Fenster ohne Grenzen

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Forscher und Unternehmen hauchen dem Werkstoff Glas immer mehr Funktionen ein – vom tragenden Bau-Element bis zum Display-Fenster.

Im Sommer 2011 war es endlich so weit: Das Bundespräsidialamt bekam ein neues Glasdach. Jahrelang hatten sich die Mitarbeiter über die defekten Jalousien auf dem Dach geärgert, Sommer für Sommer schwitzten sie in dem Gebäude wie in einem Treibhaus. Die 620 neu installierten Einzelscheiben des deutschen Herstellers EControl brauchen nun keine Abdeckung mehr, sie verdunkeln sich auf Knopfdruck von selbst.

Spielte die Verglasung bislang eher ein Schattendasein in der Gebäudetechnik, entdecken Wissenschaftler und Unternehmen nun, welche Möglichkeiten sie bietet – und verwandeln Fenster in vielseitige Haustechnik-Komponenten, die den Job von Jalousien, Kraftwerken, Monitoren oder Alarmanlagen gleich mit übernehmen. Und in der Architektur hat sich Glas zu einem im Wortsinne tragenden Element hochgearbeitet. Treppen, Böden, Brüstungen, Brücken und Kuppeln aus Glas machten den Anfang. Dank neuer Fertigungs- und Verbindungstechniken brauchen sie gar keine oder nur noch sehr wenig Unterstützung aus Stahl oder Beton. Nach und nach bauen Architekten nun immer größere Strukturen aus Glas.

Bestes Beispiel dafür ist der Apple Store an der Fifth Avenue in New York. Der Glasspezialist Seele mit Sitz im bayerischen Gersthofen hat 2011 einen zwei Stockwerke hohen Glas-Kubus am Eingang des Stores errichtet. Jede Seite besteht aus nur drei Scheiben, jede 10,30 mal 3,30 Meter groß. Die Befestigungsteile aus Titan sind direkt in das Glas einlaminiert worden und optisch kaum noch wahrzunehmen. Der gesamte Würfel einschließlich Dach trägt sich selber. Im Inneren geht die Transparenz weiter – ein Glaszylinder stützt die gläserne Treppe ins Untergeschoss.

Möglich wird solche Glasarchitektur durch das präzise Zusammenspiel verschiedener Werkstoffe. Unter dem Markennamen "SentryGlas" hat beispielsweise der Chemiekonzern DuPont ein Verbundsicherheitsglas auf den Markt gebracht, das weitaus schlanker und robuster ist als seine Vorgänger. Sein Geheimnis: Zwischen den einzelnen Glasschichten ist eine Schicht aus sogenanntem Ionomer, einem thermoplastischen Kunststoff, einlaminiert. Er ist fünfmal so fest und hundertmal so steif wie PVB-Kunststoff, der bei konventionellem Sicherheitsglas verwendet wird. Im November 2011 hat das Deutsche Institut für Bautechnik SentryGlas seinen offiziellen Segen erteilt. Es darf seitdem in Deutschland als "lastübertragendes Element" bei der Statikberechnung berücksichtigt werden. Bisher waren dazu Einzelgenehmigungen notwendig.

Auch hinter den EControl-Scheiben im Bundespräsidialamt steht ein kompliziertes Zusammenspiel unterschiedlicher Disziplinen – in diesem Fall von Chemie und Elektronik. Auf die Innenseite der EControl-Scheibe eines Doppelfensters haben die Entwickler eine dünne, durchsichtige Schicht aus Wolframoxid aufgedampft. Zwischen den Scheiben liegt eine Polymerfolie mit Lithium-Ionen. Fließt Strom, wandern die Lithium-Ionen zur Wolframschicht, die sich dadurch nach und nach tiefblau einfärbt. Rund 15 Minuten dauert es, bis sich die Scheibe maximal verdunkelt hat. Wird der Strom abgeschaltet, bleibt die Färbung erhalten und hält knapp 90 Prozent des sichtbaren Lichts außen vor.

Da die verdunkelten Scheiben einen großen Teil der Sonnenenergie aufnehmen, erhitzen sie sich allerdings stark. An der äußeren Scheibe entstehen Temperaturen von bis zu 70 Grad, die es über die Fensterrahmen abzuleiten gilt. "Gut wäre es, wenn man diese Abwärme auch nutzen könnte", sagt Manfred Dittmer, Geschäftsführer von EControl. "Die Gebäudefassade würde dadurch gleichsam zum Kraftwerk." Er habe dazu auch schon konkrete Ideen, könne aus Wettbewerbsgründen aber noch nicht darüber sprechen. Schon die jetzige Version kostet rund doppelt so viel wie vergleichbare Fenster ohne eingebaute Verdunklung. Dafür können Architekten aber auf Jalousien, Lamellen oder Rollos verzichten. "Unser Ziel ist es, auf den gleichen Preis wie für ein normales Fenster zu kommen", verkündet Dittmer.

Für EControl war der Auftrag von höchster staatlicher Stelle ein wichtiges Prestigeprojekt. "Wer einmal gesehen hat, wie unsere Fenster funktionieren, ist sofort begeistert", betont der Geschäftsführer. Und hofft auf viele weitere Interessenten. Noch in diesem Jahr nimmt das Unternehmen in Plauen eine neue Fertigungsstrecke für die sogenannten elektrochromen Gläser im Format 1,35 mal 3,30 Meter in Betrieb. In zwei bis drei Jahren soll die Anlage rund 100000 Quadratmeter jährlich erzeugen.

EControl muss allerdings schnell wachsen, denn im Ausland gibt es bereits mächtige Konkurrenz. Unter anderem sicherte sich der französische Baukonzern SaintGobain im Jahr 2010 eine fünfzigprozentige Beteiligung am US-Unternehmen Sage Elec-trochromics, einem der größten Hersteller von elektrochromen Fensterscheiben Entschieden bunter als bei EControl geht es im Labor von Dirk Kurth zu. Der Leiter des vom Bund geförderten Verbundprojektes "SmartWin MEPE" möchte Fenster in allen möglichen Farben bauen. Ihre Tönung erhalten sie durch sogenannte Metallo-Polyelektrolyte – lange Ketten organischer Moleküle, zwischen denen Metall-Ionen eingebettet sind.