Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG): Was ist damit gemeint?

Lösung: B. Beim Abschrecken erstarrt zuerst die Oberfläche; das später abkühlende und schrumpfende Innere zieht sie auf Druck, während es selbst unter Zug gerät

Bläst man auf beide Seiten einer auf ca. 650 °C erhitzten Glasscheibe Luft, kühlen die Oberflächen zuerst ab und erstarren. Das Innere ist zu diesem Zeitpunkt noch weich, sodass die Schrumpfung der Oberflächen durch Fließen im Inneren aufgenommen wird. Wenn danach das Innere abkühlt und schrumpfen will, zieht es die bereits erstarrten Oberflächen mit, sodass bei Raumtemperatur Druckspannungen an den Oberflächen und Zugspannungen im Inneren im Gleichgewicht zurückbleiben. Da der Bruch von Glas unter Zug von Oberflächenfehlern ausgeht, bricht es erst, wenn eine Zugspannung aufgebracht wird, die die Druckspannung an der Oberfläche übersteigt; die Festigkeit erreicht etwa das 3- bis 5-Fache derjenigen von langsam gekühltem Glas. Bricht es jedoch, zerfällt die gesamte Scheibe durch die im Inneren gespeicherte Verzerrungsenergie in kleine Krümel, und nach dem Vorspannen lässt sie sich nicht mehr schneiden. Die Aussage, an der Oberfläche blieben Zugspannungen zurück, kehrt die Verhältnisse um, und eine Kristallisation findet nicht statt.

Lösung: B. ca. 60 MPa, ca. 2,1 mm

An der Oberfläche, y = t/2, gilt σ = σc(1 − 3) = −2σc; aus 2σc = 120 MPa folgt σc = 60 MPa. Die Spannung wird null bei 12y²/t² = 1, also bei y = t/√12 ≈ 2,89 mm; die Tiefe von der Oberfläche beträgt somit 5,0 − 2,89 ≈ 2,1 mm (ca. 21 % der Dicke). Diese Verteilung erfüllt das Kräftegleichgewicht: Über die Dicke aufsummiert ergibt die Spannung null. Ca. 2,9 mm übernimmt den von der Mittelebene gemessenen Abstand unverändert als Tiefe von der Oberfläche. Eine Kombination, bei der die Zugspannung in der Mitte gleich der Druckspannung von 120 MPa an der Oberfläche ist, erfüllt das Kräftegleichgewicht nicht. Eine Oberflächendruckspannung von etwa dem Doppelten der Zugspannung in der Mitte und eine Druckspannungsschicht von etwa einem Fünftel der Dicke sind Richtwerte für das thermische Vorspannen.