_ Eckenrissen an PVC-Fenster können mehrere Ursachen haben. Sie entstehen durch Zugspannungen, die auf die verschweißten Profilecken einwirken. Die Spannungen können einerseits durch eine unsachgemässe Verarbeitung oder Montage entstehen. Anderseits können thermische Verformungen dafür verantwortlich sein. In vielen Fällen ist nicht nur eine einzelne Einwirkung für die Eckenrisse verantwortlich, sondern eine Kombination von mehreren.
Produktion auf dem Prüfstand
In der Fensterproduktion ist der korrekte Schweißvorgang ein wesentlicher Punkt für die Eckfestigkeit. Dabei müssen Parameter wie die Schweißtemperatur, die Schweißdauer und der sogenannte Abbrand stimmen. Die Stahlarmierung ist bei konventionellen PVC-U Profilen die wichtigste Maßnahme, um die materialbedingten thermischen Längenausdehnungen einzuschränken. Dabei ist neben dem richtig dimensionierten Stahlprofil auch deren Länge und Befestigung maßgebend. Die sogenannte Putzfräsung der Schweißwulst, hat ebenfalls eine Auswirkung auf die Stabilität der Verbindung. Zu den vorgängig genannten Punkten finden sich in der Regel konkrete Vorgabe in den Verarbeitungsrichtlinien der Systemhäuser.
Erfahrungen aus dem Raum Deutschland lassen weiter auch die Vermutung zu, dass bei der neueren Schweißtechnik mit V-Fuge häufiger Eckenrisse auftreten als bei der konventionellen Schweißung mit Putzfräsung. Diese Schweißtechnik wird häufig bei folierten Fenstern eingesetzt da dadurch ein optisch schöneres Bild entsteht.
Bei der Montage ist unter anderem die Art und die Position der Rahmenbefestigung wesentlich. Zu nahe an den Rahmenecken gesetzte Befestigungspunkte können den Rahmen zu stark ‚einspannen’. Da sich die Fensterprofile auch mit Stahlarmierung bei Temperaturveränderungen in der Länge verändern, darf die Montageart die Bewegungen nicht zu stark einschränken. PVC-U hat einen Längenausdehungskoeffizient von ca. 0,08 mm/mK, auf eine Profillänge von 2 m und einer Temperaturveränderung von 30 °C liegt die Materialausdehnung beispielsweise bei ca. 4,8 mm. Wenn die PVC-U Profile mit einer Stahlarmierung verstärkt sind, reduziert sich die Ausdehnung erfahrungsgemäß auf ca. 0,03 mm/mK, also auf noch ca. 1,8 mm, bei den oben genannten Bedingungen. Auch zum Thema Montage gibt es in der Regel konkrete Vorgaben der Systemgeber, welche für eine langfristig schadenfreie Konstruktion zu berücksichtigen sind.
Was bedeutet der Schrumpf in Bezug auf die Eckenrisse?
Eine wichtige, materialbedingte Eigenschaft von PVC-U, die Eckenrisse begünstigt, ist der sogenannte ‚Schrumpf’. Dieser wird durch die Profilerwärmung aufgrund von Sonneneinstrahlung und das anschließende Abkühlen der verbauten Profile ausgelöst. Im Verlauf dieses Vorgangs treten eine Rückstellung von Molekülorientierungen und die Relaxation von Eigenspannungen auf, die während des Verarbeitungsprozesses der Extrusion entstehen. Die durch die Extrusion entstehenden Spannungen innerhalb der Profile werden folglich durch den Schrumpfungsprozess gelöst, sodass das Profil nach dem Abkühlen kürzer ist als vor der Sonneneinstrahlung. Dieser Vorgang, welcher erst im eingebauten Zustand stattfindet, manifestiert sich als kritische Formveränderung. Die erforderliche Temperatur, um diesen Vorgang zu initiieren, ist dabei in erster Linie abhängig von der Zusammensetzung des PVC sowie den Profilwanddicken. Der Prozess kann bereits bei einer Materialtemperatur von ca. 60 °C anlaufen und nimmt an Intensität zu, je höher die Erwärmung des Profils ist.
Die Temperatur, bei der der Schrumpfprozess initiiert wird, liegt folglich unter der Vicat-Erweichungstemperatur (VST/B50, Prüfung nach SN EN ISO 306:2022). Letztere bezeichnet die Temperatur, ab der das Material unter einer definierten Last zu erweichen beginnt. Der Schrumpfvorgang ist exponentiell abnehmend und stoppt, sobald sämtliche Spannungen in den Profilen abgebaut sind.
Durch das Zusammenziehen der erwärmten Profilbereiche entsteht eine Kraft, die an den verschweißten Gehrungen zieht. Wenn die Zugkraft auf die Verschweißung zu groß wird, reißen die Ecken.
Vom Schrumpf betroffen sind dabei nur die Profilwandungen / Profilbereiche die stark erwärmt werden (i.d.R. die äußersten Wandungen). Die restlichen Profilzonen bleiben auf dem ursprünglichen Maß und schrumpfen nicht. Dadurch entsteht ein Spannungsungleichgewicht innerhalb der Profile, was zu einer Verformung führen würde, wären die Profile nicht durch die Montage fixiert. Eingebaut, können sich die Profile aber nur bedingt verformen und der Schrumpf wirkt sich als Zugkraft auf die Gehrungsecken aus.
Fakt ist: Thermisch bedingte Eckenrisse treten ausschließlich an sonnenbeschienenen Fassadenseiten, und fast ausschließlich an den unteren Ecken von Blendrahmenprofilen auf. Die betroffenen Profile sind dabei meistens mit dunklen Folien oder Farbe beschichtet. Weiße Profile sind von thermisch bedingten Eckenrissen nur selten betroffen. Warum?
Weiße Fensterprofile erreichen bei direkter Sonneneinstrahlung eine Oberflächentemperatur von ca. 50 °C, bei dunklen Profilfarben (z. B. anthrazit) kann die Oberflächentemperatur bis auf ca. 72 °C ansteigen. Zusätzlich kann eine reflektierende Fensterbank (o. ä.) die Oberflächentemperatur an den unteren Profilen um bis zu 10 °C erhöhen. Die Temperatur von weißen Profilen bleibt also in der Regel unter dem Bereich, in welchem der Schrumpf ausgelöst wird.
Bei der Planung beachten
Davon ausgehend, dass die Fenster ordnungsgemäss produziert und montiert wurden, können folgende Punkte das Risiko von Eckenrissen minimieren. Bei der Planung:
Fensterbau / Systemgeber:
Aus technischer Sicht wäre ein vorgängiges ‚Tempern’ der Profile wünschenswert. Dadurch würde der Schrumpf bereits vor dem Zuschnitt der Profile ausgelöst und wäre somit beim Einbau abgeschlossen. Gemäß unserem Wissensstand wurde dies in verschiedenen System- und Herstellerhäusern schon besprochen, aber noch von keinem Systemgeber oder Hersteller von Kunststoff-Fenster generell umgesetzt.
Dunkle Aluminium-Vorsatzschalen bei PVC-Fenstern
Natürlich stellt sich die Thematik der Profilerwärmung auch bei PVC-Fenstern mit dunklen Aluminium-Vorsatzschalen. Aufgrund unserer Erfahrung wissen wir, dass die oben beschriebene Grundproblematik auch bei diesen Fensterkonstruktionen vorhanden ist. Da die entsprechenden Ecken jedoch im eingebauten Zustand nicht mehr einsehbar, bzw. nicht mehr einfach kontrollierbar sind, fehlen hier umfangreichere Erfahrungswerte aus der Praxis. Aus diesem Grund ist eine entsprechende Quantifizierung nur schwer vorzunehmen und wir empfehlen auch hier nur Deckschalen mit möglichst hellen Farbtönen zu verwenden.
Wir werden uns auch zukünftig intensiv mit dieser Grundsatz-Thematik auseinandersetzen und werden wieder informieren, sobald wir konkrete Empfehlungen zu den Hellbezugs- und TSR-Werten (Total Solar Reflectance) von beschichteten PVC-Fensterprofilen mitteilen können. Bis dahin sollten diese weiterhin situativ und in Rücksprache mit den Beschichtungslieferanten und Systemhäusern definiert werden.—
Foto: Fensterinform
Die Autoren
Rolf Auer ist in der Geschäftsleitung von fensterinform und der stellvertretende Geschäftsführer.
Bruno Wöcke ist bei fensterinform Gutachter / Projekt- und Fachbauleiter und hat langjährige Erfahrung in der Entwicklung von PVC-Fenstersystemen.
Die fensterinform gmbh mit Sitz in Siegershausen, Schweiz, ist seit 2004 ein Kompetenzzentrum für Fenster und Fassaden. Das Unternehmen bietet umfassende Dienstleistungen in den Bereichen Beratung, Planung, Expertisen und Ausbildung an.
