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Forscher gehen von Produktreife in fünf bis zehn Jahren aus

EU-Projekt testet neue Verfahren für Vakuum-Fenster

01.09.2012, 00:00

Acht Partner aus Forschung und Industrie unter Führung des Schweizer Empa erhalten mehr als 3,8 Millionen Euro Fördergeld aus dem 7. EU-Rahmenprogramm. Im Winsmart-Projekt werden Technologien entwickelt, die die Isolationsfähigkeit von Fenstern aus handelsüblichem Glas mit Aluminiumrahmen erhöhen und sie durch "schaltbare Gläser" funktional machen.

Herkömmliche doppelverglaste Aluminiumfenster bestehen aus zwei Scheiben in einem Aluminiumrahmen. Dieser Rahmen umschliesst einen 1.5 bis 2 Zentimeter dicken Hohlraum zwischen den Scheiben, der mit Silikon abgedichtet und mit Gas gefüllt ist. Das Gas verhindert die Wärmeübertragung. Die Winsmart-Forscher entwickeln eine Vakuumisolierverglasung, die rund dreimal dünner ist als eine herkömmliche Doppelverglasung - und trotzdem rund zwei- bis dreimal besser isoliert.

Das Hochvakuum zwischen den Scheiben unterbindet die Wärmeübertragung fast vollständig. Der Abstand zwischen den beiden Gläsern beträgt dabei lediglich 0.2 bis 0.7 Millimeter und wird von einer Vielzahl winziger, zwischen den Scheiben verteilter Stützen gehalten.

Die Aluminiumrahmen, die heute üblicherweise in der Fensterproduktion verwendet werden, würden dem atmosphärischen Druck jedoch sofort nachgeben und in den vakumierten Zwischenraum gesaugt werden. Zudem würde eine konventionelle Konstruktion den Anforderungen in punkto Dichtigkeit nicht genügen. Daher musste ein robusterer Randverbund her.

Im inzwischen patentierten Verfahren wird das Doppelglas in eine Vakuumkammer gefahren, in der eine flüssige Zinnlegierung als Rahmen im Randbereich zwischen die beiden Scheiben eingespritzt wird. Doch Zinn verhält sich auf Glas aufgrund unterschiedlicher Oberflächenspannungen wie Wasser auf einer neuen Regenjacke: Es perlt ab. Diesem Problem entgegnen die Forscher, indem sie den Zinnrahmen kurzzeitig einer elektrischen Spannung aussetzen.

Dieser Verfahrensschritt ist nötig, damit der Rahmen am Glas haftet und nach dem Aushärten für die geforderten 30 Jahre luftdicht bleibt.

Der zweite Fokus von Winsmart richtet sich auf die Beschichtung von Scheiben; man forscht an schaltbaren Gläsern. Im so genannten Vakuum-Sputtering-Verfahren werden 100 bis 200 Nanometer dünne Schichten auf die Gläser aufgebracht. Dies geschieht ebenfalls in einer Vakuumkammer, in der die Materialien unter extremer Hitze vaporisiert und sozusagen auf die Scheibe "aufgedampft" werden.

So wird eine erste, Strom leitende Schicht aufgetragen, auf die die schaltbare Schicht aus beispielsweise Wolframoxid aufgedampft wird. Auf diese schaltbare Ebene wird wiederum eine leitende Schicht aufgetragen. Die funktionale Ebene ist also immer von zwei leitenden Ebenen eingeschlossen. Per Knopfdruck fliesst Strom durch die Schichten, das Wolframoxid reagiert und das Glas verdunkelt sich.

Wenn das Fenster der Zukunft die Menge des einfallenden Lichts messen kann, wird es sich selbstständig verdunkeln beziehungsweise aufhellen und den Knopfdruck überflüssig machen. Theoretisch können verschiedene Schichten übereinander aufgetragen werden, die das Glas zusätzlich noch Wasser abweisend oder kratzfest machen.

In Zusammenarbeit mit den Industriepartnern wird im Projekt Winsmart auch die Produktionstechnologie vorangetrieben. Ein Knackpunkt ist zurzeit noch die Robotik, die zum Einspritzen des Flüssigmetallrahmens weiterentwickelt werden muss. Quelle: Empa / pgl

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