DuPont™ SentryGlas

DuPont™ SentryGlas® –
Kosteneffizientes Leistungsplus für
Verbund-Sicherheitsglas
von Dipl.-Ing. Ingo Stelzer, DuPont Deutschland, Neu-Isenburg
Verbund-Sicherheitsglas mit hochsteifen
SentryGlas® Zwischenlagen eröffnet neue
Perspektiven. Vieles wird vorstellbar ...
Architekten haben Verbund-Sicherheitsglas als
Baumaterial nicht nur entdeckt, sie haben in den
letzten Jahren auch gelernt, die außergewöhnlichen strukturellen und gestalterischen
Reserven dieses Material immer besser zu nutzen.
Jetzt sorgen hochsteife SentryGlas® Zwischenlagen
von DuPont für ein kosteneffizientes Leistungsplus, das die ohnehin breiten Einsatzmöglichkeiten dieses Baustoffs noch erheblich erweitert – im
Einfamilienhaus ebenso wie in der Luxusvilla, in
Shopping-Malls, Büro- und Produktionsgebäuden
Meist sind zurzeit Zwischenlagen aus Polyvinylbutyral (PVB, z. B.
Butacite® von DuPont) im Einsatz. Wachsenden Anteil gewinnen jetzt
die neuen SentryGlas® Zwischenlagen von DuPont. Diese neue,
ursprünglich für Verglasungen in wirbelsturmgefährdeten Regionen
entwickelte Zwischenlage ist wesentlich steifer als PVB. Dadurch
ergibt sich eine höhere Belastbarkeit der Laminate oder – bei gleicher
Belastung – die Möglichkeit zur Dickenreduzierung, ohne an Sicherheit zu verlieren.
Dies bietet Architekten interessante Perspektiven, und dabei sind
der Kreativität kaum Grenzen gesetzt, denn die Verarbeitungseigenschaften der neuen Zwischenlage erlauben theoretisch unlimitierte
Abmessungen der Glaselemente – soweit sie die verfügbaren Autoklaven aufnehmen können. Die größten damit bisher realisierten Glaselemente hatten eine Breite von 3 m und eine Länge von 13,5 m. Und die
nachhaltig hohe, kristallklare Transparenz, der fast vollständige Schutz
gegen Vergilben und die herausragende Kantenstabilität unter extremen Wetterbedingungen machen SentryGlas® noch interessanter für
Innen- und Außenanwendungen in allen Bereichen der Architektur.
sowie öffentlichen Bauten.
Seit Jahrhunderten erfüllt Glas am Bau drei Grundforderungen:
Tageslicht einzulassen, den Blick in die Umgebung zu öffnen und
dabei vor den Unbillen der Natur zu schützen. Glashersteller haben
diese Eigenschaften im Laufe der Zeit perfektioniert. Einen riesigen
Schritt nach vorne in allen drei Bereichen hat die Einführung von Verbund-Sicherheitsglas (VSG) ermöglicht. Wie groß dieser Schritt tatsächlich war, lässt sich auch heute, Jahrzehnte später, noch nicht
abschätzen, denn noch immer schöpfen Architekten und Tragwerksplaner das tatsächliche Leistungspotenzial lediglich zu einem
Bruchteil aus – weil die entsprechenden Informationen fehlen, auf
Grund festgefahrener Vorurteile oder weil die gesetzlichen Rahmenbedingungen noch nicht geschaffen sind. So kommt es heute oft zu
Überdimensionierungen und damit zu Strukturen, die dicker, schwerer und damit teurer sind, als ihr Zweck eigentlich erfordert.
SentryGlas® erweitert den Horizont
Herkömmliches Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) birgt auch nach
Jahren des Einsatzes die Gefahr des plötzlichen, durch Nickel-SulfidEinschlüsse ausgelösten Versagens und damit eines Splitterregens
mit hohem Gefährdungspotenzial. VSG verhält sich völlig anders,
denn bei seiner Herstellung werden zwei oder mehr Flachglasscheiben mit Hilfe einer fest auf dem Glas haftenden Kunststoff-Zwischenlage verbunden. Dabei ergibt sich ein hoch transparentes Laminat,
das Naturgewalten, Vandalismus, Anschlägen und anderen Sicherheitsrisiken trotzt. Sollte es trotzdem einmal zu Bruch gehen, bleiben
Scherben und Splitter an der Zwischenlage haften, anstatt sich abzulösen um dann als gefährliche Geschosse auf Menschen, Geräte oder
Einrichtungsgegenstände zu treffen. Darum ist VSG heute in Anwendungen wie Überkopf- und absturzsicheren Verglasungen das einzig
erlaubte Glas.
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Hundertfache Steifigkeit
Werden zwei aufeinander liegende Glasscheiben belastet, biegen sie
sich unabhängig voneinander durch. Dabei kommt es an den beiden
inneren, sich berührenden Oberflächen zu Verschiebungen, weil eine
dieser beiden Flächen gedehnt und die andere gestaucht wird. Verbindet man beide Scheiben mit einer anhaftenden Kunststoff-Zwischenlage, so muss diese in ihrem Inneren die Verformungsunterschiede kompensieren, das heißt, sie muss Schubkräfte aufnehmen
(Bild 1).
Bild 1. Wirkung im Schubverbund
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PVB-Zwischenlagen wie Butacite® von DuPont tun dies bei kurzzeitiger, schlagartiger Belastung sehr effizient. Dadurch ist damit
hergestelltes Verbund-Sicherheitsglas ein hervorragender Schutz
gegen die Auswirkungen z. B. von Vandalismus, Wirbelstürmen oder
Explosionen. Aber PVB ist ein weicher Kunststoff, der unter länger
einwirkender Belastung zu fließen beginnt. Die Folge: Zwei damit
verbundene Glasscheiben verhalten sich unter langzeitig wirkender
Biegelast kaum anders als zwei nicht miteinander verbundene Scheiben. Statische Berechnungen berücksichtigen deshalb bisher lediglich die Kennwerte der Glaskomponenten, nicht aber des gesamten
VSG-Schubverbunds.
Bild 3. Steifigkeit (Schubmodul) von PVB und SentryGlas®
Zwischenlagen bei Raum- und erhöhter Temperatur
Bild 2. Kurzzeit-Festigkeit und -Steifigkeit von PVB und
SentryGlas® Zwischenlagen im Vergleich
SentryGlas® Zwischenlagen reagieren ganz anders. Ihre Festigkeit im Zugversuch ist deutlich höher als die von PVB, und ihre Steifigkeit bei Raumtemperatur ist sogar rund einhundert mal so hoch
(Bild 2). Entsprechend besser ist auch das Verhalten bei erhöhter
Temperatur (Bild 3).
Balustraden für
US-Baseballstadion
Im Baseballstadion Petco
Park in San Diego (USA)
gibt eine Balustrade aus
Verbund-Sicherheitsglas
mit SentryGlas® von DuPont
uneingeschränkte Sicht auf
das Spielfeld, da auf den
Metallrahmen verzichtet
werden konnte.
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erfolgte linienförmig (1,5 kN/m) an der oberen, der Einspannung
gegenüberliegenden Kante, bzw. punktförmig (1,5 kN), einmal am
Scheibenmittelpunkt und einmal an einer der äußeren Scheibenecken. Gemessen wurde jeweils das Verformungsverhalten, d. h. die
Auslenkung der oberen Kante bei Raumtemperatur.
Das Ergebnis aller drei Messreihen zeigt übereinstimmend, dass
Verbund-Sicherheitsglas mit SentryGlas® weniger als halb so weit
ausgelenkt wird wie bei Einsatz der PVB-Zwischenlage und dass
diese Auslenkung ähnlich oder sogar geringer ist als die der monolithischen Scheibe (Bild 4). Entsprechend niedriger sind auch die im
Glas aufgebauten mechanischen Spannungen.
Dach für Endesa-Zentrale
Die Architekten Kohn Pedersen Fox verwendeten Verbund-Sicherheitsglas mit den hoch belastbaren SentryGlas® Zwischenlagen
von DuPont für ein fußballfeldgroßes Dach der Zentrale von
Endesa in Madrid.
Foto: H.G. Esch
Dünnere Laminate, höhere Sicherheit
Auf Grund dieser gegenüber dem Einsatz von PVB geänderten Randbedingungen erscheint es sinnvoll, die Vorgehensweise bei der Auslegung statisch belasteter Verbundglasscheiben zu überdenken und
die mechanischen Kennwerte der Zwischenlage ebenfalls zu berücksichtigen. Entsprechende Ansätze sind bei DuPont verfügbar.
Welche Möglichkeiten sich dadurch ergeben, zeigen extern
durchgeführte Untersuchungen [1] an Verglasungen für Balustraden,
bei denen eine monolithische Scheibe (19 mm getempertes ESG) mit
zwei VSG-Laminaten (10 mm getempert / 1,52 mm PVB / 10 mm
getempert und 10 mm getempert / 1,52 mm SentryGlas® / 10 mm
getempert) verglichen wurde. Die ca. 1.200 mm mal 1.200 mm
großen Muster waren im unteren Bereich eingespannt, die Belastung
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Bild 4. Vergleich der Auslenkungen punkt- bzw. linienförmig
belasteter Musterscheiben aus ESG sowie von Laminaten mit
PVB oder SentryGlas®
Daraus und aus weiteren Versuchen lassen sich folgende
Schlüsse ziehen: Die Steifigkeit von SentryGlas® ist so hoch, dass
sich eine nahezu perfekte Lastübertragung zwischen den Glasscheiben ergibt. Dies gilt für einen weiten Temperaturbereich und auch
unter Langzeit-Gesichtspunkten. Dadurch ermöglicht SentryGlas®
hoch belastbare Laminate mit herausragendem Festigkeits-/Gewichtsverhältnis. Gegenüber Laminaten mit PVB ergeben sich
beachtliche Möglichkeiten
• zur Dickenreduktion, die meist im Bereich von einer bis zwei
Standard-Glasdicken liegt,
• zur Verwendung größerer Scheiben bei gegebener Belastung
oder
• zur Verringerung der Zahl der Fixierungen bei rahmenlosen Verglasungen.
Für den Anwender ermöglicht dies einerseits eine gewisse
Kostensenkung, andererseits aber auch eine Verringerung des
Gewichts der Verglasung, was speziell bei beweglichen Objekten wie
Jachten oder Schienenfahrzeugen höchst erwünscht ist.
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Welche Vorteile die SentryGlas® Zwischenlage in Bezug auf die
Zähigkeit bei Schlagbeanspruchung bietet, zeigt die Darstellung in
Bild 5. Hier wurden Laminate aus je zwei Glasscheiben mit Zwischenlagen aus PVB bzw. SentryGlas® bei einer Temperatur von –12 °C
durch eine Folge von Schlägen beansprucht. Die Versuche begannen
mit 25 Belastungen mit 4.300 N, gefolgt von 10 Belastungen mit
8.600 N. Beide Laminate hielten diesen Beanspruchungen ohne
Bruch stand. Bei einer Schlagbeanspruchung mit 12.900 N versagte
das Laminat mit PVB im zweiten Durchgang. Das Laminat mit
SentryGlas® widerstand weiteren 10 Belastungen dieser Größe und
versagte erst nach der dritten Schlagbeanspruchung mit 17.200 N.
Mehr Sicherheit auch nach Bruch
VSG für Architekturanwendungen ist die einzige Sicherheitsverglasung in optischer Qualität, die auch nach dem Bruch intakt bleibt.
Bei einer ausreichend heftigen Schlagbelastung wird das Glas brechen, die dabei entstehenden Splitter bleiben aber an der Zwischenlage haften. Dadurch ist das Verletzungsrisiko für Passanten
erheblich gemindert, und zugleich bleibt eine gewisse Rest-Schutzwirkung der Verglasung gegen Wind und Wetter erhalten.
Vergleichsmessungen zeigen, dass dieser positive Aspekt bei
Laminaten mit SentryGlas® deutlich stärker ausgeprägt ist als bei
Einsatz von PVB (Bild 6). Bei diesen Versuchen wurden beide Verbunde mit 3.300 N belastet, und anschließend wurde das Glas
gebrochen, die Belastung blieb erhalten. Dabei wurde die Verformung (die Auslenkung des Laminatmittelpunktes) über der Zeit aufgezeichnet. Für PVB ergab sich eine deutlich stärkere Verformung als
bei SentryGlas®. Zudem riss das PVB nach rund 7 min, während
SentryGlas® langzeitig intakt blieb.
Bild 5. Vergleich der Schlagzähigkeit von Laminaten mit
SentryGlas® bzw. PVB
Bild 6. Kriechverhalten von Laminaten mit PVB und SentryGlas®
nach Glasbruch im Vergleich
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Südfassade des ,KölnTriangle‘
2.500 m² Verbund-Sicherheitsglas mit SentryGlas® lassen die
Südfassade des ,KölnTriangle‘ scheinbar ohne jegliche Befestigung schweben. Dazu Josef Failer von dem Verglasungshersteller Flachglas Wernberg GmbH: „ Mit unserem SiglaPlus®
Verbund-Sicherheitsglas erreichen wir die hohe Tragfähigkeit,
die die Architekten, Bauingenieure und die örtlichen Behörden
wegen der besonderen Windlasten forderten, obwohl diese
Lösung rund 20 % dünner ist als herkömmliches VerbundSicherheitsglas.“
Foto: DuPont, © Jens Willebrand
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Langzeitig witterungsbeständig
Im Vergleich zu herkömmlichen Zwischenlagen ist SentryGlas® auch
unempfindlicher gegenüber Feuchtigkeit und Witterungseinflüssen
bei Temperaturen zwischen –30 °C und +70 °C, so die übereinstimmenden Ergebnisse aus Laborversuchen und Untersuchungen an
real ausgeführten Projekten. Früher wurden die Kanten von Verbundglasscheiben eingefasst, um mögliche Beschädigungen, die durch
Eng gebogene Balustrade für Kinotreppe
Die gebogene Balustrade aus Verbund-Sicherheitsglas mit
SentryGlas® macht die Wendeltreppe eines genuesischen
Multiplex-Kinos transparent und so attraktiv, dass sie von
den Kinobesuchern auch tatsächlich benutzt wird, obwohl sie
auf engem Raum über zwei Stockwerke nach unten führt. Die
Punktbefestigungen sind – statt in das Glas – direkt in die
1,52 mm dicke SentryGlas® Zwischenlage integriert. Dies entlastet das Glas und war damit der Schlüssel für die Verwirklichung derartig enger Biegeradien mit Verbund-Sicherheitsglas. Die Integrität von SentryGlas® bei einem Bruch des Glases ist ein weiterer ausschlaggebender Vorteil bei dieser Anwendung.
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Witterungseinflüsse entstehen, zu verdecken. Dank der hervorragenden Kantenstabilität der SentryGlas® Zwischenlagen konnten bei
keiner der bisherigen Anwendungen Veränderungen in Form von
Delaminationen festgestellt werden, auch nicht bei Scheiben mit
offenen Kanten nach sieben Jahren im feuchten und heißen Klima
von Florida.
In Verbindung mit üblichen Silikon-Dichtmitteln zeigten stoßverbundene Glasplatten mit SentryGlas® Zwischenlagen auch nach jahrelangen Witterungseinflüssen keine Verfärbungen oder andere
Beschädigungen an den Kanten. Im Außenbereich eingesetzte Sicherheitsverglasungen mit SentryGlas® Zwischenlagen kommen überall auf
der Welt zum Einsatz. Sie sind auch nach Jahren noch genauso sicher
und weisen genauso intakte Kanten auf wie zum Zeitpunkt ihrer Installation.
Leichte Sicherheitsverglasungen für Jachten
Für die Front- und Seitenverglasungen der Luxusjachten von Sanlorenzo S.p.A., Ameglia/Italien, verwendet der Verbundglasspezialist
Viraver Technology s.r.l., Padua/Italien, SentryGlas® Zwischenlagen
von DuPont. Diese sorgen durch ihre Eigenschaftskombination aus
hoher Festigkeit, Transparenz und Witterungsbeständigkeit dafür,
dass die 1 m bis 3 m langen und 1 m bis 1,5 m hohen Scheiben aus
Verbund-Sicherheitsglas auch nach langer Einsatzdauer in rauer
Umgebung ihre hohe Bruchfestigkeit und Transparenz behalten.
Zudem konnten im Vergleich mit dem üblicherweise verwendeten
monolithischen Glas die Dicke und damit das Gesamtgewicht der
Verglasung verringert werden.
Foto: Sanlorenzo S.p.a.
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Maximale Transparenz über viele Jahre
Neben ihrer hohen Festigkeit bieten SentryGlas® Zwischenlagen
einen weiteren Vorteil: Sie ermöglichen hoch transparente Verglasungen. Die Zwischenlage behält im Einsatz dauerhaft ihre hohe Transparenz. Ihr Gelbwert liegt bei 1,5 und darunter und erhöht sich auch
nicht wesentlich. Herkömmliche Zwischenlagen dagegen haben einen
Gelbwert von 6 bis 12. Zudem kommen Verbunde mit SentryGlas®
ohne Klebstoffe, andere Laminier-Hilfsmittel oder Weichmacher aus,
die sich verfärben könnten.
Universelle Einsatzgebiete
Dank der herausragenden optischen Eigenschaften von SentryGlas®
Zwischenlagen sind Architekten und Planer nun in der Lage, hoch
transparente Sicherheitsverglasungen aus eisenarmem Glas zu realisieren. Zu der Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten zählen:
• Büros und öffentliche Gebäude mit mehr Tageslichteinfall
• Schaufensterfronten für Kaufhäuser und Einzelhandelsgeschäfte
• Sicherheitsverglasungen für Schmuck-Schaukästen
• Panoramafenster an Aussichtspunkten
• Skylights und andere Überkopfverglasungen
• transparentere Hochsicherheitsverglasungen
• Verglasungen für Gewächshäuser und Wintergärten
• farbneutrale Fenster für Kunst- und Fotoateliers
Architekten und Bauingenieure, die die besonderen Vorteile von
SentryGlas® nutzen wollen, finden überall auf der Welt Laminierer,
die sich auf die Herstellung von Hochleistungs-Verbundgläsern spezialisiert haben. Der Laminiervorgang unterscheidet sich kaum von
dem für herkömmliches Verbundglas. Unterschiede bestehen in der
Lieferform der Zwischenlagen (Platten an Stelle von Rollenware) und
der Tatsache, dass sie nicht gekühlt gelagert werden müssen.
SentryGlas® kann auf bestehenden Anlagen und Fertigungslinien
verarbeitet werden.
Literatur
[1] John Colvin, JCGC Ltd.: Comparison of Monolithic and Laminated
Glass; Glass Performance Days 2007, Tampere/Finnland, Conference
Proceedings, Seite 648 - 649, www.gpd.fi
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Supermarktfassaden in Norditalien
Teleya, italienischer Hersteller von Vorhangfassaden und Verkleidungen, hat ein betont minimalistisch gehaltenes und hoch
transparentes Fassadenkonzept entwickelt und patentiert, bei
dem SentryGlas® Zwischenlagen von DuPont für die erforderliche Belastbarkeit sorgen. Eine erste Anwendung dieses punktgehaltenen Systems sind zwei Fassaden eines Supermarktkomplexes im nordostitalienischen Cesena. Neben der hohen Festigkeit und Steifigkeit der Zwischenlagen ist auch deren gute
Haftung an Metall entscheidend für die Stabilität der Fassade,
denn dadurch lassen sich die Lasten hoch effizient auf die sehr
klein ausgeführten Punkthalterungen aus Stahl übertragen.
Foto: Paola di Petri
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