DE3125597C2 - - Google Patents

Description

Infolge der Energieverknappung wird bereits in vielen Ländern bei Außenverglasungen die Isolierverglasung gesetzlich vorgeschrieben. Somit erhebt sich automatisch auch die Forderung nach Brandschutz- Isolierverglasung, denn in einigen Außenbereichen ist auch der Einbau von Brandschutzverglasungen unerläßlich.

Wenn z. Z. auch noch davon ausgegangen werden muß, daß selbst bei Hochhäusern nicht die gesamte Außenverglasung aus Brandschutz- Isolierverglasung bestehen wird, so kann die Brandschutz-Isolierverglasung doch sinnvollen Einsatz finden in Treppenhausverglasungen, Verglasungen neben Treppenräumen, in Eckbereichen von Gebäuden, bei denen zwei Brandabschnitte aufeinandertreffen, oder bei Hochhäusern unterschiedlicher Nutzung.

Es sind im wesentlichen drei Gruppen von G-Einfachverglasungen bekannt, die sich in ihrer Wirkungsweise deutlich unterscheiden.

Die erste Gruppe ist das Drahtglas. Ohne besondere Vorkehrungen widersteht es dem Brandtest nur 30 min (G 30), da es bereits nach wenigen Sekunden zerspringt und nach 30 min zu fließen beginnt. Soll das Drahtglas dem Brandtest länger widerstehen, dann müssen in den Glasrand Löcher gebohrt und muß das Glas mit Stiftung am Rahmen befestigt werden. Das weiche Glas hängt dann im Drahtnetz, das seinerseits an den Stiften hängt. Für beschränkte Scheibengrößen lassen sich so Brandzeiten von 90 min (G 90) erreichen.

Die zweite Gruppe von G-Einfachverglasungen sind Gläser mit einem niedrigen Produkt aus Wärmedehnung und Elastizitäsmodul und einer hohen Erweichungstemperatur (<800°C), die zusätzlich thermisch vorgespannt sind. Diese Gläser überstehen den Aufheizprozeß, ohne zu zerspringen. Durch die hohe Erweichungstemperatur des Glases erreichen diese Gläser Standzeiten von G 90 und G 120. Ein Glas dieser Gruppe ist auf dem Markt unter dem Handelsnamen PYRAN (Glaswerke SCHOTT) erhältlich.

Die dritte Gruppe von G-Einfachverglasungen umfaßt die durchsichtigen Glaskeramiken (ROBAX, Glaswerke SCHOTT). Diese Glaskeramiken enthalten einen hohen Anteil an Hochquarz-Mischkristallen, die der Glaskeramik eine extrem niedrige Wärmeausdehnung von ±1×10^-6K^-1 zwischen 0° und 500°C verleihen. Aufgrund der geringen Wärmeausdehnung sind diese Gläser gegen die im Aufheizprozeß auftretenden Temperaturdifferenzen völlig unempfindlich. Der hohe kristalline Phasengehalt verleiht diesen Gläsern eine hohe Temperturbelastbarkeit. Diese Gläser können dem Brandtest sogar über 240 min widerstehen, ohne zu deformieren.

Unter dem Namen CONTROFLAMM G (Vereinigte Glaswerke) sind auch Mehrfachverglasungen bekannt, die dem Feuer jedoch nur maximal 60 min (G 60) widerstehen. Sie bestehen aus thermisch vorgespannten handelsüblichen Fensterglasscheiben mit einem speziellen Lochrahmensystem.

Ähnliche Mehrfachverglasungen sind z. B. auch aus der DE-OS 28 26 261 bekannt.

Die US-PS 39 84 252 beschreibt Brandschutzscheiben, deren Produkt aus ( α×E) zwischen 0,1 und 0,5 N/mm²K liegt und deren Erweichungspunkt < 900°C ist. Diese Brandschutzscheiben sind durch ein besonderes Verfahren in einem breiten Randbereich gehärtet, was zur Folge hat, daß die Oberfläche der Scheibenmitte eine geringere Druckspannung bzw. sogar eine Zug- oder Dehnungsspannung aufweist. Derartige Brandschutzscheiben haben jedoch den Nachteil, daß sie, wenn sie in Isolierverglasungen Verwendung finden, im Brandfall sehr schnell aufgrund des sich im Zwischenraum zwischen den Scheiben aufbauenden Drucks, der zu einer zusätzlichen Zugspannung in Scheibenmitte fährt, zerstört werden.

Auch gibt die US-PS 39 84 252 keinerlei Hinweis darauf, wie eine Mehrscheibenisolierverglasung beschaffen sein muß, die mit jeder ihrer Scheiben dem Brand ausgesetzt werden darf.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrscheibenisolierverglasung, die den brandschutztechnischen Forderungen einer G-Verglasung nach DIN 4102 genügt und mit jeder ihrer beiden Seiten dem Brande ausgesetzt werden kann. Dieses Ziel wird mit einer Mehrscheiben-Isolierverglasung gemäß den Ansprüchen erreicht.

Die Isolierverglasung ist erfindungsgemäß so aufgebaut oder besitzt solche Vorrichtungen, daß die Zugspannungen, die durch die Temperaturunterschiede zwischen Scheibenmitte und Scheibenrand und durch Innendruck entstehen, stets kleiner sind als die Gesamtfestigkeit mindestens einer Brandschutzscheibe.

Die Isolierglasscheiben, die dem Feuer über mehr als 60 Minuten widerstehen sollen, sind durch Abstandshalter getrennt, die aus einem Material bestehen, das unterhalb 700°C nicht schmilzt, und die vorzugsweise in den beiden oberen Ecken eine Verstärkung enthalten.

Die Verklebung der Scheiben erfolgt durch einen organischen Kleber, der DIN 4102 erfüllt, d. h. der schwer entflammbar und/oder selbstverlöschend ist.

Von den bisher bekannten G-Verglasungen unterscheidet sich die beanspruchte G-30-Isolierverglasung dadurch, daß sie neben den brandschutztechnischen Eigenschaften die Eigenschaften einer normalen Isolierverglasung erfüllt. Von den bisher bekannten G-Mehrfachverglasungen unterscheidet sie sich durch den einfacheren Rahmenaufbau. Für die beanspruchte G-Isolierverglasung wird kein spezieller Lochrahmen benötigt.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden kurz auf die Problematik von Brandschutz-Isolierverglasungen eingegangen.

Wie bei den Einfachverglasungen müssen auch bei den Brandschutzisolierverglasungen im Brandtest zwei Phasen, die Aufheizphase und die Brandphase, unterschieden werden. Während der Aufheizphase entstehen auch bei den Scheiben der Isolierverglasung Temperaturdifferenzen zwischen den heißen Scheibenmitteln und den abgedeckten Scheibenrändern. Diese Temperaturunterschiede können in den Scheiben Zugspannungen σ _{Δ T verursachen und zur Zerstörung der Scheiben führen. Im Gegensatz zur Einfachverglasung entstehen bei der Isolierverglasung zusätzliche Spannungen σ iD , die auf Innendruck zurückzuführen sind. Wie bei den Einfachverglasungen muß auch bei den Brandschutz- Isolierverglasungen dafür Sorge getragen werden, daß während des Brandtests keine Öffnung entsteht, d. h. daß zumindest eine Brandschutzscheibe im Rahmen verbleibt und den Raumabschluß gewährt. Gegenüber der normalen Isolierglasherstellung kommt noch erschwerend hinzu, daß die verwendeten dauerelastischen Kitte, die heute üblicherweise eingesetzt werden, schwer entflammbar und/oder selbstverlöschend sein müssen. Erfindungsgemäß muß die Brandschutzscheibe so beschaffen sein, daß sie im Aufheizungsprozeß weder durch die Temperaturdifferenz zwischen Scheibenmitte und Scheibenrand noch durch den Innendruck zerspringt. Es wurde gefunden, daß Brandschutzscheiben mit einem Produkt aus linearer Wärmeausdehnung α und Elastizitätsmodul E von 0,40 N/mm²K), einer Druckvorspannung ( σ Vorsp. ) in der gesamten Glasoberfläche von σ Vorsp. ( α×E×320-30) [N/mm²] und einer Erweichungstemperatur von 800°C den Aufheizungsprozeß überstehen, wenn in den ersten 15 min des Brandverlaufes ein Abbau der Druckvorspannung erfolgt. Diese Druckvorspannung in der gesamten Glasoberfläche wird mit einem bekannten Vorspannverfahren erzeugt, das einen erhöhten Wärmeübergang zwischen Glas und Abkühlmedium, wie z. B Abschrecken in Öl erlaubt. Die an einer erfindungsgemäßen zweifachen Isolierverglasung gemessenen Temperaturdifferenzen, die in der Aufheizphase des Brandtests zwischen der Scheibenmitte und dem Scheibenrand auftreten, sind in Fig. 2 gegen die Aufheizzeit aufgetragen. Die Messungen erfolgten an einer Isolierverglasung aus zwei 6 mm Brandschutzscheiben von 1 m×1 m bei einem Glasabstand von 12 mm. Der Isolierverbund besaß ein Ventil aus Wood'schem Metall zum Druckausgleich und war in einem Stahlrahmen mit einer 25 mm hohen Glashalteleiste eingebaut. Die Glasabdeckung betrug 20 mm. Die Temperaturdifferenz Δ T durchlief auf der dem Feuer zugekehrten Seite nach etwa 10 min. ihren maximalen Wert von etwa 320°C. Auf der feuerabgekehrten Seite erreicht sie nach 15 min einen maximalen Wert von 180°C. Der Druckausgleich in den ersten 15 min nach Beginn des Brandtests kann durch ein Temperaturventil, ein Druckventil oder durch entsprechende Auswahl bzw. Behandlung der restlichen Isolierglasscheiben erfolgen. Für vorgespannte Gläser mit einem Produkt aus Wärmeausdehnung α und Elastizitätsmodul E von 0,09 < α × E < 0,4 [N/(mm²K)] sollte die Belastung durch den Innendruck σ iD 20 N/mm² möglichst nicht überschreiten. Für Druckausgleichsventile, die auf Temperatur ansprechen, sind in Fig. 3 die Ansprechtemperaturen in Abhängigkeit von der Länge der kleinsten Kante für beide Glasarten ( σ iD 20 N/mm² und s iD 40 N/mm²) aufgetragen. Als Temperaturventil kann z. B. ein Ventil mit Wood′schem Metall eingesetzt werden. Aber auch jedes andere Ventil, das auf eine Temperatur anspricht, die unterhalb der gezeichneten Linie liegt, kann erfindungsgemäß eingesetzt werden, z. B. auch org. Materialien oder Lösungen mit anderen thermischen Effekten, wie Bimetalleffekt. Die Temperaturkurven hängen etwas von der Dicke der Glasscheiben ab. Für Druckausgleichventile, die auf Druck ansprechen, sind in Fig. 4 die Ansprechdrücke gegen die kürzeste Kantenlänge aufgetragen. Auch hier sind die Kurven aufgezeichnet, die zu einer zusätzlichen Belastung der Scheiben von 20 bzw. 40 N/mm² durch den Innendruck führen. Bei Scheiben mit 1 m kürzester Kantenlänge ändert sich der Ansprechdruck kaum noch. Die Druckventile eignen sich besser für kleine Isolierverglasungen als für große. Bei großen Isolierverglasungen müssen sehr empfindliche Druckventile eingebaut werden. Dieser Effekt läßt sich dadurch erklären, daß sich große Scheiben wesentlich stärker auswölben als kleine Scheiben. Die Isolierverglasung kann erfindungsgemäß auch so aufgebaut sein, daß der Druckausgleich durch das frühzeitige Zerspringen der restlichen Scheiben erfolgt, während die Brandschutzscheibe unbeschädigt bleibt. Die restlichen Scheiben müssen so frühzeitig zerspringen, daß die Zugspannungen im Brandschutzglas, die durch die Temperaturdifferenz ( σ Δ T ) zwischen Scheibenrand und Scheibenmitte und durch den Innendruck ( σ iD ) entstehen, stets kleiner sind als deren Gesamtfestigkeit ( s BZ ) σ BZ = Gesamtfestigkeit = Biegezugfestigkeit N/mm²s Δ T = Spannung durch Temperaturdifferenz Scheibenmitte-Scheibenrandσ iD = Spannung durch Innendruck.Die Gesamtfestigkeit eines Glases setzt sich zusammen aus der Grundfestigkeit σ G und der Druckvorspannung σ Vorsp. , falls die Scheibe vorgespannt ist. Die Grundfestigkeit enthält auch die Kantenfestigkeit. Damit die restlichen Scheiben vor der Brandschutzscheibe zerspringen, muß folgende Bedingung erfüllt sein ( s G + σ Vorsp. -σ Δ T -σ iD ) BSG < ( σ G -+ σ Vorsp. -s Δ T -σ iD ) (restl. Glasscheiben). Der kritische Fall entsteht, wenn die Brandschutzscheibe dem Feuer zugekehrt ist. In diesem Fall entsteht in dem Brandschutzglas durch Temperaturdifferenz nach 15 min Branddauer die Zugspannung s Δ T = α₁ × E₁ × 320 (Brandschutzglas), und in der auf der feuerabgekehrten Seite befindlichen Glasscheibe die Zugspannung σ Δ T = α₂ × E₂ × 180 (rest. Glasscheiben). Bei gleich dicken Glasscheiben ist σ iD in beiden Scheiben gleich und fällt somit aus der Gleichung. Ein erfindungsgemäßer Isolierverbund kann somit aus einer Brandschutzscheibe gemäß der oben gegebenen Definition und einer gleich dicken oder dünneren Glasscheibe mit α×E0,6 N/(mm²K) (z. B. Fensterglas) ohne zusätzliches Ventil bestehen. Bei gleichen Abmessungen und gleichem Innendruck werden dünne Scheiben durch den Innendruck stets stärker belastet als dickere Scheiben. Sind die restlichen Scheiben dünner als das Brandschutzglas, dann zerspringen sie wesentlich rascher als diese. Sollen aus sicherheitstechnischen Gründen die restlichen Glasscheiben aus Sicherheitsglas, d. h. aus Gläsern mit einer Druckvorspannung von etwa 100 N/mm² bestehen, dann müssen diese Scheiben entweder eine definierte Verletzung enthalten, die ihre Festigkeit auf die Festigkeit einer normalen Scheibe reduziert, oder sie müssen um mehr als einen Millimeter dünner sein als die Brandschutzgläser. Neben dem Aufheizprozeß spielt die Branddauer eine wesentliche Rolle für die Wahl des Aufbaus der Isolierverglasung und deren Einbau in einen Rahmen. Es wurde gefunden, daß auch Isolierverglasungen mit Standzeiten von 60 und 90 min hergestellt werden können, wenn für die Dauer des Brandtests ein ausreichender Anpreßdruck erhalten bleibt. Der Anpreßdruck bleibt während des gesamten Brandtests erhalten, wenn der Abstandshalter zwischen den Isolierglasscheiben aus einem Material besteht, das unterhalb 700°C nicht schmilzt. Als besonders günstig hat sich ein Abstandshalter aus Stahlprofilrohr bewährt. Da die Brandschutzscheiben aus Glas mit 0,09<α E0,4 N/(mm²K) und Ew800°C bereits vor Erreichen der 90 min weich zu werden beginnen, besitzen sie die Neigung, den Abstandshalter nach unten zu ziehen. So muß z. B. ein Stahlprofilrohr, entsprechend den Scheibenabmessungen, eine ausreichende Wandstärke aufweisen und/oder in der Eckverbindung eine Verstärkung enthalten, die den Abstandshalter an einem Absinken hindert. Die Eckverstärkung kann beispielsweise aus einem etwas längeren, über Eck verschweißtem Vollstahl bestehen, der in das Stahlhohlprofil eingeschoben ist. Der Vollstahl sollte um so weiter in das Hohlprofil hineinragen, je größer die Scheibendurchmesser sind. Die Eckverstärkung verhindert auch ein zu starkes Ausbeulen des Abstandshalters nach unten aufgrund dessen thermischer Wärmeausdehnung. Da nach DIN 4102 bei gegen Feuer widerstandsfähigen Verglasungen auf der feuerabgekehrten Seite keine Flammen über längere Zeiträume entstehen dürfen, müssen der organische Kleber und die Dichtungslippen des Rahmens aus selbstverlöschenden Materialien bestehen. Die Feuerwiderstandsdauer von 60 min wird mit der erfindungsgemäßen Isolierverglasung nach DIN 4102 nur dann erreicht, wenn die Isolierverglasung in einen Rahmen eingebaut wird, der über die gesamte Zeit des mehr als 60-minütigen Brandtests einen vorgegebenen Anpreßdruck aufrecht erhält. Der Glaseinstand im Rahmen soll für die G 60- und G 90-Brandschutzisolierverglasungen 20±3 mm betragen. Die nachstehenden Ausführungsbeispiele sollen zur weiteren Erläuterung der Erfindung beitragen.}

Beispiel 1

In Fig. 5 ist eine Brandschutz-Isolierverglasung, eingebaut in einen Stahlrahmen, dargestellt. Die Brandschutz-Isolierverglasung besteht aus einer thermisch vorgespannten Brandschutzscheibe 1 von 6 mm Dicke und einer nicht vorgespannten Fensterglasscheibe von 4 mm Dicke. Die Brandschutzscheibe 1 besteht aus einem Borosilikatglas mit α×E=0,20 N/(mm²K), einer Druckvorspannung von σ _Vorsp. =40 N/mm² und einer Erweichungstemperatur von Ew=815°C. Der Abstandshalter 3 besteht aus einem Stahlprofilrohr, das mit Molekularsieb gefüllt und zum Innenraum geschlitzt ist. Durch eine Wasserdampfdiffusionssperre 4 und durch eine dauerelastische, schwer entflammbare, selbstverlöschende Masse 5 ist die Isolierverglasung verklebt und der Innenraum nach außen abgedichtet.

Die allseitige Druckvorspannung wird durch Aufheizen der Glasscheibe auf 740°C und Abschrecken in einem Ölbad erzielt. Das Öl hat die Bezeichnung CS 65 (Sorten-Nr. H 700 von BP). Das Verfahren ist in P. Gora, W. Kiefer, W. Sack und H. Seidel "Thermisches Vorspannen von Spezialgläsern durch Abschrecken in Mineralölen und geschmolzenen Salzen "Glastechnische Berichte 50 (1977) Nr. 12 S. 319-327 beschrieben.

Die Brandschutz-Isolierverglasung wird durch Anpressung mit Schrauben 6 oder Kippleisten während des Brandtests im Falz gehalten und somit ein Herausrutschen im Brandfall verhindert.

Beispiel 2

Die Fig. 6 zeigt eine Brandschutz-Isolierverglasung mit zwei 6 mm dicken Brandschutzscheiben 1 und einem Druckventil 9 mit Membrane 10. Bei den Brandschutzscheiben handelt es sich um die in Beispiel 1 beschriebenen Brandschutzscheiben. Die Abmessung der Scheiben beträgt 400 mm×1200 mm. Die Druckmembrane ist so ausgelegt, daß sie bei einem Innendruck von 0,01 N/mm² zerreißt.

Beispiel 3

Die Fig. 7 zeigt eine Brandschutz-Isolierverglasung, bestehend aus einer 6 mm dicken, thermisch vorgespannten Brandschutzscheibe 1, entsprechend Beispiel 1, und einer 6 mm dicken, thermisch vorgespannten Fensterglasscheibe. Der Druckausgleich im Brandfall erfolgt durch ein Ventil 12, das auf Temperatur anspricht. Ein Aluminiumröhrchen ist mit einem niedrig schmelzenden Wood′schen Metall 13 verschlossen.

Claims (6)

1. Mehrscheiben-Isolierverglasung, die einem Brandtest nach DIN 4102, entsprechend der Einheitstemperaturkurve, über mindestens 30 min widersteht, bei welcher mindestens eine der Glasscheiben eine Brandschutzscheibe ist, die aus einem Glas besteht, für das das Produkt aus linearer Wärmeausdehnung α und Elastizitätsmodul E, ( α×E)0,4 N/(mm²K) und dessen Erweichungstemperatur Ew800°C betragen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brandschutzscheibe in der gesamten Oberflächenschicht eine Druckvorspannung σ _v [α×E×320-30] N/mm² aufweist und
daß die Nicht-Brandschutzscheibe eine gleich dicke oder dünnere Glasscheibe aus einem Glas mit dem Produkt ( a×E)0,6 N/(mm²K) ist.

2. Isolierverglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Brandschutzscheibe aus einem Glas mit dem Produkt ( a×E)=0,2 N/(mm²K) und mit einer Erweichungstemperatur Ew=815°C die durch thermisches Vorspannen erzeugte Druckvorspannung σ _v 34 N/mm² beträgt.

3. Mehrscheiben-Isolierverglasung, die einem Brandtest nach DIN 4102, entsprechend der Einheitstemperaturkurve, über mindestens 30 min widersteht, bei welcher mindestens eine der Glasscheiben eine Brandschutzscheibe ist, die aus einem Glas besteht, für das das Produkt aus linearer Wärmeausdehnung α und Elastizitätsmodul E, ( α×E)0,4 N/mm²K) und dessen Erweichungstemperatur Ew 800°C betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzscheibe in der gesamten Oberflächenschicht eine Druckvorspannung σ[α×E×320-30] N/mm² aufweist, und daß die Isolierverglasung geeignete Mittel aufweist, um in den ersten 15 min nach Beginn des Brandtests einen Druckabbau zwischen dem Inneren der Isolierverglasung und seiner Umgebung zu erreichen.

4. Isolierverglasung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Brandschutzscheibe aus einem Glas mit dem Produkt α×E=0,2 N/(mm²K) und mit einer Erweichungstemperatur Ew=815°C die durch thermisches Vorspannen erzeugte Druckvorspannung σ _v 34 N/mm² beträgt.

5. Isolierverglasung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel zum Druckabbau aus Ventilen bestehen, die entweder auf Temperaturanstieg oder auf Druckanstieg im Luftzwischenraum zwischen den Isolierglasscheiben ansprechen.

6. Isolierverglasung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei thermisch vorgespannten Brandschutzgläsern mit 0,09< α×E0,4 N/(mm²K) die Ventile so eingestellt sind, daß sie bei einem Innendruck öffnen, der in der Scheibe eine Spannung von s₁₀20 N/mm² verursacht.