Thema 14 Glas

• Glas ist ein spröder Werkstoff (plötzliches Versagen, keine Duktilität)

• Wenig Regelwerke zur Bemessung und Konstruktion von Glasbauteilen, dadurch besondere Genehmigungsverfahren (AbZ, AbP, ZiE)

• Zum Nachweis der Tragsicherheit Erfordernis komplexer Berechnungs-verfahren (FEM), Verifizierung durch experimentelle Untersuchungen

• Erste Anwendung rd. 7.000 Jahre v. Chr. In Ägypten, Babylon (Glasur auf Keramiken)

• 650 v. Chr. Erstes schriftlich überliefertes Rezept.

• Hochmittelalter zunehmend als Baustoff für Kirchen und Klöster

• Glashütten lagen meist in waldreichen Gebieten und an Flussläufen.

Mondglasverfahren

Zylinderstreckverfahren

• Fourcault -Verfahren

libbey owens

• Bicheroux -Verfahren

• Erdgasbefeuert

• Fassungsvermögen 2000 Tonnen

• Temperatur ca. 1550 °C

• Durch schmelzen und Läutern entsteht ein homogene Glasmasse

• Das flüssige Glas gelangt auf ein Zinnbad, auf dem sich die Schmelze zu einem Glasband von 3 mm bis zu 12 mm Dicke ausdehnt

• Auf einer Länge von 250 m sinkt die Temperatur des Glases lansam bis auf Raumtemperatur ab.

  
  

• Eine CNC Gesteuerte Schneidbrücke teilt das Glasband in Tafwln und Formen 6,00 m x 3,21

• Am Produktionsende stapeln Vakuumsauger die riesigen Glastafeln auf Gestelle.

• Getränkeflaschen, Lebensmittelgläsern einfachen Trinkgläsern und Flachglas

• Lichtdurchlässig

• glatte, porenfreie Oberfläche

• αT= 9,0 · 10−6K−1

geringe Empfindlichkeit gegen Temperaturwechsel (wegen der geringen Temperaturdehnung)

αT= 4,0 · 10^−6 K^−1

•hohe chemische Beständigkeit

• Trinkgläser, Vasen, Schalen, Aschenbecher oder als Ziergegenstände

• hohe Dichte

• leicht schmelzend

• hohe Lichtbrechung

• Quarz, kristall

• Nah und Fernordnung

• langsames Abkülen

• Quarz, amorph

• Nur Nahordnung

• schnelles abkülen

• Räumliches Netzwerk aus SiO-Tetraedern

• SiO-Bindung sehr stabil

• Unterschiedliche Modifikationen der Struktur von Quarz durch unterschiedl. Abkühlgeschwindigkeit beim Erstarren

• Kein plastische Verformung

• Spröderbruch bei Glas

• Totalversagen eines Glasbauteils

• Duktiles Versagensverhalten bei einem Stahlbauteil

• Die Kerbspannung

• 45 °

• Stärke der atomaren Bindung

• Unregelmäßige Struktur

• Gleiten / Versetzungen

• Um feststellen zu können, ob unter einer Zugspannung s ein Risswachstum zu erwarten ist, muss eine Vergleichsgröße zur Bruchzähigkeit definiert werden.

• Die Vergleichsgröße ist ein Spannungsintensitätsfaktor, welcher vor allem von der anliegenden Zugspannung selbst, aber auch von der Risstiefe und einem Kerbgeometriefaktor f abhängt, der die Charakteristik des Oberflächenschadens berücksichtigt.

Sigma = Spannung

Y = Kerbgeometriefaktor

c = Risslänge

• linear-elastisch, homogen und isotrop

• Bruch durch spröden Trennbruch (kein Plastizieren)

• Theoretische Glas(zug)festigkeit: 5000 –8000 N/mm²

• Strukturelle Defekte (mikroskopische und makroskopische Risse an der Oberfläche)

• Oberflächendefekte => Spannungsspitzen am Kerbgrund => überkritisches Risswachstum

Tatsächliche Kurzzeit(zug)festigkeit: 30 –100 N/mm² (45 N/mm²)

• Spannungskonzentration an der Rissspitze, Risswachstum

• Material Zerstörung der Glasscheibe infolge instabilen Risswachstums im Bereich der Zugzone

• reale Biegezugfestigkeit keine Materialkonstante, sondern sie spiegelt den Schädigungszustand der Oberfläche wieder

• über die Oberflächendefekte kann keine Aussage getroffen werden, d.h. es existiert keine „absolute“ Materialfestigkeit

• je größer die auf Zug beanspruchte Fläche, desto größer die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Oberflächendefekts

• Bruchausgang nicht zwingend an der Stelle der maximalen Hauptzugspannungen

• Einprägung eines parabelförmigen Vorspannprofils über die Glasscheibendicke

• Eigenspannung (inneres Gleichgewicht)

  
  

• Erwärmung der Glasscheibe auf ca. 600°C

• Anschließendes schnelles Abkühlen (Abschrecken) der Glasscheibe

• Biegen der Glasscheibe ist im gleichen Arbeitsschritt möglich

• Überbrückt Mikro und Makrorisse

• ESG (Einscheiben-Sicherheitsglas) = thermisch voll vorgespanntes Glas

• TVG = Teilvorgespanntes Glas

• bleibt über Jahrhunderte erhalten

• Spannungen relaxierenlangsam bei Temperaturen über 200 °C

• ESG (Einscheiben-Sicherheitsglas) = thermisch voll vorgespanntes Glas

• TVG = Teilvorgespanntes Glas

Veredelung durch chemische Vorspannung

• Eintauchen des Glases in geschmolzenes KNO3

• T < 450°C

  • lange Prozesszeiten –24h

• Monoverglasung

  • Floatglas

• Einfachverglasung

  • Verbundglas

• Mehrfachverglasung

  • Isolierglassscheiben

Verbundglas

• Eine oder mehrere Glasscheiben, die über Zwischenschichten miteinander Verbunden sind

Eigenschaften:

• Widerstand gegen Feuer

• Widerstand gegen Stoß

• Verringerung der Sonneneinstrahlung und des Schalldurchgangs

• Zusammenhalten der Bruchstücke

• Begrenzung der Öffnungsgröße

• Gewährleistung der Resttragfähigkeit und

• Verringerung des Risikos von Schnittverletzungen

Gießharzverbund

• Herstellung einer Randabdichtung

• Einfüllen des flüssigen Gießharzes

• Einkomponenten-Harz => Aushärtung über UV-Bestrahlung

• Zweikomponenten-Harz => Aushärtung durch Beimengen von Katalysator

• Vom abgeschlossener gasdichter Scheibenzwischenraum

  • je größer der SZR, desto günstiger das Wärmeschutzverhalten

  • Scheiben können zusätzlich beschichtet werdeen

  • Edelgas im SZR (z.B. Argon)

HYDROLYSE

• Anlagerung von H2O bzw. OH-

• Auflösen des Netzwerks

• Spannungsrisskorrosion und Glaskorrosion

• Wasser (OH-)

• Laugen