Technische Grundlagen und Fertigung von Sicherheitsglas ESG TVG

Die Fertigung von Sicherheitsglas ESG TVG basiert auf steuerbaren thermischen Vorspannungsprozessen im Durchlaufofen. Während der Ofen das Flachglas oberhalb des Transformationspunktes erhitzt, verändert sich die molekulare Struktur der Matrix gezielt. Anschließend kühlen Hochleistungsgebläse oder regulierte Luftströme das Glas definiert ab. Infolgedessen erzeugen die äußeren Schichten stabile Druckspannungen, während im Kern Zugspannungen verbleiben. Deshalb erhöhen diese thermischen Verfahren die mechanischen Belastungsgrenzen des Glases um ein Vielfaches. Zudem bilden diese Prozesse das fundamentale Prinzip für alle statisch beanspruchten Elemente im Glasbau.

Einscheibensicherheitsglas (ESG) und mechanische Kennwerte

Der Prozess zur Herstellung von Einscheibensicherheitsglas (ESG) nutzt ein oszillierendes Rollenband im Erwärmungsofen. Dort heizt die Anlage Kalk-Natron-Glas über seine Transformationstemperatur von 520 °C auf Zielwerte zwischen 680 °C und 730 °C auf. Nachdem eine kurze Aufheizphase von beispielsweise 5 Minuten bei 8 mm Glasdicke verstrichen ist, fährt das System die Scheibe direkt in die Quenchzone.

Ofenprozess, Quenchzone und Materialspannungen

In der Quenchzone kühlen Ventilatoren mit einer Leistung ab 300 kW das erhitzte Glas innerhalb weniger Sekunden auf etwa 40 °C herunter. Weil Glas eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, erkalten die oberflächennahen Schichten deutlich schneller als die Kernzone. Dadurch entsteht ein Dauer-Spannungszustand mit Oberflächen-Druckspannung und Kern-Zugspannung. Folglich steigt die Biegebruchfestigkeit von 40 N/mm² bei ungehärtetem Flachglas auf mindestens 120 N/mm² an. Obgleich die Norm DIN EN 12150-2 diesen Wert von 120 N/mm² als Minimum fordert, erzielt Sicherheitsglas ESG TVG aus den Prüfungen beim ift Rosenheim im Mittel sogar Werte um 160 N/mm².

Qualitätssicherung durch den Heißlagerungstest (Heat-Soak-Test)

Bei unbehandeltem Einscheibensicherheitsglas lösen mikroskopische Nickelsulfid-Einschlüsse unter Umständen Spontanbrüche aus. Obwohl dieser Effekt statistisch nur 1 von 1.000 bis 3.000 Scheiben trifft, zerstört der plötzliche Phasenübergang des Nickelsulfids die Scheibe ohne äußere Einwirkung. Deshalb führt Star Glas zur Qualitätssicherung den normierten Heißlagerungstest (Heat-Soak-Test) durch. Dabei heizt die Testkammer die ESG-Scheiben für 4 bis 8 Stunden auf 280 °C bis 300 °C auf. Dadurch dehnt sich das Nickelsulfid kontrolliert aus und provoziert den Bruch gefährdeter Scheiben direkt im Werk. Infolgedessen minimiert dieser Test das Risiko eines späteren Spontanbruchs auf der Baustelle nahezu vollständig.

Teilvorgespanntes Glas (TVG) und mechanisches Bruchverhalten

Die Herstellung von teilvorgespanntem Glas (TVG) verläuft ähnlich wie bei ESG, da der Ofen das Glas ebenfalls auf über 600 °C erwärmt. Allerdings kühlt das Kühlsystem die Scheiben deutlich langsamer und sanfter ab. Demzufolge bauen sich moderatere Oberflächen-Druckspannungen auf. Im Falle einer Beschädigung zerfällt TVG nicht in feine Krümel, sondern es bildet ein spinnennetzartiges Bruchmuster mit großformatigen Schollen aus. Aufgrund dieses spezifischen Bruchbildes bietet Sicherheitsglas ESG TVG im Verbundaufbau herausragende mechanische Qualitäten:

• Geometrische Verzahnung: Obgleich Risse die Scheibe durchziehen, greifen die großflächigen Bruchstücke fest ineinander.

• Strukturelle Stabilität: Zudem hält das Glaselement seine Form und klappt nicht schlagartig in sich zusammen.

• Hohe Resttragfähigkeit: Deshalb garantiert TVG den geforderten Insassen- und Passerstellenschutz bei Überkopfverglasungen, Balkonbrüstungen, Vordächern und Fassadenstrukturen.