Fenster

Kirche_Gröben_Lichtspiel.JPG]] Gröben_Fenster_Landmann.JPG, Fenster von 1909]]

Ein Fenster ist eine Öffnung in einer Wand oder einer Mauer eines Gebäudes oder auch eines Raumes, um Licht und Luft hereinzulassen und hinaussehen zu können. Etymologisch gesehen kommt der Begriff aus dem Lateinischen: fenestra. Das entsprechende gotische Wort ist dagegen windauga (Windauge), was man noch im heutigen englischen Begriff window erkennen kann, althochdeutsch heißt es augadoro (Augentor).

Früher waren es lediglich ovale oder quadratische Löcher in den Wänden. Haut (Pergament) oder Leinenstoff wurde über die geöffneten Fensterläden gespannt, um sie zu schließen. Vor allem in Sakralbauten wurde mitunter eine dünne, durchscheinende Scheibe aus Alabaster eingesetzt.

Heutzutage sind Fenster mit transparenter Glasfüllung üblich, daneben gibt es auch noch durchscheinende Füllungen aus Ornamentglas oder Milchglas und vieles mehr (siehe Glas). Um die Glasscheiben zu fassen, benutzt man einen Rahmen oder eine Konstruktion aus Pfosten und Riegeln. Bei der Pfosten-Riegelkonstruktion spricht man dann eigentlich nicht von Fenstern sondern von Glasfassaden. Wenn das Fenster zum Lüften geeignet ist, so besitzt es einen Fensterflügel und einen Fensterrahmen. Ist das Fenster nicht zum Lüften geeignet so spricht man von Festverglasung.

Geschichte des Fensters

Steinkreuzfenster.jpg Sowohl bei der Blockhausbauweise als auch der Fachwerkhausbauweise ist eine rechteckige Fensteröffnung sehr leicht herstellbar. Somit wurden diese (aufgrund der möglichen Brandgefahr) bei meist zu profanen Zwecken eingesetzten Häusern schon früh verwendet.

Bei gemauerten Wänden entsteht das Problem, einen geeigneten oberen Abschluss der Maueröffnung herzustellen. Es müssen die statischen Druckkräfte in der Wand um das Fenster herumgeleitet werden. Die für den horizontalen oberen Abschluss (Fenstersturz) verwendeten Materialien müssen zudem den entstehenden Zugspannungen standhalten können. Da in früherer Zeit noch keine dafür geeigneten Materialien wie Stahl oder Stahlbeton zur Verfügung standen, wurden leichtverrottende Holzbalken oder Fensterstürze aus Naturstein eingesetzt. Fenster aus Werkstein mit freien Weiten über einen Meter sind daher selten. Bereits hier muss im darüberliegenden Mauerwerk ein so genannter Entlastungsbogen gemauert werden, der den Fenstersturz entlastet.

In früherer Zeit wurden daher breitere Fenster aus mehreren aneinander gereihten Bogenfenstern gebaut, die durch Säulen oder Pfeiler getrennt sind und die Last tragen. Derartige Fenster sind z. B. die gekuppelten Bogenfenster der Romanik. Besonders schöne Beispiele sind an der Ruine des Palas der Kaiserpfalz in Bad Wimpfen zu sehen. Oft wurde der abschließende Bogen aus einem ganzen Stein hergestellt.

Bogenfenster

Für die größeren Wandöffnungen waren bei traditioneller Mauertechnik echte Bögen notwendig, um die Last der darüber liegenden Wand zu tragen. Aus der konstruktiven Form der Wandöffnung ergab sich dann auch die Gestaltung der Fensterrahmen und Glasflächen als Bogenfenster. Das Bogenfenster entwickelte sich beginnend vom Rundbogen der Romanik über den Spitzbogen der Gotik zu zahlreichen weiteren Arten wie Ellipsenbogen, Korbbogen und Segmentbogen. Im Barock, Rokoko und dem Jugendstil wurde mit den verschiedensten Fensterformen gespielt.

Maßwerkfenster

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Die Gotik gestaltete die Fenster bei Kirchenbauten mit zusätzlichem filigranem Mauerwerk, dem Maßwerk, das in die Fensteröffnung eingebaut war und auch Aufgaben eines steinernen und schmiedeeisernem Fensterrahmens übernahm. Maßwerkfenster waren in der ursprünglichen Ausführung als bunte Bleiglasfenster konzipiert und wesentlicher Bestandteil der gotischen Raumkonzeption in Sakralbauten.

In der Renaissance wurde das Fenster bei entsprechender Größe durch einen vertikalen Stab aus Stein gestützt, teilweise durch einen weiteren horizontalen Stab, was dann das so genannte Steinkreuzfenster ergab.

Antike Verglasung des Fensters

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Bestand die transparente Füllung der Öffnung früher noch aus anderen Materialien wie gegerbte und geölte Haut (Pergament) oder Leinenstoff, so dominiert seit Jahrhunderten der Werkstoff Glas als so genanntes Fensterglas. Fensterglas dient auch als Trägermaterial für Glasmalerei oder wird bunt eingefärbt zu Ornament-Glas und Glas-Mosaiken zusammen gefügt. Seit der Gotik werden mit dieser Technik Kirchenfenster, später auch Fenster an Profanbauten gestaltet und zu aufwändigen Bild-Fenstern zusammengesetzt.

Die Herstellung großer Glastafeln ist erst seit der Industrialisierung möglich. Deshalb war Jahrhunderte lang die Aufgabe zu lösen, die kleinen Glasflächen so anzuordnen, dass sie eine große Gesamtfläche ergaben.

Sprossenfenster

Die einzelnen Glasstücke (Scheiben) sind beim Sprossenfenster kleiner als die Fläche des Fensterflügels. Zwischen den einzelnen Scheiben befinden sich zur Verbindung schmale Stäbe aus Holz oder Metall (insbesondere Stahl), den so genannten Sprossen.

Besonders im Jugendstil wurde die Sprosseneinteilung der Fenster als Gestaltungselement benutzt und es entstanden zum Teil sehr aufwändige Einteilungen der Glasflächen.

Bleiglasfenster

Das Bleiglasfenster hat eine Glasfläche, die aus vielen einzelnen Glasstücken zusammengesetzt ist und zwar mit H-förmigen Bleiprofilen, die miteinander verlötet sind. Das Bleiprofil kann leicht gebogen werden, so dass nahezu beliebige Glasflächen möglich sind. Typisch sind kleine Rechtecke und Sechsecke in Barockkirchen. Auch die einzelnen Stücke der Glas-Mosaiken werden mit dieser Technik verbunden.

Butzenscheiben sind kleine rund gedrehte Glasscheiben die mit Bleistegen und kleinen Füllstücken zusammengesetzt werden. Derartige Fensterverglasungen sind eine spezielle Form der Bleiverglasung.

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Einscheibenfenster

Das Fenster ist mit einer einzigen Glasscheibe von heute typisch 4 mm Stärke gefüllt. Ältere Fenstergläser haben teilweise Stärken bis zu 1 mm hinunter. Der Fensterrahmen besteht entweder aus Holz oder, bei Industriebauten, auch häufig aus Stahlprofilen. Das Einscheibenfenster ist in Deutschland bei Neubauten nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) im allgemeinen nur noch bei unbeheizten Gebäuden zulässig.

Doppelfenster

Die Fensteröffnung ist mit zwei separaten Einscheibenfenstern hintereinander geschlossen, je eines auf der Innenseite nach innen öffnend und der Außenseite der Wand, nach außen öffnend. Doppelfenster wurden eingebaut, wenn ein einfaches Fenster die Anforderungen an Wärmedämmung, Winddichtheit und Schallschutz nicht erfüllte. Oft wurden die äußeren Fenster nur im Winter montiert. Deshalb heißt diese Ausführung auch Vorsatzfenster. Derartige Anordnungen werden heute wieder gebaut, wenn aus Gründen der Denkmalpflege ein historisches Einfachfenster erhalten bleiben soll, dies aber nicht mehr den Anforderungen genügt. In diesem Fall wird auf der Innenseite eine zusätzliche Fensterebene angebracht. Das restaurierte alte Fenster bleibt dagegen von außen sichtbar und die Fassade behält ihr Aussehen.

Kastendoppelfenster

Die beiden separaten, starren Rahmen (Blendrahmen) des Doppelfensters sind hier konstruktiv zusammengefasst, so dass die beiden Glasflächen und der Rahmen einen geschlossenen Kasten ergeben. Bei den Kastendoppelfenstern (oft auch lediglich als Kastenfenster bezeichnet) lassen sich die Fensterflügel entweder so öffnen wie beim Doppelfenster (bayrisches KDF) oder beide Fensterebenen nach innen (berliner KDF). Letzteres ist bei moderneren Ausführungen üblich.

Verbundfenster

Das Verbundfenster ist ebenfalls eine Spielart des Doppelfensters, wobei allerdings hier die beiden Flügelrahmen aufeinander gelegt und mit Beschlägen fixiert sind. Damit muss zum Öffnen des Fensters nur noch der verbundene Flügel geöffnet werden. Verbundfenster kamen in den 1950er Jahren in Gebrauch und sind üblich aus Holz gebaut.

Isolierglasfenster

Das Isolierglasfenster ist konstruktiv ein Einscheibenfenster, wobei statt der einfachen Glasscheibe eine Anordnung aus zwei Glasscheiben verwendet wird. Diese sind mit einem luftdichten Rahmen untrennbar verbunden (Mehrscheiben-Isolierglas). Im Scheibenzwischenraum befindet sich getrocknete Luft oder ein Edelgas. Zusammen mit der Anwendung von Wärmestrahlung reflektierenden Schichten ist es gelungen, den Wärmedurchgangskoeffizient von 3,0 bei den frühen Isoliergläsern auf ca. 1,0 zu reduzieren und somit die Energieverluste zu dritteln. Bei noch höheren Ansprüchen an Schall- oder Wärmeschutz werden inzwischen auch drei Glasscheiben zusammengefügt (Dreischeibenverglasung).

Der Rahmen muss aufgrund des höheren Gewichtes und der nur geringen zulässigen Verbiegung des Isolierglases (aufgrund der sonst auftretenden Scherbelastung im Randverbund) deutlich kräftiger gebaut sein als ein Rahmen für ein gewöhnliches Einscheibenfenster. Zudem muss der Rahmen natürlich einen ebenso guten Wärmedurchlasswiderstand wie das eingesetzte Glas haben.

Ältere Isolierglasscheiben neigen zum "Erblinden", das heißt, es bildet sich im Zwischenraum Kondensat, wenn im Laufe der Jahre die ursprünglich luft- und wasserundurchlässige Dichtung zwischen den Scheiben defekt wird. Damit ist die Lebensdauer der neuen Isolierglasfenster geringer als die traditioneller Konstruktionen.

Die Darstellung vom Einscheibenfenster zum Isolierglasfenster stellt grob die technische Entwicklung des Fensters aus dem Barock bis heute dar.

Energiesparfenster

Um besonder Anforderungen an den Wärmedurchgang zu erfüllen, werden besondere Fenstertypen mit einer hohen Isolierwirkung gebaut. Die Verwendung von beschichtetem Mehrscheiben-Isolierglas ist heute Standard, da die Energieeinsparverordnung nur so erfüllt werden kann. Zur Erreichung noch besserer Werte werden verwendet:

Isolierglasfenster mit Dreifach-Isolierglas, das wegen der Dicke und des Gewichts höhere Anforderungen an die Fensterkonstruktion stellt.
Isolierglasfenster mit vorgeblendeter dritter Scheibe: Diese Konstruktion ist mit einem Verbundfenster vergleichbar, bei dem eine Scheibe durch Isolierglas ersetzt ist. Im Zwischenraum können Jalosien geschützt untergebracht werden.
Isolierglas-Kastenfenster: Aufbau wie bei einem klassischen Kastenfenster, nur dass die beiden Teilfenster keine einfache Scheibe, sondern eine Isolierglasscheibe enthalten.

Das Fenster heute

20010710-04 Berlin Sony-Center.jpg]] Heutzutage kann ein Fenster in vielen gewünschten Formen und Größen erstellt werden, dieses ist von besonderer Bedeutung da das Fenster ein besonderes Aushängeschild des Bauherren darstellt. Dabei sind Fertigungsvorgaben, statische Bedingungen, die Funktion und die Baunormen zu berücksichtigen. Grundlage für ein neues Fenster sind meist Baukastensysteme, das heißt, die Fensterprofile und das Zubehör sind schon erprobt und aufeinander abgestimmt, sie werden nur noch auf die korrekte Länge gebracht und zusammen gesetzt.

Bei modernen Gebäuden wie dem Sony-Center in Berlin spricht man häufig von Elementfassaden da hier direkt Fenster an Fenster montiert werden und diese nur noch an die Gebäudedecken ihre Lasten abtragen. Diese Bauweise ermöglicht die Montage von etwa 20 dieser großflächigen Elemente pro Stunde.

L-Schwingfluegel.png | L-Vertikalschiebefenster.png

Öffnungsarten des Fensterflügels

Man unterscheidet Fenster nach den Bewegungsmöglichkeiten beim Öffnen:

Drehkippfenster werden üblicherweise eingesetzt, manchmal auch nur als Dreh oder nur als Kippfenster
Schwingfenster mit einer mittigen, horizontalen Drehachse
Klappfenster, wenn die horizontale Drehachse oben liegt, diese Fenster gehen meistens nach außen auf
Schiebefenster in den Arten horizontal oder vertikal schiebend
Faltfenster
Lamellenfenster: Dabei werden kleinere Fensterstreifen wie bei einer Jalousie zueinander verdreht

Aufteilung des Fensters

Je nach Größe des Fensters oder der Maueröffnung besteht das Fenster aus mehreren einzelnen Elementen

einflügliges Fenster: Es gibt genau ein bewegliches Element.
Flügelfenster: Es gibt mindestens zwei bewegliche Elemente, die nebeneinander angeordnet sind und eine vertikale Drehachse haben.
Oberlichte: oberer Teil eines horizontal geteilten Fensters, die meist eine horizontale Drehachse haben oder starr sind.

Funktionen des Fensters

Wärmeschutz als Schutz vor Auskühlung des Gebäudes, die Anforderung steigt durch erhöhte Energiepreise und gesetzliche Forderungen (Energieeinsparverordnung)
Sonnenschutz als Schutz vor sommerlicher Überhitzung, dies ist besonders bei einem großen Fensterflächenanteil in Südausrichtung von Bedeutung
Beleuchtung des Innenraumes mit natürlicher Beleuchtung
Energiegewinn, da durch Glas nicht nur Wärme verloren geht, sondern auch bei günstiger Sonnenausrichtung Energie eingefangen wird.
ggf. Sichtschutz beispielsweise durch Verspiegelungen oder durch Milchglas
aber auch die Sichtfreigabe ist gesetzlich geregelt (Arbeitsstättenrichtlinie)
ggf. Objekt- und Personenschutz durch Verbundsicherheitsglas)(durchschusssichere Verglasung, Absturzsicherung...)
ggf. Schallschutz: Um das Schallschutzmaß zu verbessern, wird die Dicke einer Scheibe erhöht. Durch Verbundglasscheiben mit speziellen schallschluckenden Folien wird die Elastizität der Scheibe erhöht. Das verbessert auch die schalldämmenden Eingenschaften. Vor einigen Jahren wurde der Scheibenzwischenraum mit einem Gas, welches schwerer als Luft ist, gefüllt beispielsweise SF6. SF6 ist aber wegen seiner ozonschädigenden Eigenschaften aufgrund des Kyotoprotokolles zum Klimaschutz in den meisten europäischen Ländern mittlerweile verboten.
Schutz vor eindringender Luft (Wind): Man geht davon aus, dass knapp die Hälfte der Energieverluste eines Gebäudes auf Undichtigkeiten zurückzuführen ist.
Schutz vor eindringendem Wasser
Belüftung und Entfeuchtung

Bei allen Qualitätsmaßnahmen am Fenster sind allerdings auch die Anschlüsse Blendrahmen zum Mauerwerk ein wesentliches Detail, die bei ungenügender Ausführung die Wirkung hochwertiger Fensterkonstruktionen entwerten. Die Abdichtung erfolgt mittels Kunststofffolien, Versiegelung oder bei einfachen und kleinen Konstruktionen über Montageschaum. Die Befestigung erfolgt zumeist über Spreizdübel oder mit Metalllaschen, so genannten Eindrehankern.

Sämtliche am Markt angebotenen Fensterkonstruktionen bieten unabhängig vom Material gute bis sehr gute wärmedämmende Eigenschaften. Früher war ein Fenster eine wärmetechnische Schwachstelle in den Außenwänden. Heute erreicht man mit modernen Fenstern die gleichen Energiebilanz-Werte wie bei Außenwänden. Dabei wirken sich bei Fenstern auch die solaren Zugewinne während der Heizperiode und die Einsparungen von elektrischem Licht durch natürliche Beleuchtung positiv in der Bilanz aus.

Betrachtungen zu Beleuchtung und Wärmeisolation

Norddeutsche Landesbank Hannover.jpg Durch die Betonung der Wärmedämmungs-Eigenschaften des Fensters ist dessen Funktionalität zur Beleuchtung des Raumes bei Altbaurenovierungen eingeschränkt worden. Dies resultiert aus zwei Ursachen:

Rahmenanteil:
Je aufwändiger und damit schwerer die Fensterkonstruktion ist, desto massiver und damit dicker müssen die Rahmen gebaut sein. Damit geht immer mehr Glasfläche im Verhältnis zum Rohbaumaß des Fensters verloren. Besonders deutlich ist dies zu sehen an kleinen modernen Fenstern an historischen Gebäuden, beispielsweise schmale Seitenfenster von Erkern: Die Glasfläche beträgt hier oft nur noch 1/3 der Maueröffnung.

Erhöhte Reflexion:
An der Grenzfläche zwischen Luft und Glas wird etwa 4 % des einfallenden Lichtes bei senkrechtem Einfall reflektiert, ei schrägem Einfall jedoch deutlich mehr. Eine Glasscheibe reflektiert wegen zwei Grenzflächen etwa 8 % des einfallenden Lichtes. Eine doppelte Verglasung verliert bereits 15 %, die Dreifachverglasung sogar 22 % des einfallenden Lichtes. Eine Beschichtung der Glasflächen kann die Reflexion noch auf etwa 29 % verstärken.

Dieser Effekt kann bei Neubauten jedoch durch große Glasscheibenabmaße und einen größeren Glasflächenanteil ausgeglichen werden. Die quantitative Beziehung zwischen der Art des Fenster beziehungsweise der Verglasung und dessen Fähigkeit zur Wärmeisolation wird durch den Wärmedurchgangskoeffizienten beschrieben.

Betrachtungen zu Winddichtigkeit und Belüftung

Fenster waren bis zur Entwicklung des Isolierglasfensters nicht besonders luftdicht, da die Dichtigkeit nur durch exakte Passung der Holzteile hergestellt wurde. Damit garantierte das Fenster einen Luftwechsel, der früher auch durch raumluftabhängige Feuerung mit Einzelöfen notwendig war. Inzwischen sind Gummilippendichtungen der Standard, die eine sehr hohe Luftdichtigkeit garantieren. Ohne Öffnen des Fensters ist eine ausreichende Lüftung nicht mehr gewährleistet.

Die Entfeuchtung des Raumes geschieht normalerweise über die Lüftung. Ist diese nicht ausreichend, dann kann es zur Kondensation an kalten Bauteilen kommen. Bei einfach verglasten Fenstern ist die Glasscheibe die kälteste Oberfläche und die Luftfeuchtigkeit schlägt sich an der Scheibe sichtbar nieder. Wasser auf Glas führt zu keinerlei Schäden. Wird ein derartiges Fenster durch ein modernes wärmegedämmtes Fenster ersetzt, dann ist die Gefahr groß, dass der kälteste Punkt des Raumes sich verlagert, beispielsweise an eine Wärmebrücke, die dadurch nass wird und zu Schimmel neigt.

Überprüft werden all diese Merkmale beim Institut für Fenstertechnik (IFT) in Rosenheim. Das RAL-Gütezeichen, vergibt die RAL-Gütegemeinschaft nach der Prüfung durch das IFT.

Materialien

Mögliche Rahmen- und Flügelmaterialien sind:

Holz ist der älteste Werkstoff für Fenster und hat auch heute noch einen hohen Marktanteil. Die gute Wärmedämmung und leichte Bearbeitbarkeit sind die wichtigsten Vorteile. Der große Nachteil ist die schlechte Witterungsbeständigkeit. Moderne Beschichtungssysteme reduzieren jedoch den früher üblichen Wartungsaufwand erheblich. Holz-Aluminiumfenster ermöglicht eine witterungsbeständige Außenhülle und einen angenehmen warmen Holzcharakter innen. Dabei sind die tragenden Teile des Fensters aus Holz und es wird eine Aluminiumschale außen vorgeblendet.

Aluminiumfenster werden aufgrund ihrer Strapazierfähigkeit und der guten statischen Eigenschaften vor allem in öffentlichen Gebäuden und Büros eingesetzt. Für Glasfassaden sind ebenfalls Aluminiumprofile üblich. Zur Wärmedämmung werden bei Isolierverglasung Innen- und Außenschale durch Kunststoffstege getrennt.

Moderne Fenster aus Kunststoff enthalten im Innern des Rahmens und des Flügels meist Verstärkungen aus Aluminium, Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder werden mit einer besonders strapazierfähigen Oberfläche oder auch einer Holzimitation veredelt.

Stahlprofile werden gelegentlich noch für einfache Fenster ohne Ansprüche an Wärme- und Geräuschdämmung verwendet. In Ausführungen mit thermischer Trennung werden sie aufgrund ihrer hohen Festigkeit aber auch in öffentlichen Bereichen mit erhöhten Beanspruchungen eingesetzt.

Weblinks

Fensterlexikon - Umfangreiche Informationen über alle Materialarten und Konstruktionsdetails
Institut für Fenstertechnik Rosenheim
Infoline-Fenster - Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen