2 2 Werkstoff Glas 19

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3 Glas - ein Phönix aus Sand und Asche Älteste Glasfunde reichen bis an das Ende der jüngeren Steinzeit, etwa 7000 v. Chr., zurück. Dennoch weiß heute niemand genau, wann erstmals Glas erzeugt wurde. Die wichtigsten Materialien für die Herstellung von Glas sind Quarzsand, Kalk und Soda, alles natürliche Rohstoffe, die in ausreichenden Mengen verfügbar sind. Bis 1900 wurde Fensterglas ausschließlich im Mundblas- und Gusstischverfahren hergestellt. Nach jahrelangen Versuchen gelang es, Flachglas unmittelbar aus der Wanne zu ziehen. Bahnbrechende Arbeit leistete dabei der Belgier Fourcault. Seit Anfang der 60er Jahre dieses Jahrhunderts werden Fenster- und Spiegelglas überwiegend nach dem Floatverfahren von Pilkington erzeugt. Das Endprodukt heißt Floatglas, ein Glas mit hervorragenden optischen Eigenschaften. Die Besonderheit des Werkstoffs Glas ist, dass es zwar ein fester Stoff, bzgl. seiner Struktur jedoch eine Flüssigkeit ist. Weil sich die Moleküle beim zügigen Abkühlen der Schmelze nicht wieder zu Kristallen ordnen, spricht man bei Glas auch von einer unterkühlten Schmelze Historische Entwicklung des Flachglases 2.2 Der Herstellungsprozess von Floatglas 2.3 Physikalische Eigenschaften von Flachglas 21

4 Historische Entwicklung des Flachglases Die handwerklich geprägten Mundblas- und Gusstischverfahren wurden durch die Tafelglas- und Spiegelglasherstellungsverfahren abgelöst, die bis in die 60er Jahre des 20. Jahrhunderts eingesetzt wurden. Diese Maschinenglasverfahren hatten den Nachteil, dass Verzerrungen und Welligkeiten auftraten. Für die Herstellung höherwertigen Spiegelglases verursachte das notwendige Schleifen und Polieren hohe Mehrkosten. Für beide Verfahren wurden zwar im Laufe der Jahre erhebliche Verbesserungen erreicht, dennoch konnten die Nachteile nicht grundsätzlich beseitigt werden. Um den immer mehr zunehmenden Bedarf an hochwertigem Flachglas in jeder Weise zufriedenstellend decken zu können, mußten neue Wege beschritten werden. Zu Beginn der 50er Jahre fand die englische Firma Pilkington Brothers die industrielle Lösung: das automatische Floatglas- Herstellungsverfahren. Man entwickelte es, auch von Rückschlägen nicht entmutigt, mit Energie und hohem Kapitaleinsatz bis zur Fabrikationsreife im Jahre Diese automatisierte Herstellung vereinte hohe Mengenausbringung, große Scheibenformate und optimale, gleichbleibende Qualität mit einem relativ günstigen Preis. Damit waren die glastechnischen Voraussetzungen geschaffen, um der klassisch modernen Architektur zum Durchbruch zu verhelfen. Die Glasanwendung amortisierte sich - Glas war nunmehr für jedermann erschwinglich. 22

5 2.2 Der Herstellungsprozess von Floatglas Float heißt auf Deutsch soviel wie»obenauf schwimmen oder treiben«, und damit ist auch das eigentliche Prinzip dieses Verfahrens charakterisiert. Beim Floatverfahren bewegt sich ein endloses Glasband aus der Schmelzwanne auf das Zinnbad. Dort schwimmt es auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und breitet sich aus. Der Herstellungsprozess gliedert sich in: Schmelzen des Glasgemenges mit anschließendem Läutern Formgeben des Glases Abkühlen des Glases Schneiden und Abstapeln Das unten stehende Bild zeigt schematisch die Floatglasproduktion im Werk Seingbouse. 2.1 Infolge der Oberflächenspannung der Glasschmelze und der planen Oberfläche des Zinnbades bildet sich auf natürliche Weise ein absolut planparalleles Glasband. Innenlader Schmelzwanne erdgasbefeuert Fassungsvermögen 2000 Tonnen Temperatur ca C Das Float Durch Schmelzen und Läutern entsteht eine homogene Glasmasse. Das flüssige Glas gelangt auf ein Zinnbad, auf dem sich die Schmelze zu einem Glasband von 3 mm bis 12 mm Dicke ausdehnt Kühlkanal Auf einer Länge von 250 m sinkt die Temperatur des Glases langsam bis auf Raumtemperatur ab Schneideanlage Eine CNC-gesteuerte Schneidbrücke teilt das Glasband in Tafeln im Format 6,00 m x 3,21 m Das Floatglas wird auf Glasgestellen, die, voll beladen, 20 Tonnen wiegen, in Spezialtransportern ausgeliefert Kontrolle Rohstoffe 60 % Quarzsand Kalk 20 % j Dolomit Soda sowie Sulfat Scherben j Steuerwarte Hier haben Techniker alle Vorgänge auf dem Schirm Kontinuierliche Online-Überwachung der definierten Qualität Abstapeln Am Produktionsende stapeln Vakuumsauger die riesigen Glastafeln auf Gestelle 23

6 Physikalische Eigenschaften von Flachglas Auszug aus DIN 1249 Teil 10 (Ausgabe 1990) Tabelle 1 Mechanische Eigenschaften (Richtwerte) Richtwerte Eigenschaften Zeichen technisch thermisch Prüfung entspanntes Glas vorgespanntes Glas Dichte r 2, kg/m 3 _ Dichte für Gläser mit Drahtnetzeinlage r 2, kg/m 3 Ritzhärte nach Mohs 5 bis 6 nach DIN EN 101 Knoop-Härtewert HK 0,1/ HK 0,1/20 nach DIN (z. Z. Entwurf) Elastizitätsmodul ermittelt im Biegeversuch (statisch) E stat 7, N/mm 2 7, N/mm 2 nach DIN Teil 1 Poissonzahl m 0,23 Druckfestigkeit s db 700 bis 900 N/mm 2 nach DIN T. 1 1 ) Biegefestigkeit siehe Tabelle 2 1 ) Die Druckfestigkeit ist an mindestens fünf zylindrischen Proben von 10 mm Durchmesser und Höhe mit einer Kraftanstiegsgeschwindigkeit von 3 bis 4 kn/s zu prüfen. Zwischen den Druckplatten und den Proben ist ein Blatt Schreibmaschinenpapier zu legen Biegefestigkeit Als Biegefestigkeit (nach Tabelle 2) wird hier diejenige minimale Biegespannung definiert, die für das Vertrauensniveau 0,95 zu einer Bruchwahrscheinlichkeit von 5 % führt (siehe DIN , Teil 1 und Teil 2 oder DIN , Teil 1). Tabelle 2 Mechanische Eigenschaften, Biegefestigkeit (Mindestwerte) Biegefestigkeit Glaserzeugnisse N/mm 2 1 ) Prüfung min. Spiegelglas 45 DIN R 400 Fensterglas 45 DIN R 400 Gußglas 25 DIN R 400 Profilbauglas 45 B nach DIN Teil 2 Spiegelglas mit Drahtnetzeinlage 25 DIN R 400 Gußglas mit Drahtnetzeinlage 25 DIN R 400 Einscheiben-Sicherheitsglas 120 DIN A Verbund-Sicherheitsglas Für die Biegefestigkeit gelten die Werte der verwendeten Glaserzeugnisse 1 ) Für die Bemessung von Glasscheiben (Ermittlung der Glasdicke) gelten die Anwendungsnormen. Siehe auch Erläuterungen. Anmerkung: Die Biegefestigkeit von Gläsern ist kein Materialkennwert; ihr Messwert wird vielmehr, wie bei allen spröden Werkstoffen, durch die Beschaffenheit der auf Zug beanspruchten Oberfläche beeinflußt. Mikroskopische oder makroskopische Oberflächenverletzungen mindern den Messwert der Biegefestigkeit. Daraus folgt, dass der Begriff Biegefestigkeit nur statistisch über einen zulässigen Wert der Bruchwahrscheinlichkeit definiert werden kann. Bei vorgegebener Spannung hängt die Bruchwahrscheinlichkeit von der Größe der auf Zug beanspruchten Oberfläche und der Dauer der Beanspruchung ab. Die Definition der Biegefestigkeit bedeutet, dass diejenigen Biegespannungen, die zu einer Bruchwahrscheinlichkeit von 5 % führen, mit einer statistischen Sicherheit von 95 % größer sind als die in Tabelle 2 angegebenen Werte. 24

7 Thermische Eigenschaften Tabelle 3 Thermische Eigenschaften (Richtwerte) 2.3 Eigenschaften Zeichen Richtwerte Prüfung Längenausdehnungskoeffizient Bereich: 20 C bis 300 C a (20 C; 300 C) K -1 nach DIN Spezifische Wärmekapazität (siehe DIN 4701 Teil 1 und Teil 2 c 800 J(kg K) Wärmeleitfähigkeit 1 ) l 0,8 W/(m K) nach DIN oder nach DIN Teil 1 Transformationstemperatur t g 520 C bis 550 C nach DIN Maximale Gebrauchstemperatur Dauernd 200 C für thermisch vorgespannte Gläser u max Kurzzeitig 300 C Beständigkeit gegen Temperaturdifferenzen über die Scheibenfläche 2 ): für technisch entspannte Gläser Du 40 K für thermisch vorgespannte Gläser Du 150 K 1 ) Für Nachweise im Bauwesen gelten die Normen der Reihe DIN ) Diese Zahlenwerte resultieren aus praktischen Erfahrungen. Ein allgemein anerkanntes, praxisgerechtes Prüfverfahren ist zur Zeit nicht bekannt. Transmissionsgrad Lichttransmissionsgrad t und Strahlungstransmissionsgrad t e für nicht eingefärbte Gläser mit planparallelen Oberflächen ohne Drahtnetzeinlage. Tabelle 5 Mindestwerte für nahezu senkrechte Einstrahlung nach DIN , Lichtart D 65 bzw. Globalstrahlung, für Gläser mit planparallelen Oberflächen Licht- Strahlungs- Nenndicken transmissionsgrad transmissionsgrad mm t t e min. min. 3 0,88 0,83 4 0,87 0,80 5 0,86 0,77 6 0,85 0,75 8 0,83 0, ,81 0, ,79 0, ,76 0, ,72 0,48 25

8 2.3 Auszug aus DIN EN 572 Teil 1: 1995 Tabelle 1: Allgemeine Eigenschaften Tabelle 2: Mindestwerte des Lichttransmissionsgrades für die Bezeichnung eines durchsichtigen Glaserzeugnisses als klares Glas. 26