Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer innovativen Verfahrenstechnik zur Herstellung hochwärmeisolierender Fassadenelemente für die energieeffiziente Sanierung und den Neubau von Gebäuden

Infolge der Energieeinsparverordnung (EnEV) von 2014 stehen beim Neubau und auch bei der Sanierung von Gebäuden das Energiesparen und die Senkung von CO2-Emissionen im Bausektor hoch im Kurs. Eine Voraussetzung für das Einsparen an Energie ist eine gute Wärmedämmung des Gebäudes. Fenster, vor allem die Rahmen, verursachen hierbei in der Gebäudefassade den größten Energieverlust. Es gibt bereits diverse Ansätze die Wärmeleitfähigkeit des Fensterrahmens zu senken, indem z.B. die Fensterrahmenprofile mit Polyurethan-Schaum ausgefüllt werden. Meist erfolgen die Profilherstellung und das Ausschäumen jedoch in zwei separaten Arbeitsschritten. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Verfahrenstechnik zur Herstellung von hochdämmenden Profilen für Gebäude und somit die Fertigung von hochwärmeisolierenden Fassadenelementen in nur einem Produktionsschritt.

Im Rahmen des Projekts wird eine geeignete Schaumrezeptur entwickelt. Parallel dazu wird ein Profilwerkzeug ausgelegt, was die Festlegung der Profilgeometrie sowie eine genaue Dimensionierung und Platzierung von Fließ- und Verteilerkanälen beinhaltet. Die Werkzeugauslegung wird durch die Simulation der Fließvorgänge im Extrusionswerkzeug sowie eine thermische Simulation begleitet. Des Weiteren wird eine neue Technologie in der Profilextrusion entwickelt. Neben der Ermittlung der verfahrenstechnischen Anforderungen müssen die erforderlichen Extruder ausgewählt und genau aufeinander abgestimmt werden. Schließlich werden konkrete Anwendungsbereiche generiert und eine Energieeffizienz- und Nachhaltigkeitsbewertung durchgeführt.

Die neuentwickelte Verfahrenstechnik ermöglicht eine effektivere und kostengünstigere Herstellung von hochwärmeisolierenden Fassadenelementen. KMU können anhand der Handlungsempfehlungen die Verfahrenstechnik und die Werkzeugauslegung speziell auf ihr Produkt anpassen, somit den Prozess in kurzer Zeit umsetzen und ihre Position am Markt festigen.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von hochdämmenden Profilen für Gebäude und somit die Fertigung von hochwärmeisolierenden Fassadenelementen in nur einem Produktionsschritt. Es wurde eine geeignete Schaumrezeptur auf Polystyrolbasis entwickelt. Parallel dazu wurde eine neue Technologie zur Herstellung der Profile im Technikumsmaßstab entwickelt. Dabei kam als Demonstrator eine Rechteckprofilgeometrie zum Einsatz. Für das Werkzeug wurde die Verteilergeometrie zum Einbringen des Schaums entwickelt. Die Werkzeugauslegung wurde durch die Simulation der Fließvorgänge im Werkzeug begleitet. Nach der Ermittlung der verfahrenstechnischen Anforderungen an die Anlagenkomponenten erfolgte eine Auswahl geeigneter Extruder sowie die Integration einer Gasdosierstation und zweier statischer Kühlmischer. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen mit der neu aufgebauten Extrusionslinie zeigen, dass die Online-Einbringung eines Polystyrol-Schaums niedriger Dichte in die Rechteckgeometrie prinzipiell möglich ist. Für ein vollständiges Ausschäumen des Profils ist die Temperatur im Profilinneren jedoch zu hoch. Für eine Umsetzung der Technologie in die Industrie sind deshalb noch weitere Forschungsarbeiten notwendig. Anhand der Ergebnisse ist dies mit deutlich reduziertem Aufwand möglich. Die durchgeführte Nachhaltigkeitsanalyse ergibt, dass aus ökobilanzieller Sicht der Einsatz eines Polystyrolschaums sehr lohnenswert erscheint. Bei für Fenster normalen Nutzungsdauern von bis zu 50 Jahren übersteigen die Energieeinsparungen der Nutzungsphase die Mehraufwendungen in der Herstellung bei weitem. Die erzielten Ergebnisse dienen damit als Grundlage für die anwendungsspezifische Umsetzung des innovativen Verfahrens zur Herstellung von Schäumen aus Polystyrol mit einer geringen Dichte. Die Ergebnisse können von KMU aus den Bereichen Maschinen- und Werkzeugbau, Kunststoffverarbeitung, Profilherstellung sowie Dienstleistung genutzt werden.