Glas Grundlagen

Brandschutzverglasungen sind komplette Systeme aus Rahmen, Halterungen, Dichtungen und Befestigungsmaterialien.

1. E – Verglasung: Verhindert die Ausbreitung von Feuer oder Rauch, hält aber den Durchtritt von Wärmestrahlung nicht vollständig ab. Sie bleiben im Brandfall meist durchsichtig. Verwendet werden Gussglas mit Drahtnetzeinlage oder spezielle VSG/ESG-Kombinationen.

2. EI – Verglasung: Verhindert nicht nur die Ausbreitung von Feuer und Rauch, sondern auch den Durchtritt der Wärmestrahlung zur feuerabgekehrten Seite ("thermische Isolation"). Die Oberfläche auf der feuerabgekehrten Seite darf sich im Mittel um nicht mehr als 140 Kelvin erwärmen. Diese Verglasungen verwenden oft eine glasklare Gelschicht (aus Polymer und hoch wasserhaltiger Salzlösung) zwischen mehreren ESG- oder VSG-Scheiben, die im Brandfall aufschäumt und eine wärmedämmende Isolierschicht bildet, wodurch die Scheibe undurchsichtig wird und als Hitzeschild wirkt.

Angriffhemmende Gläser sind Verbundsicherheitsgläser (VSG). Die Kategorien sind:

• Durchwurfhemmende Verglasungen (A-Gläser): Müssen den Aufprall einer Stahlkugel aus definierter Höhe aushalten, ohne zu zerspringen (z.B. A1: 4.11kg aus 3.5m).

• Durchbruchhemmende Verglasungen (B-Gläser): Widerstand gegen manuelle Angriffe, geprüft mit maschineller Axt (Anzahl der Schläge bis zu einer Durchbruchöffnung, z.B. B1: 30-50 Schläge).

• Durchschusshemmende Verglasungen (C-Gläser): Panzergläser, die dem Durchdringen von Geschossen (Pistole, Gewehr) widerstehen müssen.

• Sprengwirkungshemmende Verglasungen (D-Gläser): Müssen einer Sprengwirkung unter definierten Prüfbedingungen widerstehen, ohne dass eine durchgehende Öffnung entsteht.

Schaltbare Verglasungen sind "intelligente Systeme", die ihre Eigenschaften (z.B. Lichtdurchlässigkeit, Sichtschutz) verändern können.

• Elektrochrome Gläser: Regulieren Licht- und Wärmedurchlässigkeit über schwache elektrische Spannungsimpulse. Die Scheibe verfärbt sich (z.B. transparent zu blau) innerhalb von 10-15 Minuten, die Durchsicht bleibt erhalten.

• Gasochrome Gläser: Eine integrierte Wolfram-Oxid-Schicht färbt sich blau durch Einbringen von Wasserstoff in den SZR, und entfärbt sich wieder mit Sauerstoff. Die Transmission ändert sich.

• PDLC (Polymer-Dispersed-Liquid-Crystal): Flüssigkristalle in einer Polymermatrix streuen Licht in ungesteuertem Zustand (milchig-weiss, transluzent, verhindert Durchsicht). Bei elektrischer Spannung ordnen sich die Kristalle und das Glas wird transparent. Produkt hat Marktreife als schaltbarer Sichtschutz.

Die Lage der Reflexionsschicht wird von aussen nach innen beziffert (Pos. 1-4).

• Schicht auf Position 1 (Aussenseite): Höherer Lichtreflexionsgrad und damit erhöhter Spiegeleffekt. Erhöhter Reinigungsbedarf und Beschädigungsrisiko durch Umwelteinflüsse.

• Schicht auf Position 2: Geringere Lichtreflexion auf der äusseren Glasoberfläche, geringerer Spiegeleffekt, Reinigungsbedarf wie bei unbeschichtetem Glas, kein Beschädigungsrisiko. Die Schichtposition beeinflusst die Wirkung (Wärmeschutz, Sonnenschutz) und das Aussehen des Glases erheblich.

• Geätztes Glas: Die Glasoberfläche wird grossflächig durch Ätzen mit Flusssäure (Fluorwasserstoffsäure) mattiert. Es entsteht eine satinierte, homogene, halbtransparente Optik, die Lichtdurchlässigkeit mit Sichtschutz verbindet. Die Festigkeit des Glases wird dabei nicht gemindert. Es ist jedoch witterungsempfindlich und nur bedingt im Aussenbereich einsetzbar.

• Emailliertes Glas: Farbige keramische Schichten werden während der Herstellung von thermisch vorgespannten Gläsern in die Oberfläche eingebrannt. Das Email bildet eine feste Bindung mit der Glasmatrix. Emaillierte Gläser sind äusserst kratzfest und witterungsbeständig. Sie können zu VSG oder Isolierglas weiterverarbeitet werden. Die Emaillierung verringert jedoch die Biegefestigkeit des Glases. Dunkle Farben können thermische Probleme verursachen.

Glasschäden können durch Schlagschatten, Temperaturunterschiede im Glas und Wärmestau auf der Innenseite entstehen. Glas ist ein spröder Werkstoff und reagiert sehr empfindlich auf Zugspannung. Da Glas ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist, kann Wärme (z.B. durch Sonneneinstrahlung) schlecht abgeführt werden. Dies führt zu ungleichmässiger Erwärmung und grossen inneren Zugspannungen an der Kante des Glases, bis es berstet. Besonders kritisch sind Gläser mit Drahteinlage, vorgestellte Gegenstände (Vorhänge, Möbel), Klebefolien, dunkle Bemalungen und Heizkörper in der Nähe der Verglasung.

Ein Bruch infolge Temperaturdifferenz (thermischer Bruch) zeigt sich typischerweise durch einen vertikal zwischen den Glasoberflächen verlaufenden Riss. Der Ausgangspunkt des Bruchs liegt immer von der Kante aus. Dies geschieht oft an der Grenzlinie zwischen einem warmen, direkt besonnten Bereich und einem kälteren, durch Schlagschatten abgedeckten Kantenbereich.

Überkopfverglasungen sind Verglasungen, deren Systemebene um mehr als 10 Grad von der Vertikalen abweicht. Sie bergen die Gefahr herabfallender Glasbruchstücke für Personen darunter. Anforderungen: Neben der Aufnahme statischer Lasten (Eigengewicht, Schnee) ist eine ausreichende Resttragfähigkeit nach einem Glasbruch und gegebenenfalls eine Stosssicherheit gegenüber harten Stössen erforderlich. Eine passive Absturzsicherung ist gefordert, d.h. es dürfen keine grossen Splitter auf Personen fallen. Nachweise: Typische Nachweise umfassen Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (für Eigengewicht, Wind, Schnee), Klimalast bei Isolierglas, Resttragfähigkeit und Harter Stoss (Kugelschlagversuch).

VSG aus ESG ist für punktgestützte Überkopfverglasungen ungenügend in ihrer Resttragfähigkeit. Bei linienförmiger Lagerung kann es wegen der grossen Verformungen aus den Halterungen gleiten. Obwohl ESG in kleine Krümel zerfällt, was bei VSG dazu führt, dass diese Krümel von der Folie zusammengehalten werden, besitzt diese Art von VSG keine notwendige Resttragfähigkeit mehr. Stattdessen wird für Überkopfverglasungen VSG aus Floatglas oder VSG aus TVG empfohlen, da diese bei Bruch grossformatige Bruchstücke aufweisen und dadurch eine hohe Resttragfähigkeit bieten.

Glasgeländer müssen Personen bei Aufprall zurückhalten und vor dem Abstürzen schützen, und die Glasfüllung darf bei Bruch die zu sichernde Öffnung nicht freigeben. Wichtige Konstruktionsmerkmale sind:

• Handlauf: Oft ein tragendes U-Profil, das den Glas-Metall-Kontakt durch druckfeste Elastomerstreifen verhindert. Der verbleibende Hohlraum im U-Profil wird mit Dichtstoffen verfüllt.

• Einspannung: Muss hinreichend steif sein. Wichtige Details sind Einspannhöhe (≥ 100 mm), Klemmbleche aus Stahl (Dicke ≥ 12 mm), Verschraubungsabstand (≤ 300 mm), Klotzung am unteren Scheibenende und Kunststoffhülsen über Verschraubungen.

• Glasbohrungen für Punkthalter: Müssen mittig zum Klemmblech sein und durchgehende Zwischenlagen aus druckfestem Elastomer aufweisen, um eine zwängungsarme Lagerung zu gewährleisten.

Profilglas wird als "offenes Glassystem" bezeichnet. Da es einen ständigen Austausch mit der Umgebungsluft gibt, ist eine Edelgasfüllung nicht möglich, da das Gas entweichen würde. Auch hochselektive Wärmeschutzbeschichtungen, wie sie bei Isolierverglasungen üblich sind, können nicht auf den Glasinnenseiten angebracht werden. Einzig eine feuchtigkeitsunempfindliche Hartbeschichtung (Metalloxidschicht) kann zur Verbesserung des Wärmeschutzes auf der Innenseite der Profilglasbahn aufgetragen werden.

Transluzente Isolation (Transparente Wärmedämmung = TWD) wird als isolierende Einlage in den Scheibenzwischenraum der zweischaligen Profilverglasung befestigt. Sie besteht aus sehr dünnen, gesponnenen Glasfasern, die mit einem lichtstabilen Binder verwoben sind. Durch die eingeschlossene, stehende Luft wird eine sehr gute Wärmedämmung erreicht. Eigenschaften:

• Hervorragende Wärmedämmung (U-Werte bis 1,05 W/m²K).

• Gute Lichtdurchlässigkeit bei gleichzeitig sehr guter Lichtstreuung.

• Angenehmes Raumklima durch schlagschattenfreie Verteilung des Lichts.

• Sehr guter Sonnen- und Blendschutz (niedriger g-Wert), Schutz vor sommerlicher Überhitzung.

• Nassverglasung: Die beidseitige Versiegelung erfolgt mit elastisch bleibendem Dichtstoff auf einem Vorlegeband, das der Falzform angepasst ist. Eine mindestens 5 mm hohe Haftfläche des Dichtstoffes an Rahmen und Glas muss gewährleistet sein.

• Trockenverglasung: Hierbei werden Dichtprofile verwendet, die auf das Fenstersystem abgestimmt sein müssen. Sie müssen an Ecken und Stössen dauerhaft dicht sein und die Dickentoleranzen der Gläser ohne Verlust der Dichtkraft aufnehmen. Bei Hallenbädern und Feuchträumen müssen Profilstösse und -ecken auf der Raumseite dauerhaft abgedichtet werden (z.B. Vulkanisieren).

Oberflächenschäden am Glas können durch mechanische, thermische und chemische Einwirkungen entstehen.

• Chemische Verätzungen: Verursacht durch alkalische Bestandteile wie Mörtelspritzer, Zementschlämme oder Auswaschungen aus Beton. Vermeidung: Eingebaute Verglasungen müssen im Bauzustand geschützt werden. Frische Spritzer sind sofort mit Wasser zu entfernen.

• Einbrände: Durch Schweissperlen oder glühende Schleifpartikel bei Arbeiten in Glasnähe. Vermeidung: Schweiss- und Schleifarbeiten sollten nicht in der Nähe von Glasflächen durchgeführt werden.

• Schlierenbildung: Durch Abrieb von Verglasungsdichtstoffen oder Gleitmitteln. Vermeidung: Dichtstoffoberflächen sollten mit feuchtem, weichem Stofftuch und handelsüblichen Reinigern gereinigt werden; abrasive Mittel sind zu vermeiden. Spiritus oder Azeton sind für starke Verschmutzungen auf Dichtstoffen geeignet, aber Vorsicht bei beschichteten Gläsern und VSG.

Zur Reinigung von Verglasungen sollten niemals stark alkalische Waschlaugen sowie Säuren, insbesondere Flusssäure, und fluoridhaltige Reinigungsmittel verwendet werden. Diese Lösungen können die Beschichtung und die Glasoberfläche zerstören, was zu irreparablen Beschädigungen führen kann. Zudem sollten abrasive Reinigungsmaterialien (z.B. Scheuermittel, Stahlwolle) bei metalloxidbeschichteten Gläsern vermieden werden. Für VSG sind Spiritus und Alkohol sowie konzentrierte Reiniger, die diese Substanzen enthalten, nicht empfohlen, da sie zu Trübung oder Delamination der PVB-Folie führen können.

Fenster- und Spiegelglas wird meist im Float-Verfahren hergestellt. Dabei wird das aus der Formwalze austretende, etwa 1000°C heisse Glasband auf ein flüssiges Zinn-Metallbad geleitet. Auf dem Zinnbad breitet sich die Glasmasse aus und bildet durch die Oberflächenspannung der Glasschmelze und die plane Oberfläche des Zinnbades zwei völlig ebene, optisch unverzerrte Glasoberflächen aus. Das Glasband kühlt auf dem etwa 60 Meter langen Zinnbad langsam auf ca. 400°C ab und durchläuft anschliessend einen Abkühlofen zur Schneidestation.

• Rohglas: Besitzt eine glatte oder wenig gemusterte Oberfläche und wird verwendet, wenn weder klare Durchsicht noch ansprechende Gestaltung wichtig sind.

• Ornamentglas: Verfügt über eine starke Oberflächenstrukturierung, die neben dekorativer Wirkung auch Blendfreiheit und starke Lichtstreuung hervorruft.

• Drahtglas: Wird aus zwei Rohglastafeln hergestellt, zwischen die im zähflüssigen Zustand ein Drahtgewebe eingewalzt wird. Es ist jedoch nicht mehr als Sicherheitsglas für absturzsichernde Zwecke zugelassen, da es bei Bruch zu Verletzungen durch Glas und Drähte führen kann.

• Antikglas: Wird durch Färben der Glasmasse, unvollständiges Entgasen und absichtliches Einwalzen von Oberflächenunregelmässigkeiten "antik" getrimmt und für alte oder rustikale Gebäude eingesetzt.

• Hervorragende Belastbarkeit aufgrund seiner U-Form im Gegensatz zu flachen Glasscheiben.

• Sehr hohe statische Festigkeit.

• Dient vor allem zur sprossenlosen Verglasung.

• Kann in grossen Längen für Fassaden verwendet werden.

• Ermöglicht den Bau gekrümmter Wände.

• Schnelle und einfache Wartung und Ersatz.

• Erhältlich in verschiedenen Farben.

• Hohe Lichttransmission.

Bei 1000°C ist Glas flüssig. Zwischen 500°C und 1000°C ist es formbar. Bei normalen Temperaturen ist Glas ein "fester" Körper.

Glas ist ein linear-elastischer Werkstoff ohne plastische Verformungen. Wenn seine Elastizitätsgrenze erreicht ist, bricht Glas. Im Gegensatz zu duktilen Materialien wie Stahl, bei denen lokale Spannungsspitzen durch Plastizieren begrenzt und Belastungen über einen grösseren Querschnittsanteil verteilt werden können, können bei Glas Spannungsspitzen nicht durch Plastizieren abgebaut werden.

• Rohdichte: 2.5 kg/dm³.

• Elastizitätsmodul (E-Modul): ca. 70'000 N/mm² (ähnlich Aluminium).

• Druckfestigkeit: 700-1000 N/mm².

• Ritzhärte (Mohs): 5-6.

• Ausdehnungskoeffizient: 9 x 10⁻⁶/K.

• Temperaturwechselbeständigkeit: ca. 40 K (Floatglas), 100 K (TVG), 150 K (ESG).

Die Biegefestigkeit von Floatglas liegt bei 30 N/mm² (Rechenwert). Durch thermisches Vorspannen (Härten) kann sie auf 50 N/mm² erhöht werden. Drahtgläser haben eine verminderte Biegefestigkeit von ca. 20 N/mm².

• Reststandsicherheit: Bedeutet, dass das Glaselement im Zerstörungsfall unter bestimmten Einbaubedingungen ohne zusätzliche Belastung über einen begrenzten Zeitraum stehen bleibt.

• Resttragfähigkeit: Bedeutet, dass darüber hinaus die raumabschliessende Wirkung des Glaselementes über einen bestimmten Zeitraum erhalten bleibt und in begrenztem Umfang Lasten aufgenommen werden können. Bei Überkopfverglasungen ist dies die Fähigkeit, nach einem Bruch noch diverse Lasten wie Schnee oder Hagel zu ertragen, ohne sich aus der Halterung zu lösen.

Die Vorspannung und damit die Resttragsicherheit von Glasscheiben kann mit einem spannungsoptischen Messgerät durch die Messung der Oberflächendruckspannung bestimmt werden. Dies ist wichtig, da eine zu hohe Vorspannung von TVG (teilvorgespanntes Glas) zu einer unzureichenden Resttragfähigkeit führen kann.

• Pendelschlagprüfungen an absturzsichernden Verglasungen (simuliert den Anprall einer Person mit einem 50 kg schweren Zwillingsreifen).

• Resttragfähigkeitsprüfungen an Überkopfverglasungen (mit einer Zusatzlast von 2/3 der statisch anzusetzenden Last).

• Stosskörperprüfungen an planmässig begehbaren Verglasungen (z.B. Torpedo-Fallversuche mit Stahlzylinder 40kg aus 80cm Fallhöhe, oder Glaskugelsack 50kg aus 1.20m).

Normen sind wichtig für Vereinheitlichung, Vergleichbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Austauschbarkeit, Verständlichkeit, Sicherheit/Produktsicherheit und Qualität. Grundsätzlich sind Normen Empfehlungen und ihr Einsatz ist freiwillig. Sie gelten jedoch als anerkannter Stand der Technik im Bauwesen und sind in gewissem Mass rechtlich relevant, da Gesetzgeber oder Behörden verbindlich auf sie verweisen können, insbesondere bei Themen wie Sicherheit, Gesundheit oder Umweltschutz. Im Schadenfall kann das Abweichen von gültigen Normen einen Verstoss darstellen.

VSG steht für Verbund-Sicherheits-Glas. Es besteht aus mindestens zwei Glasscheiben und einer hocchreissfesten Zwischenschicht, üblicherweise aus Polyvinyl-Butyral-Folie (PVB). Im Unterschied zu Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) zerfällt VSG bei Beschädigung nicht in kleine Krümel, sondern die Bruchstücke haften an der unverletzten PVB-Schicht, wodurch die Verletzungsgefahr vermindert und die verglaste Öffnung geschlossen bleibt. VSG kann Ab- und Durchsturzhemmend, Durchwurfhemmend, Durchbruchhemmend (einbruch- und ausbruchhemmend), Durchschusshemmend sowie begehbar und trittsicher sein.

• Betretbare Verglasungen (für Reinigungs- und Wartungszwecke): Dürfen nur nahe am Rand betreten werden, um Biegespannungen zu vermeiden. Sie sollten splitterbindendes Glas (z.B. VSG) verwenden. Eine Zusatzlast von 1kN kann bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.

• Begehbare Verglasungen (z.B. in Böden oder Treppen): Müssen die gleichen Anforderungen wie normale Geschossdecken erfüllen und üblicherweise Nutzlasten von 5kN/m² aufnehmen. Sie müssen aus VSG bestehen, das im Bruchfall eine Resttragfähigkeit aufweist. Zusätzlich sollte eine mindestens 6mm dicke Verschleissscheibe auf den tragenden VSG-Verbund aufgesetzt werden, die den Schutz gegenüber harten Stössen bietet. Drahtglas ist für Sicherheitsziele nicht mehr geeignet und für begehbare Flächen unzulässig, da bei Bruch Verletzungen durch Schnitte am Glas und scharfe Drahtenden entstehen können.

Schallschutzgläser werden eingesetzt, wo Lärmemissionen zu hoch sind, z.B. im Fassadenbau oder als Lärmabtrennung. Sie bestehen aus verschiedendicken Glasscheiben, die als VSG verarbeitet werden. Die unterschiedlichen Dicken führen zu verschiedenen Schwingungen bei Schalleinwirkung, wodurch der Schall gebrochen wird (asymmetrischer Scheibenaufbau). Faktoren, die die Schalldämmung beeinflussen, sind:

• Scheibengewicht: Je schwerer/dicker, desto höher der Schalldämmwert.

• Anordnung von Zwischenschichten: Giessharze und spezielle PVB-Folien in VSG/VG verbessern die Schalldämmung durch innere Dämpfung.

• Scheibensteifigkeit: Je geringer, desto besser der Schalldämmwert (Giessharze werden "weich" eingestellt).

• Scheibenaufbau: Unsymmetrische Aufbauten verbessern das Verhalten.

• Breite des Scheibenzwischenraums (SZR): Je breiter, desto besser (max. 24 mm).

• Gasfüllung des SZR: Spezielle Schwergasfüllungen (z.B. Argon, Krypton) verbessern den Schalldämmwert, aber nicht die Wärmedämmung.

Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist ein Mass für die Wärmedämmfähigkeit von Gläsern. Je niedriger der U-Wert, desto besser die Dämmung. Er wird verbessert, indem zwei oder drei Glasscheiben mit einem Abstandhalter verbunden und versiegelt werden. Der Raum zwischen den Gläsern wird oft mit einem Edelgas wie Argon oder Krypton gefüllt. Zusätzlich können Metalloxid-Beschichtungen (selektive Schichten) auf der Innenseite der raumseitigen Scheibe (Position 3) das Emissionsvermögen mindern und somit den U-Wert verbessern, indem sie langwellige Wärmestrahlen reflektieren. In der Schweiz gibt es keine einheitlichen Vorschriften für Wärmeschutz auf Bundesebene; diese Kompetenz wurde an die Kantone und teilweise an die Gemeinden delegiert, was zu regional unterschiedlichen Standards führen kann.