Glasbau

Pendelschlagversuch

Geschrieben von Dr. Frank Purtak

Für absturzsichernde Verglasungen ist häufig eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) erforderlich. Diese kann mit der praktischen Durchführung von Pendelschlagversuchen durch eine anerkannte Prüfstelle erreicht werden. Alternativ lassen sich die relativ aufwendigen Versuche mit FE-Programmen simulieren. Dazu werden nichtlinear transiente Berechnungen durchgeführt. Der Pendelkörper stößt dabei mit festgelegter Geschwindigkeit gegen die Konstruktion.

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Als Ergebnis ist beispielsweise die zeitabhängige Verformung des Pendelkörpers und der Glasscheibe zu sehen. Nach dem Aufprall auf die gewählte Stelle gleichen sich die Verformungen an; dann schwingt das System zurück und der Pendelkörper bewegt sich von der Glasscheibe weg. Die Glasscheibe schwingt als gedämpftes System in die Ausgangslage zurück. In der Grafik ist zudem sichtbar, dass die gedämpfte Schwingung nicht ganz harmonisch ausläuft, da die Auftreffstelle nicht in der Scheibenmitte gewählt wurde; Gegenschwingungen überlagern sich.

Bemessungsdiagramme Vertikalverglasungen

Geschrieben von Dr. Frank Purtak

Für die Bemessung von Vertikalverglasungen nach der TRLV stehen für verschiedene Glasaufbauten entsprechende Diagramme / Bemessungstafeln zur Verfügung. Die Vertikalverglasung ist allseitig linienförmig gelenkig gelagert. In den Diagrammen ist bei Isolierglas die Klimalast bereits berücksichtigt. Die Berechnung der Tabellenwerte erfolgte mit der Glasdickenberechungs-Software TW Glas (TRLV).

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Bei gegebenen geometrischen Verhältnissen von 0,5 m bis 3,0 m (kurze Seite) und 5,0 m (lange Seite) lassen sich die maximal aufnehmbaren Windlasten (Winddruck oder Windsog) qw in kN/m² ablesen.

Diagramme zum Herunterladen:

Bemessungsdiagramme TRLV

Beispiel:

Gegeben ist eine Isolierglasscheibe aus Spiegelglas (SPG) 1,7 m x 2,9 m. Der Scheibenzwischenraum (SZR) soll 16 mm betragen.

Glasaufbau

dinnen / dSZR / daußen [mm]

qw in kN/m²
4 SPG/ 16 SZR/ 4 SPG 0,37
4 SPG/ 16 SZR/ 6 SPG 0,54
4 SPG/ 16 SZR/ 8 SPG 0,84
6 SPG/ 16 SZR/ 4 SPG 0,54
6 SPG/ 16 SZR/ 6 SPG 0,83
6 SPG/ 16 SZR/ 8 SPG 1,06
8 SPG/ 16 SZR/ 8 SPG 1,45

Nachfolgend wird kurz die Methodik zur Erstellung der Diagramme beschrieben:

Zuerst erfolgt die Ermittlung der frei variierbaren Parameter (Höhe und Breite der Scheibe, Schichtdicken usw.). Ein eigens angefertigtes Scheduler-Modul für TW Glas bietet eine grafische Oberfläche mit Konsistenzprüfungen zur Eingabe der Parameterkombinationen. Der Scheduler startet kontinuiierlich das Programm TW Glas und ermittelt so die maximale Ausnutzung und die Verformungen in jeder Schicht. Anschließend werden die Ergebnisse in einer Datenbank eingetragen. Durch Aufteilung der Parameter können mehrere Scheduler gleichzeitig gestartet werden. So arbeiten momentan 2 Opteron-Workstations mit je 4 Kernen und 10 GByte Arbeitsspeicher an 4 bis 12 Schedulern gleichzeitig.

Über eine Abfragemaske können parallel dazu fertige Datensätze aus der Datenbank abgefragt und mit einer nachgelagerte Datenaufbereitung visualisiert werden.
Zum 09.12.2010 betrug der Datenbestand 264,1 MByte bei 1.504.865 Datensätzen.

Bruchmechanik von Glas (Bauteilwiderstand)

Allgemeines

Hauptursache für die geringe Zugfestigkeit von Floatglas sind die Oberflächendefekte in Verbindung mit der fehlenden Zähigkeit des Materials. Die hohe Spannungsspitze an der Risswurzel kann nicht durch Plastifizierung abgebaut werden. Für eine Beschreibung des Spannungszustandes im Nahfeldbereich d des Risses liegt die Vorstellung einer unendlich ausgedehnt gedachten Scheibe unter konstanter Zugbelastung zugrunde. Die Modellvorstellung für die im Folgenden vorgestellte Bruchmechanik setzt zudem voraus, dass die Scheibendicke h wesentlich größer als die Risstiefe a ist und kräftefreie Rissflanken existieren. Nur unter diesen Festlegungen lassen sich die am Modell von GRIFFITH gefundenen Zusammenhänge sinnvoll auf die Oberflächenschädigungen anwenden.

Abb. 1: a) Einzelriss unter Zugbelastung s, Nahfeldzone d, h >> a [1]; b) Rissöffnungsarten [2]

Wie in Abb. 1 b) zu sehen ist, werden in der Bruchmechanik verschiedene Rissöffnungsarten unterschieden. Modus I beschreibt eine Klaffung senkrecht zur Rissfläche, Modus II beschreibt eine Längsscherung und Modus III ist bei Querscherungen anzuwenden. Für den Glasbau ist in erster Linie Modus I entscheidend. 

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Festigkeit von nicht vorgespannten Glasprodukten in inerter (reaktionsunfähiger) Umgebung

Die theoretische Festigkeit von Glas lässt sich aus den atomaren Bindefestigkeiten ableiten. Hierbei spielt die spezifische Oberflächenenergie g0 (auch: Oberflächenspannung), welche eigentlich eine temperaturabhängige Größe für flüssige Zustände ist, eine entscheidende Rolle. Der feste Glaszustand wird häufig mit einer unterkühlten Flüssigkeit gleichgesetzt, die ohne zu kristallisieren erstarrt ist [1, Abschnitt 4.1.1]. Dementsprechend erfolgt die übliche Bestimmung der spezifischen Oberflächenenergie in der zähflüssigen Phase (z.B. Abreiß- oder Lamellenmethode), wobei mit sinkender Temperatur ein leichter Anstieg dieses Materialwertes zu verzeichnen ist. Anschließend wird durch Extrapolation auf Raumtemperatur der Rechenwert für den festen Zustand abgeleitet. Es existieren durch die Methode und die jeweilige Glaszusammensetzung Streuungen der Ergebnisse, wobei meist auf der sicheren Seite liegende untere Grenzwerte in Veröffentlichungen zu finden sind, so dass die Genauigkeit der theoretischen Ergebnisse von vornherein eingeschränkt ist.

Gl. 1

mit:

sth … theoretische Zugfestigkeit von Glas ohne Oberflächendefekte, 

E … E-Modul von Glas (≈ 70000 MN/m²), 

g0 … spezif. Oberflächenenergie (3,0 ∙ 10-6 … 5,4 ∙ 10-6 MN/m, [3] [4]), 

d0 … Ionenabstand Si-O (≈ 2 ∙ 10-10 m, [3])

Die in der Baubranche üblichen Natron-Kalk-Silicatgläser enthalten neben Siliziumoxiden noch andere Komponenten, wie z.B. verschiedene Alkalioxide, die wegen ihrer geringeren Bindungsstärke auch zu einer geringeren theoretischen Gesamtfestigkeit führen. Den größten festigkeitsmindernden Einfluss haben jedoch die Oberflächendefekte, deren Kerbwirkung die Ursache dafür ist, dass bei Biegeversuchen an nicht vorgespannten Flachgläsern nur 0,5 … 1 % der theoretischen Zugfestigkeit erreicht werden.

GRIFFITH verwendete zur mathematischen Lösung des Rissproblems das Prinzip vom Minimum der potentiellen Energie. Seine Bilanzierung beruht auf der Annahme, dass bei einer Rissvergrößerung (potentielle) elastische Energie freigesetzt wird, während die Bildung neuer Rissflanken im Gegenzug einen Anstieg der (potentiellen) Oberflächenenergie bewirkt. Hieraus lässt sich eine kritische Zugspannung sc ableiten, die senkrecht zu den Rissflanken wirkt und deren Überschreitung zum Bruch führt. Zudem kann eine Bruchzähigkeit KI.c (auch: kritischer Spannungsintensitätsfaktor) definiert werden. Sie ist ein Maß für die Energie, welche in der Umgebung der Rissspitze gespeichert ist und beschreibt den Widerstand gegen Risswachstum in reaktionsunfähiger (inerter) Umgebung.

Gl. 2

mit:

sc … kritische Zugspannung senkrecht zu den Rissflanken,

E’ … ebener Spannungszustand = E, ebener Verzerrungszustand = E / (1 – m2),

a … Risslänge bzw. Risstiefe

 

Gl. 2.1

mit:  

KI.c … Bruchzähigkeit

Die theoretische Bruchzähigkeit KI.c hängt nach Gl. 2 jedoch von der spezifischen Oberflächenenergie g0 ab, die in der Literatur meist als unterer Grenzwert angegeben ist. Deshalb wird die Bruchzähigkeit mit der eben beschriebenen Formel meist deutlich unterschätzt. Die Verwendung einer experimentell an genormten Proben ermittelten Bruchzähigkeit ist daher sinnvoll. Die folgende Tabelle gibt hierfür einige Ergebnisse an.

Autor Quelle KI.c [MNm-3/2]
Wiederhorn 1970, [5] 0,82
Gehrke, Ullner, Hähnert 1988, [6] 0,78
Ullner 1993, [7] 0,76

Tab. 1: Bruchzähigkeiten von Kalk-Natron-Silicatglas

Um feststellen zu können, ob unter einer Zugspannung s ein Risswachstum zu erwarten ist, muss eine Vergleichsgröße zur Bruchzähigkeit definiert werden. Dies ist ein Spannungsintensitätsfaktor, welcher vor allem von der anliegenden Zugspannung selbst, aber auch von der Risstiefe und einem Kerbgeometriefaktor f abhängt, der die Charakteristik des Oberflächenschadens berücksichtigt.

Gl. 3

mit:

KI.mod … Spannungsintensitätsfaktor (Index „mod“, wegen Berücksichtigung von f), 

f … Kerbgeometriefaktor (siehe Tab. 2),

s … senkrecht zu den Rissflanken einwirkende Zugspannung, 

a .. Risslänge bzw. Risstiefe

Schwächungsart f [-]
Reibungsschwächung (Glas auf Glas) 1,00
Vickerseindruck (pyramidenförmiger Eindruck) 1,18
Schleifpapierschwächung 1,77
einfacher makroskopischer Oberflächenriss 1,99

Tab. 2: Kerbgeometriefaktor f nach [7, 8]

Ein Bruch in inerter Umgebung ist nicht zu erwarten, wenn:

Gl. 4: Bruchkriterium

eingehalten ist.

Langzeitfestigkeit von nicht vorgespannten Glasprodukten

Die bisherigen bruchmechanischen Betrachtungen des vorherigen Kapitels taugen nur zur Bestimmung der Kurzzeitfestigkeiten von fabrikneuem Flachglas oder zur Bestimmung von Dauerfestigkeiten in inerter Umgebung. Keine Berücksichtigung fand bisher das so genannte subkritische bzw. unterkritische Risswachstum, welches bei Glas vor allem vom umgebenden Medium abhängt. Es begründet sich auf chemische Prozesse an der Risswurzel, die bei unter Zug beanspruchtem Glas ein stetiges Risswachstum bewirken, obwohl die spezifische Bruchzähigkeit KI.c, die beim GRIFFITH-Riss maßgeblich das Bruchkriterium bestimmt, noch nicht erreicht ist. Dieser langsame Rissfortschritt unterhalb der Bruchzähigkeit vermindert die Dauerfestigkeit gegenüber der Festigkeit des fabrikneuen Glases erheblich. Die Zugfestigkeit von Glas wird zu einer zeitabhängigen Kenngröße.

Durch die experimentelle Aufnahme der Risswachstumsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Spannungsintensitätsfaktors und des umgebenden Mediums lässt sich das sogenannte Potenzgesetz ableiten:

Gl. 5

mit: 

u … Risswachstumsgeschwindigkeit;

A, n … Risswachstumsparameter (nach Tab. 3);

KI.mod … Spannungsintensitätsfaktor.

KERKHOF, RICHTER und STAHN haben auf der Grundlage des empirisch hergeleiteten Potenzgesetzes eine Gleichung hergeleitet, mit der die Lebensdauer eines Glasbauteils unter konstanter, dauerhaft wirksamer Zugspannung abgeschätzt werden kann:

Gl. 6

mit:

tc … prognostizierte Dauer bis zum Bruch;

A, n … Risswachstumsparameter nach Tab. 3;

s … konstante Dauerzugspannung; 

f … Kerbgeometriefaktor nach Tab. 2; 

a0 … Anfangsrisstiefe.

umgebendes Medium n [-] A [ms-1][MN-1m3/2n
Wasser 16,0 5,01
Luft, 50% rel. Luftfeuchte 18,1 0,447
Vakuum 70,0 250

Tab. 3: Unterkritisches Risswachstumsparameter von Kalk-Natron-Silicatglas bei Raumtemperatur [9, 10]

Eine weitere Rolle spielt die Beobachtung einer Rissfestsetzung. Bei einer vorhandenen Risstiefe, Umgebungsbedingung und Temperatur existiert demnach ein Schwellenwert der Zugspannung, unter welchem kein unterkritisches Risswachstum mehr zu erwarten ist. Es stellt sich offenbar ein Gleichgewichtszustand zwischen Rissheilungseffekten und der Rissausbreitung ein. Rissheilungseffekte an thermisch nicht vorgespannten Glasoberflächen können in lastfreien Zeitabschnitten zu einer Festigkeitserhöhung um bis zu 20 % (50 %) nach 4 Tagen (10 Tagen) im Vergleich zum vorgeschädigten Zustand [11, 12] führen. Die genauen Ursachen solcher Rissheilungen sind bisher unklar. Vermutlich spielt eine Ausrundung an der Risswurzel oder ein “Verkleben” der Rissufer durch Wasserstoffbrücken eine Rolle [13, Abschnitt 3.3.3.1]. Zur genauen Klärung der Ursachen sind in Zukunft noch intensivere Forschungen nötig. In Berechnungen bleibt die Rissheilung i.d.R. unberücksichtigt.

Fazit

Aus den dargelegten bruchmechanischen Zusammenhängen lassen sich drei wesentliche Aussagen für die Bemessung von nicht thermisch vorgespannten Gläsern ableiten:

1. Die Bruchwahrscheinlichkeit nimmt mit der Größe der zugbeanspruchten Oberfläche wegen der größeren Anzahl möglicher kritischer Risse zu. Hierbei ist die Verteilung der oberflächennahen Hauptzugspannungen zu berücksichtigen.

2. Der Bruch tritt i.d.R. nicht an der Stelle der maximalen Hauptzugspannung auf, sondern dort, wo zufällig ein relativ tiefer Oberflächenriss mit einer relativ großen Hauptzugspannung für eine kritische Kombination sorgt.

3. Die für den praktischen Einsatz von Flachgläsern entscheidende Dauerfestigkeit ist eine Funktion der Belastungsdauer und der Umgebungsbedingungen. Hierbei spielen die Temperatur und vor allem die Luftfeuchte eine Rolle. Es erscheint plausibel, dass der Bauteilwiderstand einer Glasschicht umso geringer ist, je länger die Einwirkungskombination den Riss geöffnet hält und das umgebende Medium dadurch chemische Reaktionen an der Risswurzel hervorrufen kann. In feuchter Umgebung oder bei hohen Temperaturen geht das unterkritische Risswachstum rascher voran und die Lebenszeit des Glasproduktes ist deshalb kürzer als bei Trockenheit oder niedrigen Temperaturen.

Quellenverzeichnis

[1] WÖRNER, J.-D.; SCHNEIDER, J.; FINK, A.: Glasbau – Grundlagen, Berechnung, Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2001 [2] GROSS, D.: Bruchmechanik. 2. Auflage, Berlin: Springer-Verlag, 1996 [3] PETZOLD, A.; MARUSCH, H.; SCHRAMM, B.: Der Baustoff Glas. 3. Auflage, Berlin: Verlag für Bauwesen, 1990 [4] HAHN, H.: Bruchmechanik – Einführung in die theoretischen Grundlagen. Stuttgart: T. G. Teubner, 1976 [5] WIEDERHORN, S. M.; BOLZ, L. H.: Stress corrosion and static fatique of glass. In: Journal of The American Ceramic Society, Vol. 53 (1970), No. 10, pp 543-548 [6] GEHRKE, E.; ULLNER, C.: Makroskopisches Rißwachstum, Inertfestigkeit und Ermüdungsverhalten silikatischer Gläser. Promotion, Technische Universität Berlin, 1988 [7] ULLNER, C.: Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Kalk-Natronsilikatglas nach mechanischer Vorschädigung durch Korundberieselung. Berlin: BAM, 1993 [8] ULLNER, C.; HÖHNE, L.: Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten und zur Rißalterung von Glas unter dem Einfluß korrosiver Umgebungsbedingungen. Berlin: BAM, 1993 [9] BLANK, K.: Dickenbemessung von vierseitig gelagerten rechteckigen Glasscheiben unter gleichförmiger Flächenlast. IKG-Forschungsbericht 3/93, 2. Auflage, Gelsenkirchen: Institut für Konstruktiven Glasbau, 1993 [10] SHEN, X.: Entwicklung eines Bemessungs- und Sicherheitskonzeptes für den Glasbau. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 4, Nr. 138, 1997 [11] FINK, A.: Ein Beitrag zum Einsatz von Floatglas als dauerhaft tragender Konstruktionswerkstoff. Dissertation. Institut für Statik, Technische Universität Darmstadt, 2000 [12] FINK, A.: Ein Beitrag zum Einsatz von Floatglas als dauerhaft tragender Konstruktionswerkstoff. Dissertation. Institut für Statik, Technische Universität Darmstadt, 2000 [13] SEDLACEK, G.; BLANK, K.; LAUFS, W.; GÜSGEN, J.: Glas im Konstruktiven Ingenieurbau. Berlin: Ernst & Sohn, 1999

Autor

Thomas Gröschke
M.Sc., Dipl.-Ing. (TU, FH)

TG@tragwerk-ingenieure.de

TragWerk Software
Döking + Purtak Partnerschaft

Ausgewählte Flachglasprodukte

1. Allgemeines

Einer der ersten in der Glasforschung tätigen Wissenschaftler, GUSTAV TAMMANN (1861-1938), definierte Glas wie folgt: „Der Glaszustand ist der eingefrorene Zustand einer unterkühlten Flüssigkeit, die ohne zu kristallieren erstarrt ist.“ [1, Abschnitt 4.1.1] Im Bauwesen kommen fast ausschließlich Silicatgläser zur Anwendung.

Für die Herstellung von Flachgläsern wird i.d.R. Kalk-Natron-Silicatglas eingesetzt. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften sind für das Bauwesen in der DIN 1249-10 [15] bzw. aktuell in der DIN EN 572-1 [16] geregelt. Kalk-Natron-Silicatglas besitzt die folgende chemische Zusammensetzung [1, Tab. 4.1], wobei die Dichte etwa 2500 kg/m³ beträgt:

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  • ca. 70 % Quarzsand (SiO2),
  • ca. 10 % Kalk (CaO),
  • ca. 15 % Soda (Na2O),
  • Nebenbestandteile, u.a.: Fe2+… grüne Färbung, Fe3+… braune Färbung, Co2+… blaue Färbung.

Im erstarrten Zustand bildet sich eine unregelmäßige Netzwerkstruktur aus Silizium- und Sauerstoffatomen (siehe Abb. 1b), in welche sich die Alkalien einlagern. Anders als bei kristallinen Strukturen verläuft der Übergang zwischen festem und flüssigem Aggregatzustand bei einer Erwärmung nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich. In diesem Transformationsbereich bildet sich eine unterkühlte Schmelze mit einem metastabilen (d.h. schwach stabilen) thermodynamischen Gleichgewicht aus. Die Umwandlungstemperatur vom glasigen Zustand zur metastabilen Schmelze beträgt ca. 500°C. Die endgültige Schmelztemperatur wird durch die Alkalien gesenkt. Sie beträgt für Kalk-Natron-Silicatglas ca. 1300 – 1600°C. Die Alkalien steigern jedoch die Wärmedehnung des Glases. Der Wärmeausdehnungskoeffizient aT beträgt etwa 0,9 •10-5 K-1. Die Wärmedehnung ist somit geringer als bei Stahl oder Aluminium (aT, Stahl = 1,3 •10-5 K-1, aT, Alu = 2,3 •10-5 K-1).

Allgemein

Der für den praktischen Einsatz entscheidende feste Aggregatzustand zeichnet sich durch seine hohe Sprödigkeit aus. Das linear-elastische Materialverhalten hält bis zum Bruch an, wobei der Elastizitätsmodul E für Berechnungen i.A. mit 70000 N/mm² angenommen wird [16, Tab. 1]. In Abweichung davon ist nach DIN 1249-10 [15, Tab. 1] für Floatglas ein E-Modul von 73000 N/mm² und für Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) ein E-Modul von 70000 N/mm² ansetzbar.

Spannungs-Dehnungsdiagramm Glas

Abb. 1:  a) Spannungs-Dehnungsdiagramm für Glas, b) unregelmäßige Netzstruktur des Glases [12, Bild 3.4]

Charakteristisch für Flachgläser sind durch Oberflächendefekte reduzierte Biegezugfestigkeiten, welche mit Doppelring- und Vierpunkt-Biegeversuchen gemessen werden [siehe Tab. 1], während die auf den Bindungskräften der Atome beruhende theoretische Zugfestigkeit etwa 5000 bis 8000 N/mm² beträgt [5, Abschnitt 3.2.1]. Als Druckfestigkeit sind etwa 400 bis 900 N/mm² realistisch [12, Tab. 3.2].

Flachglasprodukt Biegezugfestigkeit (5%-Fraktilwert) Quelle Prüfung [17]
Spiegelglas/ Floatglas 45 N/mm² [15] Doppelring-Biegeversuch,DIN EN 1288-2
Teilvorgespanntes Glas 70 N/mm² [11] Vierschneiden-Verfahren mit zweiseitiger Auflagerung,DIN EN 1288-3
Einscheiben-Sicherheitsglas 120 N/mm² [15] Vierschneiden-Verfahren mit zweiseitiger Auflagerung,DIN EN 1288-3

Tab. 1: charakteristische Biegezugfestigkeiten ausgewählter Flachglasprodukte

Floatglas [1]

Während Flachgläser zunächst durch Gussverfahren mit anschließendem Schleifen und Polieren oder durch Ziehverfahren mittels Düsen und Walzen hergestellt wurden, geschieht deren Produktion heute durch das von PILKINGTON 1952 entwickelte Floatglasverfahren. Hierbei handelt es sich um einen über mehrere Jahre fortlaufenden Prozess, bei welchem das aufgeschmolzene Rohmaterial über ein Zinnbad (Abmessungen bis zu L / B / T = 55 / 7,6 / 0,6 m) schwimmt und anschließend gekühlt wird. Hierdurch entstehen schlierenfreie und nahezu exakt parallele Oberflächen. Aufwändiges Schleifen und Polieren entfällt. Über die Geschwindigkeit der Rollen im Kühlbereich, welche die Schmelze über das Zinnbad ziehen, wird die Glasdicke reguliert. Das Verfahren erweist sich als äußerst wirtschaftlich und leistungsfähig. Bei Floatglas von 4 mm Dicke lassen sich beispielsweise ca. 1100 m Glas pro Stunde herstellen.

Floatglasherstellung

 Abb. 2: a) Herstellungsprozess von Floatglas [1, Bild 2.2], b) Bruch von Floatglas durch Stoß [ebd. Bild 6.43]

Die Biegefestigkeit von Floatglas wird fast ausschließlich durch mikroskopische und makroskopische Oberflächenfehler bestimmt, wobei Untersuchungen in [2] und [3] zeigen, dass die Zinnbadseite durch eindiffundiertes Zinn und dem Kontakt zu den Transportwalzen im Kühlbereich etwas stärker geschwächt wird als die Gasseite (auch Feuerseite genannt). Für Floatglas ist aufgrund der hohen Qualität auch der Begriff Spiegelglas üblich, dessen Herstellung Anfang des 20. Jahrhunderts noch sehr aufwändig und teuer als poliertes Gussglas erfolgte. Nicht vorgespanntes Floatglas wird auch als technisch gekühlten Glas bezeichnet. Die Anforderungen sind in DIN EN 14178-1 [4] geregelt.

Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) [1, 5]

Beim ESG wird das Ziel verfolgt, die bei der Floatglasherstellung unvermeidbaren Oberflächenrisse durch eine Vorspannung zu überdrücken. Hieraus resultiert eine höhere Tragfähigkeit, da ein Risswachstum erst bei einer Überwindung der eingeprägten Druckvorspannung in Gang kommt und chemische Umwandlungsprozesse an den Risswurzeln durch den mangelhaften Feuchtigkeitstransport bei geschlossenen Rissen deutlich erschwert werden. Im Bauwesen ist eine thermische Einprägung der Vorspannung üblich, während für Spezialanwendungen, wie optische Linsen oder die Scheiben von Flugzeugen, der sehr zeitaufwändige Prozess einer hohen chemischen Vorspannung durch Ionenaustausch mit geringer Wirkungstiefe interessant ist. In jedem Fall sind alle Maßnahmen zur Glasbearbeitung (Schneiden, Bohren, Kantenbearbeitung etc.) unter Beachtung der bei thermischer Behandlung auftretenden Maßtoleranzen bereits vor dem Vorspannprozess durchzuführen.

Voraussetzung für einen erfolgreichen thermischen Vorspannprozess ist eine ausreichend hohe Ausgangstemperatur, die etwa 100°C über der Transformationstemperatur liegen sollte. Anschließend erfolgt ein rasches Abschrecken durch kühle Luft, die beidseitig durch Düsen auf die Glasoberflächen geblasen wird. Der Eigenspannungszustand durchläuft hierbei mehrere Phasen, die ausführlich in [5, Abschnitt 5.3] beschrieben sind, bis letztlich die in Abb. 3 a) dargestellte parabelförmige Verteilung erreicht ist. Die Größe der Oberflächenvorspannung sv beträgt hierbei, berechnet als Differenz zwischen den charakteristischen Biegezugfestigkeiten von ESG und Floatglas, etwa 75 N/mm². Nach der US-amerikanischen Norm C 1048 [6] darf sv im Plattenbereich nicht geringer als 69 N/mm² und an den Kanten nicht geringer als 67 N/mm² sein.

Einscheiben-Sicherheitsglas

Abb. 3: a) Spannungszustand bei biegebeanspruchtem ESG [1, Bild 2.7], b) Bruchbild von ESG [ebd., Bild 2.8]

Aufgrund der hohen Energie, die im Eigenspannungszustand gespeichert wird, zerspringt eine ESG-Scheibe beim Bruch in kleine, würfelförmige Bruchstücke mit relativ stumpfen Kanten. Dies vermindert das Verletzungsrisiko. Ein weiterer Vorteil dieses Eigenspannungszustandes ist die Zunahme der Temperaturwechselbeständigkeit.

Ein ernst zu nehmendes Problem des ESG ist der mögliche Spontanbruch infolge von Nickel-Sulfid-Einschlüssen [7]. Diese resultieren aus unvermeidbaren Verunreinigungen im Herstellungsprozess, wobei sich ihr Volumen im Laufe der Zeit durch chemische Umwandlungsprozesse um 4 % vergrößert. Außerdem besitzen diese Einschlüsse einen höheren Temperaturausdehnungskoeffizient als Glas, weshalb bei Temperaturerhöhungen Spannungen entstehen. Diese Eigenschaft wird bei Heißlagerungstests genutzt, wobei das ESG eine 8-stündige Lagerung unter 290°C schadlos überstehen muss. Die Verwendung solcher heiß gelagerten Produkte ist generell zu empfehlen. Die Bezeichnung ist: ESG-H. Für ESG existiert die Norm DIN 12150 [8].

Teilvorgespanntes Glas (TVG)

Teilvorgespanntes Glas wird mit dem Ziel hergestellt, einige Vorteile von Floatglas und ESG miteinander zu vereinigen. Auch bei TVG erfolgt eine thermische Vorspannung, wobei die Abkühlung langsamer vonstatten geht als bei ESG. Somit besitzt TVG eine nicht ganz so hohe Oberflächenvorspannung wie ESG. Nach der Differenz der charakteristischen Biegefestigkeiten aus beträgt sv mindestens 25 N/mm². Nach der US-amerikanischen Norm C 1048 [6] darf sv im Plattenbereich 24 N/mm² nicht unterschreiten, aber auch nicht größer sein als 52 N/mm². Somit sind Biegezugfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit größer als bei Floatglas, jedoch etwas geringer als bei ESG. Dafür besitzt TVG, trotz der erhöhten Tragfähigkeit, ein ähnliches großformatiges Bruchbild wie Floatglas. Dies senkt zwar nicht das Verletzungsrisiko, da TVG jedoch meist in Verbund-Sicherheitsglas (VSG) zur Anwendung gelangt, ist im Bruchzustand eine bessere Rissverzahnung und daher eine wesentlich bessere Resttragfähigkeit gegeben als bei VSG aus ESG.

TVG wird sinnvoller Weise auch als thermisch verfestigtes Glas bezeichnet. Die Produktion ist bisher auf Dicken von bis zu 12 mm beschränkt, da mit zunehmender Dicke die „Krümelneigung“ des Bruchbildes zunimmt [10]. In Deutschland ist TVG derzeit noch immer nicht bauaufsichtlich eingeführt. Es existiert jedoch die Norm DIN EN 1863 [ebd.]. Die Verwendung von TVG ist daher im Bauwesen formal an eine Zustimmung im Einzelfall bzw. an eine Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung geknüpft, die mittlerweile von allen namhaften Herstellern vorliegt (z.B. [11]).

Verbund- bzw. Verbund-Sicherheitsglas (VG/VSG) [1]

Verbundglas ist ein Laminat aus zwei oder mehreren Glasschichten, die mit einem Reaktionsharz (VG) oder mit einer elastischen, reißfesten Hochpolymerfolie (VSG), meist Poly-Vinyl-Butyral (PVB), miteinander verbunden sind. Während sich VG durch die 1 bis 4 mm dicke Harzschicht für Spezialanwendungen, wie z.B. innenliegende Solarzellen eignet, besitzt das durch ein Walzverfahren mit anschließendem Pressen (14 bar, T = 140°C) hergestellte VSG wegen dem 0,38 bis 2,28 mm dicken PVB-Folien-Laminat besonders bei Floatgläsern und TVG eine gute Resttragfähigkeit. Die Splitter verzahnen sich und bleiben an der Folie haften. Hierbei überlagern sich die Rissbilder der einzelnen Glasschichten so, dass meist kein Riss über dem anderen liegt. Je größer die Bruchstücken sind, desto günstiger wirkt sich dieser Verzahnungszustand aus und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die bereits gebrochene VSG-Scheibe vom Rahmen abrutscht. Daher sind große Bruchstücken bei VSG günstig für die Resttragfähigkeit.

Verbund-Sicherheitsglas

Abb. 4: a) VG/ VSG [1, Bild 2.12], b) MIG [ebd., Bild 2.15]

Bei gleichen Glasdicken nimmt mit zunehmender Foliendicke die Biegefestigkeit etwas ab, dagegen erhöht sich die Schlagarbeit. Offensichtlich nimmt die elastische Folie einen Teil der Schlagenergie auf [12, S. 50]. Mit steigender Temperatur und steigender Lastdauer nimmt der Schubverbund und damit die Biegefestigkeit von VSG ab. Bei VG sind die Eigenschaften des jeweiligen Gießharzes zu berücksichtigen. Die Anforderungen an VG/VSG sind in der Norm DIN ISO 12543, Teil 1 bis 6 geregelt [13].

Mehrscheiben-Isolierglas (MIG)

Mehrscheiben-Isolierglas, oft nur Isolierglas genannt, ist eine Verglasungseinheit aus mindestens 2 Gläsern, die durch einen meist mit Edelgas (z.B. Argon) gefüllten Scheibenzwischenraum (SZR, i.d.R. 8 bis 16 mm) getrennt und nur durch einen Randverbund miteinander verbunden sind. Dieser Randverbund ist mit Trocknungsmittel befüllt (i.d.R. Aluminiumsilicat, Zeolit) (siehe Abb. 4 b). MIG wird zur Wärme- und Schalldämmung, aber auch zum Sonnenschutz eingesetzt.

Die Bezeichnung Wärmeschutzglas ist gerechtfertigt, wenn mindestens eine Glasscheibe zum SZR hin eine zusätzliche Beschichtung mit reflektierenden Metallen (hauptsächlich Gold, Silber, Kupfer) besitzt. Hierdurch wird der Wärmestrahlungsanteil verringert [1, Abschnitt 2.3.7 u. 3.4]. Auf Metalloxid-Beschichtungen beruhen auch Sonnenschutzgläser, weswegen eine Kombination aus Wärme- und Sonnenschutz üblich ist.

Schallschutzgläser zeichnen sich im Wesentlichen durch unterschiedliche Glasdicken zwischen Innen- und Außenscheibe aus. Ein hohes Flächengewicht, VG mit weichen Gießharzen oder spezielle Gase im SZR wirken hierbei unterstützend. Als Besonderheiten bei der Berechnung sind Klimalasten und der Kopplungseffekt zwischen Innen- und Außenscheibe zu nennen. Die Anforderungen an MIG sind in DIN EN 1279, Teil 1 bis 6, geregelt [14].

Quellenverzeichnis

[1] WÖRNER, J.-D.; SCHNEIDER, J.; FINK, A.: Glasbau – Grundlagen, Berechnung, Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2001

[2] PEEKEN, H.: Bruchfestigkeitsuntersuchungen an quadratischen Floatgläsern der Kantenlänge 1000 mm nach der Doppelringmethode mit überlagertem Gasdruck. Bericht Nr. 10-82, Aachen: Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung der RWTH Aachen, 1982

[3] MELLMANN, G.; MAULTZSCH, M.: Untersuchung zur Ermittlung der Biegefestigkeit von Flach glas für bauliche Anlagen. BAM-Forschungsbericht 161, Berlin: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), 1989

[4] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN EN 14178-1: Glas im Bauwesen – Basiserzeugnis aus Erdalkali-Silicatglas – Teil 1: Floatglas, Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2005

[5] SEDLACEK, G.; BLANK, K.; LAUFS, W.; GÜSGEN, J.: Glas im Konstruktiven Ingenieurbau. Berlin: Ernst & Sohn, 1999

[6] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS: C 1048–04: Standard Specification for Heat-Treated Flat Glass – Kind HS, kind FT Coated and Uncoated Glass. West Conshohocken: ASTM International, 2004

[7] WAGNER, R.: Nickelsulfid-Einschlüsse in Glas. Glastechnische Berichte, Nr. 11 (1977), S. 296 ff.

[8] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN EN 12150: Glas im Bauwesen – Thermisch vorgespanntes Kalknatron-Einscheiben-Sicherheitsglas. – Teil 1: Definition und Beschreibung. – Teil 2: Konformitätsbewertung/Produktnorm. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2000/ 2005

[9] MEYER, DANIEL: Häute aus Stahl und Glas. tec21 (2002) Heft 12, S. 7-14

[10] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN EN 1863: Glas im Bauwesen – Teilvorgespanntes Kalknatronglas. – Teil 1: Definition und Beschreibung. – Teil 2: Konformitätsbewertung/Produktnorm. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2000/ 2005

[11] DIBt: Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-70.3-55. 10829 Berlin, Kolonnenstraße 30 L, 3. Juni 2002

[12] PETZOLD, A.; MARUSCH, H.; SCHRAMM, B.: Der Baustoff Glas. 3. Auflage, Berlin: Verlag für Bauwesen, 1990

[13] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN ISO 12543 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas. – Teil 1: Definitionen und Beschreibung von Bestandteilen (1998), Teil 2: Verbund-Sicherheitsglas (2006), Teil 3: Verbundglas (1998), Teil 4: Verfahren zur Prüfung der Beständigkeit, Teil 5: Maße und Kantenbearbeitung, Teil 6: Aussehen. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 1998-2006

[14] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN EN 1279-1: Glas im Bauwesen – Mehrscheiben-Isolierglas. – Teil 1: Allgemeines, Maßtoleranzen und Vorschriften für die Systembeschreibung (2004), Teil 2: Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Feuchtig keitsaufnahme (2003), Teil 3: Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Gasverlustrate und Grenzabweichungen für die Gaskonzentrationen (2003), Teil 4: Verfahren zur Prüfung der physikalischen Eigenschaften des Randverbundes (2002), Teil 5: Konformitätsbewertung (2005), Teil 6: Werkseigene Produktionskontrolle und Auditprüfungen (2002), Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2002

[15] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN 1249-10: Flachglas im Bauwesen – Chemische und physikalische Eigenschaften. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 1990

[16] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN EN 572-1: Glas im Bauwesen – Basiserzeugnisse aus Kalk-Natrons – Teil 1: Definitionen und allgemeine physikalische und mechanische Eigenschaften. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2004

[17] DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V.: DIN 1288: Bestimmung der Biegefestigkeit von Glas. Teil 1: Grundlagen. Teil 2: Doppelring-Biegeversuch an plattenförmigen Proben mit großen Prüfflächen. Teil 3: Prüfung von Proben bei zweiseitiger Auflagerung (Vierschneiden-Verfahren). Teil 4: Prüfung von Profilbauglas. Teil 5: Doppelring-Biegeversuch an plattenförmigen Proben mit kleinen Prüfflächen. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2000

Autor

Thomas Gröschke
M.Sc., Dipl.-Ing. (TU, FH)

TG@tragwerk-ingenieure.de

TragWerk Software
Döking + Purtak Partnerschaft

Artikel “Ausgewählte Flachglasprodukte” [ 686.56 KB ]

Kopplungseffekt bei Mehrscheiben-Isolierverglasung

  1. Allgemeines

Der Kopplungseffekt beschreibt das Verhalten der inneren undäußeren Glasplatten bei Mehrscheiben-Isolierglasverglasungen (MIG), wenn eine äußere Einwirkung (z.B. pa in Abb. 1) an einer der beiden Platten eine Durchbiegung hervorruft. Diese bewirkt je nach Richtungssinn der äußeren Einwirkung eine Verringerung oder Vergrößerung des im Scheibenzwischenraum (SZR) luftdicht abgeschlossenen Gasvolumens. Hierdurch entsteht ein Innendruck Dp, welcher ebenfalls auf die nicht direkt durch die äußere Einwirkung beanspruchte Glasscheibe des MIG(s) wirkt.

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Allgemeines

Der Kopplungseffekt beschreibt das Verhalten der inneren undäußeren Glasplatten bei Mehrscheiben-Isolierglasverglasungen (MIG), wenn eine äußere Einwirkung (z.B. pa in Abb. 1) an einer der beiden Platten eine Durchbiegung hervorruft. Diese bewirkt je nach Richtungssinn der äußeren Einwirkung eine Verringerung oder Vergrößerung des im Scheibenzwischenraum (SZR) luftdicht abgeschlossenen Gasvolumens. Hierdurch entsteht ein Innendruck Dp, welcher ebenfalls auf die nicht direkt durch die äußere Einwirkung beanspruchte Glasscheibe des MIG(s) wirkt.

Kopplungseffekt bei MIG und Überlagerung mit Klimalast

Abb. 1: Kopplungseffekt bei MIG und Überlagerung mit Klimalast

Dies bedeutet, dass im Fall eines intakten SZR(s) die lotrecht zur Glasoberfläche wirkenden Lastanteile einer äußeren Einwirkung von beiden Verglasungseinheiten des MIG(s) abgetragen werden. In welchem Verhältnis dies geschieht, kann mathematisch mit Hilfe der in Gl. 1 beschriebenenThermische Zustandsgleichung für eine abgeschlossene ideale Gasmenge ermittelt werden.

Thermische Zustandsgleichung für eine abgeschlossene ideal Gasmenge

Gl. 1 mit: p … Druck im SZR, V … Volumen des SZR(s), T … Temperatur im SZR, Index E … am Einbauort zum Betrachtungszeitpunkt, Index H … am Herstellungsort bei der Versieglung des SZR(s)

Näherungsverfahren basierend auf FELDMEIER

Dieses inzwischen in der Praxis etablierte Näherungsverfahren wurde maßgeblich durch FELDMEIER auf Grundlage der linearen Plattentheorie für Flächenlasten aus der Thermischen Zustandsgleichung für eine abgeschlossene ideale Gasmenge abgeleitet (siehe Gl. 1). Die dabei angewendete Vorgehensweise und die hierfür nötigen Vereinfachungen sind in [1] beschrieben. Hieraus folgt eine angesichts des komplexen Sachverhaltes relativ übersichtliche Lösung, die sich in allen für Deutschland relevanten Richtlinien und Normenentwürfen wieder findet.

Zunächst werden die statischen Eigenschaften des MIG(s) durch eine charakteristische Kantenlänge a* erfasst:

Charakteristische Kantenlänge

Gl. 2 mit: dSZR … Dicke des Schiebenzwischenraumes, di … Dicke bzw. VSG-Ersatzdicke der inneren Glasschicht, da … Dicke bzw. VSG-Ersatzdicke der äußeren Glasschicht, k5 … Beiwert für das Durchbiegungsvolumen (in TRLV: BV)

Anschließend ist ein Isolierglas-Faktor f zu bestimmen:

Isolierglasfaktor

Gl. 3 mit: a … kleinste Kantenlänge bei rechteckiger, allseitig gestützter Geometrie bzw. Länge der freien Kante, wenn nicht allseitig gestützt

Mit Hilfe des Faktors fund den Verhältnissen der Biegesteifigkeiten da = da³ / (da³ + di³) und di = 1 – da lassen sich die Einwirkungen auf die innere und äußere Glasplatte des MIG(s) aufteilen.

Lastangriff auf Einwirkung Lastfaktor für

äußere Glasplatte

Lastfaktor für innere Glasplatte
äußere Glasplatte Wind wa, Schnee s l1 = da + f × di l2 = (1 – f) × di
innere Glasplatte Wind wi l3 = (1 – f) × da l4 = f × da + di
beide Glasplatten isochorer Druck p0 f f

Tab. 1: Aufteilung der Beanspruchungen auf die innere und äußere Glasplatte eines MIG(s) [2, Tab A2]

In den Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV) [2] ist die Anwendung auf Rechteckscheiben ausgelegt. Näherungen für andere Geometrien bietet die zurückgezogene prEN 13474-2 [3, Anhang D] an. Alle Lösungen gelten nur für gleichmäßig über die Glasoberfläche verteilte Flächenlasten.

Kopplungseffekt bei Punktlasten und versuchstechnische Überprüfung

Die Thermische Zustandsgleichung für eine abgeschlossene ideale Gasmenge wurde in Vorbereitung auf das TW Solution-Modul „TWGlas“ für Punktlasten gelöst. Dies ermöglicht z.B. die konsistente Auswertung von Personenlasten, welche für Reinigungszwecke auf Horizontalverglasungen anzusetzen sind. Inwieweit die gefundene Lösung reale Verhältnisse widerspiegelt, soll ein Versuch an einer punktförmig belasteten MIG zeigen, dessen Durchführung in Zusammenarbeit mit der HTW-Dresden (FH) [4] geschah.

An einer allseitig linienförmig gelenkig aufgelagerten MIG, bei welcher das Abheben der Ecken unterdrückt ist, wurden Dehnungsmessungen an der oberen und unteren Glasplatte jeweils in Feldmitte durchgeführt, um die mathematische Lösung für den Koppeleffekt stichpunktartig zu überprüfen. Die rechteckige MIG hat die Abmessungen von a / b = 0,9 / 1,2 m und einen symmetrischen Querschnitt: 2,84 mm Floatglas / 8 mm SZR / 2,84 mm Floatglas. Der SZR ist mit einem Ventil versehen worden, welches vor der Versuchsdurchführung eine Zeit lang geöffnet wurde, um klimainduzierte Belastungen auszuschließen.

Versuch

Abb. 2: Versuchseinrichtung a) vor, b) nach der Durchführung

Die Aufnahme der Dehnungen erfolgte durch die Messung von Widerstandsänderungen an Dehnmessstreifen (DMS), welche jeweils über zwei orthogonal zueinander angeordnete Messgitter verfügten. Um die Widerstandsänderung infolge der durch den elektrischen Stromfluss auftretenden Wärmedehnung des Glases zu kompensieren, waren die DMS unter Anwendung der WHEATSTONE-Brückenschaltung in Form von “Halbbrücken” verschaltet, die mit Hilfe von Ergänzungswiderständen zu “Vollbrücken” geschlossen wurden. Die Messkette verfügte außerdem über ein Kalibrierungsgerät.

Die Versuchsdurchführung erfolgte unter schrittweiser Steigerung einer durch Gewichtsscheiben in Feldmitte eingeleiteten Einzellast Q mit 10 cm x 10 cm Aufstandsfläche bis zum Bruch, wobei die Lasten nach einer gewissen Aufbauzeit jeweils 30 Sekunden lang auf der Glasoberfläche stehen gelassen wurden. Das folgende Diagramm zeigt die Versuchsergebnisse für die obere und unter Glasplatte im Vergleich zur theoretischen Lösung. Die x-Richtung liegt hierbei parallel zur kurzen und die y-Richtung parallel zur langen Seite des rechteckigen MIG(s) (siehe Abb. 2 a).

Versuchsergebnisse

Versuchsergebnisse

Abb. 3: Vergleich der Versuchsergebnisse (Punkte) mit den theoretischen Lösungen (Graphen)

Die Versuchswerte passen sich im für die betreffende MIG praktisch zulässigen Bereich (Q = 100 … 150 N) in die Werte der mathematischen Beschreibung ein, welche in diesem Bereich eine auf der sicheren Seite liegende Bemessung gewährleisten würde. Bei Beanspruchungen, welche über dem praktisch zulässigen Bereich liegen, weichen die Messwerte besonders in y-Richtung (lange Seite) auf der Oberseite der oberen Glasschicht deutlich ab. Die praktische Ausbildung der Membranwirkung am Modell unterscheidet sich offensichtlich von der für die Schnittgrößen verwendeten mathematischen Beschreibung nach Theorie III. Ordnung. Hierbei kann unter anderem die Auflagerung des MIG(s) an der Versuchseinrichtung eine Rolle spielen, die sicherlich nicht ideal gelenkig wirkt, zumal die Konstruktion zur Vermeidung abhebender Ecken einen gewissen Einspanneffekt bei großen Durchbiegungen erzeugt.

Insgesamt fällt der Koppeleffekt zwischen oberer und unterer Glasschicht, verglichen mit den theoretischen Überlegungen, etwas geringer aus. Dies ist unter anderem damit zu begründen, dass für die Herleitung des durch die Einzellast zustande kommenden Innendruckes im SZR die lineare Plattengleichung verwendet wird. Die Folge ist eine Überschätzung des Durchbiegungsvolumens, weshalb in der Rechnung ein höherer Innendruck zustande kommt als in der Realität. Dieser Innendruck belastet wiederum die untere Glasplatte. Ein weiterer Grund für die Abweichungen ist der mögliche Unterschied zwischen theoretischem und tatsächlichem E-Modul.

Durch das eingebaute Ventil (effektive Durchlassöffnung im geöffneten Zustand ca. 3 bis 5 mm²) konnte ein undichter SZR simuliert werden. Zu beobachten war, dass der Kopplungseffekt am verwendeten MIG erst nach einer Dauerbelastung durch die mittige Einzellast von ca. 2 Minuten in deutlich abgeschwächter Form vorlag. Unter stoßartigen Belastungen ist demnach bei einer geringen Undichtigkeit des SZR nicht mit einer wesentlichen Änderung des Tragverhaltens am MIG zu rechnen.

Fazit

Die im Rahmen der Softwareentwicklung für „TWGlas“ gefundene mathematische Lösung zur Berücksichtigung des Kopplungseffektes bei MIG liefert unter punktförmiger Belastung für das betrachtete Beispiel ausreichend genaue Ergebnisse. Ein kompletter Ausfall des Kopplungseffektes ist im Rahmen von stoßartigen Beanspruchungen nur bei einer erheblichen Undichtigkeit des SZR(s) zu erwarten.

Quellenverzeichnis

[1]  FELDMEIER, F.: Zur Berücksichtigung der Klimabelastung bei der Bemessung von Isolierglas bei Überkopfverglasungen. In: Stahlbau 65 (1996) Heft 8, S. 285-290

[2]  SVA, DIBT: Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen, 8/2006. In: Mitteilungen des Deutschen Instituts für Bautechnik, Berlin 03/ 2007

[3]  CEN/TC 129: prEN 13474-2: Glas im Bauwesen – Bemessung von Glasscheiben, Teil 2: Bemessung für gleichmäßig verteilte Belastungen. Berlin: Beuth 02/ 2000

[4]  HOCHSCHULE FÜR TECHNIK UND WIRTSCHAFT DRESDEN (FH), Friedrich-List-Platz 1, D-01069  Dresden

Autor

Thomas Gröschke
M.Sc., Dipl.-Ing. (TU, FH)

TG@tragwerk-ingenieure.de

TragWerk Software
Döking + Purtak Partnerschaft

Artikel Kopplungseffekt bei Mehrscheiben-Isolierverglasung [ 532.28 KB ]