Wenn dünn besser isoliert

Wenn dünn besser isoliert

Gefäss: 
Herkömmliche doppelverglaste Fenster bestehen aus zwei Scheiben, zwischen denen sich ein 1.5 bis 2 Zentimeter tiefer, mit Gas gefüllter Hohlraum befindet, der die Wärmeübertragung verhindert. Forscher des Empa-Projekts „Winsmart“ haben eine neue Vakuumisolierverlglasung entwickelt, die rund dreimal dünner ist und besser isoliert.
 
Bei dem von Empa-Forscher Matthias Koebel lancierten „Winsmart“-Projekt geht es nicht nur um eine Vakuumisolierverglasung, die dreimal dünner als eine übliche Doppelverglasung ist, sondern auch rund zwei- bis dreimal besser isoliert. Das Hochvakuum zwischen dem Glas unterbindet die Wärmeübertragung fast vollständig, der Abstand zwischen den beiden Gläsern beträgt aber lediglich 0.2 bis 0.7 Millimeter und wird von zahlreichen, winzigen zwischen den Scheiben verteilten Stützen gehalten. Weil aber die heute üblichen Aluminiumrahmen einem solchen Druck nicht standhalten können und in den vakumierten Zwischenraum gesaugt würden, musste ein robusterer Rahmenverbund her. Auch was die Dichte anbelangt, genügt eine konventionelle Konstruktion den Anforderungen nicht.

Dazu entwickelten die Wissenschaftler ein besonderes Verfahren, das mittlerweile patentiert wurde: Dabei wird das Doppelglas in eine Vakuumkammer gefahren, in der eine flüssige Zinnlegierung als Rahmen im Randbereich zwischen die beiden Scheiben eingespritzt wird. Allerdings perlt Zinn, wegen unterschiedlicher Oberflächenspannungen auf Glas ab. Dieses Problem löste das Team um Koebel, indem es den Zinnrahmen kurzzeitig einer elektrischen Spannung aussetzte. Damit haftet der Rahmen am Glas und bleibt nach dem Aushärten 30 Jahre luftdicht.

Hightechglas statt Rollläden

Die ultradünnen Fenster können noch mehr als effizient isolieren. Den zweiten Fokus legten die Forscher bei ihrem Projekt auf verdunkelbare Scheiben, die Roll- und Fensterläden überflüssig machen. Dabei werden im so genannten Vakuum-Sputtering-Verfahren 100 bis 200 Nanometer dünne Schichten auf das Glas aufgetragen werden. Zuerst wird ein Strom leitender Belag aufgetragen, der mit einer zweiten schaltbaren Schicht versehen wird - etwa Wolframoxid. Auf diese wird wiederum ein weiterer leitender Belag angebracht. Dadurch lässt sich per Knopfdruck Strom durch die Schichten senden, in der Folge reagiert das Wolframoxid und das Glas wird lichtundurchlässig.
 
Das ist nicht alles. Das Fenster der Zukunft soll die Menge des einfallenden Lichts messen können, und sich je nach Lichtintensität selbstständig verdunkeln beziehungsweise aufhellen. Theoretisch könnten verschiedene Schichten übereinander aufgetragen werden, die das Glas zusätzlich noch Wasser abweisend oder kratzfest machen. Dafür entwickelt Koebels Team nasschemische Verfahren, die das energieaufwendige Vakuum-Sputtering ersetzen sollen.
 
Glaszuschnitt, Auftragen der schaltbaren Schichten, Randverbund unter Hochvakuum – all diese Schritte sollen in Zukunft in der Fliessbandproduktion von Fensterglas aneinandergereiht werden. AUch darum geht es beim „Winsmart“-Projekt. Ein Knackpunkt ist zurzeit noch die Robotik, die zum Einspritzen des Flüssigmetallrahmens weiterentwickelt werden muss. Dazu meint Koebel: „In fünf bis zehn Jahren werden erste Winsmart-Fenster auf dem Markt sein.“ (mai)
 

EU-Fördergeld für „Winsmart“-Projekt

Die „schlaue“ Verglasung überzeugte EU-Experten: Sie bewerteten das „Winsmart“-Projekt als besten Forschungsantrag seiner Klasse. Damit erhalten die acht Partner aus Forschung und Industrie mehr als 3.8 Millionen Euro Fördergeld aus dem 7. EU-Rahmenprogramm. Letzten Monat unterzeichnete die Empa nun den Vertrag für die Zusammenarbeit aller Beteiligten besiegelte. Damit stehen Matthias Koebels Team rund 670‘000 Franken zur Verfügung. Den Wissenschaftler freut dies besonders: „Das Rennen um die begehrten Beiträge aus den EU-Fördertöpfen ist in den letzten Jahren immer härter geworden.“ Mit dem Winsmart-Projekt haben sich die Schweizer gegen 21 Konkurrenten durchgesetzt. (mai/mgt)