THERMISCHES VORSPANNEN

Die wichtigsten Einschränkungen sind: (1) Nach dem Vorspannen kann das Glas weder zugeschnitten noch gebohrt oder an den Kanten bearbeitet werden – sämtliche Bearbeitungsschritte müssen vorher erfolgen. (2) Durch den horizontalen Vorspannofen können leichte optische Verzerrungen infolge von Rollenwelligkeit sichtbar sein, was bei optischen Anwendungen relevant sein kann. (3) Nickelsulfid-Einschlüsse (NiS) können in seltenen Fällen Spontanbrüche verursachen; ein Heißlagerungstest nach EN 14179 verringert dieses Risiko, erhöht aber die Kosten und verlängert die Lieferzeit. (4) Thermisch vorgespanntes Glas zerfällt beim Bruch vollständig in kleine, körnige Bruchstücke – das ist für die Sicherheit vorteilhaft, bedeutet aber, dass die Scheibe vollständig verloren ist und nicht weiterverwendet werden kann. Bei Projekten, bei denen der Zusammenhalt nach dem Bruch wichtig ist, besteht die übliche Lösung in Verbundglas aus thermisch vorgespanntem oder teilvorgespanntem Glas.

Durch die schnelle Abkühlung erstarren die Oberflächen zuerst, sodass in ihnen eine bleibende Druckspannung entsteht. Der Kern bleibt unter Zugspannung. Eine einwirkende Kraft muss zunächst die Druckspannung in dieser Schicht überwinden, bevor ein Riss entstehen kann.

Beim thermischen Vorspannen wird das Glas nach dem Erhitzen auf 620–700 °C schnell mit Luft abgekühlt, wodurch an der Oberfläche eine Druckspannung von etwa 80–150 MPa entsteht. Das Verfahren eignet sich am besten für Glas mit einer Dicke von ≥3 mm und ist bei großen Stückzahlen wirtschaftlich. Bei der chemischen Vorspannung (Ionenaustausch) wird das Glas bei 380–450 °C in ein Bad aus geschmolzenem Kaliumnitrat getaucht, wobei kleinere Natriumionen durch größere Kaliumionen ersetzt werden. Der Ionenaustausch erzeugt eine Oberflächendruckspannung von 600–1.000 MPa und eignet sich auch für Glas mit einer Dicke von nur 0,1 mm. Die chemische Vorspannung erhält zudem die optische Qualität besser und ermöglicht in manchen Fällen einen Zuschnitt nach dem Vorspannen, kostet jedoch pro Stück mehr und dauert länger. Beispielsweise würde bei einem 0,7 mm dicken Smartphone-Abdeckglas die chemische Vorspannung eingesetzt, bei einer 6 mm dicken Duschtürscheibe dagegen das thermische Vorspannen.

4–5× höhere Festigkeit als normal gekühltes Glas, Temperaturwechselbeständigkeit von 150–200 °C, sicheres Bruchbild mit körnigen Bruchstücken und niedrige Stückkosten bei großen Mengen.

Die meisten Floatgläser aus Kalk-Natron-Glas, eisenarme und getönte Gläser sowie einige Borosilikatglaszusammensetzungen lassen sich thermisch vorspannen, sofern das Glas mindestens 3 mm dick ist. Strukturierte und beschichtete Gläser können ebenfalls thermisch vorgespannt werden, wenn die Beschichtungen 620–700 °C standhalten. Quarzglas und andere Gläser mit extrem geringer Wärmeausdehnung profitieren nicht von diesem Verfahren.

Thermisch vorgespanntes Glas kostet je nach Dicke, Größe, Kantenbearbeitung, Beschichtungen und Bestellmenge in der Regel $5–$40 pro Quadratfuß. Standardmäßige klare, thermisch vorgespannte Scheiben mit 6 mm Dicke liegen bei großen Bestellmengen bei etwa $8–$15/Quadratfuß. Sonderformen mit CNC-Ausschnitten, polierten Kanten, Antireflex- und Anti-Fingerprint-Beschichtungen sowie Siebdruck treiben den Preis an das obere Ende der Spanne. Frachtkosten, Mindestbestellmenge und Einfuhrzölle beeinflussen ebenfalls die Stückkosten. Ein Praxisbeispiel: Eine Bestellung über 200 Stück aus klarem, thermisch vorgespanntem Glas mit 6 mm Dicke, Abmessungen von 300 × 400 mm und polierten Kanten könnte beim Direktbezug von einem Hersteller wie Saiwei etwa $10–$12/Quadratfuß kosten, gegenüber $18–$22/Quadratfuß bei einem inländischen Vertriebspartner – eine Ersparnis von 30–50 %.

Nein. Teilvorgespanntes Glas ist etwa 2× so fest wie normal gekühltes Glas; vollständig thermisch vorgespanntes Glas ist 4–5× so fest. Der Unterschied liegt im Bruchbild: Teilvorgespanntes Glas zerbricht in größere Stücke, was bei Verbundglasaufbauten vorteilhaft ist, bei denen der Zusammenhalt nach dem Bruch wichtig ist.

Thermisch vorgespanntes Glas hält dauerhaften Betriebstemperaturen von bis zu etwa 250–300 °C und schlagartigen Temperaturunterschieden von 150–200 °C stand. Bei längerer Einwirkung von Temperaturen über 300 °C können sich die Vorspannungen abbauen. Für den dauerhaften Einsatz bei hohen Temperaturen ist Borosilikatglas oder Glaskeramik die bessere Wahl.

Thermisch vorgespanntes Glas wird überall dort eingesetzt, wo Sicherheit, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit gefragt sind: für Smartphone-Abdeckgläser, Duschabtrennungen, Glastüren, Fahrzeugscheiben, Backofentüren, industrielle HMI-Touchpanels, Displays medizinischer Geräte und Gebäudefassaden. Im B2B-Bereich wird es häufig für Abdeckungen elektronischer Displays und Bedienfeldabdeckungen spezifiziert.

Nein. Zuschnitt, Bohren oder Schleifen hebt das Spannungsgleichgewicht auf und lässt die Scheibe zerspringen. Sämtliche Bearbeitungsschritte erfolgen vor dem Vorspannen.