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Moderne Fensterflächenteiler Das müssen Sie über Sprossen wissen

Fensterprossen sind für manche Regionen und Baustile ein unverzichtbares Gestaltungsmittel für die Ansicht von Gebäuden. Kennen Sie sich mit den Fensterflächenteilern aus? GFF zeigt, wie sich Wiener Sprosse, Echte Sprosse oder Dekorsprosse unterscheiden und wie es um den Wärmeschutz steht.

Kennen Sie sich mit Fenstersprossen aus? Grundlegende Fragen beantwortet Expertin Ingrid Meyer-Quel, Beratungsbüro für warme Kante und Glas (Böblingen), in diesem Beitrag:

  • Wie sind Sprossenfenster entstanden?
  • Wie unterscheiden sich Echte Sprosse, Wiener Sprosse und Dekorsprosse?
  • Wie sieht es bei Sprossenfenstern mit dem Wärmeschutz aus?

Die Entstehung von Sprossenfenstern

Bei Betrachtung der Geschichte von Fensterglas erklärt sich die Entstehung von Sprossenfenstern schnell von selbst. Schon die alten Römer konnten durchsichtiges Glas herstellen, nutzten es allerdings hauptsächlich für Gebrauchsgegenstände wie Trinkgläser, Glasgefäße und Schmuck. Dabei konnten sie aus Glas in einem Plattengießverfahren auch Fensterscheiben in Größen bis zu 70 mal 100 Zentimeter herstellen. Wohl aufgrund des günstigen Klimas nutzten sie diese Möglichkeit jedoch kaum.

Für die Entwicklung des Fensterglases in Europa waren zwei Dinge entscheidend: Kaltes Klima und religiöse Architektur. Nachdem die römischen Invasoren die Technologie der Fensterglas-Herstellung mitgebracht hatten, tauchten im nördlichen Europa vermehrt Glasfenster auf. Auch nach Verschwinden des Römischen Reichs blieb die Technologie erhalten und wurde zunächst hauptsächlich für Kirchenfenster genutzt. Ab zirka 1100 n.Chr. fand sich farbloses Glas zunehmend auch in Wohngebäuden. Wohnen hinter Glas förderte die häusliche Behaglichkeit und Hygiene – nicht nur Kälte, sondern auch Schmutz und Staub blieben draußen. Für einfache Leute blieb Fensterglas jedoch bis zum Beginn der Industrialisierung teures Luxusgut.

Um größere verglaste Flächen bauen zu können, wurde ein stabiler Rahmen benötigt, in welchem Scheiben auf unterschiedliche Weise befestigt wurden. Dabei waren die Herstellverfahren der Gläser immer der limitierende Faktor für die Größe der Einzelscheiben. Glasbläser stellten ab zirka 1000 n.Chr. zylinderförmige Flaschen her, die längs aufgeschlitzt und im Ofen zu Scheiben gestreckt wurden – oder an Hefteisen befestigte Glaskugeln öffneten sich durch rasches Drehen zu einer runden Scheibe, den Butzenscheiben, eine Technik, die ab dem 14. Jahrhundert zum sog. Mondglasverfahren verbessert wurde. Damit wurden größere runde Scheiben bis 125 Zentimeter Durchmesser hergestellt und anschließend meist in rautenförmige kleine Gläser geschnitten.

Butzenscheiben in einem historischen Fenster

Betrachtet man die historische Architektur, so wurden die wertvollen Scheiben kaum als Ganzes eingeglast, sondern, in Stücke aufgeteilt, von Rahmen gehalten. Vermutlich war der Transport so besser zu bewerkstelligen. Außerdem führte die Kleinteilung im Schadensfall nicht gleich zu immensen Kosten für den Ersatz des wertvollen Glases.

Später wurde das alte Gießverfahren der Römer wieder aufgegriffen und zur sog. Spiegelglasproduktion weiterentwickelt. Für Fensterglas entstand ab Ende des 19., Anfang des 20. Jahrhunderts das mechanische Ziehverfahren, bei denen ein endloses Glasband aus einer Schmelzwanne gezogen wird. Gezogenes Flachglas, genannt Tafelglas, das vorwiegend als Fensterglas zum Einsatz kam, war billig, dünn und glatt, aber schlierig. Poliertes Gussglas, genannt Spiegelglas, war dicker und von guter Transparenz, aber deutlich teurer. Mit diesen beiden Verfahren für Ziehglas (Tafelglas) und Guss-Walzglas (Spiegelglas) wurde bis in die 1960er-Jahre alles am Bau benötigte Glas hergestellt.

Große Abmessungen erst mit Floatglas möglich

Die Entwicklung des Floatglasverfahrens durch die Gebrüder Pilkington im Jahr 1959 in England revolutionierte die Glasherstellung. Plötzlich war es möglich, Glastafeln von hoher Qualität mit großen Abmessungen in einem kontinuierlichen Prozess herzustellen. Heute wird nahezu der gesamte Flachglasbedarf als kostengünstiges Massenprodukt Floatglas hergestellt.

Bis zu dieser massenhaften Verfügbarkeit von Flachglas waren Glasscheiben wertvoll und nicht in beliebiger Größe verfügbar. Deshalb wurden g roßflächige Fenster und Verglasungen immer aus kleinen Glasstücken zusammengesetzt und mit Bleistegen oder Holzsprossen gehalten. Diese Gliederung entwickelte sich zu einem Gestaltungselement für Gebäudeansichten, das im Jugendstil besonders intensiv genutzt wurde.

Holzsprossen aus kleinen Scheiben zusammengesetzt

Fenstersprossenarten bei Isolierglas

Auch im Zeitalter von Isolierglas aus zwei, drei oder noch mehr Scheiben bleibt die Gliederung von Fensterflächen als gestalterisches Mittel wichtig. Im Neubau finden sich Sprossenfenster in regional verbreiteten Baustilen (z.B. Landhausstil). Bei Sanierungen sind Fenstersprossen vor allem bei historischen Gebäuden ein nicht wegzudenkendes Thema. Bestehen Denkmalschutzanforderungen, muss der ursprüngliche Charakter der alten Sprossenfenster erhalten bleiben. Trotzdem erfüllen Sprossenfenster heute auch alle Ansprüche an Wärme- und Schallschutz, an Sicherheit und sonstige Funktionen.

Bei Mehrscheiben-Isoliergläsern ist die Fenstergliederung mit Sprossen auf unterschiedlichsten Wegen erreichbar:

1. Glasteilende Sprosse (Echte Sprosse)

Bei dieser ursprünglichsten Isolierglas-Sprossenart werden die von den Fenstersprossen gehaltenen Scheiben der Einfachverglasung einfach durch Isoliergläser ersetzt. Notwendigerweise sind die Sprossenprofile wegen der Paketstärke von Isoliergläsern und der Gesamthöhe des Randverbundes dicker. Das kann bei historischen Vorgaben ein Problem darstellen.

glasteilende Fenstersprossen

Für die echte Sprosse muss der Fensterbauer z.B. bei einem einfachen Sprossenkreuz vier einzelne Isolierglasscheiben in den Fensterflügel einglasen. Die Isolierglasfläche wird von den rahmenähnlichen Sprossenprofilen durchbrochen, und jede der kleinen Einzelscheiben weist ringsherum die Wärmebrücke des Isolierglas-Randverbunds auf. Deshalb sind echte Sprossen wärmetechnisch nicht gerade vorteilhaft. Ein weiterer Nachteil entsteht aufgrund der Tatsache, dass Klimalasten bei kleinen Scheiben zu vergleichsweise hohen Biegespannungen im Glas und großer Belastung des Randverbunds führen. Beides kann sich negativ auf die Lebensdauer der Isolierglaselemente auswirken.

2. Wiener Sprossen

Die sog. Wiener Sprosse (auch genannt: Kastensprossen, Duplexsprossen, Scheinabstandhalter, Abstandhaltersprossen, Unechte Sprossen, Denkmalsprossen, Blindsprossen, Landhaussprossen) imitiert die Optik der echten Sprosse, ohne die genannten Nachteile der Glasteilung. In einer ersten Variante wurde der optische Eindruck der glasteilenden Sprosse einfach dadurch hergestellt, dass im Scheibenzwischenraum Abstandhalterprofile Rücken an Rücken als innere Attrappe eingebaut wurden, auf die außen auf der Scheibe dann als äußere Attrappe Abdeckprofile angebracht werden. Schon sieht es zumindest aus der Ferne so aus, als hätte man eine echte Sprosse vor sich.

Wiener Sprossen

Für ein einfaches Sprossenkreuz müssen bei dieser Methode allerdings acht Abstandhalterabschnitte zugeschnitten und aufwändig verbunden werden (Prinzip Duplex). Um die Montage zu vereinfachen, wurden bald Rechteck-Hohlkammerprofile hergestellt, die auf ihren beiden Schmalseiten nur noch die Optik des Randverbund-Abstandhalters nachahmen.

Die Bauweise der Wiener Sprosse erlaubt eine Fensterunterteilung mit sehr schmalen Profilansichten (ab 18 Millimeter Breite) und ahmt deshalb trotz Verwendung von Isolierglas die historische Bauweise besser nach als die echte Sprosse. Im Denkmalschutz sind die Wiener Sprossen jedoch umstritten, weil sie als Attrappen keine historisch korrekten Kopien darstellen.

In einer Sonderform wird manchmal die Wiener Sprosse im SZR einfach weggelassen. Es wird nur das Abdeckprofil auf den äußeren Flächen der Scheiben aufgebracht, wodurch der optische Eindruck aus der Ferne gleichbleibt. Bei Betrachtung aus der Nähe kann man jedoch im schrägen Winkel zwischen den Abdeckprofilen hindurchsehen, was nicht jedem gefällt.

Um die Glasoberflächen leichter reinigen zu können, werden die Abdeckprofile teilweise auch mit geringem Abstand zur Scheibe, abnehmbar angebracht, manchmal nur noch auf der Außenseite – hier sind viele Varianten möglich.

3. Dekorsprossen (Ziersprossen)

Eine andere Möglichkeit, Fensterflächen optisch aufzuteilen, bieten die Dekorsprossen. Sie werden im Scheibenzwischenraum eingebaut und erhalten kein Abdeckprofil auf den Glasaußenflächen. So bleiben sie dauerhaft sichtbar. Ein einfacher Rechteckkasten wie die Wiener Sprosse würde hierbei den ästhetischen Ansprüchen wohl kaum genügen. Dekorsprossen sind unterschiedlich profiliert, es gibt sie von ganz schmalen Messingsprossen (Filigransprossen), die wohl an die alten Bleiverglasungen erinnern sollen, bis hin zu 66 mm breiten Dekorprofilen in Weiß (Schweizer Kreuz).

Unterschiedliche Ausführungen von Dekorsprossen

Dekorsprossen sind außerdem in allen erdenklichen Farben lieferbar, teilweise beidseitig unterschiedlich lackiert oder mit Holzdekor foliert, von Mooreiche dunkel bis zu Bürokiefer hell. Über Geschmack lässt sich ja bekanntermaßen trefflich streiten. In den allermeisten Fällen werden die Dekorsprossen aus Aluminium rollgeformt. Wärmetechnisch verbesserte Dekorsprossen aus Kunststoff werden nur vereinzelt angeboten.

Dekorsprossen haben sich im Norddeutschen Raum, aber auch in anderen großen europäischen Sprossenmärkten wie Großbritannien und Frankreich gegenüber anderen Fenstersprossenarten durchgesetzt. Die großen Vorteile der Dekorsprossen sind ihre Wartungsfreiheit und die freien äußeren Glasoberflächen, die sich im Vergleich zu Echten oder Wiener Sprossen sehr viel leichter reinigen lassen.

Wärmetechnische Behandlung von Sprossenfenstern

Nicht nur der Abstandhalter im Randverbund, auch andere Einbauten im Scheibenzwischenraum von Zweifach- oder Dreifach-Isoliergläsern können Wärmebrücken verursachen. So sind Fenstersprossen ebenfalls wärmetechnische Störstellen, die bei der Ermittlung des Uw-Wertes von Fenstern berücksichtigt werden müssen.

In der Produktnorm für Fenster (EN 14351-1) werden im Anhang J Zuschläge für Sprossenfenster vorgegeben. Dabei wird nicht unterschieden, ob es sich um Wiener Sprossen oder Dekorsprossen handelt. Zwischen konventionellen Sprossen aus Aluminium und wärmetechnisch verbesserten Sprossen aus Kunststoff wird nicht differenziert. Ob sich bei Dreifach-Isolierglas Sprossen in beiden Scheibenzwischenräumen befinden oder nur in einem, spielt bei der Ermittlung des Aufschlags ebenfalls keine Rolle:

  • Aufgesetzte/befestigte Sprosse: Zuschlag auf Uw = ± 0 W/m²K
  • Einfache Kreuzsprosse;: Zuschlag auf Uw = + 0,1 W/m²K
  • Mehrfache Kreuzsprosse: Zuschlag auf Uw = + 0,2 W/m²K
  • Glasteilende Sprosse/Fenstersprosse: Zuschlag auf Uw = + 0,4 W/m²K
Diese Zuschläge auf den Uw-Wert sind zwar einfach anzuwenden, jedoch für Sprossenfenster in vielen Fällen unangemessen hoch.

Das Forschungsvorhaben der BF-Gruppe Sprossen

Fenstersprossen im Scheibenzwischenraum

Mit einer detaillierten Berechnung nach EN ISO 10077-2 und der Ermittlung von linearen Wärmedurchgangskoeffizienten für Sprossen (Sprossen-Psi-Werte) ergeben sich in den allermeisten Fällen vorteilhaftere Uw-Werte als bei Anwendung der pauschalen Zuschläge. Allerdings ist diese Vorgehensweise mit erheblichem Aufwand verbunden, zumal die Variantenvielfalt von Fenstersprossen deutlich größer ist als bei einem Abstandhaltersystem.

In einem Forschungsvorhaben am ift Rosenheim, initiiert und finanziert durch die ad-hoc-Gruppe Sprossen des Bundesverbands Flachglas (BF), wurde deshalb das Thema Sprossen wärmetechnisch untersucht. Das Ziel war es, durch Berechnung von längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψgb für unterschiedliche Sprossenarten pauschale Sprossen-Psi-Werte zu ermitteln, die in Tabellenform zur Aufnahme in die EN ISO 10077 vorgeschlagen werden sollen. Im September 2015 erschien der Abschlussbericht "Erarbeitung von vereinfachten Tabellen zur Berücksichtigung des Einflusses von Sprossen im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes von Fenstern". Durch beispielhafte Berechnungen wurden die Einflussgrößen von Sprossen-Psi-Werten analysiert.

Einflussgrößen bei Sprossen-Psi-Werten und ihre Relevanz:

Einflussgröße Relevanz
Beschichtung (Emissionsgrad) der Glasscheiben Beschichtung hat Einfluss auf Ψgb-Werte
Wärmeleitfähigkeit des Materials der Sprosse Unterscheidung in zwei Materialgruppen (Aluminium oder Kunststoff) sinnvoll
Beidseitiger Abstand a der Sprossen zum Glas Je größer a, umso geringer der Ψgb-Wert
Breite b der Sprosse Ψgb-Werte steigen mit zunehmender Sprossenbreite an
Bei Dreifach-Isolierglas: Sprossen in einem oder in beiden SZR *) Signifikanter Einfluss
Wandstärke der Sprossen Kein signifikanter Einfluss

Tabellen mit pauschalen Sprossen-Psi-Werten

Formel zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten Uw von Sprossenfenstern.

Analog zur Wärmebrücke am Glasrand wird der pauschale Sprossen-Psi-Wert Ψgb (gb = glazing bar) mit der Gesamtlänge der verbauten Fenstersprossen multipliziert und anteilig auf den Uw-Wert aufgeschlagen.

Formel zur Ermittlung des Aufschlages ΔUw für Sprossen je nach verbauter Sprossenlänge

Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wurden zwei Tabellen mit pauschalen Sprossen-Psi-Werten zur Ergänzung der EN ISO 10077-1 vorgeschlagen, die in folgendem Anwendungsbereich gültig sein sollen:
  • Für Sprossen (Hohlkammerprofile) aus Metall und Kunststoff
  • Sprossenbreite b = 30 Millimeter
  • Abstand a = 2 Millimeter und a = 4 Millimeter

Tabellen für Sprossen aus Metall und Kunststoff

Ψgb für Fenstersprossen

Fenstersprossen aus Kunststoff

Beispielrechnung

Es gilt als sehr wahrscheinlich, dass diese beiden Tabellen in die nächste Ausgabe der EN ISO 10077-1 aufgenommen werden. Eine Anwendung dieser pauschalen Sprossen-Psi-Werte unter Berufung auf das Forschungsvorhaben ist schon heute zu befürworten.

Berechnungen zeigen, dass mit dem genaueren Ansatz, Sprossen mit pauschalen Sprossen-Psi-Werten anstelle von Pauschalaufschlägen auf den Uw-Wert zu betrachten, in aller Regel bessere Uw-Werten von Sprossenfenstern erzielt werden können. Die unangemessene Benachteiligung von Sprossenfenstern durch die hohen Aufschläge ?Uw kann so vermieden werden.

Beispielfenster: PVC-Fenster einflügelig, Abmessung 1,23 m x 1,48 m, Rahmenbreite 0,11 m, Gesamtfläche Aw = 1,82 m², aufgeteilt in Glasfläche Ag = 1,27 m² und Rahmenfläche Af = 0,55 m². Umlaufende Länge des sichtbaren Glasrandes Lg = 4,54 m, Uf = 1,2 W/m²K, Ug = 0,7 W/m²K, Randverbund warme Kante mit Ψg(wk) = 0,04 W/mK, Fenster ohne Sprosse: Uw = 0,95 W/m²K

Beispielfenster mit einfachem und vierfachem Sprossenkreuz

Einbau eines einfachen Sprossenkreuzes
Einbau eines vierfachen Sprossenkreuzes

Fazit

Es ließen sich noch viele weitere Beispiele rechnen. Insbesondere bei größerem beidseitigem Abstand der Sprosse zur Glasoberfläche (a = 4 Millimeter) reduziert sich der wärmetechnische Einfluss der Sprossen weiter und geht in vielen Fällen gegen Null. Die Berechnung mit repräsentativen Sprossen-Psi-Werten ist gegenüber den pauschalen Zuschlägen aus der DIN EN 14351-1 auf jeden Fall von Vorteil.

Quellen und weiterführende Literatur

  • BF-Merkblatt 016/2013, BF-Merkblatt für die Beurteilung von Sprossen im SZR, Bundesverband Flachglas, Troisdorf
  • ift-Forschungsbericht "Psi-Werte von Sprossen - Erarbeitung von vereinfachten Tabellen zur Berücksichtigung des Einflusses von Sprossen im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes von Fenstern", ift Rosenheim, September 2015 (unveröffentlicht)
  • BF-Merkblatt Nr. 004/2008 – Änderungsindex 3 – 2016 Kompass "Warme Kante" Bundesverband Flachglas, Troisdorf, 2016 (erscheint voraussichtlich Mai 2016)
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