Ein Fensterbauer hat besonders stark wärmedämmende Fenster mit Drei- oder Vierfachverglasung für Passivhausfenster auf den Markt gebracht. Der Multi-Material-Fensterrahmen – und vor allem der Integralrahmen aus einem Kunststoff-Profil – trägt einen wesentlichen Teil zur Wärmedämmung bei. Der Projektpartner des Fensterbauers für die Kunststoffprofile realisierte dafür ein PVC-Hartschaum-Profil, sorgte für die bestmögliche Leistung des Extrusionswerkzeugs in der Entwicklungsphase und die fertigungsspezifische Optimierung des Designs. Danach übernahm der Projektpartner die Serienproduktion der Profile.

Der Passivhaus-Fensterrahmen ist eine Multi-Material-Konstruktion: Das zweiteilige Profilsystem besteht aus einem extrudierten PVC-Hartschaum (grau) mit offenporigem Gefüge und durchgehendem Kern aus Neopor. (Bild: Pazen)

Anlagen zur Profilextrusion in der Werkshalle des Kunststoff-Extrudierers SLS, der die besonders stark wärmedämmenden Fensterprofile herstellt. (Bildquelle: SLS Kunststoffverarbeitungs GmbH)

Die drei- oder vierfach verglasten Passivhausfenster aus der Enersign-Baureihe von Pazen aus Wittlich zählen zur aktuell dritten Generation von Passivhausfenstern. Mit seinem zertifizierten Wärmedämmwert von Uw = 0,59 W/m2K (nach EN 673) setzt das neueste Modell des Fensterbauers, Enersign Primus, Maßstäbe für die Branche. Der Rahmen des Passivhausfensters ist eine anspruchsvolle Multi-Material-Konstruktion;  er bildet eine konstruktive Einheit mit den Innenraum-Elementen aus Holz und einem als Wetterschutz außen aufgesetzten Aluminiumprofil.

Der Passivhaus-Fensterrahmen ist eine Multi-Material-Konstruktion: Das zweiteilige Profilsystem besteht aus einem extrudierten PVC-Hartschaum (grau) mit offenporigem Gefüge und durchgehendem Kern aus Neopor. (Bildquelle: Pazen)

Als Projektpartner eng mit eingebunden in die Verwirklichung dieses phA-Klasse-Fensters war der in Dahn ansässige Profilextrudierer SLS Kunststoffverarbeitungs GmbH. Seine Aufgabe war es, den Fensterrahmen beziehungsweise das Kunststoffprofil mit einem hohen Wärmedämmwert zu realisieren, um einen möglichst hohen Wärmedämmwert für das gesamte Fenster zu erreichen. Als Ergebnis dieser Aufgabenstellung entstand ein zweiteiliges, geometrisch anspruchsvolles Profilsystem aus einem extrudierten PVC-Hartschaum, der aufgrund der niedrigen Dichte (weniger als 0,8 g/cm3) seines offenporigen Gefüges thermisch isolierend wirkt. Als weitere dämmtechnische Optimierungsmaßnahme erhielt das größere der beiden Profile, die feststehende Komponente des Rahmens, einen durchgehenden Kern aus expandiertem Polystyrol (EPS, Markenname Neopor).

Mehrteiliges Extrusionswerkzeug in der Profilproduktion bei SLS in Dahn.  (Bildquelle: SLS Kunststoffverarbeitungs GmbH)

Geschäumte PVC-Profile kommen im modernen Fenster- und Türenbau häufig als Ersatz für Holzwerkstoffe zum Einsatz. Sie sind leicht, lassen sich extrudieren und bieten – eben durch ihre offenporige Zellstruktur – eine gute Wärmeisolierung. Ihre Anwendung stellt jedoch erhöhte Anforderungen an die technische Auslegung der Extrusionswerkzeuge und verlangt eine sehr genaue Feinabstimmung aller Fertigungsparameter. Zudem spielt schon die Auswahl des geeigneten Schaumwerkstoffs eine wichtige Rolle.

Bei dem Extrusionsverfahren des Aufschäumens nach Innen, das auch unter dem Namen Celuka-Verfahren bekannt ist, gelangt die treibmittelhaltige Schmelze unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse in die Kalibrierung des Werkzeugs. Dabei hat die Kalibrierung die gleiche Außenkontur wie die Düse. Die Schmelze wird so an der gesamten Oberfläche stark gekühlt; das verhindert das thermische Aufschäumen an der Randzone. Ein Dorn im Werkzeug erzeugt einen Hohlraum im Profil; dieser Hohlraum wird von der restlichen Schmelze ausgeschäumt. Die Profile bekommen so eine kompakte glatte Außenhaut, während der Kernbereich ausgeschäumt ist.

Marco Streck, Co-Geschäftsführer von SLS, erläutert: „Die gewünschte offene Zellstruktur des Profilgefüges ist ein Resultat der gezielten thermischen Aktivierung eines Treibmittels im Rohmaterial während des Aufschäumens. Dabei ist die Charakteristik des Treibverhaltens ein bestimmender Faktor für die Konstruktion und Auslegung der eingesetzten Extrusionswerkzeuge.“ Der zweite entscheidende Aspekt für den Werkzeugbau und die Profilextrusion ist, so Streck, „die Erzeugung eines massiven Außenmantels mit einer geschlossenen Oberfläche, die den Kunststoffprofilen eine hohe Stabilität und ansprechende Seidenglanz-Optik verleihen.“

Um diese beiden Anforderungen zu vereinen, wählte SLS für die Extrusion der Fensterprofile eine spezielle Variante des sogenannten Celuka-Verfahrens, das beispielsweise aus der industriellen Herstellung von PVC-Integralschaumplatten bekannt ist. „Damit können wir in ein und demselben Extrusionsprozess sowohl eine homogene innere Zellstruktur geringer Dichte realisieren als auch eine zellenlose, feste, glatte und kratzfeste Außenfläche“, berichtet Streck. Die so gefertigten Fensterprofile sind überaus stabil, schlagzäh, feuchtigkeitsresistent und quellfest. Und sie zeigen – abgesehen von einer erfreulich guten Schalldämmung – vor allem die beabsichtigte gute Wärmedämmung.  Inzwischen ist die Serienfertigung angelaufen und alle paar Tage macht sich ein Lkw mit einbaufertig vorkonfigurierten Sets der neuen PVC-Profile auf den Weg nach Wittlich.  Die Konfektionierungs-Kapazitäten hat SLS unlängst stark erweitert.

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