 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Empfehlung für den praktischen Einsatz TP13/I Empfehlung für den praktischen Einsatz Für den praktischen Einsatz bietet es sich an, jeweils eine Mischlösung aus der Zoneneinteilung und der exakten Definition der Übergabepunkte festzulegen, da die Leerrohrverlegung in definierten Bereichen stattfinden muss, um eine Beschädigung durch andere Gewerke zu vermeiden. Am Beispiel des Lochfensters aus Kapitel 8.2 ergibt sich somit die in Abbildung 43 dargestellte Lösung, in der zur Erschließung die Installationszonen verwendet werden. Somit muss die Elektrofachkraft in den dargestellten Installationsbereichen die Leerrohre zu den Übergabepunkten, die in Kapitel 8.6 definiert werden, verlegen. Für die anderen Gewerke, wie z. B. den Fassadenbauer, bedeutet dies, dass hier keine Befestigungen oder Bohrungen gesetzt werden dürfen. Abbildung 43 Mischlösung, Beispiel Lochfenster 8.5 Installation bei abgehängten Decken bzw. Doppelböden Da in den meisten industriellen und gewerblichen Gebäuden eine abgehängte Decke und (oder) ein Doppelboden bzw. Hohlraumboden zur Ausführung kommt, wird im Bereich der Fassade die Installation durch Einlegearbeiten direkt in die abgehängte Decke oder den Hohlraumboden (bzw. Doppelboden) geführt (Abbildung 44). In der Decke bzw. im Boden können dann verteilt Rangierverteiler montiert werden, welche die Leerohre in verschiedene Abschnitte bündeln. Hierbei werden z. B. 4 Fenster auf einen Rangierverteiler verdrahtet. Abbildung 44 zeigt eine Installationsvariante mit einer abgehängten Decke und einem Doppel- bzw. Hohlraumboden. Hierbei werden die Leitungen direkt aus dem Rahmen über ein Leerrohr in die Decke bzw. in den Boden gezogen. Als Auslasspunkt wird mit der Hilfe des Übergabeschlüssels (siehe Abschnitt 8.6) die entsprechende Position festgelegt.

70 TP13/I - 56 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Installation bei abgehängten Decken bzw. Doppelböden Exemplarisch ist bereits ein Rangierverteiler eingezeichnet, auf den mehrere Fenster verdrahtet werden. Bei Vorhangfassaden muss eine andere Betrachtungsweise durchgeführt werden. In diesem Fall wird in der Regel die Fassadenkonstruktion direkt zur Leitungsführung bis in die Decke oder den Boden genutzt. Da es sich hierbei um individuelle Lösungen handelt, muss dies entsprechend bei der konkreten Planung festgelegt werden. In einem noch darzustellenden Bezeichnungsschlüssel (Kapitel 8.6) kann dementsprechend berücksichtigt werden, ob es sich um eine Installation mit abgehängter Decke bzw. mit Hohlraum- oder Doppelboden handelt. Abbildung 44 Installation abgehängte Decke, Doppel- bzw. Hohlraumboden Fensterband Abbildung 45 Installation abgehängte Decke, Doppel- bzw. Hohlraumboden Vorhangfassade

71 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung TP13/I Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung Für eine einheitliche und eindeutige Darstellung der Dosen- bzw. Kanalposition bietet es sich an, einen Bezeichnungsschlüssel einzuführen. Um eine eindeutige Bezeichnung zu erreichen, sind folgende Angaben zu berücksichtigen: die Zone (vgl. mit der Bezeichnung L, R, O, U aus z. B. Kapitel 8.2.1) als erster Teil zur Kennzeichnung, welcher Übergabepunkt gemeint ist; die Lage (vgl. mit der Bezeichnung L, R, O, U, (M) aus z. B. Kapitel 8.2.1) als zweiter Teil zur Kennzeichnung welcher Übergabepunkt gemeint ist; die Abstände in x- und y-richtung. Hiermit können die Abstände in Bezug auf die Rohbauöffnung für die Lokalisierung des exakten Übergabepunkts angegeben werden. Bei keiner Angabe wird von x = 200 mm und y = 200 mm ausgegangen. die bauliche Gegebenheit, unter der die Bezeichnung AD für abgehängte Decke und UF für Unterflurinstallation ermöglicht wird; die Art des Bauteils, in dem die Verdrahtung stattfindet (z. B. Installationsdose, Kastendose, Brüstungskanal oder Rangierverteiler, siehe unten); die Abmaße des Bauteils, in dem die Verdrahtung stattfindet; benötigte Leitungslänge, die durch den Fassadenbauer bereitgestellt werden muss (bei keiner Angabe gilt: 700 mm bei der Verdrahtung in eine Installationsdose und 2500 mm bei einer abgehängten Decke bzw. einem Hohlraumboden); falls das Leitungsende bereits fertig konfektioniert geliefert werden soll, muss dies explizit beschrieben werden. Ansonsten wird von Einzeladern ausgegangen. Grundsätzlich setzt sich der Bezeichnungsschlüssel wie folgt zusammen. a) Zone: L, R, O, U g) Breite.Länge.Tiefe bzw. Durchmesser.Tiefe in mm Var. bei unbestimmtem Maß Z.L.x.y / B.A.b.l.t / LL h) Leitungslänge: in mm Bei keiner Angabe: 700 mm bis Installationsdose/ Brüstungskanal 2500 mm bei abgehängter Decke bzw. Doppel-Hohlraumboden. b) Lage: L, R, O, U, M c) Abstand x-richtung: In mm. Bei keiner Angabe 200 mm f) Art: D: Dose (rund) K: Kastendose B: Brüstungskanal RV: Rangierverteiler d) Abstand y-richtung: In mm. Bei keiner Angabe 200 mm e) bauliche Gegebenheit: AD: abgehängte Decke UF: Unterflur (z.b. Doppelboden) W: Übergabepunkt in der Wand Mögliche Angaben für die Zone a) und die Lage b): Zone: Lage: L: links L: links R: rechts R: rechts O: oben O: oben U: unten U: unten M: mittig in der Öffnung. Somit muss keine Abstandsangabe in der x-richtung erfolgen.

72 TP13/I - 58 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung Durch die Schrägstriche soll der jeweilige Bereich bezüglich der verschiedenen Gewerke angedeutet werden. Hierbei sind insbesondere der erste und der letzte Teil des Übergabeschlüssels für den Fenster-, Türen- und Fassadenbauer und der mittlere Teil für den Elektriker von Bedeutung. a)/b) Die Bedeutung der Zonen bzw. der Lagen wurden in den Kapiteln und verdeutlicht. Für die Auslassposition wird festgelegt, dass für den Fall einer abgehängten Decke, eines Hohlraum- bzw. Doppelbodens und eines Brüstungskanals mit der Leitung mittig aus dem entsprechenden Bauteil (z. B. Fenster) gefahren werden soll. Für Pfosten-Riegel-Fassaden befindet sich der Auslasspunkt in dem entsprechenden Pfosten. c)/d) Die Übergabepunkte mit der x- bzw. y-koordinate sind jeweils ausgehend vom Eckpunkt des Fensterausschnitts zu bemaßen. Für die Standardabmessung von 200 mm muss keine Angabe erfolgen. Der Abstand wird grundsätzlich als Betrag (d. h. ohne Vorzeichen) angegeben, da sich die Richtung aus dem Einbauort ergibt. e) Hier erfolgt die Festlegung, wo sich der Übergabepunkt befindet: in der Wand (W) in der abgehängten Decke (AD) oder im Unterflurboden (UF). Liegt der Übergabepunkt in der abgehängten Decke oder im Unterflurboden, wird durch die Positionsbestimmung (a)-d)) der Kabelauslasspunkt am Fenster (bzw. an der Tür) definiert. f) Bei der Art des Einbauteils wird je nach Platzanforderung zwischen einer konventionellen Einbaudose, einer Kastendose und einem Brüstungskanal unterschieden. Eine weitere Unterscheidung stellt hierbei die Bausubstanz dar, in der die Dose (bzw. der Kanal) eingesetzt werden soll. Hierbei werden unterschiedliche Ausführungen in Beton und Trockenbau eingesetzt. Exemplarisch werden in der Abbildung 46 bis Abbildung 48 verschiedene Varianten dargestellt. Beim Einsatz in einer abgehängten Decke oder in einem Hohlraum- bzw. Doppelboden wird an dieser Stelle ein Rangierverteiler definiert. Kastendose Dose für den Trockenbau Betoneinbaudose Abbildung 46 Unterschiedliche Dosenarten [Quelle: Spelsberg] Abbildung 47 Brüstungskanal [Quelle: Tehalit]

73 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung TP13/I - 59 Abbildung 48 Rangierverteiler [Quelle: Kontaktsysteme] Für sämtliche Bauteile, die in Außenwände installiert werden (Unterputzdosen bzw. -kästen), muss die Luftdichtheit sichergestellt werden. So können z. B. Dosen mit Gummidichteinsätzen verwendet werden oder die entsprechenden Durchbrüche durch den Einsatz von Dichtstoffen abgedichtet werden. g) Die Abmessungen des entsprechenden Einbauteils sind dem Bedarf anzupassen und in dem Übergabeschlüssel festzuhalten. Da die Länge des Brüstungskanals variabel ist und nicht mit dem Fenster zusammenhängt, wird diese in dem Übergabeschlüssel mit var. bezeichnet. h) Als Leitungslänge wird die Länge in mm angegeben, die durch den Fassadenbauer bereitgestellt werden muss, um die Verdrahtungsarbeit richtig ausführen zu können. Falls keine separate Angabe gemacht wird, ist bei einer Installation mit Dosen und Brüstungskanälen (siehe Kapitel und Kapitel 8.3.2) von einer Standardleitungslänge von 700 mm auszugehen. Bei einer Installation in einer abgehängten Decke bzw. einem Hohlraum-/Doppelboden (siehe Kapitel 8.5) beträgt die Standardleitungslänge 3000 mm, um die Verdrahtung in dem dafür vorgesehenen Rangierverteiler zu gewährleisten. Die Verantwortung dafür, dass die definierte Leitungslänge vorhanden ist, liegt beim Hersteller des Bauteils. Beispiele für die Anwendung des Übergabeschlüssels Nachfolgend soll anhand von verschiedenen Beispielen die Anwendung des Übergabeschlüssels verdeutlicht werden Beispiel 1 Installation durch eine Dose mit der Abmessung von Ø 68 x 50 mm Links Unten mit dem Standardabstand von 200 mm und einer standardmäßigen Leitungslänge von 700 mm. Die Dose sitzt in der Wand. Dose 1: L.U. / W. D.Ø68.50

74 TP13/I - 60 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Übergabeschlüssel zur Vereinheitlichung der Bezeichnung Abbildung 49 Beispiel 1 für den Übergabeschlüssel Beispiel 2 Wie Beispiel 1 nur mit einem Abstand in x-richtung von 300 mm und in y-richtung von 250 mm. Außerdem wird eine Leitungslänge aus dem Fenster von 1000 mm benötigt. Dose 1: L.U / W.D.Ø68.50 / 1000 Beispiel 3 Installation mit Abgehängter Decke, RangierVerteiler (l x b x h: 350 x 350 x 60 mm) und vom Standard abweichender Leitungslänge von 4000 mm. Die Auslassposition am Fenster befindet sich an der Position Links Oben mit dem Abstand aus der linken oberen Ecke von 250 mm. Die Installationszone befindet sich im Abstand von 200 mm. L.O / AD.RV / 4000

75 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement TP13/I - 61 Abbildung 50 Beispiel 3 für den Übergabeschlüssel Beispiel 4 Installation mit Brüstungskanal (B x H x T: var. x 110 x 60 mm) unter dem Fenster mit standardmäßiger Leitungslänge. Die Auslassposition am Fenster befindet sich Links Unten mit den Standardabständen von 200 mm in x- und y-richtung. Durch die Bezeichnung var wird die unbestimmte Länge des Brüstungskanals verdeutlicht, da diese von der Raumgeometrie des Bauprojektes abhängt. Der Brüstungskanal ist an der Wand angebracht U.L / W.B.var Abbildung 51 Beispiel 4 für den Übergabeschlüssel 8.7 Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement Ansatz Grundsätzlich stellt sich die Frage, wie die Leitungsführung zwischen der beschriebenen Installationsdose und dem Rahmen erfolgen kann. Je nach verwendeter Bauweise ist unterschiedlich vorzugehen:

76 TP13/I - 62 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement a) Holzbau Sobald die Außenwand einseitig beplankt ist, können die benötigten Leerrohre und Dosen zwischen die Holzständer installiert werden. Übergänge können gebohrt werden. Die Abstimmung mit dem Fassadenbauer muss eindeutig festgelegt werden, um nachträgliche Ausbesserungsarbeiten zu minimieren. Die Leerrohrinstallation bietet sich aus dem Grund an, um eine einfachere Nachinstallation oder die Wartung zu ermöglichen. b) Mauerwerk In diesem Fall werden die benötigten Schlitze geschlagen bzw. Bohrungen gesetzt. Die Verbindung vom Übergabepunkt zum Bauteil sollte auch hier über ein Leerrohr erfolgen. c) Beton Hierbei werden bereits während der Rohbauphase vor dem Betonieren die benötigten Leerrohre und Dosen in die Schalung eingebracht. Das Einlegen des Leerrohres erfordert, dass eine genaue Positionierung des Fensterelementes in der Wandebene erfolgt ist (Abbildung 52). Hierfür muss bereits während der ersten Planungsphase eine Abstimmung bezüglich der Positionierung erfolgen. Abbildung 52 Positionierung Verbindung Dose Rahmen Vom Fenster-, Fassaden- oder Türenbauer muss eine ausreichende Leitungslänge eingehalten werden, damit gewährleistet ist, dass der festgelegte Übergabepunkt mit ausreichend Restlänge für Anklemmarbeiten erreicht wird. In diesem Zusammenhang werden folgende Standardmaße festgelegt. Erfolgt im Übergabeschlüssel keine Festlegung der Leitungslänge, ist von folgenden Längen auszugehen. Positionsgenaue Verdrahtung in einer Installationsdose Hierbei muss in der Installationsdose genügend Leitungslänge vorhanden sein, um Anklemmarbeiten durchzuführen. Als Bezugspunkt dient die Raumseite der Rohbauöffnung. Auf der Höhe der jeweiligen Installationsposition muss standardmäßig eine Länge von L = 700 mm vorgehalten werden (Abbildung 53). L Abbildung 53 Definition der Leitungslänge aus dem Element

77 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement TP13/I - 63 Verdrahtung in die Zwischendecke bzw. Doppel-/Hohlraumboden Um es zu ermöglichen, dass mehrere Fenster auf einen Rangierverteiler bzw. eine Dose verdrahtet werden können, ist eine ausreichende Leitungslänge notwendig. Die standardisierte Leitungslänge beträgt hierbei 3000 mm ab dem Auslasspunkt aus dem Fenster. Für die Festlegung der Standardlänge von 3000 mm wurde von einer maximalen Sturz- bzw. Brüstungshöhe von 1000 mm ausgegangen. Größere Sturz- bzw. Brüstungshöhen sind entsprechend bei der Festlegung der Leitungslänge zu berücksichtigen. Leitungslänge L Abbildung 54 Leitungslänge aus dem Element bei Installation im Unterflur bzw. in abgehängter Decke Vorschläge für die eindeutige Übergabe (Stecker, Farbkodierung) Bei der Schnittstelle zwischen den Gewerken Fassadenbau und Elektroinstallation stellt die Kennzeichnung der Kontakte bzw. der einzelnen Adern einer Leitung eine wesentliche Problematik dar. Zur Lösung dieses Problempunktes gibt es grundsätzlich zwei Ansatzpunkte: a) Die Einführung einer einheitlichen Farbkodierung, die die exakte Zuordnung der einzelnen Adern ermöglicht. b) Die Einführung eines standardisierten Steckers, der von beiden Gewerken verwendet werden muss. Nachfolgend sind Vorschläge für beide Varianten erarbeitet. Innerhalb dieser Untersuchung wird nicht der Anspruch erhoben, dass diese Belegung sämtliche Fälle abdecken kann. Die nachfolgend aufgezeigte Belegung ist ein Vorschlag und als Anregung gedacht. Für die Umsetzung eines mechatronischen Fensters muss jedoch eine solche Standardisierung als erster wichtiger Schritt angesehen werden. Zunächst ist die Spannung zu definieren. Aufgrund der bislang getätigten Ausführungen wird ein Wert von 24 V Gleichspannung bei maximal 2 A für alle Komponenten als ausreichend angesehen, um den Großteil von möglichen Varianten abzudecken. Die hieraus resultierenden Leiterquerschnitte mit den maximalen Leitungslängen können aus Kapitel 7.1 entnommen werden.

78 TP13/I - 64 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement Von einer möglichen Alternative einer Nummerierung der einzelnen Adern wird Abstand genommen, da diese im Baustellenalltag schlecht abgelesen werden kann und bezüglich der Dauerhaftigkeit eher kritisch zu betrachten ist. Eine konsequente Nummerierung der Adern bzw. Leitungen als zusätzliche Maßnahme kann allerdings empfohlen werden Farbkodierung der Leitung Eine einfache Art und Weise für die eindeutige Zuordnung bietet eine dauerhafte Farbkodierung der Leitungen. Für eine eindeutige Zuordnung auf der Baustelle wird folgende Farbkodierung (nach DIN IEC [24]) vorgeschlagen. Tabelle 17 Farbcodierung der Adern und Leitungen für die unterschiedlichen Funktionsbereiche Gruppe Ader Nr. Beschreibung Farbe der Ader Farbe des Mantels Motoren mit Spannungsversorgung 24 V Motoren mit Spannungsversorgung 230 V Kommunikation Sicherheit Fensterkontakt (nicht sicherheitsrelevant) 1 Versorgung Antrieb(e) Öffnen/Schließen (+) Braun (bn) 2 Versorgung Antrieb(e) Öffnen/Schließen ( ) Blau (bu) 3 4 Optional: frei belegbar (z. B. Leitungsüberwachung) Optional: frei belegbar (z. B. Leitungsüberwachung) Schwarz (bk) Grau (gy) 1 Versorgung Jalousieantrieb(e) AUF/AB (+) Braun (bn) 2 Versorgung Jalousieantrieb(e) AUF/AB ( ) Blau (bu) 3 4 Optional: frei belegbar (z. B. Leitungsüberwachung) Optional: frei belegbar (z. B. Leitungsüberwachung) Schwarz (bk) Grau (gy) 1 Versorgung Antrieb(e) Öffnen/Schließen Braun (bn) 2 Versorgung Antrieb(e) Öffnen/Schließen Schwarz (bk) 3 Neutralleiter Blau (bu) 4 Optional: frei belegbar Grau (gy) 5 Schutzleiter Gelb/grün 1 Bus- Anbindung (+) Rot (rd) 2 Bus- Anbindung ( ) 3 Frei Belegbar (z. B. zusätzliche Signalleitung) Schwarz (bk) Weiß (ws) Gelb (ge) Grau (gy) Gelb (ye) Grau (gy) Grün (gn) (EIB- Busleitung J-Y(ST)Y) Frei Belegbar (z. B. zusätzliche Signalleitung) 4 S 1 Fenster- Kontakt S 2 Fenster- Kontakt S 3 Glasbruchsensor S 4 Glasbruchsensor S 5 Reserve für Sicherheitskomponente Weiß (wh) Weiß (wh) VdS- Leitung Weiß (wh) (od. LiYY, Weiß (wh) Farbe: Weiß (wh) grau (gy)) S 6 Reserve für Sicherheitskomponente Weiß (wh) 1 Fenster-Kontakt (offen) Grün (gn) 2 Fenster-Kontakt (geschlossen) Braun (bn) Weiß (ws) 3 Fenster-Kontakt (frei belegbar z. B. Mittelkontakt) Weiß (wh)

79 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement TP13/I - 65 Gruppe Ader Nr. Beschreibung Farbe der Ader Farbe des Mantels 1 Spannungsversorgung (+) Braun (bn) 2 Spannungsversorgung ( ) Weiß (wh) Aktivierungssensor an Automatiktüren 3 4 Aktivieren (Ausgang oder Relaiskontakt COM) Aktivieren (Ausgang oder Relaiskontakt NC) Grün (gn) Grau (gy) Grau (gy) 5 Frei belegbar z. B. Aktivieren (Ausgang oder Relaiskontakt NO) Gelb (ye) 1 Spannungsversorgung (+) Braun (bn) 2 Spannungsversorgung ( ) weiß (wh) Sicherheitssensor an Automatiktüren Sicherheit (Ausgang oder Relaiskontakt COM) Sicherheit (Ausgang oder Relaiskontakt NC) Frei belegbar z. B. Sicherheit (Ausgang oder Relaiskontakt NO) Grün (gn)* Grau (gy)* Gelb (ye) Grau (gy) 6 Test (+) Pink (pk) 7 Test ( ) blau (wh) * Bei Kombinierten Sensoren (Aktivierung und Sicherheit in einem Sensor) sind für die beiden Adern die Farben blau für Sicherheit (Ausgang oder Relaiskontakt COM) sowie rot für Sicherheit (Ausgang oder Relaiskontakt NC) zu verwenden. Da bei 24 V-Motoren ein Nullleiter nicht benötigt wird, kann der entsprechende Kontakt frei belegt werden. So könnte hier z. B. eine Leitungsüberwachung realisiert werden Steckerbelegung Zur Vermeidung (Reduzierung) von Schnittstellenproblemen zwischen dem Gewerk Fassade mit dem Gewerk Elektroinstallation wäre eine eindeutige Definition einer Steckerbelegung wünschenswert. Folgende Gesichtspunkte sollten hierbei berücksichtigt werden: sichere Kontaktstelle, sehr schnelle Montage, Möglichkeit eines Diagnosesystems, das die entsprechenden Funktionen des Fensters mit der Hilfe eines Gerätes abrufen kann (vgl. Diagnosegerät des Autos, das durch eine steckbare Schnittstelle sämtliche anstehenden Fehler auslesen kann), Abmessung der Stecker, Preis, Herstellerunabhängigkeit des Steckers. Für die Dimensionierung eines Steckers kann in der Regel von folgenden Querschnitten der Leitungen ausgegangen werden. a) Leiterquerschnitt für einen Stecker, an dem ausschließlich 24 V-Komponenten angeschlossen werden:

80 TP13/I - 66 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Schnittstelle Übergang Installationspunkt Bauelement Spannungsversorgung, Sicherheit: 0,75 mm² Kommunikation: 0,80 mm² b) Leiterquerschnitte für einen Stecker, an dem sowohl 24 V-Komponenten als auch 230 V-Komponenten angeschlossen werden: Spannungsversorgung: 1,50 mm² Kommunikation: 0,80 mm² Sicherheit: 0,75 mm² Über die daraus resultierende Steckergröße kann derzeit keine konkrete Aussage getroffen werden, da für die aufgezeigte Belegung noch keine Stecker auf dem Markt sind. Grundsätzlich gilt, dass der Unterschied der Baugröße des Steckers zwischen einem Leiterquerschnitt von 0,75 mm² und 1,5 mm² nicht sehr groß ist. Bei der Fragestellung bezüglich der Position dieses Steckers zeigt sich, dass momentan noch eine Aufteilung der Steckbelegung auf mehrere kleinere Stecker notwendig ist, da man ansonsten einen sehr großen Stecker erhält. Eine Aufteilung der Stecker könnte wie in Tabelle 17 anhand der einzelnen definierten Gruppen erfolgen (angedeutet durch die Querstriche). Abbildung 55 zeigt ein Miniatursteckersystem, das für eine solche Anwendung geeignet wäre. Eine weitere Miniaturisierung ist jedoch wünschenswert, um die Stecker besser in die Rahmenkonstruktionen bzw. an den Übergabepunkten unterbringen zu können. Für den Stecker bezüglich der Kommunikation wird an dieser Stelle die Verwendung der rot/schwarzen Busklemme empfohlen, die bereits in der Businstallation weitgehend verwendet wird. Abbildung 55 Stecksystem Mini [Wieland, Gesis] Anbindung sicherheitskritischer Bauteile Bezüglich der oben beschriebenen Steckerverbindung muss besonders auf die Anbindung von Sensoren (Alarmglas, Glasbruchmelder, Fensterkontakt etc.) bei Einbruchmeldeanlagen mit VdS-Zulassung geachtet werden.

81 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle TP13/I - 67 Hierbei sind die entsprechenden VdS-Richtlinien umzusetzen. Für die Leitungsgestaltung ergeben sich entsprechenden Anforderungen wie z. B. in VdS 2270 [25] beschrieben: [ ] Alarmgläser ohne Auswertung (z. B. Alarmdrahtglas, Alarmgläser mit Alarmschleife) können mit einer festen vieradrigen, gleichfarbigen Anschlussleitung versehen sein. Die Anschlussleitung muss mindestens 1,50 m lang sein oder über eine geeignete, korrosionsgeschützte Steckverbindung verfügen [ ] Somit muss darauf geachtet werden, dass bei der Konfektionierung der Stecker jeweils beidseitig gleichfarbige Drähte zu verwenden sind. Dadurch kann bei der Installation die exakte Zuordnung der sicherheitsrelevanten Komponenten nicht mehr getroffen werden. Vor dem Anklemmen durch den Elektriker muss dieser daher die gleichfarbigen Adern durchklingeln. Dies bedeutet, dass mit der Hilfe eines Messgerätes die jeweilige Ader lokalisiert werden kann. 8.8 Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle (Bearbeitung durch ift Rosenheim) Bei der konkreten Umsetzung in eine Baukonstruktion ergibt sich eine Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten. Neben den in den vorangegangenen Abschnitten erläuterten Punkten zur Definition von Schnittstellen für den elektrotechnischen Bereich müssen konstruktive Festlegungen getroffen werden. Bei der Integration von elektronischen Bauteilen ins Fenster ergeben sich unterschiedliche Konzepte, die je nach Ausführung nur Auswirkungen auf das Fenster oder aber auch auf die umgebende Gebäudehülle und Elektroinstallation haben können. In Tabelle 18 sind unterschiedliche Varianten von elektronischen Komponenten im Fenster sowie die Auswirkungen auf das Fenster und die Gebäudehülle zusammengestellt. Tabelle 18 Varianten von el. Komponenten im Fenster sowie die Auswirkung Nr. Schematische Darstellung Bemerkungen 1 Elektronische Komponente auf Flügelprofil Mögliche Anwendungen: z. B. Antrieb zum Öffnen und Schließen des Flügels ohne Verrieglung des Beschlags Konsequenzen Fenster: Wenig Auswirkungen auf den Profilaufbau Leitungsübergang Flügel-Blendrahmen Sichtbares elektronisches Bauteil Konsequenzen Wand: Elektroninstallation an das Fenster geführt

82 TP13/I - 68 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle Nr. Schematische Darstellung Bemerkungen 2 Elektronische Komponente im Flügelprofil Mögliche Anwendungen: z. B. Antrieb des Beschlags zur Verriegelung und mit Kippfunktion, Elektronische Komponente im Mehrscheiben-Isolierglas... Konsequenzen Fenster: In gängige Profile aufwändig zu integrieren/auswirkungen auf Dichtheit, Wärmeschutz usw. möglich Leitungsübergang Flügel-Blendrahmen äußerlich nicht sichtbar Konsequenzen Wand: Elektroninstallation an das Fenster geführt 3 Elektronische Komponente im Blendrahmenprofil Mögliche Anwendungen: z. B. Antrieb für Öffnen des Flügels, Kontakte zur Überwachung des Öffnungszustands... Konsequenzen Fenster: In gängige Profile aufwändig zu integrieren/auswirkungen auf Dichtheit, Wärmeschutz usw. möglich, äußerlich nicht sichtbar Konsequenzen Wand: Elektroninstallation an das Fenster geführt 4 Elektronische Komponente am Blendrahmenprofil Mögliche Anwendungen: z. B. Fensterlüfter mit Antrieb von Klappen und Ventilator Konsequenzen Fenster: Gering Konsequenzen Wand: Elektroninstallation an das Fenster geführt Raum für Komponenten ist vorzusehen, Dichtebenen und Dämmzonen an Leibung/Brüstung anzupassen, Zugang für Revision durch demontierbare Verkleidungen etc. vorsehen 5 Elektronische Komponenten im Flügel und am Blendrahmen Mögliche Anwendungen: z. B. Netzteil am Blendrahmen, Antrieb und/oder Kontakte im Flügel Konsequenzen Fenster: Auswirkungen auf Dichtheit, Wärmeschutz usw. möglich, Leitungsübergang Flügel-Blendrahmen, äußerlich nicht sichtbar Konsequenzen Wand: Elektroninstallation an das Fenster geführt Raum für Komponenten ist vorzusehen Dichtebenen und Dämmzonen an Leibung/Brüstung anzupassen, Zugang für Revision durch demontierbare Verkleidungen etc. vorsehen

83 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle TP13/I - 69 Nr. Schematische Darstellung Bemerkungen 6 Elektronische Komponenten auf dem Flügel und in der Hausinstallation Mögliche Anwendungen: z. B. Antrieb am Fensterflügel, Steuerung/Netzteil in der Anschlussdose oder an zentraler Stelle im Gebäude (BUS-Systeme...) Konsequenzen Fenster: Wenig Auswirkungen auf den Profilaufbau Leitungsübergang Flügel-Blendrahmen, sichtbares elektronisches Bauteil Konsequenzen Wand: Unterschiedliche Leitungen bei Netzteil-Variante, Leitung von Dose an das Fenster geführt Bei Varianten, die auf die umgebende Gebäudehülle Auswirkungen haben, ist sicherzustellen, dass die notwendigen Eigenschaften der Gebäudehülle nicht unzulässig verändert werden. Derartige Eigenschaften sind Luftdichtheit Wärmeschutz Schalldämmung Brandschutz usw. Für verschiedene Ausführungsvarianten sind in den nachfolgenden Abbildungen Umsetzungsvorschläge zur Sicherstellung der Luftdichtheit dargestellt. Darin ist die Funktionsebene der Gebäudehülle, welche die Trennung von Raum- und Außenklima beschreibt, als rote Linie eingezeichnet. Es wird deutlich, dass die erforderlichen elektronischen Bauteile und die Leitungsführung speziell bei der Luftdichtheit der Außenwand zu speziellen Konstruktionslösungen führen. Tabelle 19 Luftdichter Baukörperanschluss Schematische Darstellung Bemerkungen Anschlussdose sitzt in Luftdichtheitsschicht der Wandkonstruktion: Anforderungen an Dichtheit der Dose und deren Anbindung, Führung der Leitungen in der Wand

84 TP13/I - 70 Schnittstelle Fenster/Fassade/Tür Haustechnik Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudehülle Schematische Darstellung Bemerkungen Dose sitzt in vor die Luftdichtheitsebene gesetzter Installationsebene, Leitungsführung in der Installationsebene mit Durchdringung der Dichtungen am Fensteranschluss Netzteil oder Verteiler sitzt in Dose in Installationsebene, Leitungsführung in der Installationsebene mit Durchdringung der Dichtung am Blendrahmen, welcher mit zusätzlicher Leiste zur Verbesserung der Leitungsführung und der Abdichtung versehen ist; angepasste Konstruktion im Leibungsbereich Netzteil oder Verteiler sitzt an Blendrahmenverbreiterung, Abdichtung der Leitungen beim Eintritt in den Rahmen; Raumseitige Leibungsverkleidung demontierbar für Revision an Netzteil/Verteiler

85 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsprozess TP13/I Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) 9.1 Planungsprozess In der heutigen Planungspraxis treten aufgrund der immer komplexer werdenden technischen Anlagen in einem Gebäude die Abstimmungsprozesse und die Schnittstellendefinitionen zwischen den beteiligten Gewerken immer mehr in den Vordergrund. Im Folgenden soll aufgezeigt werden, wie die Umsetzung des Planungsprozesses eines Fassaden- bzw. Fensterkonzeptes in der praktischen Umsetzung erfolgen sollte (Abbildung 56). Die jeweiligen Planungsschritte zeigen einen Auszug aus den wichtigsten Aufgaben während der jeweiligen Phase auf. Es werden ausschließlich die Phasen betrachtet, die konkret für die Fassadenplanung von Bedeutung sind. Bei der Planung von Türen mit elektrischen Komponenten sind diese entsprechend wie eine Fassade zu betrachten. Hierbei sollte spätestens in der Entwurfsphase in einem Abstimmungsprozess zwischen dem Bauherrn, dem Architekten und dem Planer, der die möglichen funktionellen Gesichtspunkte aufzeigen kann, ein verbindliches Gesamtkonzept erarbeitet werden. Grundsätzlich sollte in einem fortschrittlichen Planungsprozess bereits schon vor der eigentlichen Entwurfsphase (beginnt also vor den definierten Phasen der HOAI Honorarordnung für Architekten und Ingenieure) im Sinne einer Bedarfsplanung (nach DIN 18205: ) der eigentlichen Bedarf des Bauwerks, und somit auch der Fassade, zusammen mit dem Bauherrn ermittelt werden. Nach erfolgter Bedarfsplanung ist es somit möglich, dass der Bedarfsplaner die Interessen des Bauherrn vertritt und folglich die einzelnen Planungsteams koordinieren kann. Nachdem die Fachplaner und der Architekt das Konzept detailliert, verfeinert, ausgeschrieben und vergeben haben, findet die Einweisung der ausführenden Firmen statt. Während des gesamten Bauablaufs ist die permanente Abstimmung zwischen den ausführenden Firmen untereinander und die nach HOAI definierte Objektüberwachung der Fachplaner erforderlich, um auf eventuelle Problemstellungen möglichst frühzeitig reagieren zu können. Nachfolgend werden die einzelnen Planungsphasen detailliert erläutert.

86 TP13/I - 72 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsprozess Abbildung 56 Übersicht Planungsprozess bei der Integration elektromechanischer Bauteile

87 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen TP13/I Planungsphasen (Bearbeitung durch Hochschule Biberach und ift Rosenheim) Bedarfsplanung Die Bedarfsplanung im Bauwesen nach DIN 18205: stellt einen innovativen Planungsansatz dar, der derzeit in der konventionellen Planungspraxis, bis auf wenige Ausnahmen, noch nicht angewendet wird. Die Bedarfsplanung sollte beginnen, sobald erste Überlegungen des Bauherrn bezüglich der Erstellung eines Gebäudes bzw. der Sanierung eines Gebäudes getroffen werden. Hierzu gibt die Norm drei Musterprüflisten vor. Die vorgegebenen Prüflisten der Norm werden als logische Abfolge und Methodik von Entscheidungsvorgängen verwendet und können dementsprechend ergänzt und erweitert werden. Die Prüflisten lauten: Prüfliste A: Projekterfassung, Prüfliste B: Darstellung von Rahmenbedingungen, Mitteln und Zielen, Prüfliste C: Detaillierte Einzelanforderungen. Die Leistung der Bedarfsplanung wird nicht durch die HOAI (Honorarordnung für Architekten und Ingenieure) geregelt und muss somit als Planungsschritt vor der Planung nach HOAI angesehen werden. Die Honorierung muss mit dem Bauherrn separat vereinbart werden. Als Ergebnis aus der Bedarfsplanung wird das Lastenheft nach VDI 2519 erstellt, um zu definieren was getan werden soll. Folgende wesentliche Inhalte sollten während dieser Planungsphase bzw. des ersten Planungsschrittes, im Bezug auf die Planung der elektromechanischen Bauelemente, festgelegt werden (Tabelle 20). Tabelle 20 Bedarfsplanung Inhalt Funktionalität vs. Gestaltung Funktionsumfang Beschreibung Grundsätzliche Entscheidung, welcher Schwerpunkt für die Planung der elektromechanischen Bauelemente maßgeblich ist z. B.: spielt vorrangig die Gestaltung oder die Funktion eine Rolle? Falls beide Gesichtspunkte von Bedeutung sind, muss allen Beteiligten klar sein, dass es im weiteren Planungsverlauf Kompromisse im Design bzw. in der Funktion geben kann, die gemeinsam in dieser Phase festgelegt werden müssen. Zu beachten ist, dass für die Integration von elektronischen Komponenten entsprechend Platz im Bauelement zur Verfügung stehen muss. Hierdurch und durch den Platzbedarf durch die entsprechenden Zuleitungen ist u. U. eine konstruktive Anpassung des Elementes notwendig, bzw. es kann zu Einschränkungen bei der gestalterischen Freiheit kommen. Ist die Integration des elektromechanischen Bauelementes in die Gebäudetechnik gewünscht? Soll z. B. die Fassade für Raumkonditionierungsfunktionen genutzt werden oder findet eine Beschränkung auf die Funktion des Sonnenschutzes statt? Soll freie Lüftung/ Kühlung genutzt werden? Festlegung der gewünschten Funktionen der elektromechanischen Bauelemente.

88 TP13/I - 74 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen Inhalt Gebäudeautomation Bedienkonzept Beschreibung Abwägung über den Einsatz eines Bussystems und Festlegung inwiefern eine Kommunikation mit den anderen Systemen (z. B. Gebäudeleittechnik) stattfinden soll und muss. Spezifikation, wo und wie die Bedienung der elektromechanischen Bauelemente erfolgen soll. Taster am Element, Taster im Raum, zentrales Bedienpaneel usw. Wesentliche Beteiligte: Bauherr mit Bedarfsplaner Ergebnis: Erstellung eines Lastenheftes (Was soll das Gebäude funktionell können?) Grundlagenermittlung/Vorplanung Die Leistungsphasen 1 und 2 nach der HOAI werden als Grundlagenermittlung und Vorplanung bezeichnet. Falls die in beschriebene Bedarfsplanung nicht stattfindet, müssen in diesen Planungsphasen die grundlegenden Aufgabenstellungen an die Gewerke definiert, abgestimmt und verfeinert werden. Ausgehend von der Annahme, dass in einem fortschrittlichen Planungsprozess vor den eigentlichen Planungsphasen die Bedarfsplanung erfolgt, sind die in Tabelle 21 genannten Planungsinhalte zu bearbeiten. In dieser Planungsphase taucht im Bezug auf einen fortschrittlichen Planungsprozess zum ersten Mal der Begriff des Integrationsplaners auf. Hiermit wird ein Planer bezeichnet, der in der Lage ist, sämtliche Gewerke zu planen und somit den integralen Planungsprozess optimal umzusetzen. Tabelle 21 Inhalt Grundlagenermittlung und Vorplanung Beschreibung Funktionelle Anforderungen Abstimmung mit den Baubeteiligten Grobes Pflichtenheft Konkretisierung der sich daraus ergebenden funktionellen Anforderungen Um eine integrale Planung zu gewährleisten, ist die permanente Abstimmung unter den Baubeteiligten erforderlich. Die festgelegten Anforderungen und Erwartungen aus der Bedarfsplanung werden zu einer groben Systemstruktur weiterentwickelt Spezifikation was und womit. Wesentliche Beteiligte: Objektplaner/Bedarfsplaner Fassadenplaner Integrationsplaner bzw. Elektroplaner und MSR-Planer Ggf. Planer für Heizung, Lüftung, Sanitär (z. B. bei Raumkonditionierung über die Fassade) Ergebnis: Grobes Pflichtenheft

89 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen TP13/I Entwurfsplanung Die Entwurfsplanung wird durch die Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) mit den zu erbringenden Leistungen definiert (Leistungsphase 3). Ziel ist es, ein durchgängiges und realisierbares Planungskonzept zu erstellen, das alle projektspezifischen Zusammenhänge aus der Bedarfsplanung, Grundlagenermittlung und Vorplanung berücksichtigt. Folgende wesentliche Inhalte sollten während dieser Planungsphase in Bezug auf die Planung von elektromechanischen Bauelementen detailliert werden (Tabelle 22). Tabelle 22 Inhalt Grobkonzept Steuerung Platzbedarf Grundlagen, Vor- und Entwurfsplanung Beschreibung Erstellung eines Grobkonzeptes für die Umsetzung der benötigten Funktionen incl. der Anbindung an die Gebäudetechnik und Detaillierung der Systemstruktur Beachtung des Platzbedarfs, der für die Elektronik (Aktorik, z. B. Antriebe und Sensorik, z. B. Fensterkontakt) sowie für die Leitungsführung im elektromechanischen Bauelement benötigt wird. Leerrohrplanung Eigengeräusche Nutzungssicherheit von kraftbetätigten Bauelementen Brand/- Rauchschutz Vorentwurf der Leerrohrplanung, insbesondere zwischen Übergabepunkten und dem elektromechanischen Bauelement Festlegung von Anforderungen bezüglich des zulässigen Schallpegels bei kraftbetätigten Elementen (z. B. Fenster, Türen, Sonnenschutz, Lüfter etc.). Sollten besondere Anforderungen bezüglich des maximalen Schallpegels zu erfüllen sein, so sind diese im Rahmen der Ausführungsplanung und in der Ausschreibung zu spezifizieren. Risikobeurteilung (bzw. Gefahrenanalyse oder Risikobewertung) zur Nutzungssicherheit von kraftbetätigten Bauelementen Analyse, ob die vorgesehenen elektromechanischen Bauelemente in das Brandschutzkonzept eingebunden werden (z. B. Nutzung von Fenstern als NRWG). Die Bemessung, Planung und Anwendung für sog. RWA (Rauchund Wärmeabzugsanlagen) erfolgt gemäß DIN Das Fenster wird als NRWG incl. aller Zubehörbauteile gemäß EN geprüft, überwacht und muss mit einem CE-Zeichen deklariert sein. Bei Feuerschutztüren ist die Verwendung von elektromechanischen Bauteilen in Verbindung mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung und den zulässigen Änderungen von Feuerschutzabschlüssen des DIBt zu sehen. Bei Rauchschutzabschlüssen ist die Verwendung aus dem allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnis ersichtlich. Weiterhin ist bei der Planung die Richtlinie über elektrische Verriegelungssysteme von Türen in Rettungswegen (EltVTR) zu beachten. Außerdem sind die Anforderungen an elektrische Kabelanlagen für den Funktionserhalt im Brandfall zu beachten.

90 TP13/I - 76 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen Inhalt Flucht- und Rettungswege Einbruchschutz, Gefahrenmeldetechnik Beschreibung Analyse, ob die vorgesehenen elektromechanischen Bauelemente in der Planung der Flucht und Rettungswege zu berücksichtigen sind. Bei Feuerschutztüren ist die Verwendung von elektromechanischen Bauteilen, insbesondere in Verbindung zum Einsatz in Flucht- und Rettungswegen, in Verbindung mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung und den zulässigen Änderungen von Feuerschutzabschlüssen des DIBt zu sehen. Bei Rauchschutzabschlüssen ist die Verwendung aus dem allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnis ersichtlich. Weiterhin ist bei der Planung die Richtlinie über elektrische Verriegelungssysteme von Türen in Rettungswegen (EltVTR) und die Richtlinie über automatische Schiebetüren in Rettungswegen (AutSchR) zu beachten. Für Fenster in Flucht- und Rettungswegen sind die Anforderungen der Musterbauordnung zu beachten. Bezüglich der Anwendung von elektromechanischen Bauteilen in einbruchhemmenden Bauteilen sind die Aussagen in den Prüfnachweisen der einbruchhemmenden Bauteile zu beachten. Bezüglich der Anwendung von elektromechanischen Bauteilen in Verbindung mit elektronischer Gefahrenmeldetechnik sind die einschlägigen Richtlinien des VdS zu beachten. Wesentliche Beteiligte: Objektplaner / Bedarfsplaner Fassadenplaner Integrationsplaner bzw. Elektroplaner und MSR-Planer, Ggf. Planer für Heizung, Lüftung, Sanitär (z. B. bei Raumkonditionierung über die Fassade) Ergebnis: Erstellung eines Pflichtenheftes (Wer macht was? bzw. Wie ist das Gebäude zu erstellen?) Ausführungsplanung Die Ausführungsplanung ist die Leistungsphase 5 nach HOAI. Ziel ist es, die Entwurfsplanung zur Realisierung des Bauvorhabens zu verfeinern. Folgende wesentlichen Inhalte sollten während dieser Planungsphase, in Bezug auf die Planung der elektromechanischen Bauelemente detailliert werden (Tabelle 23). Tabelle 23 Ausführungsplanung Inhalt Schnittstelle der Gewerke Beschreibung Spezifikation der Gewerkeschnittstellen bzw. Definition des jeweiligen Lieferumfangs der Gewerke Bauelemente und TGA z. B. Elektrotechnik. Beispielsweise muss geklärt werden, ob ein Antrieb inklusive Ansteuereinheit (Aktor) geliefert wird oder durch das Gewerk Elektrotechnik zu liefern ist. Wer stellt die Spannungsversorgung zur Verfügung? Es wird empfohlen, die Spannungsversorgung der Hersteller der elektromechanischen Bauelemente zu verwenden.

91 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen TP13/I - 77 Inhalt Planerstellung Einsatzbereich Antriebsfunktion allgemeine Spannungslevel Übergabepunkte Leitungen Leitungsverlegung Installationsmaterial Verbindung am Übergabepunkt Revisionsfähigkeit der Konstruktionen Beschreibung Erstellung von Ausführungsplänen (z. B. Anschluss bzw. Stromlaufpläne) inkl. einer eindeutigen Funktionsbeschreibung (z. B. durch Ablaufdiagramme usw.). Bei Auslegung von Leitungen sind die erforderlichen Querschnitte zu beachten. Massenermittlung der benötigten Leitungen und elektronischen Komponenten (dies wird genauer in der HOAI mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe bezeichnet). Festlegung der Belastungen, die aus dem geplanten Einsatz auf die elektromechanischen Bauelemente wirken: Temperatur, Feuchte, Verschmutzung. Ableitung notwendiger Anforderungen z. B. Temperaturbeständigkeit, IP Schutzart etc. Benötigte Antriebsfunktion (z. B. Jalousieantrieb, Fensterantrieb, Türantrieb) als Grundlage für die genaue Spezifikation zur Ausschreibung der Antriebe. Im Regelfall sollten die Bauelemente (Fenster/Tür) inklusive den Antrieben ausgeschrieben werden. In jedem Fall muss die Antriebsspezifikation an das Gesamtsystem angepasst sein. Festlegung der verwendeten Spannungslevel und deren Qualität (siehe auch D20). Ziel ist es, hierbei möglichst einheitlich Kleinspannung (24 V Gleichspannung) zu verwenden. Die Lage der Übergabepunkte und des Verdrahtungsprinzips (z. B. abgehängte Decke mit Rangierverteiler) sind zu definieren und zu vereinbaren. Sind pro Bauelement mehrere Übergabepunkte vorgesehen, so ist festzulegen, welche Leitungen bzw. welche Funktionseigenschaften an welchem Übergabepunkt übergeben werden. Es ist zu klären, ob am oder im Übergabepunkt zusätzliche Komponenten wie z. B. Netzteile integriert werden müssen. Dementsprechend ist der Platzbedarf am Übergabepunkt (z. B. Größe der Dose) festzulegen. Ermittlung der benötigten Querschnitte, Längen und Arten der Leitungen, die für die Anbindung der Komponenten erforderlich sind. Abstimmung und Planung der Leitungsverlegung bzw. -führung vom elektromechanischen Bauelement zum Übergabepunkt. Grundsätzlich wird die Verwendung von Leerrohren empfohlen. Beschaffenheit von Installationsdosen, Leerrohren usw. Beispiele: Abmessung, Material, Dichtheit bzgl. Luft und Wasser,... Festlegung, ob eine steckbare Verbindung möglich ist. Definition eines einheitlichen Steckers bzw. einheitlicher Belegung der Adern. Wichtig ist hierbei die eindeutige Kennzeichnung der Adern, die aus dem mechatronischen Bauelement kommen. Hierfür ist der Hersteller des Bauelementes verantwortlich. Alternativ: Festlegung einer anderen Verbindungstechnik mit Vorgaben zur Isolation. Gemäß Bauproduktenrichtlinie dürfen Konstruktionen nur dann in den Verkehr gebracht werden, wenn eine Möglichkeit zur Revision mit vertretbarem Aufwand möglich ist. Die verwendeten Komponenten, Konstruktionen und Übergabepunkte müssen dieser Forderung entsprechen. Auch sind hier Konzepte zur Wartung und Instandhaltung in der Nutzungsphase zu erarbeiten.

92 TP13/I - 78 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen Inhalt Schutzarten Beschreibung Festlegung der notwendigen IP Schutzarten für die elektronischen Komponenten. Hinweis: Die reine Beurteilung der Klimabeständigkeit von elektronischen Komponenten in der Außenhülle ist nicht ausreichend. Speziell bei Antrieben hat sich gezeigt, dass kein signifikanter Zusammenhang zwischen der Dauerhaftigkeit in wechselnden Klimaten und der Höhe der IP Schutzart vorhanden ist. Daher wird empfohlen, bei der Auswahl entsprechender Komponenten auch Klimawechselprüfungen mit zu betrachten. Antriebsspezifikation generell Falls entschieden wird, einen alternativen Antrieb auszuschreiben bzw. Alternativen zuzulassen, sollten diese Gesichtspunkte definiert werden. Versorgungsspannung Klärung, ob ein 230 V-Antrieb oder ein 24 V-Antrieb verwendet wird. Geforderte Schutzart (siehe auch C12.) Sowohl für den Antrieb als auch für Kabelverbindungen und evtl. Netzgeräte. Temperaturbereich Dies gilt sowohl für den Antrieb als auch für alle anderen eingesetzten Bauteile (z. B. Netzgeräte usw.). Bemessungslast Klärung, welche Bemessungslast (Kraft bzw. Drehmoment) erforderlich ist bzw. maximal bereitgestellt werden kann. Hub bzw. Öffnungsweite Sich am fertigen Produkt ergebende Maße. Abschaltung Differenzierung, ob es sich um eine Lastabschaltung, oder eine Abschaltung durch Endkontakte handelt (vor allem im Bereich der Jalousie). Hierbei sind Ansteuerungskonzepte zu beachten. Anhang D zeigt in diesem Zusammenhang 3 grundlegende Varianten auf. Position und Art der Steuerung Unterscheidung der verschiedenen Varianten der Antriebsansteuerung (siehe Anhang AD). Falls ein Steuergerät (z. B. Aktor) oder eine Spannungsversorgung zu verwendet ist, die nicht im Schaltschrank untergebracht werden können, muss eine dementsprechende Platzvorhaltung getroffen werden. Des Weiteren muss gewährleistet sein, dass der Antrieb oder die Ansteuereinheit (Aktor) auch für ein evtl. verwendetes Bussystem geeignet ist bzw. in dieses integriert werden kann. Eingangs-/Ausgangsspannung Beachtung insbesondere der Toleranzen und der Restwelligkeit der externen Spannungsversorgung. Mögliches Beispiel: 24 VDC ± 10 %/2 VSS Antriebsspezifikation zusätzlich bei 24 V Es besteht grundsätzlich die Gefahr, dass durch zu hohe Leerlaufspannungen der Netzteile die Antriebe zerstört werden können. Anfahrstrom Hierbei sollte sowohl die maximale, kurzzeitige Stromstärke während des Anfahrvorgangs (Peak) und evtl. auch die Peakdauer festgelegt werden. Einschaltdauer (Duty-Cycle) Festlegung der geforderten Einschaltdauer (engl. Duty-Cyle). Dies bedeutet, dass je nach Antriebhersteller evtl. ein anderes Ein-/Ausschaltverhältnis (evtl. 3 Min. ein und 3 Min. aus) gefordert ist. Üblich sind 30 % ED (Einschaltdauer).

93 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen TP13/I - 79 Wesentliche Beteiligte: Objektplaner (z. B. Architekt) Fassadenplaner Elektroplaner und MSR- Planer Ggf. Planer für Heizung, Lüftung, Sanitär (z. B. bei Raumkonditionierung über die Fassade) Ergebnis: Detaillierung des Pflichtenheftes als Grundlage für die Erstellung des Leistungsverzeichnisses (Welche Details gilt es zu beachten?) Ausschreibung und Vergabe Diese Leistungsphasen werden in der HOAI als Leistungsphase 6 und 7 bezeichnet. Ziel ist es, auf Basis der Ausführungsplanung das Leistungsverzeichnis zu erstellen. Eventuell sind hierzu Planungsdetails abzustimmen. Unmittelbar nach der Vergabe sind durch die ausführenden Firmen die Montage- und Werkplanungen zu erstellen. Bei der Ausschreibung von Motoren (Jalousien und für die Fensteröffnung) gilt es besonders sorgfältig vorzugehen, da dies die Angabe von konkreten Spezifikationen fordert. Hierbei stellt sich die Beachtung der beschriebenen Varianten (siehe Anhang C) als besonders wichtig dar, um die bekannte Schnittstellenproblematik möglichst weitgehend zu minimieren. Grundsätzlich sollte allerdings die Ausschreibung des Motors zusammen mit dem entsprechenden Bauelement erfolgen oder eine entsprechende Empfehlung berücksichtigt werden, um eine möglichst große Funktionssicherheit zu erhalten. In diesem Zusammenhang müssen allerdings vor allem die elektrotechnischen Schnittstellen exakt definiert und abgestimmt werden. Grundsätzlich muss zunächst geklärt werden, welche Variante in dem vorliegenden Projekt zum Einsatz kommen soll, da es je nach funktioneller Anforderung und Umfang der Maßnahme fraglich ist, ob z. B. eine kommunikative Lösung (Variante C) sinnvoll ist. Wesentliche Beteiligte: Objektplaner und evtl. Bauherr, Fachplaner der Gewerke TGA und Fassade, Ausführende Firmen (Fassade, Fenster, Elektro bzw. MSR). Ergebnis: Leistungsverzeichnis, Ausschreibungsunterlagen (Detailzeichnungen, Stromlaufpläne, Ablaufpläne etc.) Ausführung und Objektüberwachung Während der Montagearbeiten der elektromechanischen Bauelemente ist eine laufende Abstimmung der Beteiligten erforderlich, um auf örtliche Umstände adäquat reagieren zu können. Der Anschluss der elektromechanischen Bauelemente an die Gebäudetechnik darf nur von einer befugten Person vorgenommen werden.

94 TP13/I - 80 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen Die als Leistungsphase 8 bezeichnete Objektüberwachung während der Ausführung stellt das Bindeglied zwischen der Planung und der eigentlichen Umsetzung dar. Somit ist dieser Planungsphase besondere Aufmerksamkeit zu widmen, da hier innerhalb von kurzen Zeiträumen wichtige Entscheidungen getroffen werden, die in vielen Fällen mehrere Gewerke betreffen. In dieser Phase wird besonders deutlich, wenn durch mangelnde Konzeption und Planung Schwachstellen in der Abstimmung der Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken vorliegen. Wesentliche Beteiligte: Bauleitung, Ausführende Firmen. Ergebnis: Errichtung und Anschluss der elektromechanischen Bauelemente Objektüberwachung und Abnahme Die rechtsgeschäftliche Abnahme einer Werkleistung ist in 640 BGB bzw. 12 VOB/B geregelt. Unter der Abnahme im Sinne dieser Vorschriften versteht man die Billigung des Werkes durch den Auftraggeber als in der Hauptsache vertragsgemäße Leistung. Es existieren unterschiedliche Abnahmeformen. Bei der formellen Abnahme erfolgt beispielsweise eine von Auftraggeber und Auftragnehmer gemeinsam durchgeführte Überprüfung der Leistung im Rahmen eines Abnahmetermins, dessen Ergebnis in einem Abnahmeprotokoll dokumentiert wird. Der Auftraggeber/Besteller ist zur Abnahme verpflichtet, es sei denn, die Leistung ist mit wesentlichen Mängeln behaftet und daher nicht abnahmereif. Eine zusammenfassende Darstellung findet sich im VFF Merkblatt KB.02. Nach dem Bauproduktengesetz (BauPG), mit dem ein wesentlicher Bereich der europäischen Bauproduktenrichtlinie umgesetzt wurde, darf ein Bauprodukt nur dann in den Verkehr gebracht und frei gehandelt werden, wenn es mit dem CE- Zeichen versehen ist. Unter Inverkehrbringen versteht man den Handel mit dem Produkt. In der Regel ist das Inverkehrbringen in dem Zeitpunkt gegeben, zu dem das Produkt konkret auf dem Markt angeboten wird. Unter Inverkehrbringen ist das erstmalige Inverkehrbringen zu verstehen, wenn der Hersteller das neue Produkt einem Großhändler, Einzelhändler, Baufirmen, Handwerkern oder Endverbrauchern ausliefert und so auf den Markt bringt. Unter den Begriff des Inverkehrbringens fällt aber auch der weitere Handel mit Bauprodukten und damit das wiederholte Inverkehrbringen. Werden Fenster, Türen, Fassaden sowie NRWG in den Verkehr gebracht, müssen sie den maßgeblichen Produktnormen entsprechen und ein CE-Zeichen tragen (vgl. EN für Fenster/Türen, EN für NRWG und EN für Fassaden). Die Kennzeichnungspflicht obliegt in der Regel dem Hersteller. Hersteller ist derjenige, der das Bauprodukt erstellt und dieses in den Verkehr bringt. Als Hersteller kann im Einzelfall auch ein reiner Montagebetrieb angesehen werden, wenn dieser ein Bauelement erstellt, indem er Komponenten unterschiedlicher Lieferanten einbaufertig zusammenfügt.

95 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen TP13/I - 81 Folgende Punkte sind bei der Abnahme von elektromechanischen Bauelementen zu beachten. Nachfolgende Auflistung berücksichtigt nur die Besonderheiten durch die elektronischen bzw. elektromechanischen Komponenten (Tabelle 24). Tabelle 24 Abnahme Inhalt Inbetriebnahme Dokumentation Übergabepunkt Leitungsausführung Funktionstest Inhalt Beschreibung Es sollte ein Protokoll zur Inbetriebnahme erstellt werden. Übergabe der Dokumentation z. B. Bedienungsanleitung der elektromechanischen Bauelemente, Wartungs- und Pflegeanleitung, Prüfbuch für die Wartung etc. Abgleich der Übergabepunkte und der dauerhaften Kennzeichnung mit der Dokumentation des Auftragnehmers. Der erstellte Übergabeschlüssel und die Kennzeichnung der Adern müssen mit der Realität übereinstimmen. Stichprobenartige Überprüfung der Ausführung der Leitungen. Merkmale: Leiterquerschnitte, Leitungsaufbau, Isolierung, Abschirmung, eindeutige Kennzeichnung der Leitung. Hinweis für Alarmsysteme: Bei VdS-zugelassenen Systemen müssen alle Adern die gleiche Farbe haben. Kompletter Funktionstest an ausgewählten Bauelementen. Hierbei müssen sowohl die automatischen Funktionen als auch die manuellen Ansteuerungen entsprechend der Funktionsbeschreibung (z. B. aus der Bedarfsplanung) überprüft werden. Beschreibung Wesentliche Beteiligte: Bauleitung bzw. Bauherr, Ausführende Firmen. Ergebnis: Funktionstüchtige elektromechanische Bauelemente mit Anbindung an die TGA Wartung und Pflege Zur Aufrechterhaltung der Funktion und der Produktbeschaffenheit während der Nutzungsphase und zur Vorbeugung von Personen- und Sachschäden ist eine fachgerechte permanente Wartung und Pflege der erstellten Komponenten erforderlich. So heißt es in der Musterbauordnung (MBO) 3 Abs. 2: Bauprodukte dürfen nur verwendet werden, wenn bei ihrer Verwendung die baulichen Anlagen bei ordnungsgemäßer Instandhaltung während einer dem Zweck entsprechenden angemessenen Zeitdauer die Anforderungen dieses Gesetzes oder aufgrund dieses Gesetzes erfüllen und gebrauchstauglich sind. und weiter: Unter ordnungsgemäßer Instandhaltung im Sinne von 3 Abs. 2 sind diejenigen Maßnahmen zu verstehen, die notwendig sind, um den Sollzustand einer baulichen Anlage kontinuierlich zu erhalten. Auch nach DIN Instandhaltung; Begriffe und Maßnahmen sind unter Instandhaltung alle Maßnahmen zur Bewahrung und Wiederherstellung des Sollzustandes baulicher Anlagen zu verstehen. Damit sind Begriffe wie Wartung und Inspektion in die Forderung nach einer ordnungsgemäßen Instandhaltung mit einbezogen.

96 TP13/I - 82 Planungs-, Ausführungs- und Betriebsaspekte der Fassade Planungsphasen Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauelementen z. B. NRWG ist eine jährliche Wartung (gemäß EN verbindlich) durch autorisierte Fachbetriebe notwendig. Für RWA-Anlagen gilt des Weiteren auch DIN Wartung und Service von RWA-Anlagen. Für die Instandhaltung und Wartung von RWA- Anlagen gibt die ZVEI-Schrift RWA-Aktuell 1 weitergehende Informationen. Auch für kraftbetätigte Türen ist entsprechend DIN mindestens eine jährliche Wartung nach Herstellervorschrift sowie die Führung einer Kontrollliste in einem Prüfbuch verpflichtend. Neben der Wartung von sicherheitsrelevanten Bauteilen ist zu unterscheiden zwischen Wartungs- und Pflegemaßnahmen zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit wie z. B. dem Schmieren von beweglichen Teilen sowie zur Aufrechterhaltung der visuellen Beschaffenheit z. B. Reinigung und Oberflächenwartung. Der Bauherr kann sich entscheiden, die Wartungsarbeiten für sämtliche Leistungen an Fachfirmen im Rahmen eines Wartungsvertrages zu vergeben. Somit ist die qualifizierte und fachgerechte Durchführung gewährleistet. Ein Muster-Wartungsvertrag ist aus dem VFF Merkblatt WP 03 ersichtlich. Bei der konkreten Anwendung muss dieser durch produktbezogene Wartungsvorschriften der Hersteller ergänzt werden. Zusätzlich zu der eigentlichen Instandhaltung muss der Anwender bzw. der Bauherr die bestimmungsgemäße Verwendung der Produkte einhalten, die in der Benutzerinformation/Betriebsanleitung beschrieben ist. Weitere Informationen zum Thema Benutzerinformation können dem VFF Merkblatt WP.02 entnommen werden. Da der Bauherr auf seine Verantwortung bezüglich der Instandhaltung und Werterhaltung der ihm übergebenen Leistungen hingewiesen werden muss, können weitergehende Empfehlungen dem VFF Merkblatt WP.01 entnommen werden. In der Hinweispflicht für die entsprechenden elektrischen Anlagen befinden sich die Hersteller der elektromechanischen Bauelemente sowie der Elektriker.

97 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Konzeption und Zielsetzung TP13/I Umsetzung in einem Exponat und Präsentation (Bearbeitung durch ift Rosenheim) 10.1 Konzeption und Zielsetzung Für die Präsentation und praktische Umsetzung der Projektarbeit auf der Messe BAU 2007 wurde im Verbund von TP 13 und TP 20 ein Fensterelement geplant und umgesetzt. Dieses wurde in ein Wandelement integriert, welches in Holzständerbauweise errichtet wurde. Für das Fensterelement wurde ein Grundelement eines Holz-Alu-Fensters der Fa. Huber & Sohn (Bachmehring) verwendet. Die Kanteln bestehen aus einer Fichte/Ahorn-Kombination. Statt einer Alu-Vorsatzschale wurde eine Vorsatzschale aus Multiplex verwendet. Diese wurde zum Wetterschutz mit einer im Rahmen des TP 20 untersuchten Folie beschichtet. Im Isolierglas wurden verschiedene elektronische Komponenten wie z. B. eine Verschattungen und ein beleuchtetes Logo integriert. Zudem wurden automatische Öffnungsmechanismen für das Oberlicht, Sensoren zur Rückmeldung des Öffnungszustandes des Flügels und ein Bedienerpaneel für das Element eingebaut. Neben der reinen Präsentation der Projektinhalte im Rahmen des Messeauftritts, bestand zudem die Möglichkeit, die Realisierbarkeit unterschiedlicher Konstruktionsvarianten zu testen. Das Sammeln von Erfahrungen bei der Herstellung des Präsentationsobjektes stand hierbei im Vordergrund und entsprechende Optimierungspotentiale der Konstruktionsvarianten konnten aufgedeckt werden Planung und Bau Fensterelement Das Fensterelement wurde in den Abmaßen von 1200 mm Breite und 1800 mm Höhe geplant und als zweiflügliges Dreh-Kippflügel-Element mit einem Oberlicht (reiner Kippflügel) ausgeführt. Anhand der im Vorfeld umgesetzten Musterstücke wurden Erkenntnisse über die Realisierbarkeit der Konstruktionen gesammelt. Die entsprechenden Verbesserungen wurden bei der Ausführung und Herstellung des Elementes beachtet (Abbildung 57). Abbildung 57 Musterprofil Abbildung 58 Musterprofil zur Leitungsführung Aufgrund der Analyse der Möglichkeiten zur Leitungsführung (siehe 7.4) wurde der Ort zur Leitungsführung festgelegt. Die Leitungsführung erfolgte in einer Nut auf der Raumseite des Flügels. Mittels eines handelsüblichen Kabelkanals, auf

98 TP13/I - 84 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Planung und Bau dessen Oberfläche eine Nussbaumleiste geklebt wurde, wurden die Leitungen verdeckt verlegt. Ebenso wie beim Grundprofil wurde zur Verdeutlichung des Profils ein Muster hergestellt (Abbildung 58). Bei der Herstellung des Fensterelementes wurden Edelholz-Rohkanteln aus Ahorn und Fichte der Fa. Holz Schiller verwendet. Diese speziell für Holz-Alufensterkonstruktionen vorgesehenen Kanteln (Abbildung 59) sind auf drei Seiten mit Ahorn verleimt. Der Kern der Kanteln und die Außenlamelle bestehen aus normalem Fichtenholz. Abbildung 59 Rohkantel Abbildung 60 Kantel gefräst Nach dem Fräßen der Kanteln wurden die Profile zur Integration der Elektronik noch weiter bearbeitet. Es wurden Aussparungen für den Antrieb des Oberlichtes und Nuten zur Verlegung der Leitungen eingearbeitet. Nach dem Bearbeiten der Flügel- sowie der Blendrahmenprofile erfolgten die Verleimung, die Lackierung und der Einbau der Dichtungen. Im Anschluss daran wurden die Beschläge montiert. Zur Führung der Leitungen in den Nuten auf der Raumseite der Profile wurden Kabelkanäle in den Nuten montiert. Die Deckel der Kabelkanäle wurden mit Leisten aus Nussbaum verblendet Wand Zur Präsentation des Fensterelementes wurde dieses in eine Musterwand eingebaut. Der Wandaufbau wurde in Holzständerbauweise mit dem in Abbildung 61 dargestellten Aufbau ausgeführt. Von links (Raumseite) nach rechts (Außenseite) Fermacellplatte Spanplatte Holzständer Absperrfolie Dämmung Wetterschutzfolie Konterlattung (imprägniert) Außenfassade in Querlattung Abbildung 61 Wandaufbau Da wie auch im Fensterelement Elektronikkomponenten in der Wand montiert werden sollten, mussten hierfür entsprechende Befestigungsmöglichkeiten bzw. Aussparungen vorgesehen werden. Das Bedienerpaneel wurde in der linken oberen Wandhälfte in eine separate Aussparung eingebaut. Die Steuerung wurde im

99 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Planung und Bau TP13/I - 85 unteren Bereich der Wand integriert. Auch hierfür wurde eine Aussparung vorgesehen (Abbildung 63). Abbildung 62 Aussparung für Bedienerpaneel Abbildung 63 Aussparung für Steuerung Zur Anbindung der Steuerung mit dem Fensterelement und dem Bedienerpaneel wurden in der Wand Leerrohre verlegt. In diesen wurden die Leitungen geführt (Abbildung 64). Abbildung 64 Leerrohre für Leitungsführung Planung und Einbau der elektronischen Komponenten Anhand einer zu Beginn der Projekte durchgeführten Analyse von elektronischen Komponenten, die am Fenster zum Einsatz kommen, wurden die elektronischen Komponenten für das Fensterelement ausgewählt. Folgende Komponenten wurden in das Fensterelement integriert: Antrieb zum Öffnen des Oberlichtes, Verschattungen im Glas, trennbare Leitungsübergänge vom Flügel zum Blendrahmen, Zustandsmelder an allen Flügeln, Beleuchtetes ift-logo, Steuerung, Visualisierung/Programmierung. Die Komponenten wurden von den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Für die Programmierung der Steuerung wurden Ablaufpläne, wie in Abbildung 65 beispielhaft für das Oberlicht dargestellt, von der Hochschule Biberach entwickelt. Diese wurden zusammen mit den technischen Daten der einzelnen Komponenten der Firma Beckhoff zur Programmierung der Steuerung zur Verfügung gestellt.

100 TP13/I - 86 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Planung und Bau Abbildung 65 Ablaufdiagramm Nach der Fertigstellung des Fensterelementes, wurden die elektronischen Komponenten eingebaut. Die Integration des Antriebes für das Oberlicht erfolgte in eine bereits vorbereitete Aussparung im Blendrahmen. Die zugehörigen Leitungen wurden durch den Blendrahmen und außen an diesem entlang verlegt. Die trennbaren Kabelübergänge (Abbildung 66), die zur Stromversorgung und zur Steuerung der integrierten Verschattung im Glas dienen, wurden auf der Bandseite zwischen Flügel- und Blendrahmen montiert. Auf der Flügelrahmenseite wurden sie durch das Flügelrahmenprofil von der Beschlagnut in die Nut mit dem Kabelkanal geführt und mit den Leitungen der Isolierverglasung verbunden (Abbildung 67). Auf der Blendrahmenseite wurden sie wie die Leitungen des Antriebs und der Zustandsmelder verlegt. Abbildung 66 Trennbarer Kabelübergang Abbildung 67 Leitungsverbindung des trennbaren Kabelübergangs Nach der Montage der einzelnen Elektronikbauteile im Fenster wurde die Steuerung zusammengebaut und montiert.

101 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Planung und Bau TP13/I - 87 Abbildung 68 Steuerung Klemmbausteine Abbildung 69 Netzgerät für Steuerung Die Steuerung der Fensterelemente erfolgt über ein Touchpaneel mit integriertem Rechner. Die hierzu notwendige Bedienoberfläche wurde von der Hochschule Biberach programmiert Software/Programmierung Der Firma Beckhoff wurden zur Programmierung und Auslegung der Steuerung ein Schaltplan der einzelnen Komponenten (Abbildung 70) sowie eine Liste mit den entsprechenden technischen Daten übermittelt. Die Visualisierung erfolgte durch die Hochschule Biberach (Abbildung 71). Abbildung 70 Schaltplan Abbildung 71 Visualisierung Das Programmieren und Aufspielen des Programms wurde von der Firma Beckhoff am ift Rosenheim vorgenommen. Hierbei wurde im Vorfeld der Messe Bau 2007 auch gleichzeitig ein Probelauf des Programms an den entsprechenden Komponenten durchgeführt Einbau des Fensters in das Wandelement Der endgültige Einbau des Fensterelementes in das Wandelement erfolgte direkt auf der Messe. Abbildung 72 zeigt den in die Wand eingebauten Blendrahmen, Abbildung 73 zeigt die komplette Musterwand von innen.

102 TP13/I - 88 Umsetzung in einem Exponat und Präsentation Planung und Bau Abbildung 72 Einbau Fensterelement Abbildung 73 Fertige Musterwand

103 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Einleitung TP13/I Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (Bearbeitung durch das ift Rosenheim) Moderne technische Systeme beinhalten zunehmend elektrische und elektronische Baugruppen. Diese ermöglichen den gewünschten Komfort bei der Bedienung und Nutzung. Von diesen Komponenten können Störungen ausgesendet werden, die benachbarte Systeme in ihrer Funktion beeinträchtigen, bzw. Nachbarsysteme stören das zu betrachtende Element. Hierzu wurden an dem hergestellten Exponat Untersuchungen zur Elektromagnetischen Verträglichkeit an der Hochschule Rosenheim, Labor für EMV durchgeführt. Die im nachfolgend aufgeführten Darstellungen, Ergebnisse und Aussagen sind im Wesentlichen dem zugehörigen Bericht [29] entnommen Einleitung Um die Emissionen erkennen zu können, sind Messungen für die direkten Abstrahlungen sowie der geleiteten Störungen über die Anschlusskabel notwendig. Es werden folgende Störarten unterschieden: elektrische Störungen (Entladevorgänge, Stromversorgung) magnetische Störungen (benachbarte stromführende Leitungen, Trafoprinzip) elektromagnetische Störungen (abgestrahlte Wellen in einem definierten Spektrum) Diese Emissionen dürfen standardisierte Grenzwerte nicht überschreiten. Die Störfestigkeit wird festgestellt, indem das System gezielt mit normierten Störungen beaufschlagt wird. Dabei wird das Ausfallverhalten beobachtet und klassifiziert. Es werden folgende Auswirkungsklassen unterschieden: Kategorie A keine Beeinträchtigung der Gerätefunktion Kategorie B Störung der Funktion, die nach dem Abschalten der Störung wieder beseitigt ist Kategorie C Funktionsverlust während der Störung, aber fehlerfreie Funktion nach Neueinschalten ohne Störsignal 11.2 EMV bei Fenster-, Fassaden- und Türelementen In der Regel befinden sich Fenster-, Fassaden- und Türelemente innerhalb einer Gebäudehülle. Diese Fläche kann von Störungen außerhalb des Gebäudes sowie auch aus den umbauten Räumen heraus beeinflusst werden. Diese werden im Folgenden externe Störungen genannt. Ebenso können von im Element eingebauten elektronischen Komponenten als auch von den Zuleitungen und daran angeschlossenen Steuereinheiten Störungen ausgehen. Diese werden als interne Störungen bezeichnet.

104 TP13/I - 90 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit EMV bei Fenster-, Fassaden- und Türelementen Denkbare externe Störungen können sein: elektromagnetische Strahlungen, die z. B. von Sendeantennen der Mobilfunkbetreiber, Rundfunk- und Fernsehsendern, mobilen Kommunikationssystemen wie Behördenfunk/TETRA und Amateurfunk ausgehen können. Diese Störungen sind nicht beeinflussbar, können aber durch technische Maßnahmen hinsichtlich der Systembeeinträchtigungen reduziert werden. elektromagnetische Strahlungen aus Räumen; Strahlungen, die z. B. von Handys, technischen Installationen der Raumnutzer, technischen Gebäudeinstallationen oder elektrischen Verkabelungen ausgehen können. Diese Störungen sind ebenfalls kaum beeinflussbar, aber auch durch technische Maßnahmen reduzierbar. magnetische Beeinflussung durch stromführende Verkabelungen des Netzversorgungssystems (230 V; 400 V) in den Außenwänden, vor allem wenn induktive Verbraucher wie Lüftungs- oder Stellmotore geschaltet werden. Diese notwendigen Facility- Elemente sollten über Kabelwege angeschlossen werden, die räumlich von Aktor- und Sensorleitungen getrennt sind. eine elektrische Beeinflussung von Fassadenelementen ist vor allem durch Blitzentladungen gegeben. Hier muss der zentrale Blitzschutz entsprechend ausgebildet sein. Denkbare interne Störungen können sein: im Element parallel laufende Aktor- und Sensorleitungen, die ein sogenanntes Übersprechen erzeugen und so auf den Sensoreingängen der Steuerungen falsche Signale erzeugen, die wiederum falsche Reaktionen der Steuerung zur Folge haben können. Ebenso können von Verkabelungen für Internet oder Intranet nach CAT IV, V oder VI und von Leitungen der Fernsehverteilung Störungen in einem weiten Frequenzspektrum ausgehen, wenn diese Leitungen nicht ordnungsgemäß an den Übergabepunkten abgeschirmt sind. Abhilfe wäre hier die Verwendung von abgeschirmten Sensorleitungen. Anschlussleitungen für Magnetsensoren für die Fensterstellungen oder Alarmkontakte sind allgemein störsicher und brauchen nicht abgeschirmt zu werden. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Leitungen im Gebäude eine beträchtliche Länge annehmen können, und der Leitungsverlauf eventuell stärkere Störbereiche durchqueren kann. Beispielsweise ist für Temperatur- oder Helligkeitssensoren in diesen Fällen eine Schirmung unbedingt notwendig. Aus den vorgehenden Betrachtungen ergibt sich folgende Messstrategie für die EMV-Beurteilung von Fensterelementen: Messung der abgestrahlten elektromagnetischen Störungen vom Fensterelement in die Umgebung, Messung der Störstrahlung, die von den Anschlussleitungen ausgehen, Kontrolle der Beeinflussung der Fensterfunktionen bei externer Störstrahlung (Immission, Störfestigkeit). Zusätzliche Messungen für elektrostatische Entladungen (ESD) werden im Rahmen der Messungen für die untersuchten Baugruppen nicht durchgeführt. Solche Untersuchungen sind jedoch Bestandteil einer umfassenden EMV-Kontrolle. In Kenntnis der eingebauten und bereits EMV-zertifizierten Baugruppen wird hier

105 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messtechnik TP13/I - 91 auf eine solche Messung und Beurteilung verzichtet. Ebenfalls verzichtet wurde auf Messungen von eingebauten Fenstern und Komponenten. Für eine ganzheitliche Beurteilung der EMV müssen die in Abbildung 74 erläuterten drei Stufen untersucht werden. Stufe 1 EMV der Einzelkomponenten Verantwortlich: Hersteller der Komponenten Stufe 2 EMV des Fensters mit der individuellen Zusammenstellung der elektronischen Komponenten Verantwortlich: Hersteller des Fensters Stufe 3 EMV der Fenster in Kombination mit der Gebäudeinstallation und weiteren elektronischen Komponenten z. B. Telefonanlagen, Steuerung der TGA etc. Verantwortlich: TGA-Planer und Ausführende Abbildung 74 EMV-Prüfungen an Fenstern und ihren elektronischen Komponenten 11.3 Messtechnik Für die durchgeführten Untersuchungen ist das EMV-Labor der Hochschule Rosenheim unter der Leitung von Prof. Dr. Koch nach den technischen Vorgaben der entsprechenden Normen ausgerüstet und kompetent. Das Labor betreibt eine abgeschirmte Ferritabsorberkammer für den Frequenzbereich 9 khz bis 1 GHz mit den Abmessungen 5 m 2,5 m 2,2 m (LBH). Der Antennenabstand beträgt 3 m von einem definierten Testort mit dem Volumen von 1 m 3 (1 m 1 m 1 m). Nach den Normen EN Funkentstörung von Geräten der Industrie und der Wissenschaft, EN Funkentstörung von elektrischen Anlagen, EN 55022

106 TP13/I - 92 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messtechnik Funkentstörung von Geräten der Informationstechnik sind Messungen der gestrahlten Emissionen im Frequenzbereich von 150 khz bis 2 GHz möglich. Mit der Norm EN wird die Abstrahlung von Signal-, Steuer- und DC-Leitungen über eine Koppelzange gemessen. Nach EN sind Störbeeinflussungen (Immissionen) im Frequenzbereich von 150 khz bis 1 GHz mit einer Feldstärke von 10 V/m im Messvolumen möglich. Die angeführten Messarten wurden für die Beurteilung des Fensterelementes ausgewählt. Hierfür wurde folgend Messtechnik eingesetzt: Logarithmisch periodische Antenne Typ BTA-L, Geräte-Nr.: L, Frequenzbereich 26 MHz bis 2 GHz, Störstrahlungsmessempfäger ESPC, Geräte-Nr.: /014, Frequenzbereich 9 khz bis 2,5 GHz, Koaxiales Messkabel 1, 7,5 m Länge, RG 214 mit Messprotokoll zwischen Antenne und Koaxumschalteinheit, Koaxumschalteinheit KUE 1 mit Messprotokoll zwischen Anschlusskabel und Messempfänger, HF-Generator Typ 8648 C; Frequenzbereich 9 khz bis 3,2 GHz, maximaler Ausgangspegel 15 dbm, HF-Verstärker 1 Typ FLL75; Frequenzbereich 100 khz bis 250 MHz, Ausgangsleistung 80 W, HF-Verstärker 2 Typ FLH 30; Frequenzbereich 80 MHz bis 1 GHz, Ausgangsleistung 30 W, HF-Leistungsmesser Typ URV55 mit Durchgangskopf Typ Z4, Videokamera JVC DVL 9600 mit Bildverarbeitungssoftware ULEAD Video Capture, 7.0 und i-link, Laborstromversorgung TL V/3A Geräte-Nr.: 00516, Steuerrechnersystem 1. Abbildung 75 zeigt die eingesetzte Messantenne in horizontaler Position, und Abbildung 76 stellt die vertikale Position dar. Abbildung 75 Messantenne horizontal Abbildung 76 Messantenne vertikal

107 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Durchführung der Messung TP13/I Durchführung der Messung Abbildung 77 zeigt das in der Messkammer aufgebaute Fensterelement. Abbildung 77 Aufgestelltes Fensterelement in der Absorberkammer Die Entfernung zur Antenne beträgt 3 m. Die Antennenhöhe ist auf 1,2 m eingestellt. Dies entspricht der mittleren Höhe des aufgestellten Elementes. Die Antenne ist in Richtung des Mittelsteges des Fensters ausgerichtet. Die notwendige Verkablung des Fensterelementes ist mit Verbindungselementen an der rechten unteren Seite des Fensters kontaktiert und verläuft über den Absorberboden und einen geschirmten Durchgang aus der Kammer heraus zur angeschlossenen Steuereinheit. Hier werden die Stromversorgung garantiert und alle Fensterfunktionen gesteuert. Folgende Funktionen des Fensterelementes sind möglich: Oberlicht öffnen/schließen, Oberlicht Verschattung öffnen/schließen, Fensterflügel Verschattung öffnen/schließen, Funktion Verlassen, Funktion Abendbetrieb, Beleuchtung eines Fluoreszenz-Logos im Oberlicht ein/aus. Diese einzelnen Funktionen werden getrennt voneinander ausgelöst; dabei werden die direkt abgestrahlten sowie die über Leitungen abgeleiteten Störungen gemessen. Vor jeder Messung oder bei technischen Veränderungen der Verkabelung wird ein Referenzlauf mit ausgeschalteter und vom Netz getrennter Steuereinheit durchgeführt. Diese Referenzlinie ist in den Messdiagrammen immer dargestellt. Ebenso sind die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte für die jeweilige Abstrahlungsart und deren Frequenzbereiche eingezeichnet. Abbildung 78 zeigt den Frequenzbereich und die gemessene Referenzkurve der abgestrahlten Störung und die Grenzwerte nach EN Die rote gestrichelte Linie gibt den gesetzlichen Grenzwert für Klasse A Industrieumgebung an. Für die Definition Klasse B Wohnbereich gilt die grüne Linie. Beide Grenzwerte verlaufen parallel mit einem Reduktionsabstand Wohnbereich von 10 db. Zur bes-

108 TP13/I - 94 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Durchführung der Messung seren Übersicht wird in den Messplotts nur noch der Industriegrenzwert eingezeichnet. Die blaue Referenzkurve stellt die Reststrahlung der Abschirmkammer und das Systemrauschen dar. Diese Linie markiert die untere Messgrenze. Der schräge Verlauf ist system- und normbedingt und resultiert aus den unterschiedlichen Gewinnfaktoren der Antenne und Bandbreitenanpassungen. Alle Messergebnisse der Störstrahlung werden einheitlich mit dem Quasipeakdetektor bei einer Verweildauer des Messempfängers auf jeder Frequenz von 1 ms und Bandbreitenvorschrift nach CISPR durchgeführt. Lediglich die Schrittweite ist auf 6 % logarithmische Stufung modifiziert (Vorschrift Norm 1 %), um einen Frequenzscan in kürzerer Zeit ablaufen zu lassen, da die im Fensterelement eingesetzten Stellmotore nur eine kurze Laufzeit für die Verschattungsänderungen aufweisen. Die erhaltenen Aussagen und die Absolutpegel rechtfertigen diese Änderung. Abbildung 78 Messbereich der abgestrahlten Störungen mit Grenzwerten und Referenz, gemessen mit der Antenne Abbildung 79 zeigt den Frequenzbereich, die Grenzwerte nach EN Industrie rot und Wohnbereich grün sowie das Grundrauschen als Referenz des Messaufbaus, das über die Koppelzange KEMZ gemessen wird. Abbildung 79 Messbereich der abgestrahlten Störungen mit Grenzwerten und Referenz, gemessen mit der Koppelzange

109 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes TP13/I Messergebnisse des Fensterelementes Nachfolgend sind exemplarisch Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen dargestellt Abgestrahlte Störung nach EN Auf den folgenden Abbildungen sind die Originalausdrucke der Messläufe mit unterschiedlichen Systemaktionen des Fensterelementes dargestellt. Als Anforderung ist in der Regel nur der Grenzwert für den Industriebereich eingezeichnet. Der Grenzwert für den Wohnbereich ergibt sich durch Verschiebung dieser Kurve nach unten um den Betrag von 10 dbµv/m. Für alle Messungen wurde folgende Messstrategie zu Grunde gelegt: 1. Immer eine Aufnahme der Referenzlinie, ohne die Steuerung in Betrieb zu nehmen. 2. Für jede Polarisationsebene der Messantenne ein Durchlauf jeweils einer Fensterfunktion Abbildung 80 Abbildung 81 Abbildung 82 Abbildung 83 Referenzsignal mit ausgeschalteter und vom Netz getrennter Steuerung; Polarisation: horizontal; Messsignal Steuerung mit dem Versorgungsnetz verbunden; Polarisation: horizontal; Die blaue Kurve resultiert aus den Störungen, die von der Steuerung über die Anschlussleitungen zum Fensterelement in die Absorberkammer gelangen und dort abgestrahlt werden. Es ist keine Fensterfunktion aktiv. Diese Messkurve ist allen folgenden Messungen in dieser Polarisation unterlegt! Lumineszenzlicht ein; horizontale Polarisation; Referenz: ausgeschaltete Steuerung; Lumineszenzlicht ein; vertikale Polarisation; Referenz: ausgeschaltete Steuerung. Gegenüber den Signalen der Steuerung sind bei 45 MHz und 75 MHz Feldstärkeerhöhungen bei der vertikalen Polarisation um 5 dbµv/m zu erkennen, während die horizontale Polarisation keinen Störfeldstärkeanstieg zeigt. Das ist erklärbar durch die vorwiegend senkrechte Verkabelung innerhalb des Fensters. Durch die nicht abgeschirmten Verbindungsleitungen zwischen der Steuerung und dem Fensterelement erreichen die Feldstärkespitzen fast die Grenzwerte für die Klasse B Wohnbereich.

110 TP13/I - 96 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes Abbildung 80 Referenzsignal mit ausgeschalteter und vom Netz getrennter Steuerung; Polarisation: horizontal Abbildung 81 Messsignal Steuerung mit dem Versorgungsnetz verbunden; Polarisation: horizontal

111 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes TP13/I - 97 Abbildung 82 Lumineszenzlicht ein; horizontale Polarisation, Referenz: ausgeschaltete Steuerung Abbildung 83 Lumineszenzlicht ein; vertikale Polarisation, Referenz: ausgeschaltete Steuerung Abbildung 84 Abbildung 85 Oberlichtantrieb eingeschaltet, Fenster öffnet Polarisation: horizontal, Referenzlinie: ausgeschaltete Steuerung. Der laufende Motor der Oberlichtöffnung erzeugt nur eine unwesentliche Störstrahlung, die im praktischen Einsatz zu vernachlässigen ist. Störstrahlungsverlauf des Verschattungsmotors im Oberlicht in Richtung zu. Polarisation: vertikal; Referenz: ausgeschaltete Steuerung. Es sind keine Probleme erkennbar.

112 TP13/I - 98 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes Abbildung 84 Oberlichtantrieb eingeschaltet, Fenster öffnet; Polarisation: horizontal, Referenzlinie: ausgeschaltete Steuerung Abbildung 85 Störstrahlungsverlauf des Verschattungsmotors im Oberlicht in Richtung zu; Polarisation: vertikal; Referenzlinie: ausgeschaltete Steuerung Störstrahlung der Anschlussleitungen nach EN Das komplette Kabelbündel der Anschlussleitungen zwischen Steuerung und Fenster wird in eine Messkoppelzange gelegt. Diese nimmt definiert die abgegebene Störstrahlung auf, die als relativer Spannungswert bezogen auf eine Spannung von 1 µv mit dem Messempfänger normgerecht ermittelt wird. Der Messaufbau ist in Abbildung 86 dargestellt.

113 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes TP13/I - 99 Abbildung 86 Verlegung aller Anschlusskabel durch die Koppelzange Abbildung 87 zeigt die Hindergrundstörung des Messaufbaus, wenn alle Leitungen stromlos sind und die Steuerung ausgeschaltet mit dem Versorgungsnetz verbunden ist. Die Referenzlinie zeigt den Bezug ohne jede Verbindung zum Versorgungsnetz. Die Peaks der Referenzlinie bei 1 MHz und 13 MHz sind immer in der Messumgebung des Labors vorhanden. Die Abweichungen der Messlinie von der Referenz beruhen auf den Störungen, die vom PE-Leiter in die angeschlossene Steuerung geleitet werden. Diese Messlinie dient für die folgenden Messungen als Referenz. Abbildung 87 Hindergrundstörung des Messaufbaus bei Messung nach EN Abbildung 88 Steuerung eingeschaltet Es ist eine starke Zunahme der geleiteten Störungen im Bereich von 400 khz und 100 MHz zu beobachten. Diese Störungen kommen ausschließlich von der aktiven Steuerung und diese

114 TP13/I Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes Abbildung 89 Abbildung 90 Abbildung 91 werden von den Anschlussleitungen, die ungeschirmt wie Sendeantennen wirken, abgestrahlt. Die ermittelten Störpegel überschreiten bereits die Grenzwerte für die Klasse B Wohnbereich. Hauptursache für dieses Störspektrum sind die getakteten Signale innerhalb der Steuerung. Eine Abhilfe ist nur durch sinnvoll und gut aufgelegte geschirmte Anschlussleitungen möglich. Für die Schirmauflage am Übergabepunkt des Fensterelementes sind geeignete Kontaktstellen vorzusehen; eventuell ist ein Potenzialausgleich zu verlegen. Logo-Beleuchtung ein Es ist keine Zunahme der Störspannung gegenüber der Messlinie mit eingeschalteter Steuerung zu erkennen. Die Referenzlinie ist die ausgeschaltete aber mit dem Netz verbundene Steuerung. Eine Abhilfe ist nur durch sinnvoll und gut aufgelegte geschirmte Anschlussleitungen möglich. Für die Schirmauflage am Übergabepunkt des Fensterelementes sind geeignete Kontaktstellen vorzusehen; eventuell ist ein Potenzialausgleich zu verlegen. Oberlicht öffnen; Referenz: Störspannung der Steuerung; Für die bessere Abschätzung der Störspannungsveränderungen durch den Antriebsmotor des Oberlichts wird als Referenz die Störspannung der Steuerung verwendet. Oberlicht Verschattung schließen; Referenz: Störspannung der Steuerung; Es ist eine Zunahme des Störpegels im Bereich um 500 khz um etwa 3 dbµv zu erkennen. Diese Zunahme resultiert aus dem Bürstenfeuer des eingesetzten Motors und ist daher typisch. Abbildung 88 Steuerung eingeschaltet

115 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Messergebnisse des Fensterelementes TP13/I Abbildung 89 Logo-Beleuchtung ein, Referenz: Steuerung aus Abbildung 90 Oberlicht öffnen; Referenz: Störspannung der Steuerung

116 TP13/I Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Zusammenfassung der Messungen und Vorschläge Abbildung 91 Oberlicht öffnen; Referenz: Störspannung der Steuerung Störfestigkeit gegen Einstrahlung Das Fensterelement wird mit einer Störfeldstärke von 10 V/m mit horizontaler und vertikaler Polarisation bestrahlt. Der überstrichene Frequenzbereich ist von 100 khz bis 1 GHz. Während der Bestrahlung wurde die Fluoreszenzbeleuchtung des Logos mit der Videokamera in der Absorberkammer beobachtet. Ein externer Monitor ist über i-link mit der Kamera verbunden. Die Logo-Beleuchtung ist während der Messung ausgeschaltet, da zu vermuten ist, dass die Fluoreszenzschicht bei dieser Feldstärke von selbst zu leuchten beginnt. Das ist jedoch bei keiner Frequenz aufgetreten. Speziell werden die Spektren der Mobilfunkfrequenzen des D-Netzes und die Bereiche des Rundfunk- und Fernsehbandes untersucht. Auch dabei wurde keine Reaktion der Beleuchtung festgestellt. Die anderen Fensterfunktionen werden als noch störeinstrahlungssicherer angenommen. Aus diesem Grund wurden die Stellmotore nicht getestet. Da keine Reaktionen erfolgen, existiert auch kein quantitatives Messergebnis Zusammenfassung der Messungen und Vorschläge Das zur Prüfung installierte Fensterelement erfüllt in allen getesteten Normen die EMV-Vorschriften; es existiert ein genügend breiter Sicherheitsabstand zu den Grenzwerten der Klasse B Wohnbereich und ein noch größerer zur Klasse A Industrieumgebung. Da das Fensterelement jedoch mit einer mehr oder weniger intelligenten Steuerung verbunden sein wird, kommt der Auswahl der Steuerung und der notwendigen Verkabelung eine große Bedeutung zu. Bei den Messungen überdeckt das

117 Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit Zusammenfassung der Messungen und Vorschläge TP13/I von der Steuerung ausgehende und von der Verkabelung weitergeleitete Störspektrum die geringen Emissionen der Fensterfunktionen. Ebenso zeigt sich, dass vor allem die senkrechte Verkabelung im Fenster einen Anteil im Störspektrum liefert. Die im Fensterelement eingesetzten Komponenten sind als emv-sicher einzuschätzen. Um den Anteil der Fensterverkabelung für die Störemission so gering wie möglich zu halten, sollten die Anschlussleitungen für alle Komponenten nur auf einer Seite des Fensterelementes verlegt werden. Eine sogenannte Schleifenbildung, die entsteht, wenn auf beiden Fensterseiten Anschlusskabel verlegt werden, ist unbedingt zu vermeiden. In kritischen Installationsfällen sollten geschirmte Kabel verwendet werden. Günstig wäre, wenn der Übergabepunkt der Fensterelementverkabelung möglichst nahe am Fenster selbst ist. Dadurch ergeben sich kurze Leitungslängen, die sich verbessernd auf die EMV-Probleme auswirken. Metallfenster sind aufgrund der abschirmenden Wirkung besonders gut geeignet, um die Nachteile der ungeschirmten Verkabelung zu vermeiden. Eventuell sind Aluminiumkanäle in Kunststoff- oder Holzfenster für die Verkabelung einbringbar. Für eine problemlose Verkabelung in der Fassade wäre zu überlegen, ob nicht ein Installationsvorschlag erarbeitet werden könnte, der eine durchgehende Sensor- und Aktorleitungsschirmung empfiehlt. Auch die Übergabebox sollte aus Metall sein und geerdet werden. Es ist in der Zukunft mit einer enormen Zunahme von sensibler Elektronik in Büro und Wohnung zu rechnen. Nicht immer werden hierbei emv-sichere Komponenten verbaut. Sollte ein Facility-Element stören, sind unangenehme Reaktionen der Betroffenen vorprogrammiert. Erfahrungsgemäß ist eine nachträgliche Entstörung nicht oder nur mit großem Aufwand möglich. Es hat sich gezeigt, dass die externen Steuerkomponenten den Hauptanteil der Störungen generieren. Es existieren emv-technische Möglichkeiten, um diese Störungen auch bei Zukaufgeräten an deren Ein- und Ausgängen zu reduzieren, z. B. Entstörferrite oder Filter. Die gezielte EMV-Kontrolle von Fassadenelementen scheint notwendig zu sein und nimmt in der Zukunft wahrscheinlich noch einen höheren Stellenwert ein, da mit der geplanten Änderung des EMV-Gesetzes die Vorschriften verschärft werden. Hier könnte mit weiteren systematischen Untersuchungen und Messungen die EMV-Problematik analysiert werden.

118 TP13/I Das Mechatronische Fenster Mehrwert durch ein mechatronisches Fenster 12 Das Mechatronische Fenster (Bearbeitung durch Hochschule Biberach) 12.1 Mehrwert durch ein mechatronisches Fenster Bei der Entscheidung, inwiefern ein mechatronisches Fenster überhaupt in Frage kommt bzw. welche Vorteile damit verbunden sind, können folgende Gesichtspunkte eine Rolle spielen: verringerte Schnittstellenproblematik, da ein mechatronisches System für sich selbstständig bei Anschluss an die Versorgungsspannung und evtl. eine Kommunikationsleitung funktioniert, Diagnosemöglichkeit und somit schnelle Fehlerbehebung, Flexibilität bei Nachinstallation, da nur die Versorgungsleitung und evtl. die Kommunikationsleitung benötigt wird, Imagegewinn, da derzeit noch davon auszugehen ist, dass die Fachpresse derartige Objekte mit größtem Interesse verfolgen würde. Des Weiteren verdeutlicht Abbildung 92 weitere Punkte, die den Mehrwert eines mechatronischen Fensters hervorheben. höhere Anforderungen Sicherheit Wirtschaftlichkeit Komfort Umweltverträglichkeit Synergie Potenzial Motivation geringere Systemkosten verbesserte Wartbarkeit flexible Systemkonfiguration Mehrfachnutzung v. Sensoren Hohes Innovations- Potenzial Abbildung 92 Motivation zur Umsetzung von mechatronischen Systemen 12.2 Definition mechatronisches System Mechatronische Systeme werden nach VDI 2206 [30] wie in Abbildung 93 dargestellt definiert. swg = Software-gesteuert Abbildung 93 Definition eines mechatronischen Systems

119 Das Mechatronische Fenster Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen TP13/I Ein mechatronisches System verfügt über eine mechanische Grundstruktur. Elektronische Sensoren, die den Zustand dieser Grundstruktur und der Systemumgebung feststellen, leiten die Signale an eine informationsverarbeitende Einheit weiter. Dort werden aus den aufbereiteten Sensorsignalen Stellgrößen nach festgelegten Regeln erzeugt. Aktoren schließlich nutzen diese Stellgrößen, um das Verhalten des mechanischen Grundsystems zu beeinflussen Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen Nachfolgend werden verschiedene Beispiele aus der Literatur aufgezeigt, die als mechatronische Systeme bezeichnet werden. Um beurteilen zu können, inwiefern es sich hier tatsächlich um mechatronische Systeme handelt, werden durch Abschnitt 0 verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt Mechatronisches Schloss mit integrierter Stromerzeugung Die Sächsische Schlossfabrik hat das batterielose sogenannte SSF-Synchronschloss entwickelt (Abbildung 94), bei dem durch die Betätigung genügend Strom erzeugt wird, um den Kartenleser und das Schloss mit Energie zu versorgen. Hierbei soll bereits zweimaliges Betätigen für eine Spannungsversorgung von 7 Tagen ausreichen. Abbildung 94 Mechatronisches Schloss [Sächsische Schlossfabrik GmbH, Quelle: Selbstorganisierendes Funkschließsystem Die Fa. Uhlmann und Zacher hat ein selbstorganisierendes Funkschließsystem (Abbildung 95) entwickelt, das den herkömmlichen Inbetriebnahmeaufwand minimiert. Prinzipiell ist dieses bei Änderungen zwar frei programmierbar, allerdings nur mit der Hilfe eines speziellen Programmiergerätes.

120 TP13/I Das Mechatronische Fenster Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen Hierbei wurde sowohl auf die Robustheit, die Energieeffizienz als auch die Sicherheit des Systems geachtet. Bei der Inbetriebnahme oder beim Hinzufügen von neuen Zylindern werden diese automatisch in das System eingebucht und mit dem Access Point verbunden. Störungen können automatisch erkannt und behoben werden. Prinzipiell ist es möglich, dass ein anderer Zylinder in Funkreichweite die Aufgaben des ausgefallenen Zylinders übernimmt. Abbildung 95 Selbstorganisierendes Funkschließsystem [Uhlmann & Zacher GmbH, Quelle: Flexibles Türsystem Durch die Fa. Dorma wird ein flexibles Türsystem (Abbildung 96) vertrieben, das durch verschiedene Ausstattungs- bzw. Funktionspakete beschrieben wird. Folgende Funktionspakete sind bis jetzt vorgesehen: 1. Funktionspaket Zutrittskontrolle Professional 2. Funktionspaket Fluchtweg Professional 3. Funktionspaket Mechatronik + Beschlag 4. Integrierte vorverdrahtete Elektronikmodule für Funktionspakete (Netzteil, Steuerung etc.) 5. Funktionspaket Türschließer/Antrieb 6. Funktionspaket Individual mit Videokamera 7. Funktionspaket Individual mit Sprachausgabe Abbildung 96 Flexibles Türsystem [Quelle: Fa. Dorma,

121 Das Mechatronische Fenster Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen TP13/I Es zeichnet sich u. a. durch eine Offenheit gegenüber anderen Systemen (z. B. optionale LON-Anbindung), eine hohe Flexibilität und durch ein Selbstmanagement aus Vollautomatische 3-fach-Sicherheitstür In dem Türenprogramm der Fa. Winkhaus ist eine vollmotorische Tür-Verriegelung mit 3 Verriegelungsfunktionen (Abbildung 97) zu finden. Hierbei wird unmittelbar nach dem Zuziehen die vollmotorische Verriegelung automatisch eingeleitet, d. h. dass sowohl die 2 Schwenkriegel unten bzw. oben und der Hauptriegel geschlossen werden. Dadurch wird eine Manipulation der Tür für Einbrecher massiv erschwert. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den hohen Anpressdruck eine optimale Dichtheit erreicht werden kann. Die erforderliche Steuerung bzw. Elektronik ist hierbei in dem Türblatt integriert. Lediglich die Spannungsversorgung und die Akkumulatoren für eine einmalige Not-Entriegelung bzw. Verriegelung sind in einem Verteilerkasten auf der Hutschiene zu montieren. 1. massive Schwenkriegel (Motorkasten 1.1) 2. Garnitur Schließleiste mit Mittelschließblech (3) und Magnetbuchse (4) 5. Leitungsübergang 6. Netzteil 24 VDC 1 A mit Akku (6.1) 7. Transponder-Set 8. Externe Steuerung (für Fremd-Zutrittskontrollsysteme) 9. Taster Öffnen innen und Umschaltung Tag- und Nachtmodus (10.) 11. UP-Dose für Aufnahme Funkempfänger Abbildung 97 3-fach Sicherheitstür [Quelle: Fa. Winkhaus]

122 TP13/I Das Mechatronische Fenster Literaturrecherche zu mechatronischen Anwendungen Mechatronischer Beschlag Die Fa. SIEGENIA-AUBI bietet eine Systemlösung auf der Grundlage eines motorisierten Fensterbeschlags, der sich wahlweise durch eine Fernbedienung oder über die Gebäudeleittechnik bedienen lässt. Bei Stromausfall lässt sich das Fenster ebenfalls von Hand öffnen. Je nach Bedarf kann das System durch eine 10- minütige Lüftungsautomatik ergänzt werden. Abbildung 99 zeigt hierbei das Prinzipbild der BUS-Vernetzung durch den SI-Bus. Nach Herstellerangabe kann eine Erweiterung auf EIB- oder LON-Bus erfolgen. Im Falle einer erforderlichen Nachrüstung eines Fensters im Bestand durch einen Fensterkontakt kann das entsprechende Fenster mit einem batteriebetriebenen Funk-Zustandsmelder ergänzt werden (Abbildung 100). Abbildung 98 Mechatronischer Beschlag [Quelle: SIEGENIA-AUBI] Abbildung 99 BUS Vernetzung der Komponenten [Quelle: Siegenia-Aubi] Abbildung 100 Funk-Fenstersender [Quelle: Siegenia-Aubi]

123 Das Mechatronische Fenster Übertragung der Schnittstellendefinition auf ein mechatronisches System TP13/I Ein ähnliches System wird von der Fa. Roto Frank AG angeboten. Abbildung 101 zeigt hierbei einen integrierbaren Fensterbeschlag, für den eine VdS-Zulassung existiert. Abbildung 101 VdS-Fensterkontakt [Quelle: Roto Frank AG] 12.4 Übertragung der Schnittstellendefinition auf ein mechatronisches System Um die in Abschnitt aufgezeigten Schnittstellendefinitionen auf ein mechatronisches System anzuwenden, wurden zwei Vorschläge erarbeitet, die zeigen sollen, wie die Anbindung eines mechatronischen Systems in der Praxis aussehen könnte. a) Vorschlag 1 Hierbei handelt es sich um ein mechatronisches Fenster mit einem integrierten Raumkonditionierungsmodul. Dies bedeutet, dass je nach Anforderung Konditionierungsfunktionen wie z. B. Heizen oder Kühlen bereitgestellt werden können. Die erforderliche Aktorik und Sensorik wird in einem busfähigen Kommunikationsmodul für die logische Einbindung in das Gesamtsystem des Gebäudes zusammengefasst. Durch die Raumkonditionierungsfunktionen muss eine 230 VAC-Anbindung erfolgen, die über das Versorgungsmodul bereitgestellt wird. Der 3-polige Anschluss mit allen 3 Phasen wird daher durchgeführt, um die einzelnen Phasen gleichmäßig auszulasten. Wie aus Abbildung 102 deutlich wird, muss als Stecker 1 zur Versorgung des Fensters ein 6-poliger Stecker verwendet werden. Für die Kommunikation reicht ein 4-poliger Stecker (Stecker 2) aus, da nur der Busanschluss vorzunehmen ist. Die Reserveadern können z. B. für eine 24 VDC-Versorgung von Busgeräten verwendet werden, wobei dies sinngemäß in dem Versorgungsmodul verdrahtet werden müsste. Da aber in diesem Fall die 230 V-Versorgung in diesem erfolgt, bietet sich dies aus EMV-Gründen weniger an. Das Kommunikationsmodul dient auch als Controller für die dezentralen Funktionen des mechatronischen Systems. Falls zusätzlicher Platzbedarf für den Controller benötigt wird, um die Konditionierungsfunktionen zu erfüllen, muss evtl. ein Teil des Controllers in dem Raumkonditionierungsmodul untergebracht werden. Bei der Betrachtung von sicherheitsrelevanten Bauteilen müsste aber für diese Lösung zunächst eine VdS-Zulassung für das jeweilige Bus-System erfolgen, da ansonsten ein separater Stecker zu setzen wäre, der mit einem VdS-zugelassenen Bus das Kommunikationsmodul versorgt.

124 TP13/I Das Mechatronische Fenster Übertragung der Schnittstellendefinition auf ein mechatronisches System In Anlehnung an das Kapitel folgt folgende Farbkodierung: Versorgungsmodul: Kontakt 1: 230 V (L1) Kontakt 2: 230 VAC (L2) Kontakt 3: 230 VAC (L3) Kontakt 4: Nullleiter (N) Kontakt 5: Schutzleiter (PE) Kontakt 6: Frei Belegbar braun (bn) schwarz (bk) braun (bn) blau (bl) grün Gelb (gnge) grau (gy) Kommunikationsmodul: Kontakt 7: Bus- Anbindung (+) Rot (rt) Kontakt 8: Bus- Anbindung (-) Schwarz (bk) Kontakt 9: Frei Belegbar (z. B. 24 V +) Weiß (wh) Kontakt 10: Frei Belegbar (z. B. 24 V -) Gelb (ge) Stecker 1 (6-polig) Stecker 2 (4-polig) Abbildung 102 Schnittstellendefinition mechatronisches Fenster Variante a) b) Vorschlag 2 Bei dieser Variante existiert kein Raumkonditionierungsmodul mehr (Abbildung 103). Die umsetzbaren Funktionen beschränken sich auf Jalousiebetrieb, freie Lüftung durch eine automatische Öffnung des Fensters und diverse Sensorik und Aktorik zur Umsetzung der entsprechenden Funktionen. Die Thematik der sicherheitsrelevanten Bauteile (wie bereits in a) beschrieben) muss auch in diesem Fall berücksichtigt werden. Entsprechend der Variante a) werden auch hier ein Versorgungsmodul und ein Kommunikationsmodul eingesetzt. Da aber die 230 V-Versorgung für diese Aktorik nicht mehr nötig ist, wird lediglich noch eine 24 V-Versorgung vorgehalten. Die beiden Reserveadern machen Sinn, um flexibel reagieren zu können, wobei diese nicht prinzipiell nötig wären. Im Kommunikationsmodul ist wie bereits in Variante a) der Bus-Anschluss vorgesehen, wobei durch die Reserveadern z. B. ein weiterer Bus (Sicherheitsbus) angeschlossen werden könnte. Folglich kann man

125 Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme TP13/I sowohl für das Versorgungsmodul als auch für das Kommunikationsmodul einen 4-poligen Stecker verwenden. In das Kommunikationsmodul sollte ebenso der Controller integriert werden. In Anlehnung an das Kapitel folgt folgende Farbkodierung: Versorgungsmodul: Kontakt 1: 24 V Versorgung (+) Braun (br) Kontakt 2: 24 V Versorgung (-) Blau (bu) Kontakt 3: Res. (z. B. zusätzl. 24 V +) Schwarz (bk) Kontakt 4: Res. (z. B. zusätzl. 24 V - ) Grau (gy) Kommunikationsmodul: Kontakt 7: Bus- Anbindung (+) Rot (rt) Kontakt 8: Bus- Anbindung (-) Schwarz (bk) Kontakt 9: Frei Belegbar (z. B. 24 V +) Weiß (wh) Kontakt 10: Frei Belegbar (z. B. 24 V -) Gelb (ge) Abbildung 103 Schnittstellendefinition mechatronisches Fenster Variante b) 12.5 Bewertung mechatronischer Systeme Insbesondere durch die Ausführungen in den Abschnitten 12.3 und 12.4 wird deutlich, dass es notwenig ist, reale Systeme hinsichtlich der Definition eines mechatronischen Systems zu bewerten. Hierdurch wird es möglich zu beurteilen, ob es sich tatsächlich um ein mechatronisches System handelt oder nicht. Folgende Abschnitte sollen hierzu Vorschläge aufzeigen, wie solch eine Bewertungsmethodik aussehen könnte Festlegung der Systemgrenzen Für die nachfolgenden Beurteilungen der in 12.3 aufgeführten mechatronischen Beispiele ist es erforderlich, dass zunächst die Systemgrenze für die verschiedenen Anwendungen (Fassaden, Türen, Fenster) definiert werden.

126 TP13/I Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme Die Wichtigkeit dieser Definition wird z. B. besonders an dem Bewertungskriterium integrierte informationsverarbeitende Einheit deutlich (siehe ). Falls in diesem Zusammenhang die Systemgrenze nicht eindeutig definiert ist, ist eine objektive und eindeutige Bewertung nicht möglich. Für die weiteren Betrachtungen werden die Systemgrenzen wie folgt definiert: Fassade Hierbei stellen die baulichen Bestandteile der Fassade die Grenze der Systembetrachtung dar. Somit werden Komponenten, die sich in der Zwischendecke oder im Doppelboden des entsprechenden Raumes befinden, nicht mehr als Systemkomponenten betrachtet. Tür Eine Tür wird inklusive der Zarge als Einheit betrachtet. Hierdurch sind auch Komponenten, die außerhalb des Türblattes in der Türzarge untergebracht sind, im System integriert. Fenster Wie bei der Tür wird auch bei der Betrachtung des Fensters der Fensterrahmen als Bestandteil des Systems betrachtet. Folglich liegen Komponenten, die im Rahmen integriert sind, innerhalb der Systemgrenzen. Komponenten, die außerhalb der Systemgrenzen, z. B. an einem Übergabepunkt (z. B. in einem Brüstungskanal), integriert sind, können bei der Bewertung eines mechatronischen Systems nicht mitbetrachtet werden. Optische Gesichtspunkte und Design spielen für die nachfolgenden Untersuchungen keine Rolle, da in dieser Untersuchung die funktionellen Gesichtspunkte im Vordergrund stehen Bewertungsmatrix der Beispiele Im Folgenden soll aufgezeigt werden, inwiefern die in 12.3 dargestellten Praxisbeispiele als mechatronisches System eingeschätzt werden können. Prinzipiell soll anhand von allgemeinen Eigenschaften eines mechatronischen Systems untersucht werden, ob diese entsprechend durch das praktische Beispiel erfüllt werden. Die Bewertungsfaktoren, die derzeit jeweils mit dem Faktor 1 gewertet werden, könnten in weiteren detaillierteren Betrachtungen nach einer noch festzulegenden Gewichtung angepasst werden (z. B. Mindestanforderungen Bewertungsfaktor 2 ). Für die Auswertung wird für jedes Bewertungskriterium ein Punkt verrechnet. Bei prozentualen Bewertungen werden diese für die Auswertung geviertelt. Nach dieser Bewertung stellt sich das Beispiel 3 (Flexibles Türsystem) als System heraus, das die meisten Anforderungen eines mechatronischen Systems erfüllt. Hierbei wirkt sich z. B. die Offenheit gegenüber anderen Systemen (optionale LON-Anbinung), die große Flexibilität und das Selbstmanagement vorrangig auf diese Position aus dementsprechend auch bei Beispiel 5 (Fensterbeschlag). Bei der Bewertung wird auf Informationen und Angaben der Hersteller zurückgegriffen. Eine unabhängige Überprüfung der einzelnen Kriterien fand im Rahmen dieser Ausarbeitung nicht statt.

127 Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme TP13/I Tabelle 25 Bewertungsmatrix der mechatronischen Beispiele Bewertungskriterium Bewertungsmöglichkeit Bewertungsfaktor Bsp 1. mech. Schloss Bsp 2. Funkschließsystem Bsp. 3: Flex. Türsystem Bsp. 4: Aut. Sicherheitstür Bsp. 5: Fensterbeschlag Mechanische Struktur Auf die Funktion angepasste mechanische Komponenten, z. B. kraftbetätigtes Element Elektronische Struktur Anbindung aller benötigter Sensoren und Aktoren durch strukturierte Verkabelung bzw. Funktechnologie, z. B. integrierter Einklemmschutz und verdrahteter Antrieb für den entsprechenden Fensterflügel Integrierte informationsverarbeitende Einheit mit Kommunikation Logisch verarbeitende Einheit, die die Sensorik und Aktorik nach funktioneller Anforderung zusammen arbeiten lässt. Hierbei kann auch durch die Kommunikationsschnittstelle auf weitere Systeme zugegriffen werden, z. B. integrierte Sonnenstandnachführung mit LON- Schnittstelle. Möglichkeit der autarken Betriebsweise Das System ist lediglich abhängig von der Stromversorgung und evtl. von externen Sensoren für die volle Funktionalität. Grundsätzlich ist allerdings ein unabhängiger Betrieb möglich. Systeme zur Nutzungssicherheit Dies umfasst sämtliche Ausstattungen, die einen sicheren Betrieb gewährleisten, z. B. Einklemmschutz eines Fensters oder Sensorleiste einer automatischen Tür. Offenheit gegenüber anderen Systemen Verwendung von herstellerunabhängigen Protokollen und Systemstrukturen, z. B. LON, EIB oder TCP/IP Protokolle. J/N 1 J J J J J J/N 1 J J J J J J/N 1 J J J J J J/N 1 J J J J J J/N 1 N N J J J J/N 1 N N J N J

128 TP13/I Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme Bewertungskriterium Bewertungsmöglichkeit Bewertungsfaktor Bsp 1. mech. Schloss Bsp 2. Funkschließsystem Bsp. 3: Flex. Türsystem Bsp. 4: Aut. Sicherheitstür Bsp. 5: Fensterbeschlag Anwendung für Sicherheitsanforderungen Systemkonzeption für die Einbindung in sicherheitsrelevanten Anwendungen, z. B. integrierte Glasbruchspinne mit VdS-Zulassung. J/N 1 J J J J J Berücksichtigung Maßnahmen zur Energieeffizienz Maßnahmen und Algorithmen, die insbesondere einen energieeffizienten Betrieb gewährleisten, z. B. automatische Lamellensteuerung in Abhängigkeit des Sonnenstandes. Flexibilität und Erweiterbarkeit des Systems Modularer Aufbau des Systems für eine einfache Erweiterbarkeit, z. B. Struktur einer erweiterbaren SPS oder hinzufügen weiterer Geräte und Einbindung durch ein BUS System. Selbständige Einjustierung bzw. Diagnose möglich Ohne großen Aufwand durch den Anwender managt sich das entsprechende System selbstständig mit weiteren Systemen in dem entsprechenden Bereich. Durch Diagnosealgorithmen ist eine Fehlerlokalisierung möglich und ggf. direkt eine Korrektur % 0-100% 0-100% ,75 1 0% ,5 0 0,25 Ergebnis, Gesamtpunktzahl 5 6,75 8,5 6 8, Auswertungsvorschlag Für die Beurteilung bzw. Auswertung der Ergebnisse wäre es möglich, z. B. einen exakten Grenzwert zu definieren, der aufzeigt, ob es sich um ein mechatronisches System handelt oder nicht. So wäre beispielsweise jedes System, das mehr als 5 Punkte erreicht, ein mechatronisches System. Falls weniger Punkte erreicht werden, wäre dieses System kein mechatronisches System. Da dieser Grenzwert sehr schwierig objektiv festzulegen ist, wird hiermit vorgeschlagen, verschiedene Bereiche festzulegen. Um den prinzipiellen Anforderungen aus der Definition eines mechatronischen Systems gerecht werden zu können, ist es allerdings erforderlich, die Mindestanforderungen zu definieren:

129 Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme TP13/I Mechanische Struktur Hierfür sind Komponenten erforderlich, die mechanische Aufgaben erfüllen (z. B. Öffnen bzw. Schließen). 2. Elektrische Struktur In diesem Zusammenhang sind elektronische Komponenten erforderlich, die eine autarke Betriebsweise der Funktionalitäten erlauben. 3. Informative Struktur Hierbei muss die kommunikative Fähigkeit gegeben sein, die es erlaubt, mit anderen Systemen zu kommunizieren. Falls diese prinzipiellen Anforderungen nicht erfüllt sind, kann grundsätzlich nicht von einem mechatronischen System gesprochen werden. Unter der Annahme, dass für die o.g. Mindestanforderungen jeweils 10 % der Bewertungspunkte verrechnet werden, ergibt sich eine Untergrenze in Höhe von 40 % für die Definition eines mechatronischen Systems. Bei der Mindestanforderung Elektrische Struktur sind sowohl die elektronischen Komponenten als auch die Möglichkeit einer autarken Betriebsweise zu beachten. Durch diese Zweiteilung ergeben sich für die Elektrische Struktur insgesamt 20 % der Bewertungspunkte. Die genannten Mindestanforderungen sind verpflichtend und können auch nicht durch andere Bewertungskriterien ausgeglichen werden. Die Bewertungsfaktoren aus sind hier exemplarisch gleich gewichtet. Eine Anpassung und ggf. eine Erweiterung der Testmatrix muss für weitere Betrachtungen in Erwägung gezogen werden. Eine leichte und verständliche Umsetzung des Bewertungsschemas könnte z.b. über die Definition von 4 Klassen erfolgen. D ohne Ausstattung (konventionelles System weitgehend ohne technische Komponenten, ohne die technischen definierten Mindestanforderungen für ein mechatronisches System) C einfache Ausstattung (einfache Sensorik bzw. Aktorikkomponenten unter Berücksichtigung der Mindestanforderungen) B mittlere Ausstattung (Mindestanforderungen und zusätzlich komplexere Sensorik- und Aktorikkomponenten) A hohe Ausstattung (wie Klasse B, allerdings mit Möglichkeiten für die Erreichung größtmöglicher Energieeffizienz) Abbildung 104 zeigt einen Vorschlag als erste Variante zur Einteilung der Bewertungsklassen in Abhängigkeit der erreichten Punkteanzahl. Hierbei wird die Darstellung in verschiedene Stufen gewählt. In der zweiten Variante (Abbildung 105) wird derselbe Zusammenhang als Zeigerdarstellung abgebildet.

130 TP13/I Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme Abbildung 104 Einteilung Bewertungsklassen Variante 1 mechatronischer Systeme Abbildung 105 Einteilung Bewertungsklassen Variante 2 mechatronischer Systeme Beispiele für die Klassenanwendung Nachfolgend werden für die verschiedenen Klassen (D bis A) Beispiele aus der Praxis aufgezeigt. Hierdurch soll auch verdeutlicht werden, dass unter bestimmten funktionellen Anforderungen die Umsetzung einer höheren Klasse nicht notwendig bzw. nicht sinnvoll ist. Beispielsweise braucht ein Fenster, das lediglich öffenbar sein soll (d. h. ohne Lüftungs-, Verschattungs-, Sicherheits- und Kommunikationsfunktionen), nicht als eine mechatronische Lösung angestrebt zu werden. Somit können folgende Beispiele für die Klassen aufgezeigt werden (Bemerkung: Für die Klassen C bis A sind die definierten Mindestanforderungen Voraussetzung). D ohne Ausstattung a) konventionelles Fenster bzw. Tür zum händischen Öffnen ohne weitere Anforderungen, b) Türen mit mechanischem Obertürschließer, c) Systeme, die über konventionelle Taster bzw. Schalter geschalten werden (z. B. Jalousien), ohne Rückmeldung und Kommunikation. Beispielsweise: eine Lastabschaltung bei eingeklemmten Gegenständen. C einfache Ausstattung d) Fluchtweg bzw. Brandschutztüren mit motorischem Antrieb und Kommunikation mit der Brandmeldeanlage (eingeschränkte autarke Betriebsweise), e) Systeme mit besonderer Sicherheitsausstattung und kommunikativer Fähigkeit zu anderen Systemen (z. B. Fenster mit motorischer Betätigung und Sensoren für Einklemmschutz). B mittlere Ausstattung f) autark arbeitende Systeme mit der Möglichkeit von komplexen Steuerbzw. Regelungsaufgaben, g) CO 2 -abhängig öffnendes Fenster, h) Tageslichtabhängig steuernde Lamellen einer Jalousie.

131 Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme TP13/I A hohe Ausstattung i) autark arbeitende Fassadensysteme mit Raumkonditionierungsfunktionen (Heizen-Lüften), j) Systeme mit Fehlererkennung, Diagnose und ggf. Behebung der Fehler Bewertung durch Ausstattungsvarianten Im Folgenden soll als Alternative zu der in aufgezeigten Bewertungsmatrix die Bewertung anhand von Ausstattungsvarianten dargestellt werden. Um die möglichen Ausstattungsmöglichkeiten eines mechatronischen Systems darzulegen und somit transparent zu machen, bietet es sich an, Parallelen zu den Ausstattungspaketen z. B. in der Automobilbranche zu ziehen. Somit werden durch Tabelle 26 mögliche Ausstattungsvarianten aufgezeigt. Die Betrachtung wird im Folgenden jeweils für die Systeme: Fenster Türen Fassaden (inkl. Fenster) durchgeführt. Dies ist notwendig, da beispielsweise die Raumkonditionierung in der Regel nicht mit einer mechatronischen Tür erfolgt. Dadurch könnte sich der Bauherr, ähnlich wie bei der Auswahl eines Autos, mit einem gewissen Ausstattungspaket zu einem System mit dementsprechenden Funktionen entscheiden. Tabelle 26 Ausstattungspakete

132 TP13/I Das Mechatronische Fenster Bewertung mechatronischer Systeme Auch hier macht es Sinn, eine Differenzierung zwischen dem konventionellen und dem mechatronischen System einzuführen. Je nach Funktionsumfang wird erst ab dem Komfortpaket eine Konzeption als mechatronisches Fenster angedacht. Vergleichbar ist diese Vorgehensweise mit der Businstallation in einem Gebäude, die erst Sinn macht, wenn ein bestimmter Funktionsumfang erreicht ist (z. B. motorische Jalousien, Beleuchtung und Einzelraumregelung). Die Differenzierung der Systeme wird in Tabelle 26 durch folgende Abkürzungen aufgezeigt: Fenster Fe Türen Tü Fassaden (inkl. Fenster) Fa Besonders deutlich wird die Differenzierung zwischen den verschiedenen Systemen bei der Betrachtung der Konditionierungsfunktionen, da sowohl eine mechanische Lüftung als auch die Luftbehandlungsfunktionen Heizen und Kühlen nur durch ein integriertes System in einer Fassade erfolgen können.

133 Dank TP13/I Dank Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt liegt bei den Autoren. Besonderer Dank gebührt folgenden Industriepartner, die das gesamte Projekt sowohl ideell als auch finanziell unterstützt haben und somit zum Gelingen beigetragen haben: Aug. Winkhaus GmbH & Co. KG August-Winkhaus-Str Telgte Bundesverband Flachglas e.v. Mühlheimer Str Troisdorf Bircher Reglomat AG Hauptstrasse 22 CH-9042 Speicher Dorma GmbH & Co. KG Breckerfelder Str Ennepetal Elektro Beckhoff GmbH Eiserstr Verl esco Metallbausysteme GmbH Dieselstr Ditzingen EuroLam GmbH Hinter dem Kirschgarten Wiegendorf Finstral SpA Gastererweg 1 I Unterinn/Ritten BZ FLG Fenster- Leistungsgemeinschaft GmbH Hauptstraße Gottenheim heroal-johann Henkenjohann GmbH & Co. KG Österwieher Straße Verl Holz Alu Forum e.v. Steigäckerstr Marbach/Neckar Mayer & Co. Beschläge GmbH Alpenstraße 173 A-5020 Salzburg Reynaers Aluminium N.V. Oude Liersbaan 266 B-2570 Duffel