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Druckfestigkeit von Glas
Die Druckfestigkeit von Glas beschreibt die Kerb-Empfindlichkeit der Glas-Oberfläche. Sie soll angeben wie fest das Material bei Kraft-Einwirkung bleibt. Oft wird die Druckfestigkeit von Glas auch als Zugfestigkeit oder als Glas Härte bezeichnet.
Um beispielsweise einen Glaswürfel mit einer Seitenlänge von 10mm und einer Druckfestigkeit von 1000 N/mm² zu brechen, wird ein Gewicht von ca. 10 Tonnen benötigt.
Um die Druckfestigkeit zu erhöhen werden die Glasscheiben in einem speziellen Verfahren thermisch vorgespannt. Genau wie beim ESG-Glas wird das Glas während der Schmelze mit enorm hohen Temperaturen erhitzt und schlagartig abgekühlt.
So entsteht in der Oberfläche eine zusätzliche Druckspannung, welche das Glas widerstandsfähiger machen.
Was ist mit der Druckfestigkeit von Glas gemeint?
Mit der Druckfestigkeit von Glas ist mit die Kerbempfindlichkeit der Oberfläche unter Zugbelastung gemeint. In der Praxis wird es auch als Zugfestigkeit bzw. Druckfestigkeit bezeichnet.
Die Kerb-Empfindlichkeit beschreibt die Neigung eines Stoffes oder Materials zur Rissweiterbildungen an gekerbten Stellen, also an Stellen mit Spannungskonzentrationen. Diese Spannungskonzentrationen entstehen durch Kraft, die auf die Glasscheibe wirkt. Durch eine Kerbwirkung können Risse im Glas entstehen, die so minimal sind, dass man Sie mit bloßem Auge kaum sieht. Diese Risse können sich allerdings später über die ganze Glas-Scheibe ausbreiten.
Die Risse treten wie bei allen spröden Werkstoffen meist schlagartig ein, ohne sich vorher bemerklich zu machen. Die technische Festigkeit von normal gekühltem Glas liegt im Bereich von 30-100 N/mm². Um Fenster-Glasscheiben, wie Floatglas, vor Rissen zu schützen, wird das Glas thermisch vorgespannt. Dabei wird das Glas homogen bis ca. 620-670°C erhitzt. Anschließend wird die Glasscheibe rasch abgekühlt. So entsteht im Glas ein Eigenspannungszustand der zur besseren Druckfestigkeit hilft.
Beim thermisch vorgespannten Glas wird zwischen vollvorgespanntes Glas (Einscheiben-Sicherheitsglas - ESG) und teilvorgespanntes Glas unterschieden.
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Weitere Themen rund um die Festigkeit von Glas
Entstehungen von Oberflächendefekten
Die Druckfestigkeit von Glas ist stark von der Oberfläche und der thermischen Vorspannung abhängig. Oberflächendefekte können verstärkt auftreten, wenn Gläser thermisch nicht vorgespannt werden. Die Biegefestigkeit des Glases ist sehr gering und dadurch ist es sehr spröde. Durch Kratzer, Abplatzungen oder Schleifspuren können Risse entstehen. Es gibt drei Arten von Rissen, die zu erhöhtem Risswachstum führen können: Lateraler Riss, Lateraler Riss mit Chipping und Radialer/Medialer Riss.
Rissheilungs-Effekt
Wird die Glas-Oberfläche bei einer Vertikalverglasung durch Wind beansprucht, können sogenannte Oberflächendefekte ungefährlich bleiben. In spannungsfreien Zeitintervallen heilt die Glas-Oberfläche durch chemische Prozesse an der Riss-Spitze aus und verliert an Gefährlichkeit. Anders ist es unter Dauerbelastung. Dabei können sich Risse weit über das Glas ziehen.
Härte nach Mohs
Die Erkenntnis, dass härtere Stoffe weichere Stoffe ritzen können beruht auf den Namen des Mineralogen Friedrich Mohs. Sie definiert einen Richtwert, in der Materialien und Stoffe einer einheitslosen Skala zugeordnet werden. 1 beschreibt das weichste Mineral, wie Talk. 10 beschreibt dagegen das härteste Material, wie den Diamanten. Glas wird in der Mohs-Skala bei der Einheit 6 eingeordnet.
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