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Die Erfindung betrifft eine Mehrscheiben-Isolierverglasung
mit vier, nämlich
zwei äusseren
und zwei inneren Scheiben aus transparentem Material (z. B. Glas),
wobei drei Scheibenzwischenräume
definiert werden. Dabei ist mindestens eine Oberfläche mindestens
einer der Scheiben mit einer emissionsreduzierenden Beschichtung
versehen, und mindestens einer der Scheibenzwischenräume hat
eine Füllung
aus einem Gas zur Reduktion des Wärmedurchgangs.
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Stand der
Technik
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Es wird schon seit langem daran gearbeitet, Isolierverglasungen
mit niedrigem k-Wert bzw. einem kleinen Ug-Wert herzustellen. Während für konventionelle
Bauten die heute verfügbaren
Isolierverglasungen durchaus zufriedenstellend sind, gibt es bei erhöhten Anforderungen
immer noch keine wirklich befriedigenden Fenster. Erhöhte Anforderungen
werden z. B. bei Häusern
gestellt, die ausschliesslich mit Solarenergie betrieben werden
sollen.
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Aus der
EP 0 916 801 A2 ist eine
Zwei-, Drei- oder Mehrfachverglasung mit konventionellem Abstandshalterrahmen
aus Metall bekannt. Der Randverbund ist z. B. aus Polysulfid oder
Polyurethan oder Silicon hergestellt. Für die Gasfüllung werden Argon, Krypton
und Xenon in Betracht gezogen. Ebenfalls wird auf die Vorteile einer
Low-E-Beschichtung hingewiesen. Aus der
US 5.156.894 ist eine weitere Mehrscheibenisolierverglasung
dieser Art bekannt.
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An sich ist klar, dass mit zunehmender
Anzahl von Scheiben die Wärmedämmung verbessert werden
kann. In diesem Sinn schlägt
die
DE 28 09 682 A1 eine
Mehrfachverglasung vor, welche eine dicke äussere Glasscheibe und fünf übrige, der Rauminnenseite
zugewandte Glasscheiben aufweist. Anstelle von Luft wird im Scheibenzwischenraum Stickstoffgas
verwendet. In der Praxis sind aber Fenster mit sehr vielen Scheiben
unhandlich. So bringt z. B. das grosse Gewicht mechanische Probleme
bei der Aufhängung
mit sich. Auch die Dicke der Verglasungseinheit als ganze kann unhandliche
Dimensionen annehmen.
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Zur Verringerung des Gewichts wurde
schon vorgeschlagen, Mehrscheibenmodule aus Kunststoff zu fertigen
(
EP 0 286 003 A1 ;
EP 0 014 235 A1 ).
Zu erwähnen
ist auch der Vorschlag, Kunststoff/Glas-Sandwich-Konstruktionen
einzusetzen (
US 4.459.789 ).
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Ein anderer Ansatz zur Verbesserung
von Verglasungen besteht z.B. darin, die Beschichtungen von Verglasungen
zu verbessern (
US 6.059.909 ,
EP 0 722 913 A1 ).
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Die
EP 0 829 610 A2 zeigt eine Dreifachverglasung
auf der Basis von 4 mm Floatglas. In den Positionen
3 und
5 sind
Schichten mit einer Emissivität e < 0.1 aufgebracht.
Der Scheibenzwischenraum wird mit einem Edelgas zum Beispiel Krypton
gefüllt. Auf
diese Weise soll ein Ug-Wert von 0.7 W/m2K erreicht werden.
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Weitere Verbesserungsversuche wurden
gemacht mit dem Einsatz von Gasmischungen als Füllungen (
EP 0 796 818 A1 ). Um die
Wirksamkeit der Gasfüllung
einer Isolierverglasung zu optimieren, wird eine Mischung aus Edelgasen
vorgeschlagen. Diese enthält
89–95%
Krypton, 5-8% Xenon und Restbestandteile. Die thermische Leitfähigkeit
der offenbarten Mischung liegt zwischen Krypton und Xenon.
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Zudem gibt es Vakuumisolierverglasungen (
EP 0 860 406 A1 ;
EP 1 030 023 ), welche sich
auf dem Markt jedoch bis jetzt nicht durchsetzen konnten.
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Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Mehrscheiben-Isolierverglasung
zu schaffen, welche einen sehr geringen Wärmedurchgangswert (Ug-Wert)
hat.
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Die Lösung der Aufgabe ist durch
die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Die Mehrscheiben-Isolierverglasung
hat genau vier, nämlich
zwei äussere
und zwei innere Scheiben aus transparentem Material (z. B. aus Glas
oder Kunststoff). Die beiden äusseren
Scheiben begrenzen gleichsam das Volumen der Isolierverglasung.
Die zwei inneren Scheiben unterteilen das genannte Volumen in drei Scheibenzwischenräume. Gemäss der Erfindung sind
vier Oberflächen
der Scheiben mit einer emissionsreduzierenden Beschichtung versehen.
Mindestens einer der Scheibenzwischenräume weist eine Gasfüllung auf,
wobei ein Gas verwendet wird mit einem hohen Wärmeisolationsvermögen, dessen
Molekulargewicht zumindest demjenigen von Krypton entspricht (z.
B. Xenon) oder vorzugsweise deutlich grösser ist; der Gesamtfüllgrad des
Gases beträgt zudem mindestens
95 Vol.%. Geeignet ist eine Mischung aus Xenon mit einem geringen
Anteil (z. B. < 10%)
eines anderen Gases (z. B. Krpton).
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Die Kombination der genannten Merkmale führt zu einer
hervorragenden Wärmedämmung (also einem
niedrigen Ug-Wert), zu einem abgestimmten Gesamtenergiedurchlassgrad
(g-Wert) und einer
guten Schalldämmung,
ohne dass die Transparenz der Verglasung wesentlich beeinträchtigt ist.
Entscheidend ist, dass es durch die richtige Auswahl von technisch
unproblematisch zu realisierenden Einzelmassnahmen gelingt, einen
Ug-Wert von 0.2 W/m2K oder kleiner zu realisieren.
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Mit Vorteil hat jede einzelne emissionsreduzierende
Beschichtung eine Emissivität
von 0.02% oder weniger. Eine derart geringe Emissivität lässt sich
mit geeigneten Metallbeschichtungen (z. B. Silber) erreichen. Dies
bewirkt eine gute Wärmedämmung, indem
die Wärmeabstrahlung
der betreffenden Oberflächen
stark vermindert ist. Es ist auch möglich, Low-E-Beschichtungen
(Low Emissivity) mit höheren
oder sich voneinander unterscheidenden Emissivitätswerten zu verwenden, wobei
dann mit anderen Massnahmen dafür
gesorgt werden kann, dass der gewünschte Ug-Wert erreicht wird.
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Vorzugsweise weisen die vier Scheiben
eine unterschiedliche Dicke auf, wobei eine der äusseren Scheiben dicker ist
als die inneren Scheiben. Die äusseren
Scheiben sind Fremdeinwirkungen (z. B. Schlägen, Luftdruckveränderung
der Umgebung, Umwelteinflüssen,
Reinigung der Verglasung) stärker
ausgesetzt als die inneren. Zum Beispiel kann es bei Erwärmung des
Moduls zu erhöhten
Innendrücken
kommen, was zu Ausbauchungen der äusseren Scheiben führen kann.
Um störende
optische Effekte an einer von aussen betrachteten Glasfassade zu vermeiden,
wird die der Gebäudeaussenseite
zugewandte Scheibe vorzugsweise dicker als alle anderen gemacht.
Die gebäudeinnenseitig
auftretenden Verformungen sind nicht störend sichtbar. In gleicher Weise
sind barometrische Einflüsse
(Höhenunterschied
zwischen Produktionsstätte
und Einbaustandort) zu beachten.
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Ein weiterer Vorteil unterschiedlich
dicker Scheiben ist der verbesserte Schallschutz einer derartigen
(asymmetrischen) Anordnung, weil der Einfluss der Eigenfrequenz
vermindert wird und das gesamte Frequenzspektrum gleichmässiger gedämpft wird.
Schliesslich vermindern dünnere
Innenscheiben optische Verzerrungen, welche der Durchgang des Lichts
durch mehrere Gläser
bewirkt. Trotz allem ist natürlich
nicht ausgeschlossen, dass in gewissen Anwendungen alle Scheiben
gleich dick sein können.
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Mit Vorteil sind zumindest die inneren
Scheiben vorgespannte Glasplatten. Das Vorspannen von Glas erhöht die mechanische
und thermische Belastbarkeit der Scheiben (z. B. bedingt durch grosse Temperaturdifferenzen
innerhalb einer Scheibe). Solche Temperaturdifferenzen treten insbesondere
dann auf, wenn die Sonneneinstrahlung stark ist, so dass sich besonders
die inneren Scheiben stark aufheizen, und wenn gleichzeitig die
Abschattung (z. B. durch Sonnenstoren) nicht alle Teile des Fensters
in gleichem Mass betrifft. Die dadurch induzierten Spannungen können bei
nicht vorgespannten Gläsern
zum Bruch führen.
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Alternativ zum Vorspannen können zumindest
die inneren Scheiben am Rand längsgeschliffen sein.
Die Bearbeitung (Schleifen, Säumen,
Rodieren und/oder Polieren) in Längsrichtung
verhilft dem Glas zu grösserer
mechanischer und thermischer Stabilität, so dass es auch grossen
Temperaturunterschieden standhalten kann, ohne dass eine Vorspannung benötigt wird.
Die genannte Kantenbearbeitung ist also eine kostengünstige Massnahme
zur Verbesserung der Scheiben.
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Vorzugsweise sind die Scheiben durch
rahmenförmige
Abstandshalter aus Edelstahl im Abstand zueinander gehalten. Der
Rahmen hält
und stabilisiert die Scheiben umlaufend. Edelstahl ist einfach zu
bearbeiten und gasdicht. Edelstahl bietet auch eine gute Wärmeisolation.
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Es sind anstelle von Abstandshaltern
bzw. Rahmen aus Metall auch solche aus Kunststoff bekannt. Grundsätzlich können auch
diese eingesetzt werden. Selbstverständlich werden auch die Randabdichtungssysteme
verwendet, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Mit Vorteil sind die Abstandshalter
gegenüber
dem Rand der Scheiben, welche flächenmässig im
Wesentlichen gleich gross sind, nach innen versetzt, und ein Randbereich
ist mit einer gasdichten Sekundärdichtung
aus beispielsweise Polyurethan (PU), Polysulfid (PS) oder anderen
Dichtstoffen versehen. Diese Sekundärdichtung, welche im Bereich zwischen
den Abstandshaltern und dem Rand der Scheiben liegt, bewirkt, zusammen
mit den rahmenförmigen
Abstandshaltern, eine zuverlässige
Abdichtung der Scheibenzwischenräume
und verhindert so ein Austreten des dort eingeschlossenen Gases
und das Eindringen von Wasserdampf.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Scheibenzwischenräume alle
dieselbe Dicke aufweisen, insbesondere ca. 10 mm. Im Zusammenhang
mit der Verwendung eines Gases mit einem Molekulargewicht, welches
mindestens demjenigen von Krypton entspricht, bewirkt dieser Wert
eine gute Wärmedämmung. Trotzdem
ist die Gesamtdicke der Verglasung noch nicht so gross, dass wesentliche
Lichtverluste oder optische Störeffekte
auftreten. Wenn die Scheibenzwischenräume alle dieselbe Dicke aufweisen, können ausserdem
für alle
Zwischenräume
dieselben Mittel zur Beabstandung der Scheiben verwendet werden,
also z. B. gleiche rahmenförmige
Abstandshalter.
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Aus schallisolationstechnischen Überlegungen
kann es unter Umständen
auch vorteilhaft sein, unterschiedlich grosse Scheibenzwischenräume vorzusehen.
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Vorzugsweise bildet mindestens eine
der inneren Scheiben eine Durchgangsöffnung, um einen Druckausgleich
zwischen den benachbarten Scheibenzwischenräumen zu ermöglichen. Falls Druckdifferenzen
zwischen benachbarten Scheibenzwischenräumen herrschen, z. B. weil
zwei angrenzende Zwischenräume
unterschiedlich stark aufgeheizt worden sind, führt dies zu einer Belastung
der dazwischen liegenden Scheibe – eine Durchgangsöffnung verhindert
dies auf einfache Art und Weise, indem Gas von einem Zwischenraum
in den anderen strömen
kann, bis wieder Gleichgewicht herrscht.
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Mit Vorteil sind die Low-E-Beschichtungen
in den Positionen 2, 4, 6, 7 angeordnet.
Dies bedeutet, dass die äusserste
Scheibe sowie die zweite und dritte Scheibe jeweils auf ihrer Innenseite
beschichtet sind, während
die innerste Scheibe auf ihrer äusseren
Seite be schichtet ist. Diese Anordnung führt zu einer verbesserten Wärmedämmung und
zu einer guten Transparenz der Verglasung. Gleichzeitig ist gewährleistet,
dass keine der empfindlichen Beschichtungen von der Aussenseite
der Verglasung zugänglich
ist, so dass Schäden
durch Beeinflussung von aussen verhindert werden.
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Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und
der Gesamtheit der Patentansprüche
ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen
der Erfindung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels
verwendeten Zeichnungen zeigen:
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1 Eine
erfindungsgemässe
Mehrscheiben-Isolierverglasung im Querschnitt;
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2 eine
Draufsicht auf die Kante der erfindungsgemässe Mehrscheiben-Isolierverglasung.
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Grundsätzlich sind in den Figuren
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
eine erfindungsgemässe
Mehrscheiben-Isolierverglasung im Querschnitt, senkrecht zur Fensterfläche. Die
Verglasung weist vier Scheiben 1, 3, 5, 7 aus
farbneutralem Weissglas auf, welches einen hohen Lichttransmissionsgrad
aufweist, z. B. Floatglas Extraweiss. Die Scheiben 1, 3, 5, 7 haben
im Wesentlichen dieselbe Grösse
(d. h. dieselbe Länge
und Breite), sind parallel zueinander angeordnet und schliessen
dadurch drei Scheibenzwischenräume 2, 4, 6 ein.
Die Kanten 8.1, 8.3, 8.5, 8.7 sind
poliert, was auch die Verletzungsgefahr beim Aufbau und der Handhabung
der erfindungsgemässen
Verglasung vermindert.
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Im Gegensatz zu den Kanten
8.1,
8.7 der äusseren
Scheiben
1,
7, welche auf übliche Art und Weise bearbeitet
sein können,
sind die Kanten
8.3,
8.5 der inneren Scheiben
3,
5 mit
einem Längsschliff versehen.
Verfahren und Maschinen zum Herstellen von Längsschliffen sind bekannt (vgl.
z.B.
EP 0 913 231 A1 ,
EP 0 071 541 A1 ,
EP 1 060 833 A1 ,
US 6,196,920 ).
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Die Oberfläche 9.1 der Scheibe 1 bildet
die Aussenseite der Verglasung (d.h. sie liegt an der Aussenseite
des Gebäudes),
die Oberfläche 9.8 der Scheibe 7 bildet
die Innenseite der Verglasung (d.h. sie zeigt zum Innenraum des
Gebäudes).
Die äussere
Scheibe 1 weist eine grössere
Dicke auf als die weiteren Scheiben 3, 5, 7,
die untereinander die gleiche, geringere Dicke haben. Dies verhindert
eine Ausbauchung der äussersten
Scheibe bei starken Druckveränderungen.
Die äussere
Scheibe kann z.B. eine Dicke von 6 mm haben und die inneren können eine
Dicke von 4 mm aufweisen.
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Die Scheiben 1, 3, 5, 7 werden
voneinander durch gleichartige und gleich dimensionierte Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 distanziert,
so dass die Zwischenräume 2, 4, 6 dieselbe
Dicke, z.B. 10 mm, aufweisen. Die Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 sind Profile
aus einem gasundurchlässigen
Material mit guter Wärmeisolation,
z.B. aus Edelstahl. Sie enthalten ausserdem ein hygroskopisches
Entfeuchtungsmittel. Vier solcher Profile können in an sich bekannter Weise
einen rechteckigen Rahmen bilden, welcher zwischen zwei Scheiben
eingefügt
ist. Der Profilquerschnitt entspricht auf der den Zwischenräumen 2, 4, 6 zugewandten
Innenseite dem Abstand der Scheiben 1, 3, 5, 7,
während
er auf der den Zwischenräumen 2, 4, 6 abgewandten
Seite, der Rahmenaussenseite, geringer ist. Dazu bleibt der Profilquerschnitt
auf der Innenseite zunächst
konstant, etwa in der Mitte der Ausdehnung der Profile parallel zu
den Scheibenflächen
nimmt der Querschnitt dann linear und beidseitig gleichartig ab;
abgeschlossen wird das Profil auf der Rahmenseite durch eine Fläche, welche
zur Fläche
auf der Innenseite parallel ist und senkrecht zur Scheibenfläche steht.
Die Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 weisen
einen gewissen Einstand auf, d.h. die Scheiben 1, 3, 5, 7 ragen über den
rahmenseitigen Abschluss der Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 hinaus.
Der Einstand beträgt
z.B. 5 mm. Ausserhalb der Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 sind
die Scheibenzwischenräume
mit Randabschlüssen 11.2, 11.4, 11.6 aus z.
B. Polyurethan (PU) oder Polysulfid (PS) oder gasdichtem Silikon
abgeschlossen. Diese Randabschlüsse 11.2, 11.4, 11.6 bilden die
Sekundärdichtung
, schliessen unmittelbar an die Rahmenseite der Abstandshalter 10.2, 10.4, 10.6 an und
füllen
den randseitigen Zwischenraum zwischen den Scheiben 1, 3, 5, 7 vollständig aus.
(Die Primärdichtungen
können
durch dünne
Schichten von Butylkautschuk zwischen Scheiben und Abstandshalterrahmen
gebildet sein.) Die Aussenseite der Randabschlüsse 11.2, 11.4, 11.6 und
die Scheibenkanten 8.1, 8.3, 8.5, 8.7 liegen
etwa in der selben Ebene und bilden eine durchgehende Fläche.
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Die Scheibenzwischenräume 2, 4, 6 sind
mit Xenon gefüllt,
einem Inertgas, welches den Wärmedurchgang
reduziert. Der Gesamtfüllgrad
beträgt
ca. 97 Vol.% oder mehr. Jeweils eine Oberfläche der Scheiben 1, 3, 5, 7 weist
eine Low-E-Beschichtung 12.2, 12.4, 12.6, 12.7 auf,
nämlich
die innere Oberfläche 9.2 der äusseren
Scheibe 1, die innere Oberfläche 9.4 der Scheibe 3,
die innere Oberfläche 9.6 der Scheibe 5 und
die äussere
Oberfläche 9.7 der
Scheibe 7. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die verletzlichen
beschichteten Scheibenoberflächen
in der Verglasung innen liegen, so dass sie nicht beschädigt werden
können.
Bei der Beschichtung handelt es sich um eine Low-E-Beschichtung
1.0 N mit einer Emissivität
von ungefähr ε = 0.02.
Sie ist farbneutral, d.h. das Licht, welches die Verglasung passiert,
wird spektral (für
das menschliche Auge) nicht wesentlich verändert. Die Beschichtung ist
reflektierend und bewirkt, dass ein wesentlicher (bzw. überwiegender
Teil der Wärme-Energie
nicht aus einem Raum nach aussen verloren geht, sondern zurück in den
Raum reflektiert wird. Dadurch wird der Wärmeverlust beträchtlich
verringert.
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Eine derart aufgebaute Scheibe weist
einen ausserordentlich tiefen Ug-Wert von ca. 0.2 W/m2K auf.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Kante der erfindungsgemässen Verglasung. Die Scheiben 1, 3, 5, 7 sind
durch (in 2 nicht sichtbare)
Abstandshalter in der gewünschten
gegenseitigen Distanz gehalten. Dichtungsmassen aus Polyurethan (PU)
oder Polysulfid (PS) oder gasdichtem Silikon füllen den Raumbereich, der durch
die benachbarten Scheiben, den dazwischen liegenden Abstandshalter und
die Aussenkanten der Scheiben definiert sind. Die so gebildeten
Randabschlüsse 11.2, 11.4, 11.6 verhindern
in Verbindung mit den zwischen Scheiben und Abstandshalterrahmen
vorgesehenen Kleberschichten, dass die Gasfüllung aus den Zwischenräumen 2, 4, 6 austreten
oder dass Wasserdampf in die Zwischenräume eintreten kann. Die Kanten 8.1, 8.7 der äusseren
Scheiben 1, 7 sind auf übliche Art und Weise poliert,
so dass Verletzungen beim Aufbau und der Handhabung der Verglasung
vermieden werden. Die Kanten 8.3, 8.5 der inneren
Scheiben hingegen wurden in Längsrichtung
bearbeitet, d.h. geschliffen, gesäumt, codiert und/oder poliert;
sie weisen also einen Längsschliff
auf. Dies bewirkt eine höhere
mechanische Belastbarkeit der inneren Scheiben. Weil diese Scheiben 3, 5 besonders
grosse Kräfte
bei einer Erwärmung
(z.B. durch Sonnenlicht) der Verglasung erfahren, führt deren
höhere
mechanische Belastbarkeit zu einer höheren thermischen Belastbarkeit
der gesamten Verglasung. Es wurde festgestellt, dass ein thermisches
Vorspannen der inneren Scheiben 3, 5 aufgrund
der längsgeschliffenen Kanten
nicht erforderlich ist. Die Richtung des Schliffs ist bei Betrachtung
mit Geräten
geeigneter optischer Auflösung
an der Oberflächenstruktur
erkennbar.
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Anstelle nur der inneren Scheiben
können zusätzlich auch
eine oder beide der äusseren
Scheiben längsgeschliffene
Kanten aufweisen. Alternativ können
eine, mehrere oder alle Scheiben mit längsgeschliffenen Kanten durch
thermisch vorgespannte Scheiben, z. B. durch Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG),
ersetzt werden. Auch der Ersatz einer oder mehrerer Glasscheiben,
insbesondere der Mittelscheiben, durch Scheiben aus Kunststoff oder
anderen transparenten Materialien ist möglich.
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Zum Druckausgleich unter den Zwischenräumen 2, 4, 6 können die
inneren Scheiben 3, 5 jeweils eine Durchgangsöffnung bilden,
so dass die Zwischenräume
miteinander kommunizieren.
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Die Scheibendicken können variiert
werden, insbesondere können
alle Scheiben dieselbe Dicke aufweisen oder die Dicken der inneren
drei Scheiben können
sich voneinander unterscheiden. Anstelle von polierten Kanten können auch
unbehandelte oder anders behandelte Kanten vorgesehen werden.
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Die Positionen der Low-E-Schichten
sind nicht auf die beschriebenen beschränkt, sondern können andersartig
gewählt
werden. Die Abstandshalter können
aus einem anderen, vorzugsweise gasdichten, Material als Edelstahl
hergestellt werden; ihr Einstand kann ausserdem variiert werden, z.B.
zwischen 3-50 mm. Für
die Sekundärdichtung kann
anstelle von PU oder PS auch ein anderes gas- und wasserdampfdichtes
Material eingesetzt werden. Schliesslich kann anstelle von Xenon
auch ein anderes Gas verwendet werden, mit einem Molekulargewicht,
welches vorzugsweise grösser
ist als dasjenige von Krypton. Auch der Gesamtfüllgrad kann zwischen 95 und
100% anders gewählt
werden.
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Selbstverständlich ist die Erfindung für unterschiedlichste
Profilquerschnitte geeignet. Die zu wählende Form ergibt sich aus
den Umständen
der konkreten Anwendung. Deshalb ist die Erfindung nicht auf die
rechteckigen Rahmen beschränkt.
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Zusammenfassend ist festzustellen,
dass die erfindungsgemässe
Mehrscheiben-Isolierverglasung mit heute verfügbarer Technologie Ug-Werte
erreicht, die an der Grenze dessen sind, was physikalisch möglich ist.