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Brandsicheres Bauelement mit Verglasung Die ErEindung betrifft ein
brandsicheres Bauelement mit Mehrscheibenverglasung aus Glas oder Glaskeramik, welches
den Anforderungen der Feuerwiderstandsklasse F SO oder W 90 nach DIN 4102 (Blatt
2) genügt Das erfindungsgemäße Bauelement umfaßt mindestens eine gegen Feuer widerstandsfähige
Verglasung entsprechend den Bedingungen nach DIN 4102 (Blatt 3) Abschnitt 7, die
im Brandfalle den Durchtritt von Feuer und Rauch für mindestens 60 min verhindert,
und besitzt darüberhinaus eine zumindest im Brandfalle hohe Wärmedämmung, so daß
der Wärmetransport durch das Bauelement von der. dem Brand ausgesetzten Seite zu
der dem Feuer abgekehrten Seite stark vermindert wird.
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Ein bisher nicht gelöstes Problem beim baulichen Brandschutz sind
die Verglasungen. Beim Ausbruch eines Brandes zerspringen die meisten ungehärteten
oder gehärteten Verglasungen, wie z.B. Kristallspiegeiglas, Floatglas und gehärtetes
Fensterglas bereits nach wenigen Minuten und geben somit die öffnung für den Feuerdurchtritt
frei.
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In DIN 4102, Blatt 3, Abschnitt 7 (Ausgabe Februar 1970) ist angegeben,
was unter einer gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasung zu verstehen ist, und
welchen Anforderungen eine solche Verglasung, zumindest im Versuch, genügen muß.
Danach muß eine solche Verglasung in gleicher Größe und Einhauart wie sie für den
praktischen Einsatz vorgesehen ist, einem Aufheizen nach der Einheitstemperaturkurve
(DIN 4102, Blatt 2, Abschnitt 5) für mindestens 60 min derart widerstehen, daß sie
als Raumabschluß wirksam bleibt und weder Flammen noch Rauch hindurchläßt.
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Da bekannte Fensterglasscheiben, wie erwähnt, unter diesen Bedingungen
zerspringen, wurden die gestellten Anforderungen bisher praktisch nur durch Drahtglas
erfüllt, das zwar im Brandfalle auch zerspringt, durch die im Glas enthaltenen Drähte
aber für die geforderten 60 min zusammengehalten wird und während dieser Zeit den
Flammen- und Rauchdurchtritt verhindert.
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Die Verwendung von Drahtglas ist jedoch in vielen Fällen aus architektonisch-ästhetischen
Gründen und wegen der fehlenden Durchsichtigkeit unerwünscht.
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Scheiben, die kein Drahtgeflecht enthalten, können unter den geforderten
Bedingungen den Durchtritt von Flammen und Rauch nur verhindern, wenn sie während
der Zeit von 60 min nicht zerspringen.
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Diese Forderung wird z.B. durch feuerwiderstandsfähige Verglasungen
unter Verwendung von Scheiben aus Glaskeramiken niedriger Wärmeausdehnung erfüllt,
wie sie z.B. in der DU-AS 1 596 858 und in der Dt-AS 1 596 863 beschrieben sind.
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Scheiben aus Glaskeramik sind jedoch sehr teuer.
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Neuerdings sind auch gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen bekannt
geworden, deren Scheiben aus Spezialgläsern bestehen, welche zusätzlich einer besonderen
Behandlung unterworfen wurden. Solche Scheiben bzw. Verglasungen sind in der Dt-OS
2 313 442 und in den Patentanmeldungen P 24 13 552.2 und P 24 24 172.3 beschrieben.
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Während in DIN 4102, Blatt 3, Abschnitt 7 die Spezialbedingungen für
gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen genannt sind, enthält DIN 4102, Blatt
2, Abschnitt 3 die Bedingungen für gegen Feuer widerstandsfähige Bauteile allgemein,
die in Feuerwiderstandsklassen F 30 bis F 180 eingeteilt sind. Nach Blatt 3, Abschnitt
4 sind außerdem gegen Feuer widerstandsfähige, nicht tragende und nicht aussteifende
Außenwandelemente; Brüstungen u.a. in Feuerwiderstandsklassen W 30 bis W 90 eingeteilt.
Um im vorliegenden Text Begriffsverwechslungen zu vermeiden, wird im folgenden zwischen
gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen" und 11brandsicheren Bauelementen" unterschieden.
Ein brandsicheres Bauelement der
Feuerwiderstandsklasse F 30 muß
beim Aufheizen nach der Einheitstemperaturkurve für mindestens 30 min den Durchtritt
des Feuers verhindern und darüber hinaus eine so hohe Wärmedämmung aufweisen, daß
während dieser Zeit die Temperatur auf der dem Feuer abgewandten Seite an keiner
Stelle um mehr als 1800C gegenüber der Ausgangstemperatur ansteigt. Letztere Bedingung
wird von gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen nicht verlangt. Für die Feuerwiderstandsklassen
W 30 bis W 90 gelten ebenfalls weniger scharfe Bedingungen.
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Obwohl die gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen einen direkten
Durchgang von Feuer und Rauch verhindern, dürfen sie in feuerhemmende Türen oder
in feuerhemmende Trennwände, die einen Fluchtweg abtrennen, unterhalb 1,80 m nicht
eingesetzt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Wärmestrahlung, die durch
die Verglasung bei den im Brand auftretenden Temperaturen hindurchtritt, einen Aufenthalt
in der Nähe (2-3 m) der Verglasung unmöglich macht.
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Messungen an 7 mm dicken Verglasungen haben gezeigt, daß bereits nach
einem 30-minütigen Brand nach der Einheitstemperaturkurve gemäß DIN 4102 auf der
dem Feuer abgelegenen Seite der Verglasung eine Temperatur von 6000C auftritt.
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Brennbare Stoffe, die die Verglasung berühren, oder die sich in unmittelbarer
Nähe der Verglasung befinden, können sich leicht entzünden und somit einen indirekten
Durchgang des Feuers bewirken.
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Aus den genannten Gründen besteht ein Bedarf für brandsichere Bauelemente
auch mit Verglasungen. Solche Bauelemente sind das Ziel der vorliegenden Erfindung.
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Sie können für brandsichere Türen und Trennwände, Brüstungen, Außenverkleidungen
und ähnliche Anwendungsfälle eingesetzt werden.
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Neben der Widerstandsfähigkeit gegen Feuer ist es hauptsächlich die
zusätzliche Wärmedämmung, die von einem brandsicheren Bauelement verlangt wird.
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Die Wärme wird bekanntlich durch Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung
übertragen. Durch Beeinflussung jeder dieser 3 Größen kann die Wärmedämmung erhöht
werden.
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Die Wärmeübertragung durch Konvektion kann durch eine Doppel-oder
Mehrfachverglasung herabgesetzt werden. Hierbei muß jedoch berücksichtigt werden,
daß zumindest die dem Feuer zugekehrte Scheibe gegen Feuer widerstandsfähig ist.
Ist der Zwischenraum zwischen den Scheiben nicht sehr groß, z.B. 10 - 50 mm, dann
muß auch die dem Feuer abgekehrte Scheibe aus einer gegen Feuer widerstandsfähigen
Verglasung bestehen. Solche Bauelemente mit Doppel- oder Mehrfachverglasungen aus
gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen sind bereits in der Patentanmeldung
P 24 56 991.3 beschrieben. Die mit einer Doppel- oder Dreifachverglasung zu erzielende
Abschwächung des Wärmeflusses reicht nicht aus, um die nach DIN 4102 für brandsichere
Trennwände geforderte Wärmedämmung zu erhalten. So wurde festgestellt, daß bei einem
30-minütigen Brand nach DIN 4102 (Einheitstemperaturkurve) die Temperatur auf der
dem Feuer abgekehrten Seite einer durchsichtigen Doppelverglasung auf etwa 450 0C
ansteigt.
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Während bei Zimmertemperatur ein großer Teil der Wärme durch Konvektion
und Wärmeleitung übertragen wird, erfolgt bei höheren Temperaturen, wie sie im Brandfalle
auftreten, die Wärmeübertragung zum größten Teil durch Wärmestrahlung.
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Es sind bereits mehrere Verfahren bekannt, die Wärmeübertragung durch
Wärmestrahlung, die bei Zimmertemperatur oder bei Sonneneinstrahlung auftritt, bei
Isolierverglasungen durch Aufbringen von IR-reflektierenden Schichten aus Metall
oder Metalloxid herabzusetzen. Die IR-reflektierende Schicht wird meist auf die
Innenseite einer der beiden Isolierglasscheiben aufgebracht.
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Die Isolierglasscheiben bestehen im allgemeinen aus ungehärteten oder
durch rasches Abschrecken gehärtete Float- oder Bauglasscheiben aus Kalk-Natron-Glas.
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Bei Ausbruch eines Brandes zerspringen diese Scheiben, auch wenn sie
IR-reflektierende Schichten besitzen, so daß Bauelemente mit solchen Verglasungen
während eines Brandes weder den Durchgang von Feuer verhindern, noch eine Wärmedämmung
bewirken.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß sich wärmereflektierende Schichten
aus Metall oder Metalloxid grundsätzlich auch auf die gegen Feuer widerstandsfähigen
Verglasungen, die u.a. aus hochborsäurehaltigen Gläsern, hoch-tonerdehaltigen Gläsern
oder Glaskeramiken bestehen, aufbringen lassen. Weiterhin haben die Unter suchungen
gezeigt, daß die wärmereflektierenden Schichten auch Strahlung bei hohen Temperaturen,
wie sie im Brandfalle auftreten, reflektieren.
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Eine gegen Feuer widerstandsfähige Verglasung, die auf ihrer Rückseite,
d.h. der dem Feuer abgekehrten Seite mit einer der bekannten IR-reflektierende Schichten
belegt ist, genügt aber aus mehreren Gründen nicht den der Erfindung zugrunde liegenden
Anforderungen.
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Es lassen sich zwar z.B. Metall- oder Metalloxidschichten erzeugen,
die auch verhältnismäßig hohen Temperaturen widerstehen, im vorliegenden Anwendungsfall
besteht aber keine Sicherheit, daß beim plötzlichen Aufheizen der feuerwiderstandsfähigen
Verglasung im Brandfalle die Schichten nicht verdampfen oder anderweitig zerstört
werden. Ferner werden sie im Kontakt mit der feuerwiderstandsfähigen Verglasung
auch auf deren Temperatur aufgeheizt und strahlen dementsprechend selbst Wärme zur
Rückseite ab. Schließlich läßt sich mit einer einzelnen derartigen Schicht meist
kein genügendes Reflexionsvermögen erzielen.
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Das Reflexionsvermögen läßt sich jedoch wesentlich verbessern, wenn
man an Stelle einer Beschichtung eine hoch-wärmereflektierende Folie verwendet,
die auf die Rückseite der Scheibe aufgebracht wird. Die hierfür am besten geeigneten
Aluminiumfolien schmelzen aber bei den im Brandfalle auftretenden Scheibentemperaturen
weg.
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Es wurde nun gefunden, daß die schädlichen Einflüsse der im Brandfalle
hohen Scheibentemperaturen auf die IR-reflektierenden Schichten oder Folien in genügendem
Maße beseitigt werden können, wenn die Schicht oder Folie von der gegen Feuer widerstandsfähigen
Scheibe in einem gewissen Abstand angeordnet wird.
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Darüber hinaus erwies es sich als erforderlich, als Träger der
Schicht
oder zum Schutz der Folie sowie zur Verminderung des gesamten Wärmedurchganges durch
das Bauelement mindestens eine weitere Scheibe auf der dem Feuer abgekehrten Seite
anzuordnen.
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Die Erfindung besteht daher in einem brandsicheren Bauelement mit
Mehrscheibenverglasung, welches mindestens den Anforderungen der Feuerwiderstandsklasse
F 30 nach DIN 4102 (Blatt 2) oder W 90 nach DIN 4102 (Blatt 3) genügt, und das dadurch
gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der Scheiben eine gegen Feuer widerstandsfähige
Verglasung nach DIN 4102 (Blatt 3) Abschnitt 7 bildet, und daß das Bauelement mindestens
eine im Brandfalle hoch-wärmereflektierende Schicht oder Folie enthält, die in einem
Abstand von der gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasung angeordnet ist.
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Bei brandsicheren Bauelementen, die nur von einer Seite feuersicher
sein müssen, braucht nur eine gegen Feuer widerstandsfähige Verglasung vorgesehen
zu werden, die der feuergefährdeten Seite zugekehrt sein muß. Die dem Feuer abgekehrte
Scheibe kann, sofern ein gewisser Abstand eingehalten wird, aus anderem Glas bestehen.
Die IR-reflektierende Schicht oder Folie muß dann auf die Innenseite der dem Feuer
abgekehrten Scheibe aufgebracht sein. Im Fall einer Folie kann diese auch bevorzugt
zwischen den Scheiben angeordnet werden.
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Bauelemente, die nach zwei Seiten brandsicher sein sollen, müssen
mindestens zwei gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen an den Außenseiten enthalten.
Zweckmäßigerweise werden dann eine oder mehrere IR-reflektierende Folien im Zwischenraum
angeordnet. Sollen bei einem solchen Bauelement mit nur zwei Verglasungen die
Schichten
aber auf die Scheiben aufgebracht werden, so muß jede der gegen Feuer widerstandsfähigen
Verglasungen auf ihrer Innenseite eine IR-reflektierende Auflage besitzen. Dies
widerspricht nicht der Erfindung, solange eine zweite Schicht oder Folie vorhanden
ist, die sich nicht auf der im Brandfalle dem Feuer ausgesetzten Verglasung befindet.
Der IR--reflektierende Belag auf der aufgeheizten Verglasung wird dann so lange
eine gewisse Wirkung ausüben, bis er zerstört wird, worauf dann die Wirkung der
erfindungsgemäß angeordneten IR-reflektierenden Schicht auf der Gegenseite allein
zum Tragen kommt. Bei Bauelementen mit mehr als zwei Verglasungen ergeben sich entsprechend
mehr Variationsmöglichkeiten in der Anordnung.
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Auf die Scheiben aufgetragene Metall- oder Metalloxidschichten erfüllen
die Bedingungen der Erfindung nur, wenn sie mehr als 90 % der auftreffenden Wärmestrahlung
reflektieren. Solche Schichten sind im Normalfall nicht mehr voll durchsichtig und
die damit versehenen Bauelemente auch bei Verwendung an sich durchsichtiger Scheiben
nicht als normale Fensterverglasung einzusetzen. Wärmereflexion von mehr als 90
% wird meist nur durch mehrere Beschichtungen erreicht.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht in der Verwendung
einer hoch-wärmereflektierenden Folie. Da bekannte Folien mit den verlangten Eigenschaften
ebenfalls meist undurchsichtig sind, sind die entsprechenden Bauelemente nicht für
Fensterverglasungen, dagegen aber für Trennwände, Türen, Brüstungen, Fassadenverkleidungen
usw. einzusetzen.
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Die Folien reflektieren die Wärmestrahlung zu über 90 % und damit
besser als die dünnen wärmereflektierenden Schichten.
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Die meist billigen hoch-wärmereflektierenden Folien können entweder
im Inneren frei aufgespannt oder auf die zum Inneren zugekehrten Seiten aufgebracht
werden.
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Als wärmereflektierende Folien werden bevorzugt Metallfolien, wie
z.B. Aluminium- oder Goldfolien, verwendet. Die wärmereflektierende Schicht kann
als Folie entweder selbsttragend oder auf einer Unterlage, wie z.B. Mineralfasern,
aufgebracht werden.
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Durch die sehr gute Wärmedämmung des beanspruchten Bauelementes nimmt
die dem Feuer zugekehrte Scheibe fast die Temperatur des Ofenraumes an. Bei einem
Brandversuch nach der Einheitstemperaturw kurve (ETK) beginnt eine auf der Innenseite
einer solchen Scheibe aufgebrachte Aluminiumfolie bereits nach 15 bis 20 min zu
schnlzen. Die auf der dem Feuer abgekehrten Scheibe befindliche Folie reflektiert
jedoch weiterhin die Wärmestrahlung und sorgt damit für eine hohe Wärmedämmung.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß sich die Wärmedämmung eines Bauelementes
mit Verglasung auch dadurch wesentlich verbessern läßt, daß eine hoch-wärmereflektierende
Folie im Zwischenraum zwischen den Scheiben aufgespannt wird.
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Das Anbringen der Folie im Zwischenraum hat den Vorteil, daß sich
die Folie praktisch nicht aufheizt, da sie keinen wärmeleitenden Kontakt mit den
Glasscheiben hat. Darüber hinaus verringert die Folie die Konvektion im Zwischenraum
der Scheiben beträchtlich, so daß auch der verbleibende Wärmefluß noch weiter reduziert
wird.
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Die Wärmedämmung kann weiterhin auch noch dadurch verbessert werden,
daß im Zwischenraum anstelle einer Folie mehrere Folien, zwischen denen sich jeweils
ein kleiner Zwischenraum befindet, angebracht werden. Da eine einzige Folie die
Wärmestrahlung nicht za 100 % reflektiert, wird die restliche Wärmestrahlung durch
die übrigen Folien reflektiert. Auch wird durch die erhohe Anzahl an Folien die
Konvektion weiter herabgesetzt.
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Bisher wurden brandsichere Bauelemente mit Verglasungen beschrieben,
bei denen die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung und Konvektion weitgehend unterbunden
ist. Aber auch die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung kann vermindert werden, wenn
im Zwischenraum zwischen einer Doppel- oder Mehrfachverglasung, von der mindestens
eine der Scheiben aus einer gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasung besteht, mit
einem Gas (z.B. Edelgas), gefüllt ist, das eine geringere Wärmeleitung besitzt als
Luft.
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Die bisher beschriebenen Methoden zur Verbesserung der Wärmedämmung
eines brandsicheren Bauelementes mit Verglasungen beruhen darauf, den Wärmefluß
durch das Bauelement möglichst gering zu halten, indem die Wärmeübertragung durch
Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung herabgesetzt wird.
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Soll die Wärmedämmung eines Bauelementes, besonders im Brandfalle,
wirksam werden, dann handelt es sich um einen zeitlich begrenzten Vorgang von etwa
30 bis 90 min. Da nach DIN 4102 aber nicht der Wärmefluß durch das Bauelement, sondern
die Temperatur auf der dem Feuer abgekehrten Seite geprüft wird, spielt zur Erzielung
einer guten Wärmedämmung neben dem Wärmefluß auch die Wärmekapazität des Bauelementes
eine wesentliche Rolle. Es wurde von uns gefunden, daß die Temperatur auf der dem
Feuer abgekehrten
Seite im Brandfalle umso niedriger ist, je dicker
die Scheiben sind. Besonders stark macht sich die Dicke auf der dem Feuer abgekehrten
Seite bemerkbar.
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Im folgenden werden die erfindungsgemäß verwendbaren gegen Feuer widerstandsfähigen
Verglasungen noch näher beschrieben.
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Wie bereits erwähnt, wird die Sicherheit gegen Feuerdurchtritt bei
den erfindungsgemäßen Bauelementen durch die gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen
gewährleistet. Was unter einer gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasung zu verstehen
ist, wird in DIN 4102 (Blatt 3, Seite 4, Abschnitt 7), Ausgabe 1970 genau beschrieben.
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Die bekannteste, gegen Feuer widerstandsfähige Verglasung ist das
Drahtglas oder Drahtspiegelglas. Es besteht aus einem Kalk-Natron-Glas. Für viele
Einsatzgebiete kommt das Drahtglas jedoch aus optischen Gründen nicht infrage.
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Eine zweite bevorzugte Gruppe von gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen
sind Scheiben aus Glaskeramiken niedriger Wärmeausdehnung (α). Das Produkt
aus Wärmeausdehnung S und Elastizitätsmodul E sollte < 1 Lkp cm2 °C 1 0C1 3 sein.
Glaskeramiken sind Gläser, die durch eine zusätzliche Wärmebehandlung teilweise
in kristallinen Zustand übergeführt wurden. Es gibt sowohl durchsichtige als auch
undurchsichtige Glaskeramiken. Durchsichtige und undurchsichtige Glaskeramiken mit
einem Produkt aus E <1 [kp - cm-². oC-1] sind z.B. in den DAS 1 596 858 und DAS
1 596 863 beschrieben.
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Die Glaskeramiken sind für die erfindungsgemäßen Bauelemente besonders
geeignet, da sie im allgemeinen erst bei Temperaturen über 800 bis 9noch deformieren.
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Eine weitere bevorzugte Gruppe von gegen Feuer widerstandsfähigen
Verglasungen besteht aus Glasscheiben, die im Brandfalle nicht zerspringen. Es handelt
sich hierbei um Scheiben aus Spezialgläsern, deren Oberflächen nach einem Spezialverfahren
ganz oder teilweise gehärtet sind. Als Härtungsverfahren sind das thermische Abschrecken,
die chemische Härtung durch Ionenaus tausch sowie die Härtung durch Oberflächenkristallisation
geeignet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die als Brandscbutzscheibe dienende
Glasscheibe durch partielles Härten in ihren Randbereichen unter eine zusätzliche
Druckspannung gesetzt ist.
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Spezielle Brandschutzscheiben und Verfahren zu deren Herstellung sind
in der Dt-OS 2 313 442 und in den Patentanmeldungen P 24 13 552.2 und P 24 24 172.3-45
beschrieben.
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Danach sind z.B. als geeignete Spezialgläser für Brandschutzscheiben
solche zu bezeichnen, deren Produkt aus Wärmeausdehnung (cit) und Elastizitätsmodul
(E) etwa 1 - 5 Ukp cm 2 & 11 beträgt. Vorzugsweise werden Borosilikat- und Alumosilikatgläser
verwendet.
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Da die erfindungsgemäßen Bauelemente eine hohe Wärmedämmung aufweisen,
nehmen die dem Feuer zugekehrten Scheiben fast die Temperatur des Brandraumes an.
Scheiben aus Glas beginnen je nach Erweichungspunkt des Glases bereits nach 15 -
20 min zu deformieren. Es ist daher von Vorteil, wenn der Erweichungspunkt der gegen
Feuer widerstandsfähigen Gläser möglichst hoch liegt.
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Besonders geeignet sind auch Scheiben aus stark zur Oberflächenkristallisation
neigenden Gläsern. Diese durch Oberflächenkristallisation oder durch thermisches
Abschrecken in der Oberfläche unter Druckspannung stehenden Scheiben haben den Vorteil,
daß sie im Brandfalle während des Aufheizens auf die Erweichungstemperatur und darüber
auf ihrer gesamten Oberfläche wachsende kristalline Schichten ausbilden, durch die
die Glasscheibe auch über die Erweichungstemperatur des Ausgangsglases hinaus formbeständig
bleibt und erst bei wesentlich höheren Temperaturen (etwa 900 - 10O00C) beginnt
zu deformieren.
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Aus Gründen des Schallschutzes kann es nötig sein, daß die Verglasungen
unterschiedliche Dicken aufweisen Eine wesentliche Verbesserung des Schallschutzes
kann auch dadurch erzielt erden, daß anstelle einer Einzelscheibe ein Scheibenverbund,
bestehend aus 2 Scheiben mit einer durchsichtigen Kunsts-Lcffschicht dazwischen,
verwendet wird. Das erfindungsgemäße Bauelement umfaßt daher auch eine Anordnung
aus einer gegen Feuer widerstandsfähigen Scheibe und einem Scheibenverbund, wobei
eine der beiden Scheiben des Scheibenverbundes wieder eine gegen Feuer widerstandsfähige
Scheibe sein kann.
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Der Aufbau der beanspruchten brandsicheren Bauelemente hängt davon
ab, welche Funktion sie später zu erfüllen haben. Die Bauelemente werden dort eingesetzt,
wo bei Ausbruch eines Brandes durch das Bauelement der Durchtritt von Feuer und
Rauch verhindert werden und die Temperatur auf der dem Feuer abgekehrten Seite möglichst
niedrig sein soll.
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Wird ein brandsicheres Bauelement mit Verglasung benötigt, das nur
in einer Richtung eine hohe Wärmedämmung zu besitzen braucht, dann muß mindestens
die dem Feuer zugekehrte Scheibe aus gegen Feuer widerstandsfähiger Verglasung bestehen.
Die dem Feuer abgekehrte Scheibe, auf der die Temperatur möglichst niedrig sein
soll, kann auch aus einem gehärteten oder ungehärteten Fensterglas (Kalk-Natron-Glas
mit α (20 - 3000C) von #90.10-7 [°C-1]) bestehen.
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Kann das Feuer jedoch auf beiden Seiten des Bauelementes auftreten
und muß die Wärmedämmung in beiden Richtungen wirksam sein, dann müssen beide Scheiben
einer Doppelverglasung bzw.
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mindestens die Außenscheiben einer Mehrfachverglasung aus gegen Feuer
widerstandsfähigen Verglasungen bestehen.
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Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Bauelementes beschrieben.
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Beispiel 1 Es werden mehrere Bauelemente hergestellt, die zwei oder
drei gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen enthalten und deren Glasscheiben
z.T. mit wärmereflektierenden Schichten versehen sind.
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Der zerlegbare Rahmen und der Abstandshalter zwischen den Scheiben
bestehen, wie Fig. 1 zeigt, aus Asbestzement 1, die durch Schrauben 2 zusammengehalten
werden.
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Die 30 x 30 cm großen und 9 mm dicken Scheiben 3 bestehen aus gegen
Feuer widerstandsfähigem und durchsichtigem Material, das beim raschen Aufheizen
im Brandfalle nicht zerspringt. Es ist aus einem hoch borsäurehaltigen Glas vom
Typ D 50 mit einer Wärmeausdehnung o& (20 - 3000C) von 32,5 10 7 [°C 1]und
einem Elastizitätsmodul E von 6,3 105 [pcm2] hergestellt und steht im
Randbereich unter hoher Druckspannung.
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Enthält das Bauelement mit einer Doppelverglasung zwei wärmereflektierende
Schichten, dann befinden sich die Beschichtungen 4 auf der dem Innenraum zugekehrten
Seite der beiden Scheiben, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei Bauelementen mit Dreifachverglasung
und zwei wärmereflektierenden Schichten ist die innere Scheibe beidseitig beschichtet.
Enthält die Dreifachverglasung nur eine Beschichtung, dann befindet sich diese auf
der mittleren Scheibe.
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Enthalten die Bauelemente 4 Beschichtungen, dann ist die innere Scheibe
beidseitig und die beiden äußeren Scheiben je einseitig beschichtet, wobei die beschichtete
Seite wieder dem Innenraum zugekehrt ist. Als wärmereflektierende Beschichtungen
werden zum einen SnO2-Beschichtungen, die eine Wärmereflexion von etwa 80 % bei
einer Transmission von 70 % im durchsichtigen Bereich besitzen und zum anderen Gold-Beschichtungen,
die eine Wärmereflexion von über 90 % bei einer Transmission im durchsichtigen Bereich
von 10 - 15 % bei den dicken und 25 - 35 % bei den dünnen Schichten besitzen, verwendet.
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Zur Prüfung der Wärmedämmung der Bauelemente werden diese in einen
Brandofen eingebaut und entweder 30 min lang nach der Einheitstemperaturkurve gemäß
DIN 4102 (Ausgabe 1970) Blatt 2, Abschnitt 3.1.1.1. oder 90 min lang nach der abgeschwächten
Einheitstemperaturkurve gemäß DIN 4102 Blatt 3, Abschnitt 4.3.2.
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getestet.
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In der Tabelle 1 sind die bei diesen Versuchen auf der dem Feuer abgekehrten
Seite gemessenen Temperaturen zusammengestellt.
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Innerhalb der Scheiben treten relativ große Temperaturunterschiede
auf. Die obere Hälfte der dem Feuer abgekehrten Schicht ist stets heißer als die
untere Hälfte, was sicher auf die relativ große Wärmekonvektion zurückzuführen ist.
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Beispiel 2 Es werden wie in Beispiel 1 wieder mehrere Bauelemente
hergestellt, die zwei oder drei gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen enthalten
und deren Glasscheiben mit hoch-wärmereflektierenden Folien bedeckt oder bei denen
im Zwischenraum zwischen den Scheiben eine oder mehrere Folien angebracht sind.
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Die gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen haben eine Größe von
50 x 50 cm und eine Dicke von 5 mm und bestehen aus dem gleichen Material wie in
Beispiel 1 beschrieben.
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Auch die Rahmen sind, wie in Beispiel 1 angegeben, aufgebaut.
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Als wärmereflektierende Folien werden 25 /um dicke Aluminiumfolien
verwendet, die eine Wärmereflexion von über 90 % aufweisen. Bei Bauelementen mit
einer aufgeklebten wärmereflektierenden Folie befindet sich die Folie bei Doppelverglasungen
auf der Innenseite der dem Feuer abgekehrten Scheibe und bei Dreifachverglasungen
auf der dem Feuer zugekehrten Seite der mittleren Scheibe.
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Bei Bauelementen mit Folien im Zwischenraum zwischen den Scheiben
ergibt sich die Lage der Folien aus den in Tabelle 2 gemachten Angaben über die
Abstände zwischen den Scheiben, zwischen Scheibe und Folie und zwischen den Folien.
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Zur Prüfung der Wärmedämmung werden die Bauelemente wieder, wie in
Beispiel 1 beschrieben, eingebaut und getestet.
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In der Tabelle 2 sind die bei diesen Versuchen auf der dem Feuer abgekehrten
Seite gemessenen Temperaturen zusaitimenogestellt.
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Bei den 30 min-Brandversuchen nach der ETK treten bei den Bauelementen
mit Folien im Zwischenraum z.T. erhebliche Temperaturdifferenzen auf, die darauf
zurückzuführen sind, daß sich die dem Feuer zugekehrte Scheibe bereits sehr stark
deformiert, stellenweise an die Aluminiumfolie anlegt und diese zum Schmelzen bringt.
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Besonders bei großen Scheiben muß daher der Abstand zwischen der dem
Feuer zugekehrten Scheibe und mindestens einer Aluminiumfolie so groß sein, daß
die Scheibe die Aluminiumfolie trotz Deformation der Scheibe nicht berührt.
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Kaum ein Temperaturunterschied innerhalb der dem Feuer abgekehrten
Scheibe wird festgestellt, wenn die Aluminiumfolie nur wenige mm von den Scheiben
entfernt aufgespannt wird. In diesem Fall tritt zwischen der Folie und der Scheibe
nur eine geringe Wärmekonvektion ein.
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Beispiel 3 Die Fig. 2 stellt ein gegen Feuer widerstandsfähiges Bauelement
hoher Wärmedämmung dar, das aus einer Dreifachverglasung mit einer doppelten hoch-wärmereflektierenden
Folie zwischen je zwei Scheiben besteht.
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Dieses Bauelement ist z.B. dazu bestimmt, als verglaster undurchsichtiger
Bereich in eine F 60-Trennwand eingesetzt zu werden, die dem Feuer mindestens 60
min lang widerstehen muß und dabei auf der dem Feuer abgekehrten Seite nur eine
möglichst geringe Temperatur erreichen darf.
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Die drei Scheiben des Bauelementes haben die Größe 500 x 500 x 7 mm.
Alle drei Scheiben sind gegen Feuer widerstandsfähig. Die mittlere Scheibe 3 ist
wieder eine Glasscheibe vom Typ D 50, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. Die
beiden äußeren Scheiben 5 bestehen aus einer Glaskeramik der Zusammensetzung (in
Gew.-%): SiO2 68,5 A1203 18,9 Li2O 2,8 Na2O 0,7 CaO 0,8 MgO 1,0 ZnO 3,0 TiO2 1,5
ZrO2 1,8 Ob203 1,0
und den physikalischen Eigenschaften: Wärmeausdehnung
α = 2,0 - 10-7 (°C-¹) und Elastizitätsmodul E = 9 . 105 kp/cm2 i E = 0,18
[kp . cm-².°C-¹].
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Anstelle der Glaskeramikscheiben könnten auch stark zur Oberflächenkristallisation
neigende Gläser, die zumindest im Randbereich eine hohe Druckspannung aufweisen,
verwendet werden.
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Der Abstand zwischen den Scheiben beträgt 20 mm. Die Abstandshalter
6 sind aus Stahl. An den beiden Abstandshaltern sind die Aluminiumfolien 7 befestigt.
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Um eine Wärmebrücke über den äußeren Rahmen 8 zu vermeiden, ist dieser
dreiteilig, Er wird über die beiden Abstandshalter 6 zusammengehalten. Zwischen
den einzelnen Rahmen und zwischen Rahmen und Abstandshalter befindet sich eine dünne
Wärmedämmschicht 9. Bei einem 60-minütigen Brand kann nach DIN 4102 im Brandraum
eine Endtemperatur von 925 0C auftreten.
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Während der Brandzeit von 60 min steigt die Temperatur auf der dem
Feuer abgekehrten Scheibe allmählich auf maximal 1800C an.
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Durch die gute Wärmedämmung des Bauelementes nimmt die dem Feuer zugekehrte
Scheibe fast die Temperatur des Brandraumes von 925 0C an. Falls das Feuer auf beiden
Seiten des Bauelementes auftreten kann, müssen die beiden äußeren Scheiben aus einem
Material bestehen, das sich selbst bei 9000C noch nicht merklich deformiert. Die
verwendeten Scheiben aus Glaskeramik deformieren während des 60-minütigen Brandversuches
praktisch nicht. Dies ist auf den hohen kristallinen Phasengehalt der Glaskeramik
zurückzuführen.