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Die Erfindung bezieht sich auf ein wärmeisolierendes Holzelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf ein Fenster oder eine Tür gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Im Bereich der Energiesparhäuser und Niedrigenergiehäuser, bzw. Passivhäuser müssen alle Elemente, die den Wärmeverlust vom Innern des Hauses an die Umgebung beeinflussen, bezüg- lich der Wärmedurchlässigkeit optimiert werden. Dabei werden sowohl die Aussenwände, bzw. die Fassadenkonstruktionen als auch die Türen und Fenster so ausgebildet, dass der Wärmeverlust möglichst minimal ist. Es geht darum, den Energiebedarf für die Bereitstellung von Raumwärme so klein wie möglich zu machen. Es wurde bereits ein Passivhaus-Standart (Passivhaus-Institut Darm- stadt) definiert, gemäss dem der Gesamtenergieverbrauch eines Passivhauses unter 30kWh/m2a liegt. Dies bedingt, dass der Energieverbrauch für Raumwärme unter 12 bis 17kWh/m2a liegen muss. In einem solchen Passivhaus wird kein Heizsystem mehr eingebaut.
Zudem müssen ge- mäss diesem Standart die Fenster in einer staatlich anerkannten Prüfung einen k-Wert (Wärme- durchlasskoeffizient) für das Gesamtfenster (Glas und Rahmen) von weniger als 0.8W/(m2K) erreichen. Wenn beispielsweise von einem Glas mit einem k-Wert von 0.7 W/(m 2K) ausgegangen wird, so muss auch der k-Wert des Rahmens sehr klein sein.
Passivhäuser haben häufig in den gegen Süden gerichteten Wänden einen grossen Fensteran- teil, um zumindest im Winter eine genügend hohe Sonneneinstrahlung zu ermöglichen. Die Glasin- dustrie hat in den letzten Jahren Mehrfachgläser, insbesondere Dreifachgläser mit Argon-Füllung, entwickelt, die Wärmedurchlasskoeffizienten, bzw. U-Werte im Bereich von 0. 7 bis 0.5 W/(m2K) aufweisen. Um die Vorteile solcher hochgedämmter Dreifachgläser ausnützen zu können, müssen auch die Fenster- und Türrahmen bezüglich Wärmedämmung optimiert werden. Ein normales Fenster umfasst einen Flügelrahmen und einen Stockrahmen, wobei der Stockrahmen gebäude- seitig befestigt ist und den Flügelrahmen schwenkbar hält. Bei einem geschlossenen Fenster liegt der Flügelrahmen formschlüssig am Stockrahmen an. Der Wärmefluss quer zur Fenster bzw.
Rahmenebene durch den Flügelrahmen, durch den Stockrahmen und durch überlappende Berei- che beider Rahmen soll minimal werden. Weil die Wärmedämmeigenschaft vorallem von der Dicke und vom Material der Rahmenteile bzw. Rahmenkantel abhängt, könnte bei einem ausgewählten Rahmenmaterial die Wärmedämmung durch eine Erhöhung der Dicke der Rahmenkantel erhöht werden. Das äussere Erscheinungsbild von Fenstern oder Türen setzt aber der Vergrösserung des Schenkelquerschnitts der Stock- und Flügelrahmen vergleichsweise enge Grenzen.
Bei einem bereits von der Anmelderin erhältlichen Fenster mit Vollholzrahmen wurde ein k- Wert von 0.9 W/(m2K) zertifiziert. Durch die Verwendung von dreischichtigen Rahmenkanteln, die zwischen zwei Holzlagen eine Polyurethanlage aufweisen, konnte bereits ein passivhaustaugliches Fenster bereitgestellt werden. Die Verwendung von Polyurethan bringt aber eine Reihe von Nachteilen mit sich. Polyurethan hat eine wesentlich geringere Festigkeit als Holz. Es handelt sich also um eine ungünstige Werkstoffpaarung. Zudem reduziert die kürzere Lebensdauer des Poly- urethans die Lebensdauer des gesamten Rahmens. Ein weiterer Nachteil des Rahmenkantels aus Verbundmaterial ergibt sich aus der festen Verklebung des umweltfreundlichen Holzes mit dem Problemstoff Polyurethan.
Aufgrund dieser Verklebung müssen gesamte Rahmen und auch Pro- duktionsabfälle mit Holz und Polyurethan als Sondermüll entsorgt werden.
Aus der DE 199 16 218 und der DE 199 04 963 sind Lösungen bekannt, gemäss denen der Wärmeübergang ohne Vergrösserung des Schenkelquerschnittes verringert werden kann. Bei diesen Lösungen wird an einem Schenkel bzw. Rahmenkantel mit einem Abdeckprofil in dem vom Abdeckprofil abgedeckten Bereich eine Wärmedämmleiste bzw. einer Wärmedämmmatte in einer Aussparung angeordnet. Die dabei entstehenden Rahmen umfassen somit zumindest drei ver- schiedenen Materialien. Der komplizierte Aufbau und die Tatsache, dass für eine sinnvolle Entsor- gung ein grosser Trennaufwand entsteht, sind Nachteile dieser Lösungen.
Es versteht sich von selbst, dass zumindest Glastüren analog zu den Fenstern aufgebaut wer- den können. Wenn die Tür anstelle des Glases ein anderes Türblatt aufweist, so kann gegebenen- falls auf den Flügelrahmen verzichtet werden. Es bleibt aber der Stockrahmen, der aus wärmeiso- lierenden Holzbauelementen aufgebaut werden kann.
Nebst den Fenstern und Türen müssen auch die Fassadenelemente, insbesondere die Pfos- ten, Riegel und Fassaden-Deckelemente eines Passivhauses mit einfachen Mitteln einen möglichst tiefen, bzw. einen Passivhaus-Standart konformen, Wärmedurchlasskoeffizienten gewährleisten.
Auch hier ist es nachteilig, wenn Mehrschicht-Material verwendet werden muss.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein wärmeisolierendes Holzbauelement, insbe- sondere ein Rahmenkantel, zu finden, das einen tiefen k-Wert gewährleistet, einfach aufgebaut ist und mit kleinem Aufwand ökologisch sinnvoll entsorgbar ist. Zudem soll dessen Lebensdauer nicht unnötig verkürzt sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 3 gelöst. Die abhängigen An- sprüche beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.
Bei der Lösung der Aufgabe wurde erkannt, dass die Verkleinerung der Wärmeleitung bzw. des Wärmeleitkoeffizienten nicht mittels eines zusätzlichen Materials erzielt werden soll, sondern indem nun im Holzbauelement zumindest ein gegen aussen abgeschlossener Hohlraum ausgebildet wird.
Die im Hohlraum befindliche Luft hat eine kleinere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Holzbauelementes. Bei Fenster- oder Türrahmen erstreckt sich der mindestens eine Hohlraum als umlaufender Luftkanal im wesentlichen entlang des gesamten Rahmens. Mit diesem Hohlraum kann die gute Isolationseigenschaft von Luft ausgenützt werden. Die Wärmeleitung durch Luft ist tiefer als jene durch Holz, Kunststoff und Aluminium. Um die Wärmeleitung durch einen Hohlraum möglichst klein zu halten, sollte im Hohlraum das Entstehen einer Konvektionsströmung möglichst verhindert werden. Dazu werden die Hohlräume vorzugsweise in der Form von schmalen Schlitzen ausgebildet. Die Luft eines abgeschlossenen Hohlraumes muss nicht vor der Entsorgung des Rahmens aus diesem entfernt werden.
Daher reduzieren die erfindungsgemässen Holzbauteile den Wärmeleitungskoeffizienten, ohne Erhöhung des Entsorgungsaufwandes. Ein erfindungsge- mässes wärmeisolierendes Holzbauelement, insbesondere ein Rahmenkantel, ist vorzugsweise vollständig aus Holz hergestellt und kann mit einer kleinen Mächtigkeit ausgeführt werden. Es versteht sich von selbst, dass an einem erfindungsgemässen Rahmenkantel auch noch Rahmen- blenden und/oder Abdeckprofile befestigt sein können.
Kunststoffkantel umfassen produktionsbedingte Hohlräume, die aber nicht schlitzförmig, bzw. nicht schmal, sind. Bei Hohlräumen mit Querschnittsflächen, die in beiden Richtungen eine grosse Ausdehnung haben, entsteht im Hohlraum eine wärmeübertragende Luftzirkulation bzw. eine Konvektion. Daher werden bei Kunststoffrahmen die Hohlräume zur Reduktion des k-Wertes ausgeschäumt. Durch die Struktur des Schaumes wird die Zirkulation unterbunden. Es versteht sich aber von selbst, dass in massiven Bereichen von Kunststoffkanteln auch schlitzförmige Hohl- räume ausgebildet sein können, wobei aber geschäumte Hohlräume den Wärmefluss mehr be- schränken. Bei Holzrahmen ist das Einbringen von Kunststoffschaum in Hohlräume wegen der Entsorgungsproblematik nicht erwünscht.
Wenn die Zirkulationsmöglichkeit der Luft in zumindest einem Hohlraum eines Holzkantels mit ökologisch sinnvollen Massnahmen weiter eingeschränkt werden soll, so könnten etwa Holzlamellen oder gegebenenfalls auch Holzwaben in den Hohlraum eingesetzt werden. Dadurch würde der Hohlraum in kleinere Teilräume unterteilt.
Der mindestens eine abgeschlossene Hohlraum ist vorzugsweise als abgeschlossene Längs- nut bzw. als Längsschlitz oder Längskanal an einem Pfosten und/oder einem Riegel und/oder an einem, die Fassade abdeckenden Deckelement, ausgebildet. Der mindestens eine schlitzförmige Hohlraum der erfindungsgemässen Pfosten, Riegel und Fassaden-Deckelemente für ein Passiv- hauses kann mit einfachen Mitteln einen möglichst tiefen Wärmedurchlass gewährleisten. Der schlitzförmige Hohlraum, bzw. zumindest eine seiner seitlichen Berandungsflächen, wird sich im montierten Zustand des Holzbauelementes, insbesondere des Rahmenkantels, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Wärmeflussrichtung, bzw. im wesentlichen parallel zur Fassade mit dem Holzbauelement erstrecken.
Dadurch wird in der Richtung des Wärmefluss der durchgehende Wärmeleitungsquerschnitt im festen Material deutlich verkleinert. Beim Planen der Tiefe der abge- schlossenen Hohlräume muss darauf geachtet werden, dass diese Teile im montierten Zustand eine genügend hohe Festigkeit aufweisen. Weil die schmalen Seiten der schlitzförmigen Hohlräu- me vorzugsweise beidseits abgeschlossen sind, können sich die Schlitze in einer Ebene durch den Schlitz über einen grossen Bereich der gesamten Breite des Holzbauteiles erstrecken, ohne dass die nötige Stabilität beeinträchtigt wird.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemässen Rahmenkantel auch für Wintergar- tenkonstruktionen und für Pfosten- und Riegelkonstruktionen ganz allgemeiner Art für die Aufnah- me von Fixkonstruktionen eingesetzt werden können.
Die Zeichnung erläutert die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Fenster mit einem Stock- und einem Flügelrahmen
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Die Fig. zeigt ein Fenster 1 oder eine Tür mit einem in eine Wandöffnung einsetzbaren Stock- rahmen 2 und einem im Stockrahmen 2 gelagerten, eine Verglasung 4 aufnehmenden Flügelrah- men 3. Bei geschlossenem Fenster 1, bzw. bei geschlossener Tür, grenzt der Flügelrahmen 3 mit äusseren Abstufungen 5 dichtend, bzw. im wesentlichen formschlüssig, an innere Abstufungen 6 des Stockrahmens 2 an, wobei zwischen den Abstufungen 5,6 auch zumindest ein freier Spaltbe- reich 8 verbleibt.
Um einen möglichst dichten Abschluss zu gewährleisten, ist zumindest ein Dich- tungsprofil 7 so an einem der beiden Rahmen 2,3 befestigt, dass es den Spaltbereich 8 im ge- schlossenen Zustand des Fensters 1 bzw. der Tür dicht abschliesst. Zum Befestigen des Dich- tungsprofiles 7 ist beispielsweise im Stockrahmen 2 eine Dichtungsnut 7a ausgebildet, in die ein Teil des Dichtungsprofiles 7 einsetzbar ist. In den beiden Rahmen 2,3 sind auch Freibereiche 9 bzw. Nuten ausgebildet, in die einander zugeordnete Beschlagsteile einsetzbar sind. Diese Be- schlagsteile gewährleisten die Ver- und Entriegelung des Flügelrahmens 3 am Stockrahmen 2.
Die Verglasung 4 ist im dargestellten Beispiel als Dreifachverglasung mit drei 4mm dicken Scheiben 4a, dazwischen angeordneten Abstandhaltern 4c und zwei 16mm dicken Zwischenräu- men 4b ausgebildet. Es versteht sich von selbst, dass auch Isolationsglas mit anderen Vermas- sungen eingesetzt werden kann, insbesondere kann etwa die Glasstärke aufgrund von Schall- schutzanforderungen variieren. Um einen möglichst tiefen Wärmeleitkoeffizienten zu erzielen, sind die Zwischenräume 4b vorzugsweise mit Argon gefüllt. Die Verglasung 4 wird von einer Befesti- gungsleiste 10 in einem Haltebereich 11 des Flügelrahmens 3 gehalten. Ein Dichtungselement 12 ist zwischen dem Flügelrahmen 3 bzw. dem Haltebereich 11und der Verglasung 4 angeordnet.
Gemäss der dargestellten Ausführungsform ist sowohl im Stockrahmen 2 als auch im Flügel- rahmen 3 zumindest ein abgeschlossener, schlitzförmiger Hohlraum 13 ausgebildet. Alle Hohlräu- me 13 erstrecken sich im wesentlichen entlang des gesamten Rahmenumfangs im wesentlichen parallel zur Fenster- oder Türebene. Diese Hohlräume 13 sind mit Luft gefüllt und reduziert den Wärmeleitkoeffizienten des jeweiligen Rahmens 2,3. Für kleine Reduktionen genügt es gegebe- nenfalls bereits, wenn lediglich in einem Rahmen 2,3 ein solcher Hohlraum 13 ausgebildet ist. Für eine relevante Reduktion des Wärmeleitkoeffizienten sollte sich der mindestens eine schlitzförmige Hohlraum in der Richtung parallel zur Fenster- oder Türebene zumindest über einen Drittel, vor- zugsweise aber über zumindest die Hälfte, der Breite des Rahmens im Bereich des jeweiligen Hohlraumes erstrecken.
Modellrechnungen haben gezeigt, dass eine optimale Reduktion mit verhältnismässigem Aufwand erzielt werden kann, wenn im Stockrahmen 2 mindestens zwei, vorzugsweise aber drei, Hohlräume 13 und im Flügelrahmen 3 lediglich ein Hohlraum 13 ausgebil- det sind. Es versteht sich von selbst, dass auch im Flügelrahmen 3 zwei oder gegebenenfalls drei Hohlräume 13 ausgebildet werden können, wenn diese die Stabilität nicht unnötig stark verkleinern bzw. eine genügende Reduktion des Wärmeleitkoeffizienten bewirken.
Im Stockrahmen 2 erstrecken sich die Hohlräume 13 vorzugsweise von der dem Flügelrahmen 3 abgewandten Seite her gegen den Flügelrahmen 3, wobei zum Abdecken aller Hohlräume 13 eine Leiste 14 in eine Vertiefung 15 des Stockrahmens 2 auf der dem Flügelrahmen 3 abgewand- ten Seite eingesetzt ist. Die Tiefe der schlitzförmigen Hohlräume 13 nimmt mit der Breite des Rahmens von innen nach aussen zu. Im dargestellten Beispiel liegen die Tiefen der Hohlräume bei 22,27 und 38mm. Die Seite der Hohlräume liegt vorzugsweise bei im wesentlichen 5mm. Die Lage der Hohlräume 13 relativ zur Mächtigkeit des Stockrahmens 2 hängt von der Ausgestaltung der Abstufungen 6 ab.
Im dargestellten Beispiel ist zwischen dem äusseren und dem mittleren Hohl- raum 13 ein Abstand von 21 mm und zwischen dem mittleren und dem inneren Hohlraum 13 ein Abstand von 7mm vorgesehen, wobei sich die inneren beiden Hohlräume 13 im Bereich einer gemeinsamen Stufe befinden und der äussere Hohlraum 13 im Bereich einer weiteren Stufe liegt.
Die Grösse und die Lage der Hohlräume 13 muss so gewählt sein, dass der Stockrahmen 2 die gewünschte Stabilität gewährleisten kann. Im Flügelrahmen 3 ist der Hohlraum 13 vorzugsweise im wesentlichen in dessen Mittelbereich angeordnet. Er wird vom Dichtungselement 12 abgeschlos- sen.
Am unteren horizontal verlaufenden Stockrahmenteil ist vorzugsweise eine Rahmenblende, bzw. ein Wetterschenkel 16, in der Form eines Metallprofils, angeordnet. Um diesen Wetterschen- kel 16 anordnen zu können, ist der Stockrahmen 2 in diesem Bereich etwas anders ausgebildet.
Mit einem Finite-Element-Model wurden für Rahmen aus Fichtenholz mit Mächtigkeiten senk- recht zur Rahmenebene von 88,98 und 105mm Modelrechnungen durchgeführt. Zudem wurden
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auch Rechnungen für einen Schichtholz-Rahmen mit Aussenschichten aus normaler Fichte und einer Zwischenschicht aus Western-Red-Cedar durchgeführt. Die Rechnungen haben gezeigt, dass bereits aufgrund der Schlitze eine Reduktion des Wärmeleitkoeffizienten um 4% erzielbar ist.
Von den gerechneten Beispielen ist jenes mit drei Schlitzen im Stockrahmen 2 und einem Schlitz im Flügelrahmen 3 am sinnvollsten. Zwei Schlitze im Flügelrahmen bringen keine wesentliche Verbesserung. Mit Verglasungen, die k-Werte von 0.6W/ (m aufweisen, sollte bereits mit Rah- men mit einer Mächtigkeit von 88mm das Passivhauskriterium für das gesamte Fenster erzielbar sein. Bei der Verwendung des erwähnten Schichtholzes ist dies noch sicherer gewährleistet.
Analog führt auch die Erhöhung der Rahmenmächtigkeit auf 98mm oder 105mm zu einem sicheren Erzielen des Passivhauskriteriums. Das Passivhauskriterium kann somit mit einem massiven Holzrahmen geeigneter Konstruktion und einer Argon-Isolierverglasung erreicht werden. Bevorzugt werden Rahmenkantel mit Fichtenholz und mit einer Mächtigkeit im Bereich von 98mm bis 105mm verwendet.
Schichtholz hat nicht per se einen tieferen k-Wert. Wohl aber haben unterschiedliche Holzsor- ten unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften. Zedernholz, insbesondere Western-Red-Cedar, hat im Vergleich mit anderen Hölzern einen tiefen k-Wert. Es liegt daher nahe, den Fensterrahmen aus Zedernholz zu fertigen. Dem ist entgegenzuhalten, dass sich Zedernholz schlecht, oder nicht, beschichten lässt und dass Zedernholz in Europa aufgrund des hohen Transportaufwandes ökolo- gisch fragwürdig ist. Wenn nun das Zedernholz in einem Dreischichtkantel als Mittelschicht einge- setzt wird, so bleibt das Kantel beidseitig beschichtbar und gleichzeitig wird der k-Wert des gesam- ten Kantels reduziert. Es versteht sich von selbst, dass auch ein zweischichtiges Holzbauelement mit einer Schicht aus Zedernholz und mindestens einem schlitzförmigen Hohlraum bereitgestellt werden kann.
Ein solches zweischichtiges Holzbauelement ist beispielsweise als aussen beschich- tetes Fassadenelement einsetzbar. Weil Fensterrahmen meist beidseitig beschichtet werden, ist es zweckmässig dreischichtige Rahmenkantel mit Zedernholz als Mittellage bereitzustellen.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemässen Hohlräume auch bei Rahmen aus Kunst- oder Verbundstoffen vorteilhaft einsetzbar sind. Zudem können die erfindungsgemässen Rahmenkantel auch für Wintergartenkonstruktionen und für Pfosten- und Riegelkonstruktionen im Fassadenbereich bzw. für die Aufnahme von Fassadenelementen eingesetzt werden. Wenn Fas- sadenelemente in der Form von wärmeisolierenden Holzbauelementen eingesetzt werden, so ist es zweckmässig auch in diesen Fassadenelementen die erfindungsgemässen Hohlräume auszu- bilden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Wärmeisolierendes Holzbauelement, insbesondere Rahmenkantel, das sich entlang einer
Längsachse erstreckt und in einer ersten Richtung quer dazu einen reduzierten Wärme- leitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Holzbauelement mindestens ein abgeschlossener, schlitzförmiger Hohlraum (13) ausgebildet ist, der sich entlang der
Längsrichtung und senkrecht zur ersten Richtung erstreckt.