Luft nach oben: Drei ZHAW-Institute optimieren Schiebefenster mit Luftdichtung
Mit ihrem «air-lux»-System ist die Krapf AG eine der führenden Anbieterinnen für Schiebefenster in Glasfassaden. Nun arbeitet das Unternehmen zusammen mit der ZHAW School of Engineering an der Weiterentwicklung seines Produkts. Die Innosuisse fördert das Projekt.
Wer «Schiebefenster mit Luftdichtung» googelt, kommt um den Namen «air-lux» nicht herum. Dank eines Patents ist das System der Krapf AG das einzige auf dem Markt, das über eine vollintegrierte Luftdichtung verfügt.
So funktionieren die «air-lux»-Fenster
«air-lux» ist ein Schiebefenstersystem der Firma Krapf AG in Engelburg SG. Es wurde 2004 entwickelt und 2010 in der Schweiz patentiert. Das Besondere an «air-lux» ist das luftunterstützte Dichtungssystem: Bei der Schliessung eines Schiebers wird Luft in die Dichtungsringe gepumpt. Einmal verschlossen, sind die «air-lux»-Schieber äusserst dicht. Vor der Öffnung entweicht die Luft – das ermöglicht reibungsfreie Bewegungen der Schieber.
«Wir haben bisher nach dem Trial-and-Error-Prinzip entwickelt», sagt Roman Büchler, Geschäftsleitungsmitglied der Krapf AG. Die Arbeit mit Versuch und Irrtum sei für KMU geeignet, um schnell und kostengünstig zu entwickeln. Aber: «Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem wir mit Trial-and-Error nicht mehr weiterkommen. Was wir jetzt brauchen, ist fundiertes Wissen.»
Das Unternehmen will aus dem bekannten Villen-Segment ausbrechen und in den Bau von Wohnhochhäusern vorstossen. Damit steigen die Anforderungen an das ohnehin schon hochwertige «air-lux»-System weiter. Deshalb spannt die Krapf AG mit der ZHAW School of Engineering zusammen.
Dicht, sicher und langlebig sollen die Schieber sein
Gefördert von der Innosuisse nehmen sich drei ZHAW-Institute der Weiterentwicklung des «air-lux»-Systems an. Das Institute of Materials and Process Engineering (IMPE) leitet die Arbeiten und forscht im Bereich Materialtechnik und Beschichtungen. Das Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) konzentriert sich auf das komplette Luftsystem, das die Schieber dicht macht. Und das Institute of Computational Physics (ICP) unterstützt die Kolleginnen und Kollegen mit Simulationen.
«Wir arbeiten in den Instituten parallel an unterschiedlichen Schwerpunkten und gleichzeitig interdisziplinär zusammen», sagt Martin Winkler. Er ist am IMPE Laborleiter für polymere Beschichtungen und leitet das Projekt seitens ZHAW. «Wir wollen das System hinsichtlich Öffnungszeiten, Sicherheit und Langlebigkeit verbessern.»
Das Innosuisse-Projekt ist im Februar 2020 gestartet und läuft voraussichtlich bis Ende 2022. Winkler sagt: «Es geht darum, das Produkt zu verstehen, um dann Lösungsansätze zu generieren.»
Um diese Ansätze zu finden, hat das IEFE einen Prüfstand aufgebaut. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem einzelnen «air-lux»-Schieber. Seine stolzen Masse: Drei auf sechs Meter. «Für die Krapf AG ist das ein kleiner Schieber. Er wiegt lediglich etwa 400 Kilo. Die grössten sind bis zu 1,8 Tonnen schwer», erklärt Martin Schneider. Er ist Projektleiter der IEFE-Forschungsgruppe Fluid-Engineering und damit für das Luftsystem zuständig.
Für die Arbeit des IEFE reiche die «kleine» Version aus, so Schneider. «Wir messen den Ist-Zustand, lassen Verbesserungen einfliessen und testen sie.» Der Prüfstand liefere Zahlen zu Schall, Druck, Volumenströmen und Öffnungszeiten. Gerade letztere seien von Bedeutung, sagt Schneider. «Der Kundschaft kann es nicht schnell genug gehen, bis das Schiebefenster offen ist.»
Der wissenschaftliche Ansatz bewährt sich
Fast so ungeduldig wie die Kundschaft ist Roman Büchler von der Krapf AG: «Die wissenschaftliche Vorgehensweise ist aufwendiger als gedacht.» Trotzdem ist Büchler zufrieden: «Ohne die ZHAW hätten wir Abkürzungen genommen, um das Projekt zu beschleunigen. Die Erhebung von zuverlässigen Daten durch die ZHAW ist aber die richtige Vorgehensweise.»
Nach einem Jahr Projektdauer trägt die Arbeit erste Früchte. «Der Grund für den Adhäsionseffekt unserer Luftdichtung wurde höchstwahrscheinlich gefunden und ein Lösungsansatz besteht», so Büchler. Es gehe jetzt darum, eine wirtschaftliche Lösung zur Behebung des Problems zu finden – Dichtung und Schieber sollen künftig möglichst wenig aneinander haften bleiben.
Zwei Jahre haben die drei ZHAW-Institute und die Krapf AG noch Zeit, um alle vordefinierten Projektziele zu erreichen. Geht es nach Roman Büchler, könnte die Zusammenarbeit mit der ZHAW sogar einen weiteren Vorteil mit sich bringen: «Im Idealfall können wir eine der umgesetzten Lösungen durch ein Patent schützen lassen.»
Auf einen Blick
Das Projekt 41619.1 IP-ENG mit dem Titel «Neuentwicklung von air-lux-Schiebefenstern zur gezielten Erschliessung eines neuen expansiven Marktes» ist auf Aramis, der Forschungsdatenbank der Bundesverwaltung, zu finden.
Die am Projekt beteiligten Institute sind
- das Institute of Materials and Process Engineering (IMPE),
- das Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)
- und das Institute of Computational Physics (ICP).
Projektdauer: 2020 - 2022