Der Einsatz farbiger Gläser in der Architektur ist keine Erfindung der Gegenwart, sondern vielmehr eine Wiederentdeckung – man denke etwa an die ikonografische Bedeutung farbiger Maßwerkfenster gotischer Kirchen. Das einschalige durchgefärbte Gussglas der Sakralbauten aus dem Mittelalter würde heutzutage längst nicht mehr die konstruktiven und bauphysikalischen Anforderungen erfüllen. Herstellungsmethoden und Möglichkeiten der Weiterverarbeitung von farbigem Glas haben sich besonders in den vergangenen zehn bis fünfzehn Jahren erstaunlich schnell entwickelt, was schließlich zur Gestaltungsvielfalt farbig transparenter Gebäudehüllen geführt hat. Der »Färbeprozess« findet entweder bereits in der Glasherstellung statt, wie z. bei durchgefärbtem Glas, oder erst in der Weiterverarbeitung. Nachfolgend werden Herstellungsverfahren, Verarbeitungsmöglichkeiten, Planungsregeln sowie Anwendungsbeispiele in Fassaden dargestellt.
Durchgefärbtes Glas
Die älteste Methode ist das Durchfärben von Glas, bei dem dem Glasgemenge Zuschlagstoffe (Metalloxide) beigefügt werden. Farbiges Gussglas oder auch Ornamentglas wird heute immer noch hergestellt und in der Architektur verwendet (Abb. Durch die neu entwickelte »Fusing-Technik« lassen sich unterschiedlich durchgefärbte Basisgläser (Fensterglas) zu einer Glasscheibe vereinen (Abb. 1). Dazu werden Gläser in verschiedenen Farben und Formzuschnitten auf eine größere Grundscheibe gelegt und im Ofen bei bis zu 1500 °C verschmolzen
(to fuse, verschmelzen). Die Fusing-Technik lässt sich lediglich auf Fenster- oder Ornamentglas anwenden, nicht aber auf Floatglas. Darüber hinaus ist es nicht möglich, Fusing-Scheiben thermisch vorzuspannen oder zu VSG zu verarbeiten, da durch den Verschmelzungsprozess die Oberfläche insbesondere in den Nahtstellen nicht ausreichend eben ist. Im Fassadenbereich können Fusing-Scheiben prinzipiell nur im Scheibenzwischenraum von Isolierglas eingesetzt werden. Hingegen kann in der Masse gefärbtes (durchgefärbtes) Floatglas zu ESG (Einscheibensicherheitsglas), TVG (teilvorgespanntes Glas) oder auch VSG (Verbundsicherheitsglas) weiterverarbeitet werden. In der Veredelung gibt es keine Einschränkung gegenüber neutralem (farblosen) Floatglas. Die angebotene Farbpalette beschränkt sich hauptsächlich auf die Farben grün, bronze, grau und blau. Neutrales Floatglas hat einen leichten Grünstich, der besonders bei größeren Glasdicken in Erscheinung tritt und durch den Anteil an Eisenoxid bestimmt wird. Als »entfärbtes« Gegenstück bietet der Markt eisenoxidarmes »Weißglas« an, bei dem kein Grünstich mehr wahrnehmbar ist.
Neben farbigen Guss- und Floatgläsern bietet die Glasindustrie zudem in der Masse gefärbtes maschinengezogenes Glas, das derzeit in 24 verschiedenen Farben produziert wird. Durchgefärbte Gläser wurden früher auch häufig als Sonnenschutzgläser eingesetzt. Aufgrund höherer Absorptionswerte wärmen sich in der Masse gefärbte Gläser meist stärker auf als beschichtete Sonnenschutzgläser.
Beschichtetes Glas
Mit einer Beschichtung lässt sich neben der Licht- und Wärmetransmission auch die Farbwirkung der Glasfassade beeinflussen. Ein Verfahren ist die Online-Beschichtung, bei dem während des Herstellungsprozesses flüssige Metalloxide auf die noch heiße Glasoberfläche aufgebracht und somit fest mit dem Glas verbunden werden (Pyrolyse). Dagegen findet die Offline-Beschichtung nach der Herstellung und dem Zuschnitt des Glases statt. Hierbei wird das Glas nach dem in den 80er-Jahren entwickelten Hochvakuum-Magnetronverfahren mit Oxiden (z. Metalloxiden) beschichtet. Online-Beschichtungen haben in etwa die Oberflächenbeständigkeit von Glas, während Offline-Beschichtungen je nach aufgebrachtem Material eine geringere Beständigkeit aufweisen und daher geschützt im Scheibenzwischenraum liegen sollten. Allerdings ermöglicht dieses Verfahren eine wesentlich größere Vielfalt und Leistungsfähigkeit der Funktionsschichten. Die Dicke dieser Schichten liegt im Nanometerbereich. Die Farbgebung von Beschichtungen ist abhängig von dem verwendeten Zusatzstoff (Oxid), der Eigenfarbe des Glases, der Glasdicke, dem Reflexionsgrad sowie von der Lage der beschichteten Ebene. Durchfärbungsgrad und Beschichtung beeinflussen den g-Wert (Gesamtenergiedurchlassgrad) und die Lichttransmission der Glasscheiben.
Damit können der sommerliche Wärmeschutz und die Tageslichtqualität bei einer Bürofassade gestalterisch und funktional optimiert werden. Moderne Sonnenschutzgläser gelten heutzutage vorrangig als hochleistungsfähige Schlüsselkomponente für das Energie-und Klimamanagement von Gebäuden, bei denen eine akzentuierte Farbigkeit häufig dem hohen Anspruch an Neutralität, Lichtdurchlässigkeit und Transparenz gegenüber steht.
Farbeffektfilter/Dichroitische Filter
Interessante Farbwirkungen lassen sich mittels optischer Effektfilter erzeugen (Abb. 2, 3). Es handelt sich um dünne Schichten aus verschiedenen Metalloxiden in unterschiedlicher Dicke, die im Sol-Gel-Verfahren (Tauchverfahren im Solebad) aufgebracht werden.
Der Vorgang Reinigung – Beschichtung – Einbrennen wird je nach Filtertyp bis zu 20-mal wiederholt. Der Farbeffekt entsteht durch Interferenzwirkung der einzelnen dünnen Schichten, ist abhängig vom Einfallswinkel des Lichts und unterscheidet sich in Transmission und Reflexion. Farbeffektfilter werden deshalb auch dichroitische Filter genannt. Das bedeutet, eine Glasfassade kann abhängig vom Sonneneinstrahlwinkel ihre Farbe wie ein Chamäleon zwischen kobaltblau und goldgelb wechseln. Je nach Hersteller werden drei bis sechs Grundfarben angeboten, die maximalen Produktionsmaße liegen zwischen 1000 ≈ 1400 und 1700 ≈ 3770 mm. Farben können auf Anfrage auch kundenspezifisch erstellt werden. Farbeffektfilter sind absorptionsarm, d. sie erwärmen sich bei Sonneneinstrahlung nicht so sehr wie durchgefärbte Gläser. Die kratzfeste Beschichtung weist eine hohe chemische Beständigkeit auf; es empfiehlt sich aber dennoch, die Schicht nicht der Witterung auszusetzen. Das Vorspannen zu ESG oder TVG ist nur sehr eingeschränkt möglich, eine Verarbeitung zu VSG in Anbetracht höherer Sicherheitsanforderungen an Fassaden dagegen schon. Die Farbeffekte werden bei diffusem Tageslicht und vor allem auch vom Innenraum aus sichtbar. Farbreflexionen an Decke und Wand sollten daher Teil der Gestaltung sein und die Nutzer des Gebäudes nicht beeinträchtigen.
Emailliertes und siebbedrucktes Glas
Nach Herstellung des Basisglases wird eine aufgebrachte farbige Emailschicht während des Herstellungsprozesses von ESG oder TVG bei einer Temperatur von über 600 °C in die Glasoberfläche eingebrannt. Emaillierte und siebbedruckte Gläser sind deshalb vorgespannt; eine Bedruckung ohne thermische Behandlung ist nur mit organischer Zweikomponentenfarbe möglich, die aber nicht kratzfest ist. Grundsätzlich können alle Basisgläser bedruckt oder emailliert und zu VSG weiterverarbeitet werden. Bei Verwendung durchgefärbter oder beschichteter Gläser, z. Sonnenschutzgläser, erscheint eine Abstimmung mit dem Hersteller sinnvoll, da die Eigenfarbe des Glases sowie die Art der Beschichtung die Farbqualität beeinflussen. Die beste Farbqualität erhält man mit eisenoxidarmem Weißglas, das jedoch teurer ist als Floatglas. Man unterscheidet drei Auftragsarten für vollflächig emaillierte Gläser, die im Folgenden beschrieben werden.
Walzverfahren
Die plane Glasscheibe wird unter einer gerillten Gummiwalze hindurchgefahren, die die Emailfarbe auf die Glasoberfläche überträgt. Die Walze ist ca. 1,60 m breit; dies bestimmt die maximale Breite der Gläser.
Gießverfahren
Die Glastafel läuft horizontal durch einen »Gießschleier«, der die Oberfläche mit Farbe bedeckt. Dieses veraltete Verfahren ist nicht umweltfreundlich, da es im Gegensatz zu den anderen Verfahren nicht ohne die Zugabe von Lösungsmitteln auskommt.
Siebdruckverfahren
Auf einem Siebdrucktisch wird die Farbe durch ein engmaschiges Sieb auf die Glasoberfläche aufgedruckt. Die Siebe können bis zu einer Größe von 3 ≈ 6,50 m hergestellt werden. Die maximalen Produktions-abmessungen hängen zusätzlich von der Größe des Siebdrucktisches bzw. Vor-spannofens ab (z. 250 ≈ 500 cm). Dieses Verfahren ist aufwändiger, dafür fällt der Farbauftrag wesentlich präziser und generell dünner aus als beim Walz- oder Gießverfahren. Als Standard gilt die RAL-Farbpalette, zudem werden NCS-Farbtöne, Sonderfarben, farblose Ätztöne sowie rutschhemmende Siebdrucke für Glasböden angeboten. Grundsätzlich sollte eine Anwendung im Durchsichtbereich mit dem Hersteller abgestimmt und bemustert werden.
Glastafeln können durch verschiedene Auftragsarten auch teilflächig emailliert oder auf der Grundlage spezifischer Dekorvorlagen und Siebdruckschablonen individuell gestaltet werden. Mit Hilfe des neu entwickelten CTS-Verfahrens (Computer to Screen) können Siebe auf der Grundlage digitaler Muster und Bilder (z. Gemälde, Fotos) erstellt werden. Bei der Umsetzung individueller Sonderwünsche fallen Mehrkosten für die Herstellung der Siebe und zusätzliche Einrichtungsarbeit an.
Die emaillierte oder siebbedruckte Seite ist in der Regel die von der Bewitterung abgewandte Seite. Eine außen liegende keramische Bedruckung ist zwar möglich, die meisten Hersteller übernehmen aber keine Gewährleistung im Falle einer Farbveränderung infolge der UV-Einstrahlung. Sehr gute Sonnenschutzwirkung erhält man durch zwei nacheinander aufgebrachte Drucklagen: nach außen weisende helle reflektierende Farben und nach innen gerichtete dunkle wärmestrahlenabsorbierende Farben. Die Abweichungstoleranz (bis 1 mm) der einzelnen Drucklagen ist dabei abhängig von der Siebgröße.
Die siebbedruckte Oberfläche kann nachträglich mit einer Sonnen- oder einer Wärmeschutzschicht ausgestattet werden – eine gängige Praxis bei Isolierglas. Zur Beurteilung des Erscheinungsbildes in Ansicht und Durchsicht sollte auf jeden Fall der genaue Glasaufbau bemustert werden. Die Glasdicken und die Lage der Schicht und Bedruckung sollten schon bei der Planung festgelegt werden.
Die Richtlinie des Flachglasverbands informiert über die Beurteilungskriterien der visuellen Qualität emaillierter und siebbedruckter Gläser, die einige Hersteller auf ihrer Homepage als Download anbieten. Darüber hinaus gelten die europäischen Normen EN 12 150 für ESG und EN 1863 für TVG. Bezüglich der Statik muss darauf hingewiesen werden, dass die zulässigen Spannungen bis zu 40 % geringer sind als bei unbedrucktem ESG oder TVG. Eine daraus resultierende Zustimmung im Einzelfall ist in den meisten Anwendungsfällen nicht erforderlich, da die zulässigen Spannungen geregelt sind. Allgemeine Standardtexte für die Ausschreibung von Siebdruckgläsern gibt es nicht, aber bei einigen Herstellern entsprechende Ausschreibungshilfen. Grundsätzlich ratsam erscheint eine frühzeitige Beratung und Bemusterung durch den Hersteller. Auch gebogenes Siebdruckglas ist produzierbar; dies bleibt bei kleinen Stückzahlen oder Einzelstücken aufwändig und teuer. Hierbei wird zunächst eine flache Glasscheibe bedruckt, die in einem weiteren Arbeitsschritt gebogen und vorgespannt wird. Die keramische Siebdruckschicht darf nur auf der konkaven Seite aufgebracht sein.
Geätztes Glas
Mattiertes Glas ist ein bedeutendes Gestal-tungselement in der Architektur. Matt- alias »Ätztöne« können auch per Siebdruck aufgebracht werden. Eine mattierte und witterungsbeständige Oberfläche entsteht zudem durch tatsächliches Ätzen der Glastafeln mittels Flusssäure. Die Oberfläche des Glases wird dabei nicht beschädigt, die Festigkeit nicht gemindert. Die Säurekonzentrationen sind heutzutage sehr gering, was durch eine lange Einwirkzeit auf die Glasoberfläche ausgeglichen wird. Diese bestimmt auch den Mattierungsgrad.
Über entsprechende Schablonen lassen sich individuelle Designs, Logos oder Muster ätzen; auch digitale Daten sind verwendbar. Geätzte Scheiben können in Absprache mit dem Hersteller gebogen oder vorgespannt werden. Der Ätzvorgang kann vor oder nach der thermischen Vorspannung durchgeführt werden.
Der g-Wert und die Lichttransmission der Glastafeln verringert sich durch den Ätzvorgang nur geringfügig.
Sandstrahlmattierung
Bei dieser Methode werden die Glastafeln durch einen Sandstrahl aufgeraut. Die Oberfläche wird dadurch beschädigt und die Festigkeit der Glasscheiben sinkt bis auf 50 %. Aufgrund der Rauigkeit der Oberfläche kann es durch Fettrückstände beim Reinigen zu Farbveränderungen kommen; sie eignen sich folglich nur bedingt für den Einsatz in Außenfassaden. Die visuelle Wirkung ist ähnlich wie bei geätzten Scheiben; es können ebenso Bilder oder Muster aufgebracht werden.
VSG-Scheiben mit innenliegender Farbfolie
Das Produkt stellt die neue Generation von Farbgläsern dar, die an die Tradition transparenter durchgefärbter Gläser anknüpft. Anstelle einer Behandlung des Glases werden farbige Folien zwischen zwei Glastafeln zu VSG verarbeitet (Abb. 5, 8). Der Verbund aus Glas-Folie-Glas verhält sich wie VSG mit klassischen PVB-Folien. Das Ausgangsmaterial für die extrudierten farbigen Folien ist ebenfalls PVB. Zwischen zwei Glastafeln können bis zu vier Folien kombiniert werden. Dadurch können aus insgesamt elf Grundfarben über 1000 transparente, transluzente oder opake Farbtöne generiert werden. Die maßgeblichen europäischen Normen für Verbundsicherheitsglas werden dabei eingehalten: Personenschutz: EN ISO 12543-2, EN 12600; Eigentumsschutz: EN 356; UV-Filterung/Sonnenschutz: EN 410, ISO 9050; Schalldämmung: EN 12758-1. Das maximale Produktionsmaß richtet sich in der Regel nach den Größen der Autoklaven für die VSG-Produktion: 2,00 ≈ 7,00 m oder 2,60 ≈ 4,60 m.
VSG mit Digitaldruck
Diese Variante stellt eine neue Dimension in der Glasgestaltung dar. Erstmals können mit relativ geringem Aufwand digitale farbige Bilder, Fotos oder Grafiken mit hoher Auflösung im Glas realisiert werden (Abb. Hierbei entfällt der Aufwand für die Erstellung von Sondersieben wie beim Siebdruck. Gerade bei Großmotiven, bei denen jede Glasscheibe ein Unikat darstellt, ist dieses Verfahren besonders wirtschaftlich. Die bedruckte Oberfläche ist im Inneren des VSG vor UV-Strahlung geschützt. Der Druck kann mit weißopaken, transparenten oder transluzenten PVB-Folien kombiniert werden. Zu beachten bleibt, dass der Farbauftrag nicht deckend, sondern transparent ist.
Die Farbintensität wird abhängig von den Lichtverhältnissen und der applizierten PVB-Folie wahrgenommen. Die technischen Anforderungen an VSG werden hier nicht beeinträchtigt, der Einsatz in Isolierglas, sogar die Verarbeitung zu Brandschutzglas ist möglich.
Optisch-holografische Elemente
Anstelle von Farbfolien werden in VSG Display-Hologramme eingesetzt. Es handelt sich um Folien mit holografischen Gittern, die einen ähnlichen Effekt wie Prismen aufweisen, indem sie weißes Licht in seine Spektralfarben zerlegen. Die Farbwirkung ist abhängig von Lichteinfalls- und Betrachtungswinkel. Dadurch können dynamische Farbeffekte erzielt werden ähnlich wie bei den schon erwähnten dichroitischen Filtern. Neben gestalterischen Ergebnissen (Muster, Dekors, Logos) kann mit Hologramm-folien auch eine Sonnenschutzwirkung erreicht werden.
Fazit
Um eine verlässliche Fassadenplanung hinsichtlich Sonnen- und Wärmeschutz sowie Tageslichtqualität zu gewährleisten, sind genaue Angaben zum eingesetzten Farbglas absolut erforderlich. Dies gilt nicht nur für die Art des Farbglases (Folie, Siebdruck oder durchgefärbtes Glas), sondern auch für den Farbton selbst.
Im Durchsichtbereich von Bürofassaden sollte grundsätzlich nur eine teilflächige Färbung vorgenommen werden, deren visuelle Qualität (siehe Richtlinien bei Siebdruckgläsern) und bauphysikalischen Eigenschaften vorher geprüft wurden.
Künftige Entwicklung und Trends
Das Spektrum technischer sowie gestalterischer Möglichkeiten farbiger Gläser in der Architektur ist längst noch nicht ausgeschöpft. Mithilfe digitaler Bildverarbeitung werden individuelle Gestaltungswünsche wirtschaftlicher und schneller umsetzbar. Bei der Entwicklung von Lacken, Filtern oder Folien sind ebenso noch Fortschritte hinsichtlich Qualität und Einsatzmöglichkeiten zu erwarten.
Ein weiterer Trend ist »schaltbares« Glas, d. Glas mit veränderbarer Transparenz oder Farbe. Durch die Integration farbiger Leuchtdioden (LEDs) im Glasrand von z. VSG oder Isolierglas können beliebig einstellbare Leuchteffekte erzeugt werden. Weist die Glasoberfläche ein spezielles Siebdruckraster auf, wird das Licht gleichmäßig gestreut und es entsteht der Eindruck einer leuchtenden farbigen Oberfläche, die stufenlos von blau nach gelb verändert werden kann. Im Scheibenzwischenraum integrierte elektrooptische Schichten aus Fließkristallen können durch Anlegen einer elektrischen Spannung von einem transluzenten in einen transparenten Zustand geschaltet werden. Elektrochrome Schichten, die als stufenlos veränderbarer Sonnen- und Blendschutz eingesetzt werden sollen, sind in unterschiedlichen Farben herstellbar. Darüber hinaus können über Durchlicht-Projektionen auf Hologrammgitter oder über transparente LCD-Displays bewegte Bilder in einer Fassade abgespielt werden.
Glas als Fassadenbaustoff spannt damit den Bogen zwischen transparenter, semitransparenter Hülle bis hin zum eigenständigen und veränderbaren Medium.
