DE2313442B2

DE2313442B2 - Glasscheiben mit erhoehter widerstandsfaehigkeit gegen rasches aufheizen (brandschutzscheiben)

Info

Publication number: DE2313442B2
Application number: DE19732313442
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Chem. Dr. 650Ö Mainz Kiefer
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1973-03-17
Filing date: 1973-03-17
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2313442A1

Description

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Die Erfindung betrifft flache und gekrümmte Glasscheiben mit erhöhter Widerstandsfestigkeit gegen rasches Aufheizen. Die erfindungsgemäßen Glasscheiben bestehen aus Borosilikat- oder Alumosilikatglas und weisen im Randbereich der Scheibe eine Druckvorspannung auf.

Die erfindungsgemäßen Scheiben sind insbesondere als Brandschutzscheiben gedacht.

Es ist allgemein bekannt, daß Glasscheiben aus Floatglas oder Kristallspiegelglas beim Ausbruch eines Brandes zerspringen und die Scheiben aus dem Rahmen herausfallen, wodurch eine Öffnung für den Feuerübertritt entsteht. Auch die in DlN 4102 (Ausgabe 1970) als gegen Feuer widerstandsfähige Verglasung zugelassenen Glasscheiben aus Drahtglas oder Glasbausteinen zerspringen beim Aufheizen, jedoch werden die Scherben durch das Drahtgeflecht bzw. durch die Dicke zusammengehalten.

Das Zerspringen der Glasscheiben beim raschen Aufheizen durch Einschalten eines Strahlers oder beim Ausbruch eines Brandes ist darauf zurückzuführen, daß die Scheibenmitte rascher aufgeheizt wird als der in einen Rahmen eingefaßte Scheibenrand. Die wärmere Innenfläche will sich stärker ausdehnen als der kältere Scheibenrand und erzeugt daher im Scheibenrand eine Zugspannung. Übersteigt die Zugspannung im Scheibenrand die dort vorhandene Festigkeit, dann kommt es zum Bruch der Scheibe.

Es ist weiterhin bekannt, daß durch die Erzeugung einer allseitigen Druckspannung in der Oberflächenschicht der Glasscheibe nicht nur deren mechanische Festigkeit, sondern auch ihre Temperaturwechselbeständigkeit erhöht werden kann. Zur Erzeugung einer solchen allseiligen Druckspannung in der Oberflächenschicht werden Kalk-Natron-Gläser wie z. B. Kristallspiegelglas, Bauglas und Floatglas auf eine Temperatur kurz unterhalb ihres Erweichungspunktes (η=10^13Α Poise) erhitzt und dann allseitig rasch mit Luft abgeschreckt. Diese so gehärteten Gläser werden als Sicherheitsgläser bezeichnet. Im Gegensatz zu den Kalk-Natron-Gläsern mit ihrer hohen Wärmeausdehnune läßt sich bekanntlich bei Scheiben aus Borosilikatglas und Alumosilikatglas unter den gleichen Bedingungen die mechanische Festigkeit kaum steigern.

Die Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit von Sicherheitsglas ist in DlN ^r>2304 (Sept. 1956) festgelegt So versteht man unter der Tc mperaturwechselbeständigkeit von Sicherheitsglas seine Eigenschaft, nach einer bestimmten Folge von Temperaturwechseln zwischen -40 und +50⁰C unverändert zu bleiben. Bei dem Temperaturwechsel treten Temperaturdifferenzen zwischen der Oberflächenschicht und dem Glasinneren

Aus der Praxis der Feuerwehr ist bekannt, daß das Sicherheitsglas dem raschen Aufheizprczeß eines Brandes nicht widersteht. Bereits nach wenigen Minuten zerspringen die Sicherheitsgläser in feine Krümel.

In der US-Patentschrift 31 69 900 wird ein Verfahren beschrieben, das zu einer bevorzugten Erzeugung einer Druckspannung im Scheibenrand dient. Aber auch mit diesem Verfahren ist es bisher noch nicht gelungen, Glasscheiben z. B. aus Floatglas oder Kristallspiegelglas so vorzuspannen, daß sie einem Aufheizprozeß, wie er in DIN 4102, Blatt 2, Abschnitt 5.2.4 (Einheitstemperaturkurve) Ausgabe 1970, beschrieben ist, wiederstenen, ohne zu zerspringen.

Das Ziel dieser Erfindung sind daher Glasscheiben. die eine so r 3he Widerstandsfähigkeit gegen rasches Aufheizen besitzen, daß sie in einen Rahmen eingefaßt einer raschen Aufheizung widerstehen, ohne daß Aufheizbrüche entstehen.

Unter rascher Aufheizung soll beispielsweise ein Aufheizen der Scheibe verstanden werden, wie es in DlN 4102, Blatt 2, Abschnitt 5.2.4, Ausgabe 1970, für gegen Feuer widerstandsfähige Verglasung festgelegt ist.

Es wurde überraschend gefunden, daß sich bei Glasscheiben aus Borosilikat- oder Alumosilikatgläsern nach dem bekannten Verfahren im Randbereich der Scheiben eine so hohe Druckspannung erzeugen läßt, daß die Scheiben dem raschen Aufheizprozeß, wie er in DIN 4102, Blatt 2, beschrieben ist, widerstehen, ohne zu zerspringen.

Außer der Druckspannung im Randbereich können die Glasscheiben auch eine geringe Druckspannung in der gesamten Oberflächenschicht besitzen. Diese restliche Druckspannung hat auf die Festigkeit beim Aufheizprozeß kaum einen Einfluß, wohl aber auf die mechanische Festigkeit der gesamten Scheibe.

Diese Entdeckung war umso erstaunlicher, als bekannt ist, daß Glasscheiben aus Borosilikat- oder Alumosilikatgläsern mit niedriger Wärmeausdehnung sich besonders schlecht vorspannen lassen. Die erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen rasches Aufheizen der erfindungsgemäßen Glasscheiben kann daher nicht darauf zurückgeführt werden, daß die Glasscheiben dieser Gläser im allgemeinen eine niedrigere Wärmeausdehnung besitzen und bereits ohne Vorspannung eine etwas höhere Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen als Glasscheiben aus Kalk-Natror.-Glas, da durch das Vorspannen keine wesentliche Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen rasches Aufheizen zu erwarten war.

Besonders geeignet sind erfindungsgemäß Glasscheiben aus Borosilikat- oder Alumosilikatglas, die eine Druckspannung im Randbereich aufweisen und bei denen das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten oberhalb der Transformationstemperatur zu denen unterhalb der Transformationstemperatur mög-

liehst groß ist

Die beanspruchten Scheiben haben gegenüber den üblichen vorgespannten Glasscheiben aus Kalk-Natron-Glas den Vorteil, daß sie den Aufheizprozeß im Brandfalle überstehen, ohne zu zerspringen.

Die erfindlungsgemäßen gegen Feuer widerstandsfähigen Glasscheiben haben gegenüber der bisherigen gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasung weiterhin den Vorteil, daß sie kein Drahtgeflecht enthalten. Die erfindungsgemäßen Scheiben können daher auch im Wohnbereich als Brandschutzscheiben eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Glasscheiben besteht darin, daß sie dem Feuer im allgemeinen länger widerstehen als die Drahtgläser, da sie zum einen beim Aufheizen nicht zerspringen und die Scheiben nicht in einem Drahtnetz hangen, und zum anderen die Borosilikat- und Alumosilikatgläser meist eine höhere Erweichungstemperatur besitzen als die Kalk-Natron-Gläser. _M

Weitere besonders geeignete, erfindungsgemäße Glasscheiben bestehen aus lithiumhaltigen Alumo-Silikatgläsem, die oberhalb der Transformationstemperaiur zu Oberflächenkristallisation neigen, und die eine bevorzugte Druckspannung im Randbereich aufweisen.

Diese zur Oberflächenkristallisation neigenden Glasscheiben haben den Vorteil, daß sie dem Feuer besonders lange wiederstehen und somit in feuerbeständige und hochfeuerbeständige Wände eingebaut werden können, da sich während des Brandes oberhalb der Transformationstemperatur auf der Scheibenoberfläche eine kristalline Schicht ausbildet, die eine Deformation der gesamten Scheibe verhindert.

Zur Verdeutlichung der Erfindung sollen folgende Ausführungsbeispiele dienen:

Beispiel 1

Die Prüfung der Glasscheiben auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen rasches Aufheizen erfolgte in einem Brandofen mit einer Grundfläche von 600 χ 600 cm² und einer Höhe von 40 cm. Der Ofen wurde mit einer Asbestplatte abgedeckt, in deren Mitte ein 16 χ 16 cm² großes Loch ausgeschnitten war. Die zu prüfenden Glasscheiben von 20 χ 20 cm² wurden auf das ausgeschnittene Loch aufgelegt, wobei ein 2 cm breiter Rand durch das Asbest gegen das Feuer abgedeckt wurde. Die Messung der Temperatur im Brandraum erfolgte mit einer Meßstelle (Thermoelement), die einen Abstand von 1 cm zur Scheibenoberfläche hatte. Zur Beheizung des Ofens wurde Dieselkraftstoff verwendet. Die Temperatur im Brandraum stieg in etwa 2 min auf eine Endtemperatur von ungefähr 650⁰C. Durch Zugabe von Preßluft ließ sich die Temperatur auf etwa 1000 bis 1100 ⁰C steigern.

Zur Prüfung, inwieweit Glasscheiben mit einer bevorzugten Druckspannung im Randbereich eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen rasches Aufheizen besitzen, wurden drei unterschiedlich behandelte Scheiben von 20 χ 20 χ 0.5 cm³ aus einem Borosilikatglas (D 50) mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 32x10-⁷(°C-') mit dem Brandofen getestet. Eine der beiden Scheiben war unbehandelt. Sie zersprang beim Aufheizen bei einer Temperatur im Brandraum von etwa 300⁰C.

Die zweite Scheibe wurde nach den herkömmlichen Verfahren durch Aufheizen bis kurz unterhalb der Erweichungstemperatur und allseitigem raschem Abschrecken mit Luft gehärtet und besaß an der gesamten Oberfläche eine gleichmäßige Druckspannung. Diese Scheibe zersprang beim Aufheizen bei einer Temperatur im Ofenraum von etwa 600° C.

Die dritte Scheibe wurde zur Randhärtung in der Scheibermitte beidseitig mit einer 15 χ 15 cm² großen Asbestplatte abgedeckt, auf eine Temperatur kurz unterhalb des Erweichungspunktes erhitzt und anschließend mit Luft abgeschreckt. Die mit Asbestplatten abgedeckte Scheibenmitte kühlte dabei wesentlich langsamer ab als der Scheibenrand. Bei polarisiertem Licht wurde eine etwa 2,5 bis 3 cm breite Druckspannungszone im Randbereich sichtbar.

Beim Aufheizen mit dem Brandofen zersprang diese bevorzugt randgehärtete Scheibe nicht, selbst als die Temperatur im Brandraum durch Zugabe von Preßluft kurzzeitig auf 1000 bis 1100⁰C erhöht wurde. Bei dieser hohen Temperatur wurde die Scheibenmitte jedoch schon stark deformiert.

Beispiel 2

Eine Glasscheibe von 20 χ 20 χ 0,2 cm³ aus einem zur Oberflächenkristallisation neigenden Glas der Zusammensetzung in Gew.-%: SiO₂ 63,60; Al₂O₃ 21,90; Li₂O 3,30; Na₂O 4,10; MgO 1,00; CaO 2,10; ZnO 2,10 und BaO 2,10 und einer Druckspannung im Randbereich wurde auf zwei etwa 18 cm voneinander entfernte Keramikscheiben gelegt und entsprechend der Einheitstemperaturkurve nach DIN 4102 auf 1000°C hochgeheizt. Die Scheibe bog sich hierbei maximal um 1,5 mm durch. Nach der Temperung wies die gesamte Scheibe durch die eingetretene Oberflächer.kristallisation ein translucentes bis opaktes Aussehen auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Anwendung des an sich bekannten Verfahrens zur Erzeugung einer partiellen Druckspannung durch thermisches Härten auf die Herstellung von gegen rasches Aufheizen widerstandsfähigen Brandschutzscheiben, welche aus Borosilikat- oder Alumosilikatgläsern bestehen, und die durch dieses Härteverfahren im Randbereich unter eine Druckspannung gesetzt werden.

2. Anwendung nach Anspruch 1 auf die Herstellung von Brandschutzscheiben, die durch dieses Härteverfahren zusätzlich eine Druckspannung in der Oberflächenschicht der Scheibenmitte erhalten.

3. Anwendung nach Anspruch 1 und 2 auf die Herstellung von Brandschutzscheiben, die aus Alumosilikatgläsern bestehen, welche zur Oberflächenkristallisation neigen.

4. Anwendung nach Anspruch 1 und 2 auf die Herstellung von Brandschutzscheiben, die aus Gläsern vom DURAN-Typ bestehen.