Dipl.-Ing. (FH), Dipl.-Ing. (FH) Christian Hübner ift Rosenheim Beeinträchtigt Glasklebung die Dauerhaftigkeit von Isolierglas? Ergebnisse eines ift-forschungsprojekts Nach einer Laufzeit von 25 Monaten wurden die Forschungsaktivitäten zum Projekt Einsatz von geklebten Verglasungen im Fensterbau Einfluss von innovativen Techniken auf die Dauerhaftigkeit von Mehrscheiben-Isolierglas am ift Rosenheim abgeschlossen. Das Forschungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau gefördert. 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens Die tragende Klebung von Mehrscheiben- Isoliergläsern zum Rahmen ( direct glazing") ist in letzter Zeit von vielen Herstellern bei allen Rahmenmaterialien aufgegriffen worden. Die Vorteile der Technik liegen auf der Hand: erhöhte Stabilität durch Ausnutzung der mittragenden Wirkung von Glas, Entfall oder Reduzierung der zusätzlichen Stahl-Verstärkung bei Kunststofffenstern, Möglichkeiten einer rationalisierten und automatisierten Herstellung, schmalere Rahmenkonstruktionen und damit reduzierter Rahmenanteil am Fenster mit geringeren Wärmeverlusten, Entfall der Verglasungs-Klötze, neue Designmöglichkeiten und Möglichkeiten zur Verbesserung der Wärmeund Schalldämmung, Einbruchhemmung. Zur Klebetechnik wurden in den vergangenen Jahren eine Vielzahl von Forschungsprojekten und Firmenuntersuchungen durchgeführt. Dabei stand stets die Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit der Glas-Rahmenklebung an Fenstern und Fassaden im Vordergrund. Die Erkenntnisse belegen, dass es sich dabei um eine dauerhafte Technik handelt, die mit einer Vielzahl von Parametern an die jeweiligen Erfordernisse des Fenstersystems und des Herstellprozesses angepasst werden kann. Das Verhalten des Mehrscheiben-Isolierglases (MIG) unter den durch die Glasklebung veränderten Belastungen ist dagegen bislang weitgehend unbekannt. Handelsübliches MIG erfüllt die Anforderungen der EN 1279, wobei jedoch nur von Verglasung nach Stand der Technik ausgegangen wird, d. h. ohne Glasklebung. Für die ganzheitliche Betrachtung der Dauerhaftigkeit von MIG müssen die hinzukommenden Lasten im Scheibenaufbau ermittelt, bewertet und ggf. zukünftig bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde untersucht, ob die aus der neuen Verglasungstechnik resultierenden zusätzlichen Lasten in Verbindung mit den sonstigen veränderten Randbedingungen wie dem zunehmenden Gebrauch von Dreifachgläsern, Warmedge-Abstandhaltern und großen Scheibenformaten einen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit des MIG haben. ift Rosenheim Seite 117 von 156
2 Zusammenfassung der Ergebnisse 2.1 Probekörper und Vorgehen Für die Prüfung der Dauerhaftigkeit des MIG bei geklebten Fenstern wurden ausgewählte MIG mit unterschiedlichen Klebetechniken in geeignete Profilsysteme geklebt. Zur Anwendung kamen im Rahmen der Projektarbeit 3-fach-Isoliergläser, da in der Zukunft von einem verstärkten Einsatz dieser MIG-Typen auszugehen ist. Bei den Randverbundsystemen wurden wärmetechnisch optimierte Abstandhalter aus Kunststoff eingesetzt, wobei bei den sekundären Dichtstufen zwischen Polyurethan und Polysulfid variiert wurde. Bei der Glasanbindung wurden die Art des Klebesystems und die Ausführung der Klebefuge (Klebung auf Position 1 bzw. 6 oder Falzgrundklebung) verändert. Es wurde untersucht, inwieweit sich die einzelnen Kombinationen auf die Dauerhaftigkeit des Mehrscheiben-Isolierglases auswirken. Dazu wurden die Probekörper mittels einer klimatischen Belastung gemäß DIN EN 1279-2 künstlich gealtert. Einflüsse aus dynamischen Belastungen, wie sie Tabelle 1 Übersicht über die drei Lastfälle Seite 118 von 156 ift Rosenheim
im alltäglichen Gebrauch bzw. Fehlgebrauch des Fensters auftreten, wurden ebenfalls simuliert. Die abweichend zu den Prüfnormen vergrößerten Abmessungen der Scheiben (ggf. ergänzt durch Zusatzgewichte) führen zu Belastungen durch das Eigengewicht entsprechend praxisüblicher Flügelabmessungen. Auf die lastabtragende Klotzung und die Verstärkung der Flügelprofile wurde verzichtet. Zum einen kann in der Praxis nicht immer davon ausgegangen werden, dass die Klotzung alle Lasten ableitet, zum anderen würde ein möglicher Verzicht auf diese Maßnahmen die Wirtschaftlichkeit der geklebten Systeme verbessern. Daraus resultieren allerdings Verlagerungen der aussteifenden Wirkung auf die Glasscheibe und bewirken damit eine Erhöhung der Lasten auf den Randverbund. Derartig kombiniert belastete Probekörper wurden mit unbelasteten und einfach belasteten Referenz-Probekörpern verglichen. Ein wichtiger Faktor war demnach die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität bei der Fertigung des MIG und der Klebung zum Rahmen. 2.2 Durchführung Die Lastfälle, mit denen die insgesamt 110 Probekörper belastet wurden, sind in Tabelle 1 näher beschrieben. Nach durchgeführtem Versuch wurden diese mittels der Analyse von Gasverlustrate, Gaskonzentration (beides Bild 2), Trocknungsmittelbeladung (Bild 3) und geometrischer Verformung an den MIG verglichen. 2.3 Ergebnisse Bild 1 Beispiel der Gasverlustraten bei Fensterelementen im Lastfall 3 mit unterschiedlichen Kombinationen Glassystem und Fensterhersteller; mit 0,2-0,5 %/a entsprechen die Werte der Gasverlustrate im Lastfall 3 den Werten aus Lastfall 1 und 2. Die Einzelwerte von insgesamt 110 Messungen wurden gegenübergestellt und ausgewertet, was exemplarisch in Bild 4 dargestellt ist. Bei diesen Vergleichen konnten zusammenfassend folgende, wesentliche Erkenntnisse gewonnen werden: Die Art der Klebetechnik ( weich /elastisch, hart /steif) und die Fugenausbildung und anordnung haben kaum einen Einfluss auf die Größe der ermittelten Kennwerte. Das Material der sekundären Dichtstufe hat keinen großen Einfluss auf die Kennwerte Gasverlustrate, Trocknungsmittel-Beladung und Gaskonzentration. Es lagen große Unterschiede bei der Verformung zwischen Polysulfid und Polyurethan als sekundäre Dichtstufe vor. Die Verformung des Randverbundes würde sich dabei ohne Begrenzung bis zum Versagen der Dichtstufen fortsetzen (außer bei der Falzgrundklebung). Die Absenkung der Scheiben wird dabei so groß, dass eine erhebliche optische Beeinträchtigung der ift Rosenheim Seite 119 von 156
Bild 2 Absinken der nicht geklotzten Scheiben nach der Prüfung mit Klimalast und statischer Zusatzlast MIG vorliegt und für die eingesetzten Dichtstoffe eine erhöhte UV-Belastung zu erwarten ist Bei weitergehender Scherbelastung der primären Dichtstufe liegt die Gefahr des Abrisses des Butyls vor (außer bei der Falzgrundklebung). 2.4 Ist die Klotzung überflüssig? Wenn man die Messwerte allein aus den Prüfungen Gasverlustrate und Trocknungsmittelbeladung betrachtet, könnte man ableiten, dass der vorgenommene Verzicht auf die Klotzung keine negative Wirkung auf die Gebrauchstauglichkeit Bild 3 Verschiebung der Randverbünde an der mittleren Scheibe des MIG hat. Auch das Aufbringen von Zusatzlasten (Simulation größerer Scheibenformate) hätte demnach keinen nennenswerten Einfluss auf diese Kennwerte. Betrachtet man allerdings alle ermittelten Messwerte (inkl. der Verformung), muss man von der Ausführung eines geklebten Fensters ohne lastabtragende Klotzung aus folgenden Gründen dringend abraten: Es konnte festgestellt werden, dass die MIG im Laufe der sechs Wochen dauernden Klimabelastungen einen Verlust von 3 bis 5 % Argon aus dem SZR aufweisen. Die Messung der Gasverlustrate im stationären Zustand allerdings ergab einen Wert von deutlich unter 1 %/a. Der erhöhte Verlust lässt sich dadurch erklären, dass während der Klimabelastungen durch die hohen Temperaturen und Luftfeuchte der Randverbund aufgeweitet und aufgeweicht wird. D. h. es kommt zu einer ungünstigen Überlagerung der Verformung der Dichtstufen mit einer Aufweitung der Molekülketten in den Dichtstufen. Dies ermöglicht eine verstärkte Diffusion der relativ kleinen Argonmoleküle durch den Randverbund in die Umgebung, umgekehrt aber keine erhöhte Feuchtigkeitsdiffusion in den SZR. Während der Nachlagerzeit im Normalklima haben die Dichtstoffe die Möglichkeit Feuchtigkeit abzugeben und zu relaxieren, wodurch sich die Molekülketten wieder zusam- Seite 120 von 156 ift Rosenheim
Wissenswertes in Kürze Worauf es bei einem dauerhaft geklebten Isolierglas ankommt: 1 Die enge Abstimmung zwischen den Beteiligten bzgl. Rahmenprofil (Klebeflächen, Position) Klebstoff (Art, Applikation) Mehrscheiben-Isolierglas (Klebstoff Randverbund, Dimensionierung der Rückenüberdeckung) ist erforderlich 2 Die gleichbleibende Qualität der obengenannten Punkte muss sichergestellt sein. 3 Die Anpassung bzw. erneute Abstimmung der obengenannten Punkte bei starken Veränderungen bezüglich Flügelabmessungen, Sonderanforderungen etc. muss gewährleistet sein. 4 Eine definierte Klotzung und Lastabtragung in das Rahmenprofil ist unverzichtbar. menziehen und die Diffusion der Stoffe wieder verlangsamen. Dies erklärt, warum die Messwerte der Gasverlustrate gleichzeitig im zulässigen Bereich liegen. Das MIG verliert zwar über den Prüfzeitraum nicht seine Funktionstüchtigkeit, da der Argonverlust von bis zu 5 % kaum Auswirkungen auf den U g -Wert hat. Wird der Randverbund allerdings so stark aufgeweitet, dass eine stärkere Feuchtezunahme im SZR zu verzeichnen ist, dann ist die Low-E-Schicht gefährdet, was deutlich größere Auswirkungen auf die Optik und den U g -Wert und damit die zugesicherten Eigenschaften des MIG hat. Die Verformungen, die zudem beim Entfall der lastabtragenden Klotzung entstehen, bewirken, dass ein Teil der Dichtstoffe nicht mehr durch den Abstandhalter (Bild 3) bzw. durch den Glasfalzüberschlag verdeckt wird. Neben der erheblichen visuellen Beeinträchtigung ist der Bereich verstärkt der UV-Strahlung ausgesetzt, was zu erhöhten Belastungen des Materials führt. Des Weiteren muss darauf geachtet werden, dass die Belüftung und Entwässerung des Glasfalzraumes (Dampfausgleich) nicht durch reduzierte Falzluft aufgrund der abgesunkenen Scheiben übermäßig behindert wird. Unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten ist vor allem bei weichen Klebesystemen der 3 Fazit Entfall der Klotzung nicht sinnvoll, da die Anpresskraft der Glashalteleisten nicht ausreichend ist, um das MIG bis zur Ausreaktion des Klebstoffes an der vorgegebenen Position zu halten. Ein Entfall der Klotzung hätte zur Folge, dass der Fensterflügel bis zum Abschluss der Reaktion des Klebstoffes in horizontaler Position gelagert werden muss. Ansonsten könnte das MIG bereits bis auf das Profil absinken, was nicht zulässig ist. Bei harten Klebesystemen (hier Klebebänder) kommt auf Grund der hohen Soforthaftkraft des Klebstoffes ein Absinken des kompletten Isolierglases seltener vor und ist als eher unproblematisch anzusehen. Im Rahmen des Projekts sollte festgestellt werden, ob die Klebetechnik auf das Mehrscheiben- Isolierglas besondere Belastungen ausübt, die zu einer Verschlechterung der Dauerhaftigkeit führen können. Bei den Untersuchungen konnten keine Anzeichen festgestellt werden, dass die Verglasung mittels einer umlaufenden Klebung des Glases zum Flügelrahmen ( direct glazing ) negative Auswirkungen auf die Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit des MIG hat. Trotz der breit angelegten Untersuchungen an praxisüblichen Glas- und Rahmensystemen kann nicht endgültig ausgeschlossen werden, dass sich davon stark unterscheidende Glas-, Klebe- und Rahmensysteme sich abweichend verhalten. Die häufig gestellte Frage "Klotzt Du noch oder klebst Du schon?" konnte mit den Untersuchungen ebenfalls aufgegriffen werden. Hierzu hat sich gezeigt, dass der Verzicht von Glasklötzen eine Reihe von Problemen mit sich bringt, was zu erheblich reduzierten Nutzungszeiträumen für das MIG führt. Der Gesamtbericht zum Forschungsvorhaben kann beim ift Rosenheim (www.iftrosenheim.de) bezogen werden. ift Rosenheim Seite 121 von 156
Das Forschungsvorhaben wurde mit Mitteln des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau gefördert. (Aktenzeichen: Z6-10.08.18.7-08.13 / II2-F20-08-00). Das Forschungsvorhaben wurde durch folgende Industriepartner unterstützt: Dipl.-Ing. (FH) Geboren 1972 in Burghausen 1984 1988 Realschule Altötting 1988 1991 FOS in Altötting 1991 1997 FH Rosenheim, Studium Holztechnik, Abschluss: Dipl.-Ing. (FH) 1992 1993 Zivildienst seit 1997 seit 2005 seit 07/2010 Mitarbeiter am ift Rosenheim: Technische Assistenz der Institutleitung, Sachverständigenzentrum, Leitung von div. Forschungsprojekten (Holzfassaden, Beschlagtechnik, Verbundaufbauten, Oberflächentechnik), Schulungen, Seminare, Vorträge Stellv. Leiter F&E zuständig für Unternehmensentwicklung, Qualitäts- und Prozessmanagement Sonstiges Diverse Fachveröffentlichungen Umfangreiche Gutachten im Bereich von Fensterkonstruktionen, Dauerhaftigkeit, Gebrauchtauglichkeit Konzeption und Entwicklung einer Ausschreibungssoftware Seite 122 von 156 ift Rosenheim