DE10051028C2 - Use of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramics for security-related facilities and safe components - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik für sicherheitstechnische Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3. Die Erfindung bezieht sich auch auf Tresorbauteile, in denen dieses faserverstärkte Material eingesetzt ist, gemäß den Ansprüchen 15, 16 und 18.The invention relates to the use of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic for safety devices according to claims 1 to 3. Die Invention also relates to safe components in which this is fiber reinforced Material is used, according to claims 15, 16 and 18.

In der Sicherheitstechnik, insbesondere im Tresorbau, ist es eine ausschlaggebende Eigenschaft der eingesetzten Bauteile und Werkstoffe, daß ihr Widerstand gegen gewaltsamen Ein- oder Aufbruch eines zu sichernden Gegenstandes möglichst groß ist.In security technology, especially in vault construction, it is one decisive property of the components and materials used that their resistance to violent break-ins or break-ins Object is as large as possible.

Ein Tresor muß Angriffen durch Schlag- und Stoßbeanspruchung, Bohren oder Schlagbohren, Trennschleifen sowie Angriffen durch Schweißbrenner mit Gas oder Sauerstoffflammen widerstehen. Zur Einordnung in eine bestimmte Sicherheitsklasse muß dieser einer definierten Belastung aus dem oben genannten Lastkollektiv eine festgelegte Zeit standhalten. Es muß also die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und thermische Angriffe in ausreichender bzw. definierter Weise sichergestellt werden.A safe must be attacked by impact and shock, drilling or Impact drilling, cut-offs and attacks by gas welding torches or resist oxygen flames. For classification in a certain Security class must have a defined load from the above withstand the specified load spectrum for a specified time. So it has to be Resistance to mechanical and thermal attacks in be ensured in a sufficient or defined manner.

Um die Sicherheitsklasse eines Tresors zu verbessern, werden bisher konstruktive oder werkstofftechnische Maßnahmen herangezogen. Diese resultieren unter anderem daraus, daß ein Standardtresor aus Stahlblech und Beton an sensiblen Stellen - z. B. Schloß und Schließmechanismus sowie unverbauten Flächen - durch widerstandsfähigeres Material verstärkt wird bzw. daß in den Beton hitzedämmende und/oder mechanisch stabile Materialien eingebracht werden.To improve the security class of a safe, so far constructive or material-related measures are used. This  result among other things from the fact that a standard safe made of sheet steel and Concrete in sensitive areas - e.g. B. lock and locking mechanism as well unobstructed surfaces - reinforced by more resistant material or that in the concrete heat-insulating and / or mechanically stable materials be introduced.

Es ist daher bekannt, dem Beton Zuschläge aus Stahlfasern, -streifen, -granulat oder -blechen und/oder grobkörnigen mineralischen Stoffen wie Kies oder Keramiken beizumengen. Diese erschweren die Bearbeitung eines solchen Betons sowohl mit Werkzeugen der Metall- als auch durch Steinverarbeitung. Außerdem ist das Befüllen von gezielt eingebrachten Hohlräumen mit Stahlkugeln bekannt, die den Eingriff von Kernbohrungen durch Verkanten zumindest behindern.It is therefore known to add to the concrete from steel fibers, strips, granules or sheets and / or coarse-grained mineral substances such as gravel or Mix ceramics. These complicate the processing of such Concrete with both metal and stone processing tools. In addition, the filling of deliberately created cavities with Steel balls are known which cause the engagement of core holes by tilting at least hinder.

Alle bekannten Zuschlag- oder Verstärkungsmaterialien haben jedoch einen oder mehrere spezifische Nachteile.However, all known aggregate or reinforcement materials have one or several specific disadvantages.

Reiner Beton und reine Keramik unterliegen einem hohen Verschleiß und versagen durch deren geringe mechanische Stoß- und Schlagbelastbarkeit. Massive, monolithische Keramik und Betone neigen damit zu Sprödbruch, insbesondere bei Stoß- und Schlagbeanspruchung, aber auch bei langsam aufgebrachter Spannung wie durch Verschraubung oder Verspannung. Die geringe Temperaturwechselbeständigkeit ist ein weiterer Faktor, der sich bei thermischen Angriffen negativ auswirken kann.Pure concrete and pure ceramic are subject to high wear and tear fail due to their low mechanical impact and impact resistance. Massive, monolithic ceramics and concretes tend to brittle, especially with impact and impact loads, but also with slow applied tension such as by screwing or bracing. The Low resistance to temperature changes is another factor that affects thermal attacks can have a negative impact.

Metalle und Legierungen besitzen in noch größerem Maße als Betone ein hohes spezifisches Gewicht. In der Regel können diese mit einfachen Werkzeugen und Verfahren der Metallbearbeitung (Bohren, Fräsen, Trennschleifen) zerstört werden. Durch thermischen Angriff (Schweißbrenner) können beide Materialklassen durch geeignete Auswahl von Brenngasen (Erdgas, Acetylen, Sauerstoff, Wasserstoff) einfach angegriffen und zerstört werden. Metals and alloys have a higher degree than concrete specific weight. Typically, these can be done with simple tools and methods of metalworking (drilling, milling, cutting) destroyed become. Both can be done by thermal attack (welding torch) Material classes through suitable selection of fuel gases (natural gas, acetylene, Oxygen, hydrogen) can easily be attacked and destroyed.  

Eine entsprechende Standfestigkeit durch Kombination der genannten Materialien zur Erreichung einer bestimmten Sicherheitsklasse kann unter Umständen nur durch große Wandstärken und damit hohes Gewicht erreicht werden. Hierbei gehen nicht zuletzt hoher Materialeinsatz und entsprechende Kosten einher.Appropriate stability by combining the materials mentioned To achieve a certain security class can only can be achieved through large wall thicknesses and thus high weight. in this connection last but not least, high material consumption and corresponding costs go hand in hand.

Die DE 694 10 075 T2 beschreibt die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik durch Wickeln. Diese Werkstoffe werden für Anwendungen im Gebiet der Luft- und Raumfahrt dort eingesetzt, wo eine hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit in bezug auf mechanische Beanspruchung gefordert wird.DE 694 10 075 T2 describes the production of composite materials fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic by winding. This Materials are used there for aerospace applications used where high temperature resistance and durability in relation to mechanical stress is required.

Die DE 39 13 389 A1 betrifft ein einbruchhemmendes Material, das durch Bohren, Beschuß oder Handfeuerwaffen nicht zerstört werden kann. Das Material besteht aus einem ersten Grundelement aus Glaspulver mit Natron-Wasserglas, das mit einem zweiten Grundelement aus Metall, Keramik, Mineralfasern oder Kunststoffen vermischt wird. Die Mischung wird in Hohlräume gegossen und ausgehärtet.DE 39 13 389 A1 relates to a burglar-resistant material Drilling, shelling or small arms cannot be destroyed. The material consists of a first basic element made of glass powder with soda water glass, that with a second basic element made of metal, ceramic, mineral fibers or Plastics is mixed. The mixture is poured into cavities and hardened.

Die DE 44 22 514 C1 betrifft ein Wandelement für Sicherheitseinrichtungen, in dem in einem Zwischenraum Wälzkörper beweglich angeordnet sind, um auf diese Weise die Sicherheit gegen einen Bohrangriff zu verbessern.DE 44 22 514 C1 relates to a wall element for safety devices, in which are arranged movably in an intermediate space, on this way to improve security against a drilling attack.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Werkstoff, insbesondere als Zuschlags- oder Verstärkungsmaterial, für den Tresorbau und im allgemeinen für sicherheitstechnische Einrichtungen, wie zum Beispiel Türen, Schließfächer oder Bankautomaten zu finden, der mechanisch stabil ist, eine gute Temperaturbeständigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit gegen mechanische und thermische Angriffe und eine schlechte Bearbeitbarkeit mit herkömmlichen Methoden der Metall- bzw. Stein- und Keramikbearbeitung aufweist. Darüber hinaus soll dieser Werkstoff, gegebenenfalls leichtere Sicherheitsstrukturen ermöglichen.The object of the invention is to provide a material, in particular as Supplementary or reinforcement material, for building safes and in general for security equipment such as doors, lockers or Find ATMs that are mechanically stable, a good one Temperature resistance, high wear resistance against mechanical and thermal attacks and poor workability with conventional ones  Has methods of metal or stone and ceramic processing. About that In addition, this material, possibly lighter security structures enable.

Diese Aufgabe wird gemäß einer Ausführungsform durch die Verwendung von faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik in Form von Platten, die in den Beton eingegossen werden, gelöst.According to one embodiment, this object is achieved by using fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic in the form of plates that are poured into the concrete are solved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Aufgabe durch die Verwendung von faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik als Werkstoff für sicherheitstechnische Einrichtungen in Form von Granulat, das in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% Beton beigemischt wird. Da der Beton als Bindemittel wirkt, sind größere Mengen als 50 Gew.-% im Beton nicht sinnvoll, weil andernfalls das Gesamtmaterial zu spröde werden würde.According to a further embodiment, the object is achieved through the use of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic as a material for safety devices in the form of granules in a lot from 10 to 50% by weight of concrete is added. Because the concrete as a binder quantities greater than 50% by weight in the concrete are not useful because otherwise the entire material would become too brittle.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Verbundwerkstoffe in vielen Anwendungen im Bereich der Sicherheitstechnik herkömmliche Materialien ersetzen können und diesen in vielen Eigenschaften überlegen sind. Darüber hinaus können herkömmliche Bauformen von zum Beispiel Tresoren oder Schließfächern durch den Einbau dieser Verbundwerkstoffe verbessert werden. Surprisingly, it has been shown that these composite materials in many Applications in the field of security technology conventional materials can replace and are superior in many properties. About that In addition, conventional designs of, for example, safes or Lockers can be improved by installing these composite materials.  

Eine andere Verwendung sieht vor, das faserverstärkte Glas oder die faserverstärkte Glaskeramik in Form von Granulat als lockere Füllmasse von Hohlräumen einzusetzen, die in Tresoren an beliebigen Stellen eingebracht werden können. Der Durchmesser dieser Granulate liegt vorzugsweise im mm- bis cm-Bereich.Another use provides for the fiber-reinforced glass or the fiber-reinforced Glass ceramic in the form of granules as a loose filling material for cavities to be used, which can be placed anywhere in the safe. The diameter of these granules is preferably in the mm to cm range.

Der Vorteil dieser Verwendung besteht darin, daß sich insbesondere Kronenbohrer sehr schnell in diesem Granulat festfressen. Das Festfressen wird unter anderem auch dadurch begünstigt, daß das Granulat in dem Hohlraum an der Bohrstelle nachrutschen kann, wenn ein Teil des Granulats zerstört ist.The advantage of this use is that in particular Crown drill bits seize very quickly in this granulate. The seizure will among other things also favored that the granules in the cavity the drilling site can slip if part of the granulate is destroyed.

Eine besondere Verwendung ist für Tresortüren und/oder Tresorwände, Schließfachtüren und/oder -wände sowie Bankautomatenwände gegeben.A special use is for safe doors and / or safe walls, Locker doors and / or walls and ATM walls.

Vorzugsweise wird ein Glas oder eine Glaskeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α < 5.10^-6 l/K verwendet.A glass or a glass ceramic with a coefficient of thermal expansion α <5.10 ^-6 l / K is preferably used.

Vorzugsweise besteht das Matrixmaterial des Werkstoffes aus Borosilikatglas, Aluminosilikatglas, Natron-Kalk-Glas oder hoch SiO₂-haltigem Glas.The matrix material of the material preferably consists of borosilicate glass, aluminosilicate glass, soda-lime glass or high SiO ₂ -containing glass.

Als besonders geeignete Matrixgläser haben sich Borosilikatgläser erwiesen, deren bekannteste Vertreter unter den Bezeichnungen Duran® oder Pyrex® im Handel sind. Diese Gläser haben eine Zusammensetzung (in Gew.-%) von etwa 70-80 SiO₂, 7-13 B₂O₃, 4-8 Alkalioxid und 2-7 Al₂O₃ und ein T_g von etwa 500-600°C.Borosilicate glasses, whose best-known representatives are commercially available under the names Duran® or Pyrex®, have proven to be particularly suitable matrix glasses. These glasses have a composition (in% by weight) of about 70-80 SiO ₂ , 7-13 B ₂ O ₃ , 4-8 alkali oxide and 2-7 Al ₂ O ₃ and a T _g of about 500-600 ° C.

Für noch höhere Temperaturbelastungen bieten sich hochtemperaturbeständige Gläser an, wie sie z. B. in der Elektrotechnik oder im Lampenbau Verwendung finden, insbesondere die alkalifreien oder alkaliarmen Aluminosilikat- oder Aluminophosphosilikatgkäser, z. B. der Zusammensetzung (in Gew.-%) von etwa 50-55 SiO₂, 20-25 Al₂O₃, 10-20 Erdalkalioxide, 5-10 P₂O₅, 0-5 B₂O₃, 0-0.5 Alkalioxide oder der Zusammensetzung 50-55 SiO₂, 8-12 B₂O₃, 10-20 Erdalkalioxide, 20-25 Al₂O₃. Diese Gläser besitzen ein T_g von etwa 650-­ 780°C.For even higher temperature loads, high-temperature-resistant glasses, such as those found in B. in electrical engineering or lamp construction, in particular the alkali-free or low-alkali aluminosilicate or aluminophosphosilicate cheese, e.g. B. the composition (in% by weight) of about 50-55 SiO ₂ , 20-25 Al ₂ O ₃ , 10-20 alkaline earth oxides, 5-10 P ₂ O ₅ , 0-5 B ₂ O ₃ , 0- 0.5 alkali oxides or the composition 50-55 SiO ₂ , 8-12 B ₂ O ₃ , 10-20 alkaline earth oxides, 20-25 Al ₂ O ₃ . These glasses have a T _g of about 650-780 ° C.

Wenn eine faserverstärkte Glaskeramik verwendet wird, so besteht die Matrix dieses Werkstoffes vorzugsweise aus dem System Li₂O Al₂O₃-SiO₂, MgO- Al₂O₃-SiO₂ oder CaO-Al₂O₃-SiO₂ Glaskeramik und ihre Herstellung durch gesteuerte Kristallisation sind dem Fachmann seit Jahrzehnten bekannt und in zahlreichen Veröffentlichungen z. B. W. Vogel, Glaschemie, Springer Verlag, Berlin 1992, Seiten 319-410, beschrieben.If a fiber-reinforced glass ceramic is used, the matrix of this material preferably consists of the system Li ₂ O Al ₂ O ₃ -SiO ₂ , MgO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ or CaO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ glass ceramic and their Production by controlled crystallization have been known to the person skilled in the art for decades and have been published in numerous publications e.g. BW Vogel, Glaschemie, Springer Verlag, Berlin 1992, pages 319-410.

Als Verstärkungsfasern werden vorzugsweise solche verwendet, die Kohlenstofffasern, Siliziumcarbidfasern, Fasern aus Si₃N₄, Al₂O₃, ZrO₂, TiC, WC, Material des Sialon Typs (Si, Al, O, N) oder Mullit als Hauptkomponenten aufweisen und gegenbenenfalls mit Zusätzen von Oxiden der Elemente Si, Ti, Zr oder Al versehen sind.The reinforcing fibers used are preferably those which have carbon fibers, silicon carbide fibers, fibers made of Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiC, WC, material of the sialon type (Si, Al, O, N) or mullite as main components and optionally with additions of oxides of the elements Si, Ti, Zr or Al.

Die im Kompositwerkstoff eingebauten Fasern können in vielfältiger Weise variiert werden und zwar nicht nur im Hinblick auf die chemische Zusammensetzung, sondern auch im Hinblick auf das Mikrogefüge sowie die äußere Geometrie. Das Mikrogefüge der Fasern bestimmt (bei gleicher chemischer Zusammensetzung) die physikalischen Eigenschaften. So gibt es z. B. bei C-Fasern spezielle Hochmodul- und Hochfestfasern, deren unterschiedlicher Graphitisierungsgrad das tribologische und thermische Verhalten beeinflußt. Somit besteht bei Verwendung der gleichen Verstärkungsfasern in begrenztem Umfang eine Variationsmöglichkeit aufgrund derer das Verbundmaterial auf die gewünschten Eigenschaften hin optimiert werden kann. The fibers built into the composite material can be used in many different ways can be varied and not only with regard to the chemical Composition, but also with regard to the microstructure as well as the outer geometry. The microstructure of the fibers determines (with the same chemical composition) the physical properties. So there is z. B. with C fibers special high modulus and high strength fibers, the different degree of graphitization the tribological and thermal Behavior influenced. Thus, when using the same Reinforcing fibers to a limited extent due to a possibility which optimizes the composite material for the desired properties can be.  

Besonders vielfältige Variationsmöglichkeiten bietet die Geometrie (Form und Abmessungen) der Verstärkungsfasern und die Anordnung der Fasern im Komposit. So können die Gläser und Glaskeramiken mit Whiskern, Langfasern oder Endlosfasern verstärkt werden. Weitere Möglichkeiten bestehen in der Verwendung von Fasermatten, Fasergeweben sowie in der Verwendung von Faserfilz. Darüberhinaus kann der Faserverlauf im Werkstoff der Geometrie des aus dem Werkstoff hergestellten Bauteils angepaßt werden, indem z. B. durch Wickeln zirkuläre oder anders geformte Ringstrukturen oder ringförmige Bauteile erzeugt werden.Geometry (shape and Dimensions) of the reinforcing fibers and the arrangement of the fibers in the Composite. So the glasses and glass ceramics with whiskers, long fibers or continuous fibers are reinforced. Other options exist in the Use of fiber mats, fiber fabrics and in the use of Fiber felt. In addition, the fiber course in the material of the geometry the component made of the material can be adjusted by z. B. by winding circular or otherwise shaped ring structures or ring-shaped Components are generated.

Whisker und Kurzfasern (bis ca. 5 mm Faserlänge) sind meist isotrop im Komposit verteilt, was zu isotropen Eigenschaften führt. Sie können aber auch, z. B. durch Stangpressen bei erhöhter Temperatur partiell ausgerichtet werden. Lang- und Endlosfasern sind zumindest in größeren Partien des Kompositwerkstoffs parallel angeordnet, was eine erhebliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs in dieser Richtung, aber kaum eine Verbesserung senkrecht dazu bewirkt. Jedoch kann auch bei Verwendung von Lang- und Endlosfasern durch einen Laminataufbau, bei dem die Fasern winklig zueinander angeordnet sind, eine weitgehende isotrope Ausrichtung, zumindest bezüglich einer Ebene, erreicht werden.Whiskers and short fibers (up to approx. 5 mm fiber length) are mostly isotropic Composite distributed, which leads to isotropic properties. But you can also z. B. partially aligned by extrusion at elevated temperature. Long and continuous fibers are, at least in larger parts of the Composite material arranged in parallel, which is a significant improvement in mechanical properties of the material in this direction, but hardly an improvement perpendicular to it. However, even when used of long and continuous fibers through a laminate structure in which the fibers are arranged at an angle to each other, a largely isotropic alignment, at least with respect to one level.

Die Herstellung von faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik wird beispielsweise in der DE 37 31 650 C2 beschrieben.The production of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic is described for example in DE 37 31 650 C2.

Generell ist die Kompositherstellung und -formgebung mit Lang- oder Endlosfasern schwieriger als mit Whiskern und Kurzfasern, sie ermöglicht aber dafür die Erzielung von besonders guten mechanischen Werten in Vorzugsrichtungen. Durch die richtige Wahl der Faserarchitektur können Bauteile entwickelt waren, die an die zu erwartende Belastung angepaßt sind. Wie die Faserarchitektur bei faserverstärkten Bauteilen gestaltet werden muß, ist dem Fachmann, z. B. von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, bekannt. In general, the composite production and shaping with long or Continuous fibers are more difficult than with whiskers and short fibers, but they make it possible for achieving particularly good mechanical values in Preferred directions. By choosing the right fiber architecture you can Components were developed that are adapted to the expected load. How the fiber architecture must be designed for fiber-reinforced components is the expert, for. B. of fiber-reinforced plastic components, known.  

Die Verwendung von Faserfilz und Fasergewebe führt zu Kompositwerkstoffen, die zwar im Vergleich zu Lang- oder Endlosfaserkompositwerkstoffen nur mittelmäßige Fertigkeitswerte aufweisen, die aber dafür mit kostengünstigen Techniken produziert werden können. So können Gewebe und Filz beispielsweise auch mit Glasschmelzen oder mit Sol- Gel-Lösungen, die durch eine anschließende Wärmebehandlung in Glas oder Glaskeramik ungewandelt werden können, infiltriert werden.The use of fiber felt and fiber fabric leads to Composite materials that are compared to long or Continuous fiber composite materials only have mediocre skill values, but which can be produced using inexpensive techniques. So For example, fabrics and felt can also be melted with glass or Gel solutions by a subsequent heat treatment in glass or Glass ceramics can be converted, infiltrated.

Wie die Werkstoffe für den speziellen Einsatzzweck hergestellt werden, d. h. ob mit Whiskern, Endlos-, Lang-, Kurzfasern, Gewebe, Filz usw. richtet sich nach den physikalischen und technischen Anforderungen, also etwa danach, ob bestimmte Eigenschaften isotrop oder anisotrop eingestellt werden sollen und selbstverständlich nach den bei der Herstellung des Werkstoffes auftretenden Kosten, die den Preis des Werkstoffs und damit seine Wirtschaftlichkeit bestimmen.How the materials are made for the specific application, d. H. whether with whiskers, continuous, long, short fibers, fabric, felt, etc. according to the physical and technical requirements, i.e. whether certain properties are to be set isotropically or anisotropically and of course according to those that occur in the manufacture of the material Costs reflecting the price of the material and therefore its economy determine.

Vorzugsweise enthält der Werkstoff außer den Verstärkungsfasern noch metallische und/oder keramische Zuschläge. Als keramische Zuschläge kommen insbesondere SiC, Al₂O₃ und/oder ZrO₂ in Betracht.In addition to the reinforcing fibers, the material preferably also contains metallic and / or ceramic additives. Particularly suitable ceramic additives are SiC, Al ₂ O ₃ and / or ZrO ₂ .

Als nichtmetallischer Zuschlag kann Kohlenstoff zum Einsatz kommen.Carbon can be used as a non-metallic additive.

Vorzugsweise werden die Zuschläge in Pulverform verwendet, wobei die Verwendung von Fasern oder Granalien ebenfalls möglich ist.The additives are preferably used in powder form, the Use of fibers or granules is also possible.

Um aber innere Spannungen möglichst zu reduzieren bzw. ganz zu vermeiden, ist es bei grobkörnigen Zuschlägen sinnvoll, eine gewisse Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten anzustreben. Da insbesondere Metall in der Regel hohe Ausdehnungskoeffizienten besitzt, scheint der Einsatz von Gläsern und Glaskeramiken vorteilhaft deren Wärmedehnung größer 5 ppm/K ist. Beim Einsatz feinkörniger metallischer Pulver erwies sich bemerkenswerterweise, daß auch große Unterschiede in thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Verbund toleriert und mechanisch stabile Komposite hergestellt werden können.However, in order to reduce or avoid internal tensions as much as possible, with coarse-grained supplements, it makes sense to adjust the to strive for thermal expansion coefficients. Since metal in particular generally has high expansion coefficients, the use of Glasses and glass ceramics advantageously have thermal expansion greater than 5 ppm / K is. When using fine-grained metallic powders it turned out  remarkably that there are also large differences in thermal Expansion coefficients tolerated in the composite and mechanically stable Composites can be made.

Der Tg-Wert des Glases bestimmt zumindest prinzipiell die grob angestrebte Einsatztemperatur des Komposits, d. h. es sollte kein Glas mit zu niedriger Glasübergangstemperatur gewählt werden, um insbesondere thermischen Angriffen mit Schweißbrennern entsprechenden Widerstand entgegenzusetzen.The Tg value of the glass determines, at least in principle, the roughly aimed Operating temperature of the composite, d. H. there shouldn't be a glass with too low Glass transition temperature can be chosen to be particularly thermal Resist attacks with welding torches.

Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß die oben benannten Verbundwerkstoffe auch bei Temperaturen mit Erfolg eingesetzt werden können, die deutlich den Tg-Wert der Glasmatrix überschreiten. Ein Beispiel dafür sind Komposite mit einer Matrix aus dem Borosilikatglas Duran® (Tg: ca. 530°C), die auch bei Beaufschlagung mit Schweißbrennern (Acetylen, Sauerstoff) beträchtliches Widerstandsvermögen zeigen, da durch viskoses Nachfließen der Glasmatrixschmelze eingebrannte Spuren wieder aufgefüllt werden und v. a. durch die metalischen Zuschläge die Wärmeleitfähigkeit gegenüber Glas so gesteigert ist, daß die eingebrachte thermische Energie schnell abgeführt werden kann.Surprisingly, it has been shown that the above mentioned Composites can also be used successfully at temperatures which clearly exceed the Tg value of the glass matrix. An example composites with a matrix made of borosilicate glass Duran® (Tg: approx. 530 ° C), which can also be applied to welding torches (acetylene, Oxygen) show considerable resistance because of viscous After the glass matrix melt, burned-in traces are replenished become and v. a. through the metallic additions the thermal conductivity compared to glass is increased so that the thermal energy introduced can be dissipated quickly.

Im Matrixwerkstoff werden vorzugsweise metallische und/oder keramische Zuschläge und/oder Verstärkungsfasern in einer Gesamtmenge von 10-80 Gew.-% eingelagert, wobei der Anteil der Zuschläge 0 bis 60 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge beträgt.Metallic and / or ceramic are preferably used in the matrix material Aggregates and / or reinforcing fibers in a total amount of 10-80% by weight stored, with the proportion of the supplements related to 0 to 60% by weight on the total amount.

Als Metall können Stahl, Eisen, Nichteisenmetalle oder Legierungen verwendet werden.Steel, iron, non-ferrous metals or alloys can be used as the metal become.

Als metallischer Zuschlag hat sich Eisen in Pulverform bewährt. Vor allem die Bearbeitbarkeit mit Werkzeugen der Metall- oder Keramikverarbeitung und damit der mechanische Angriff wird hierduch drastisch eingeschränkt. Iron in powder form has proven itself as a metallic aggregate. Especially the Machinability with tools of metal or ceramic processing and this drastically limits the mechanical attack.  

Weiterhin eignen sich in ähnlicher Weise hochwarmfeste Stähle und auch Nichteisenmetalle in Pulver- oder Faserform, die die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffes steigern (z. B. Cu).Furthermore, high-temperature steels are also suitable in a similar way Non-ferrous metals in powder or fiber form, which increase the thermal conductivity of the Increase composite material (e.g. Cu).

Dieses Material hat den Vorteil, daß sowohl Metallbohrer an den Verstärkungsfasern und Diamantbohrer an den Metallbestandteilen scheitern. Ein Angriff mittels Sauerstofflanzen wird dadurch behindert, daß insbesondere bei der Verwendung von Kohlenstofffasern sehr viel Sauerstoff verbraucht wird, der in der Regel bei Einbrüchen nicht zur Verfügung steht.This material has the advantage that both metal drills on the Reinforcing fibers and diamond drills fail due to the metal components. An attack by means of oxygen lances is hindered by the fact that in particular consumes a lot of oxygen when using carbon fibers which is usually not available in the event of a break-in.

Generell können durch gezielte Wahl von Glas, Metall und Faser Komposite auf den vorgesehenen Einsatzzweck hin maßgeschneidert werden. Viele physikalische Eigenschaften wie thermische Ausdehnung, Wärmeleitung, Kriechverhalten bei thermischer Belastung, tribologisches Verhalten usw. sind in weiten Grenzen variierbar und einstellbar.In general, through the targeted choice of glass, metal and fiber composites can be tailored to the intended purpose. Lots physical properties such as thermal expansion, heat conduction, Creep behavior under thermal load, tribological behavior, etc. can be varied and adjusted within wide limits.

Die oben benannten z. T. faserverstärkten Werkstoffe können zur Anfertigung kompletter Auskleidungen von z. B. Schließfächern oder zum gezielten verbesserten Schutz besonders sicherheitsrelevanter Tresorteile dienen, aber auch als Zuschlag in Granulat- oder Plattenform herkömmlichen (Stahl)-beton weiter widerstandsfähig gegen mechanischen Angriff (schlechte Bearbeitbarkeit des Kompositmaterials) und thermischen Angriff ("Selbstheilung" durch viskoses Fließen, Oxidation) machen.The above z. T. fiber-reinforced materials can be made complete linings of e.g. B. lockers or targeted serve better protection of particularly security-relevant safe parts, however also as aggregate in granulate or slab form conventional (steel) concrete further resistant to mechanical attack (poor machinability of the composite material) and thermal attack ("self-healing" by viscous flow, oxidation).

Tresorbauteile, insbesondere Tresortüren oder Tresorwände, die einen Betonkern aufweisen, können mit diesem faserverstärkten Glas oder faserverstärkter Glaskeramik verstärkt werden, wobei vorzugsweise Platten oder Granulat verwendet wird.Safe components, especially safe doors or safe walls, some Have concrete core, with this fiber reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic are reinforced, preferably plates or granulate is used.

Die Platten können in mindestens zwei Lagen und versetzt zueinander angeordnet werden, wobei insbesondere sensible Bereiche, das heißt der Schloßbereich mit diesen Platten bestückt werden kann. Granulat wird gleichmäßig im Beton verteilt oder zum Auffüllen der Hohlräume im Betonkern verwendet.The plates can be in at least two layers and offset from one another can be arranged, in particular sensitive areas, that is  Lock area can be equipped with these plates. Granules evenly distributed in the concrete or to fill up the voids in the Concrete core used.

Es ist dadurch möglich, Tresore um mindestens eine Sicherheitsstufe zu verbessern.This makes it possible to lock safes by at least one security level improve.

Es wurden Verbundkörper (Tab. 1; 1-12) hergestellt und bezüglich Schweißbrennerangriffs (Acetylen und Sauerstoff), Schlagbeanspruchung und Bearbeitbarkeit mit Metall- und Keramikwerkzeugen (Bohren, Trennschleifen) mit herkömmlich eingesetzten Werkstoffen verglichen.Composite bodies (Tab. 1; 1-12) were produced and related Welding torch attack (acetylene and oxygen), impact stress and Machinability with metal and ceramic tools (drilling, cut-off grinding) compared to conventionally used materials.

Hierbei bedeuten St 37 Baustahl mit der Werkstoffnummer 1.0037, NCD 3 Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4841 und Glas 8252 ein Aluminosilikatglas. In dieser Tabelle bedeuten + + und + eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen die eingesetzten Angriffe. Entsprechend bedeuten - und - jeweils schlechte Widerstandsfähigkeiten.St 37 means structural steel with material number 1.0037, NCD 3 Steel with material number 1.4841 and glass 8252 an aluminosilicate glass. In this table, + + and + mean very good resistance against the attacks used. Correspondingly mean - and - each poor resilience.

Die Beispiele 1 und 2 zeigen die metalltypischen Eigenschaften bezüglich hoher Schlagbelastbarkeit, guter Bearbeitbarkeit mit Metallwerkzeugen und die "Nichtbearbeitbarkeit" mit Werkzeugen der Glas- oder Keramikbearbeitung.Examples 1 and 2 show the typical metal properties with respect high impact resistance, good workability with metal tools and the "Non-machinability" with tools of glass or ceramic processing.

Die Beispiele 3 und 4 zeigen die Eigenschaften von Glas auf, die in geringer Schlagbelastbarkeit wegen Sprödbruchneigung, guter Bearbeitbarkeit mit Werkzeugen der Glas- oder Keramikbearbeitung und "Nichtbearbeitbarkeit" mit Werkzeugen der Metallverarbeitung bestehen.Examples 3 and 4 show the properties of glass, which are lower Impact resilience due to tendency to brittle fracture, good workability with Tools of glass or ceramic processing and "non-workability" with tools of metal processing.

Die Versuche 5 bis 8 belegen, daß durch Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus gesinterten oder aufgeschmolzenen Glaspulvern mit eingelagerten metallischen Partikeln die Schlagbelastbarkeit nicht maßgeblich verbessert wird. Jedoch wird die Bearbeitbarkeit der Verbundwerkstoffe sowohl mit Werkzeugen der Metall- als auch der Keramik/Glasbearbeitung deutlich verschlechtert bzw. gegenüber den oben genannten Einzeleigenschaften der benannten Werkstoffe erschwert. Zusätzlich wird die Standzeit gegen thermischen Angriff mit Sauerstoff/Acetylen bis zu einem Faktor < 20 gegenüber dem Beispiel 1 gesteigert.Experiments 5 to 8 prove that by producing a composite material from sintered or melted glass powders with embedded metallic particles do not significantly improve the impact resistance becomes. However, the machinability of the composite materials is both with  Tools of metal as well as ceramic / glass processing clearly deteriorated or compared to the above-mentioned individual properties of named materials difficult. In addition, the service life is counter thermal attack with oxygen / acetylene up to a factor <20 increased compared to Example 1.

Die erfindungsgemäßen Beispiele 9 bis 12 zeigen, daß durch Einlagerung von Fasern aus C oder SiC in den Verbundwerkstoff auch die Schlagbelastbarkeit deutlich verbessert werden kann. Dies geht in den Versuchen 10 bis 12 zu Lasten der erschwerten Bearbeitbarkeit. Der Versuch 9 zeigt diesbezüglich eine Erhöhung der Schlagbelastbarkeit nur in geringem Umfang, behält jedoch die deutlich erschwerte Bearbeitung und thermische Standfestigkeit bei.Examples 9 to 12 according to the invention show that by incorporating C or SiC fibers in the composite material also impact resistance can be significantly improved. This is the case in experiments 10 to 12 Burdens of difficult workability. Experiment 9 shows one in this regard The impact strength increases only to a small extent, but retains that significantly more difficult machining and thermal stability.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffen die sicherheitstechnisch relevanten Eigenschaften verbessert werden können. Dies gilt insbesondere dann, wenn verschiedene Varianten der benannten Werkstoffklasse gegebenenfalls auch mit schon bekannten Werkstoffen der Sicherheitstechnik z. B. zu einer Sandwichstruktur kombiniert werden. In summary, it should be noted that with the invention Composites the safety-relevant properties can be improved. This is especially true when different Variants of the named material class may also be included known materials for security technology such. B. a sandwich structure be combined.  

Beispiel 13Example 13

Es wurden Komposite aus Duran-Glas und SiC-Fasern der Größe 150 × 150 × 10 mm³ hergestellt und in herkömmlichen Stahlfaserbeton (Dicke 120 mm) mit mineralischen Zuschlägen eingebettet. Dem thermischen Angriff durch eine Sauerstofflanze widerstand der so modifizierte Beton mit ca. 60 Sekunden ungefähr 3mal länger als ohne die Einlage aus dem benannten Verbundwerkstoff.Composites made of Duran glass and SiC fibers of the size 150 × 150 × 10 mm ³ were produced and embedded in conventional steel fiber concrete (thickness 120 mm) with mineral additives. The modified concrete withstood the thermal attack from an oxygen lance at approx. 60 seconds, about 3 times longer than without the insert made of the named composite material.

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Tresortür dargestellt, deren Betonkern 4 einen mit Granulat 3 aus faserverstärktem Glas aufgefüllten Hohlraum 2 aufweist.In Fig. 1 is a section represented by a safe door, the concrete core 4 has a filled with granules 3 of glass fiber reinforced cavity 2.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Tresortür 1 dargestellt, bei der in den Betonkern 4 Platten 5 aus faserverstärktem Glas eingegossen sind. Die Platten sind in drei Lagen 6a, b, c und versetzt zueinander angeordnet.In FIG. 2 is a section represented by a safe door 1, 4 plates 5 are cast from fiber-reinforced glass in which in the concrete core. The plates are arranged in three layers 6 a, b, c and offset from one another.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Tresortür 1 mit eingelagertem Granulat 3 aus faserverstärktem Glas. Fig. 3 shows a section through a safe door 1 with embedded granules 3 made of fiber-reinforced glass.

Claims (20)

1. Verwendung eines faserverstärkten Glases oder einer faserverstärkten Glaskeramik als Werkstoff in Form von Platten, die in Beton eingegossen werden, für sicherheitstechnische Einrichtungen.1. Use of a fiber-reinforced glass or a fiber-reinforced Glass ceramic as a material in the form of plates that are poured into concrete for safety-related facilities. 2. Verwendung eines faserverstärkten Glases oder einer faserverstärkten Glaskeramik als Werkstoff für sicherheitstechnische Einrichtungen in Form von Granulat, das in einer Menge von 10-50 Gew.-% Beton beigemischt wird.2. Use of a fiber-reinforced glass or a fiber-reinforced Glass ceramic as a material for safety-related equipment in shape of granules mixed in an amount of 10-50% by weight of concrete becomes. 3. Verwendung eines faserverstärkten Glases oder einer faserverstärkten Glaskeramik als Werkstoff für sicherheitstechnische Einrichtungen in Form von Granulat als lockere Füllmasse von Hohlräumen.3. Use of a fiber-reinforced glass or a fiber-reinforced Glass ceramic as a material for safety-related equipment in shape of granules as a loose filling material for cavities. 4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für Tresortüren und/oder - wände, Schließfachtüren und -wände oder für Bankautomatenwände.4. Use according to one of claims 1 to 3 for safe doors and / or - walls, locker doors and walls or for ATM walls. 5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Glas oder einer Glaskeramik mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von α < 5.10^-6 l/K.5. Use according to one of claims 1 to 4, with a glass or a glass ceramic with a thermal expansion coefficient of α <5.10 ^-6 l / K. 6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Matrixmaterial des Werkstoffes aus Borosilikatglas, Aluminosilikatglas, Natron-Kalk-Glas oder hoch SiO₂ haltigem Glas besteht. 6. Use according to one of claims 1 to 5, wherein the matrix material of the material consists of borosilicate glass, aluminosilicate glass, soda-lime glass or high SiO ₂ glass. 7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Matrixmaterial des Werkstoffes aus einer Glaskeramik aus dem System Li₂O-Al₂O₃-SiO₂, MgO-Al₂O₃-SiO₂ oder CaO-Al₂O₃-SiO₂ besteht.7. Use according to one of claims 1 to 5, wherein the matrix material of the material made of a glass ceramic from the system Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ , MgO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ or CaO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ exists. 8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verstärkungsfasern Kohlenstoff, Siliziumcarbid, Si₃N₄, Al₂O₃, ZrO₂, TiC, WC, Material des Sialon Typs oder Mullit als Hauptkomponenten aufweisen.8. Use according to one of claims 1 to 7, wherein the reinforcing fibers have carbon, silicon carbide, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiC, WC, material of the sialon type or mullite as main components. 9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Verstärkungsfasern Zusätze von Oxiden der Elemente Si, Ti, Zr oder Al aufweisen.9. Use according to claim 8, wherein the reinforcing fibers additives of Have oxides of the elements Si, Ti, Zr or Al. 10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Werkstoff metallische, nichtmetallische oder keramische Zuschläge enthält.10. Use according to one of claims 1 to 9, wherein the material contains metallic, non-metallic or ceramic additives. 11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei die metallischen, nichtmetallischen oder keramischen Zuschläge als Pulver enthalten sind.11. Use according to claim 10, wherein the metallic, non-metallic or ceramic additives are included as powder. 12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in das Matrixmaterial metallische und/oder keramische Zuschläge und/oder Verstärkungsfasern in einer Gesamtmenge von 10-80 Gew.-% eingelagert sind, wobei der Anteil der Zuschläge 0 bis 60 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge beträgt.12. Use according to one of claims 1 to 11, wherein in the Matrix material metallic and / or ceramic aggregates and / or Reinforcing fibers in a total amount of 10-80 wt .-% stored are, the proportion of the supplements 0 to 60 wt .-% based on the Total amount. 13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei als metallischer Zuschlag Eisen, Stahl oder Nichteisenmetalle verwendet wird.13. Use according to claim 12, wherein as a metallic aggregate iron, Steel or non-ferrous metals is used. 14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei als keramischer Zuschlag SiC, Al₂O₃ und/oder ZrO₂ verwendet wird. 14. Use according to claim 13, wherein SiC, Al ₂ O ₃ and / or ZrO _{2 is} used as the ceramic additive. 15. Tresorbauteil, insbesondere Tresortür oder Tresorwand, mit einem Betonkern, dadurch gekennzeichnet, daß im Betonkern (4) Granulat (3) aus faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik verteilt ist.15. Safe component, in particular safe door or safe wall, with a concrete core, characterized in that in the concrete core ( 4 ) granulate ( 3 ) made of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic is distributed. 16. Tresorbauteil, insbesondere Tresortür oder Tresorwand, mit einem Betonkern, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonkern (4) Platten (5) aus faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik aufweist.16. Safe component, in particular safe door or safe wall, with a concrete core, characterized in that the concrete core ( 4 ) has plates ( 5 ) made of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic. 17. Tresorbauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (5) in mindestens zwei Lagen (6a, b, c) und versetzt zueinander angeordnet sind.17. Safe component according to claim 16, characterized in that the plates ( 5 ) are arranged in at least two layers ( 6 a, b, c) and offset from one another. 18. Tresorbauteil, insbesondere Tresortür oder Tresorwand, mit einem Betonkern, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonkern (4) Hohlräume (2) aufweist, die mit Granulat (3) aus faserverstärktem Glas oder faserverstärkter Glaskeramik gefüllt sind.18. Safe component, in particular safe door or safe wall, with a concrete core, characterized in that the concrete core ( 4 ) has cavities ( 2 ) which are filled with granules ( 3 ) made of fiber-reinforced glass or fiber-reinforced glass ceramic. 19. Tresorbauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das faserverstärkte Glas oder die faserverstärkte Glaskeramik Verstärkungsfasern und/oder metallische und/oder keramische Zuschläge in einer Gesamtmenge von 10-80 Gew.-% aufweist, wobei der Anteil der Zuschläge 0-60 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge beträgt.19. Safe component according to one of claims 15 to 18, characterized characterized in that the fiber-reinforced glass or the fiber-reinforced Glass ceramic reinforcing fibers and / or metallic and / or ceramic Surcharges in a total amount of 10-80 wt .-%, the Share of the surcharges is 0-60% by weight based on the total amount. 20. Tresorbauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Eisen oder Stahl ist.20. Safe component according to claim 19, characterized in that the metal Is iron or steel.