DE102006040007B3

DE102006040007B3 - Rutschhemmendes Glaselement

Info

Publication number: DE102006040007B3
Application number: DE102006040007A
Authority: DE
Inventors: Walter Schreiber; Herbert Stadelmann; Ralph Carduck; Jürgen KLINKERS
Original assignee: Saint Gobain Glass Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Glass Deutschland GmbH
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2026-08-26
Also published as: EP2069251A2; WO2008023128A3; WO2008023128A2; PL2069251T3; EP2069251B1; ES2588013T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein begehbares Glaselement mit einer Glasscheibe und mit einer auf der Glasscheibe aufgebrachten Oberflächenbeschichtung, welche aus einer scharfkantige Partikel enthaltenden eingebrannten Glasfritte besteht, wobei der Gewichtsanteil der scharfkantigen Partikel 5 % bis 30 % beträgt und die Partikel eine Größe zwischen 50 µm und 250 µm bei einer mittleren Korngröße von 100 µm aufweisen. Das erfindungsgemäße Glaselement zeichnet sich dadurch aus, dass die scharfkantigen Partikel aus Glaskeramik bestehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein begehbares Glaselement mit einer Glasscheibe und mit einer auf der Glasscheibe aufgebrachten Oberflächenbeschichtung.
Begehbare Glaselemente werden beispielsweise für Treppen, Fußgängerbrücken in Gebäuden oder als Fußbodenplatten verwendet. Der Vorteil bei der Verwendung dieser Glaselemente besteht darin, dass sie transparent oder transluzent sein können und somit dem Architekten die Möglichkeit einer leicht und offen wirkenden Konstruktion ermöglichen. Zusätzlich können die Glaselemente hinterleuchtet werden, so dass diese Wirkung noch verstärkt wird. Da Glasscheiben sehr glatt sind, müssen Personen, die die Glaselemente begehen, vor Unfällen und Verletzungen durch Ausrutschen geschützt werden. Zur Verminderung der Rutschgefahr werden raue Oberflächenbeschichtungen auf die begehbare Oberfläche des Glaselements aufgebracht.
Das europäische Patent EP 0513707 B2 betrifft eine begehbare Glasplatte mit einer aufgebrachten rutschhemmenden Oberflächenbeschichtung. Die Oberflächenbeschichtung ist eine auf die Glasoberfläche aufgebrachte und eingebrannte scharfkantige Partikel enthaltende Glasfritte. Der Anteil der scharfkantigen Partikel beträgt 5 bis 30% der Beschichtung bei einer mittleren Korngröße der Partikel von 50 μm und einer maximalen Korngröße von 250 μm. Die Partikel bestehen vorzugsweise aus Silikaten oder Metalloxiden einschließlich Mischungen daraus, und/oder Silizium-Oxid oder Sandkörnern.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 03 404 A1 betrifft eine Bodenplatte mit einem Oberflächenbelag aus Glas oder Keramik mit einer Trägerschicht, in welche kugelförmige Partikel aus Glas oder Keramik eingebettet sind. Diese ragen wenigstens teilweise aus der Trägerschicht heraus, wobei die Dicke der Trägerschicht größer oder gleich einer Hälfte eines mittleren Durchmessers der kugelförmigen Partikel ist. Aufgrund der im Wesentlichen glatten, abgerundeten Oberfläche der Partikel soll die Verletzungsgefahr verringert und die Reinigungsmöglichkeit der Bodenplatte verbessert werden. Außerdem sollen die Partikel besonders abriebfest sein, da sie keine Kanten und Oberflächenrauigkeiten aufweisen, die sich bei Belastung leicht abnutzen können.
Eine weitere Platte mit einem rutschhemmenden Oberflächenbelag ist aus der deutschen Patentschrift DE 196 29 241 C1 bekannt. Dort wird eine Glasabdeckscheibe für einen Bodeneinbauscheinwerfer mit einer rutschfesten Oberfläche beschrieben, bei der als Abrasivmaterial harte Partikel aus Korund, Zirkoniumoxid, Siliziumkarbid, Bornitrid, Diamant oder Titanpulver in eine Trägerschicht eingebettet sind und über deren mittlere Höhe herausragen. Eine solche rutschfeste Oberfläche weist den Nachteil auf, dass sie ihre rutschhemmenden Eigenschaften im täglichen Gebrauch schnell verliert, da die kantigen Partikel relativ schnell abnutzen.
In der DE 100 16 485 A1 ist ein Glassubstrat mit hydrophober mikrorauer Oberflächenstruktur beschrieben, das eine Schicht aus einem Glasfluss und strukturbildenden Partikeln aus bevorzugt Oxiden und Silikaten aufweist. Das Glassubstrat ist als konstruktives selbstreinigendes Element im Bausektor verwendbar, beispielsweise als Dachziegel, Klinker und Fliesen.
Aus der DE 42 28 445 A1 ist eine Glasscheibe bekannt, die als Bodenbelag oder als selbsttragender begehbarer Boden Verwendung findet und die eine Beschichtung aus einer Glasur mit eingelagerten körnigen Glasteilchen insbesondere aus Bleiborsilikatglas trägt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glaselement mit einem rutschhemmenden Belag bereitzustellen, welches kostengünstig und einfach herstellbar ist und eine erhöhte Haltbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
In der nachfolgenden Beschreibung ist es unvermeidlich, dass Merkmale des Glaselements mit Merkmalen des Herstellverfahrens vermischt werden, da das Glaselement teilweise nur unter Bezug auf Verfahrensschritte erklärbar ist.
Die Erfindung besteht darin, dass feinkörnige, scharfkantige Partikel aus Glaskeramik verwendet werden. Im Gegensatz zu den bekannten Partikeln aus Silikaten, Metalloxiden, Sand oder Bims weisen jene eine wesentlich höhere Haftung zu den Glasfritten in der Oberflächenbeschichtung auf. Dies hat seine Ursache in der engen chemischen und physikalischen Verwandtschaft von Glaskeramikmaterial und einer Glasmatrix. Somit kann während des Einbrennvorgangs eine intensive Verbindung von dem Glasfrittenmaterial einerseits zu der Glasscheibe und andererseits zu den Partikeln aufgebaut werden, die ein Herausbrechen der Partikel aus dem Glaselement während dessen Beanspruchung im wesentlichen verhindert.
Eine noch nähere Verwandtschaft mit der Glasscheibe besitzen natürlich Partikel aus Glas, wie sie beispielsweise in der DE 100 03 404 A1 bekannt sind. Diese schmelzen jedoch während des Einbrennens zumindest teilweise in dem Glasfrittenmaterial auf und werden von diesem umschlossen, so dass sowohl die Rutschhemmung als auch der Widerstand gegen Herausbrechen verringert sind. Im Gegensatz dazu können Partikel aus Glaskeramik wegen ihres hohen Schmelzpunkts von etwa 1.100°C nicht anschmelzen und befinden sich isoliert im Binder aus Glasfrittenmaterial.
Falls trotz der hohen mechanischen Festigkeit Teile der aus der Glasfritte herausragenden Partikel abbrechen sollten, hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich die Restpartikel wieder scharfkantig ausbilden. Eine mechanische Abnutzung der Oberflächenbeschichtung hat also keine Verminderung der Rutschhemmung zur Folge, vielmehr ist ein Selbstschärfeffekt vorhanden.
Die Größe der Glaskeramik-Partikel beträgt 50 μm bis 250 μm, wobei der Wert 50 μm nach Möglichkeit nicht unterschritten werden soll, die mittlere Korngröße ist 100 μm. Bei einem Gewichtsanteil der Partikel zwischen 5% und 30% an der Oberflächenbeschichtung werden sehr gute Ergebnisse erzielt, bevorzugt wird ein Anteil zwischen 10% und 20%.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der die Haltbarkeit der rutschhemmenden Wirkung der Oberflächenbeschichtung weiter verbessert wird, besteht in dem Einsatz einer Glasfritte, welche für eine Außenbewitterung geeignet ist. Solche Glasfritten besitzen eine höhere chemische und mechanische Beständigkeit als übliche Glasfritten. Solche Glasfritten sind oft bismuthaltig, zum Beispiel wurden gute Erfahrungen mit solche Glasfritten enthaltenden Keramikfarben der Firmen Pemco und Ferro gemacht. Die Glasfritte bzw. die die Glasfritte enthaltende Keramikpaste werden während des Einbrennprozesses auf Temperaturen zwischen 450°C und 700°C erhitzt, so dass diese aufschmelzen und nach dem Abkühlen als Binder für die im festen Aggregatzustand verbleibenden Glaskeramik-Partikel dienen. Wenn eine thermische Vorspannung oder Teilvorspannung der Glasscheibe gewünscht wird, kann diese vorteilhaft direkt im Anschluss an die Temperaturbehandlung für die Oberflächenschicht anschließen. Üblicherweise wird die erhitzte Glasscheibe mittels Luft abgeschreckt, so dass die erforderlichen Zug- und Druckspannungen im Glaskörper erzeugt werden. Selbstverständlich kann die Glasscheibe bei Bedarf auch chemisch vorgespannt werden.

Die Oberflächenbeschichtung des erfindungsgemäßen Glaselements weist mindestens eine Abriebfestigkeit der Verschleißstufe IV auf, welche in der Norm EN ISO 10545 Teil 7 festgelegt ist. Dabei wird die Beanspruchungsgruppe bzw. der Glasurabrieb glasierter Fliesen und Platten im sogenannten PEI-Nasstest ermittelt. Mittels Aluminiumoxidkörnern, Stahlkugeln und Wasserzugabe in einem exzentrisch kreisenden System wird künstlicher Abrieb erzeugt. Die Anzahl der Umdrehungen bei unbeschädigtem Verschleißbild ergibt die in der folgenden Tabelle wiedergegebene Gruppierung:

Beanspruchungsgruppen	Umdrehungen	Bewertung
I	150	sehr leichte Beanspruchung
II	300–600	leichte Beanspruchung
III	750–1.500	mittlere Beanspruchung
IV	> 1.500	höhere Beanspruchung
V	> 12.000	sehr hohe Beanspruchung

Beispiele für die einzelnen Beanspruchungsgruppen sind:

Beanspruchungsgruppe I:	Glasierte keramische Bodenbeläge, die bei niedriger Begehungsfrequenz, ohne Vorhandensein von insbesondere kratzender Verschmutzung, mit weich besohltem Schuhwerk begangen werden. Beispiele: Badezimmer, Schlafräume in Wohnungen ohne direkten Zugang nach außen.
Beanspruchungsgruppe II:	Glasierte keramische Bodenbeläge, die bei niedriger Begehungsfrequenz und geringer kratzender Verschmutzung mit normalem Schuhwerk belastet werden. Beispiele: Wohnbereich außer Küchen, Dielen und anderen häufig begangenen Räumen.
Beanspruchungsgruppe III:	Glasierte keramische Bodenbeläge, die bei mittlerer Begehungsfrequenz, unter geringer kratzender Verschmutzung mit normalem Schuhwerk belastet werden. Beispiele: gesamter Wohnbereich, Balkone, Loggien, Flure, ausgenommen Küchen; Hotelzimmer- und Bäder; Sanitär- und Therapieräume in Krankenhäusern.
Beanspruchungsgruppe IV:	Glasierte keramische Bodenbeläge, die bei starker Begehungsfrequenz mit normalem Schuhwerk in Bezug auf Verschmutzungs- und Belastungshäufigkeit intensiver beansprucht werden. Beispiele: Küchen, Eingänge, Terrassen, Verkaufs- und Wirtschaftsräume, Büros, Verwaltungsgebäude, Krankenhäuser u. ä.
Beanspruchungsgruppe V:	Glasierte keramische Bodenbeläge, die bei hoher Begehungsfrequenz hoher Verschleißbeanspruchung ausgesetzt sind. Beispiele: Läden, Restaurationsbetriebe, Bäckereien, Imbissstuben, Eingangshallen für Hotels und Banken, Theken- und Schalterbereiche.

Das erfindungsgemäße Glaselement besitzt im nassen, beispielsweise mit Wasser benetzten Zustand einen Reibungskoeffizienten von mindestens 0,4, bevorzugt einen Reibungskoeffizienten von größer 1,8.
Die Oberflächenbeschichtung kann sowohl farblos als auch farbig transluzent oder opak in verschiedenen Farben hergestellt werden. Die Farbeffekte lassen sich durch farbige Glasfritten oder der Oberflächenbeschichtung beziehungsweise der Keramikpaste beigemengte Pigmente erzielen.
Die aufgetragene Schicht wird die Nutzfläche, also die zu betretende Fläche des Glaselements üblicherweise ganzflächig bedecken, da eine solche durchgehende Beschichtung relativ einfach herzustellen ist. Die Oberflächenbeschichtung kann aber auch in bestimmten regel- oder unregelmäßigen Mustern aufgebracht sein, wodurch sich besondere ästhetische Effekte erzielen lassen. Die Muster können auch aus unterschiedlich gefärbten Oberflächenbeschichtungen bestehen.
Das Glaselement kann eine monolithische Scheibe sein, die dann bevorzugt vorgespannt ist, es ist aber ebenso möglich, eine Verbundglasplatte aus dem Glaselement und weiteren Glas- oder Kunststoffplatten oder Platten aus anderem Material, beispielsweise Stahl oder Keramik herzustellen. Die einzelnen Platten werden dann mithilfe von Klebeschichten beispielsweise in Form thermoplastischer Folien oder aushärtbarer Flüssigkeiten miteinander verbunden, wobei die mit der Oberflächenbeschichtung versehene Nutzseite natürlich nach außen weist. Als Klebeschichten haben sich Folien aus Polyvinylbutyral bewährt.
Die Glaskeramik-Partikel werden bevorzugt aus recycelten Glaskeramikmaterial gewonnen, zum Beispiel aus defekten Glaskeramik-Kochfeldern, welche nach Entfernen aller Anbauteile fein zerkleinert als Glaskeramik-Partikel in der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung wiederverwendet werden.
Es sei hier angemerkt, dass zwar die eigentliche Verbindung der Glaskeramik-Partikel mittels eines Glasfrittenmaterials hergestellt wird. Es ist zwar möglich, aber nicht üblich, die Glasfritte und die Glaskeramikpartikel an sich, also in reiner Form beispielsweise als feingemahlenes Pulver, auf das Substrat aufzutragen und dann aufzuschmelzen und einzubrennen. Dies wäre aus fertigungstechnischer Sicht nur sehr schwer zu beherrschen. Üblicherweise wird eine sogenannte Keramikpaste verwendet, welche neben der Glasfritte als eigentlichem Bindematerial noch ein flüssiges Medium sowie eventuell weitere Zusatzstoffe enthält. Die Keramikpaste hat eine flüssige bis zähflüssige Konsistenz und kann mittels verschiedener Verfahren, wie zum Beispiel Druck-, Sprüh- oder Tauchverfahren auf die Glasscheibe aufgetragen werden. Die Glaskeramik-Partikel können entweder bereits der Keramikpaste beigemischt sein oder getrennt auf die auf die Glasscheibe aufgebrachte und noch feuchte Keramikpaste aufgetragen werden.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Glaselements wird eine Oberflächenbeschichtung mit einem Mischungsverhältnis von 5 bis 30% der scharfkantigen Glaskeramikpartikel mit 95 bis 70% Glasfrittenmaterial auf die Glasscheibe aufgebracht und eingebrannt. Bevorzugt wird zur besseren Verarbeitbarkeit des Beschichtungsmaterials die Glasfritte oder auch die Glasfritte zusammen mit den scharfkantigen Glaskeramikpartikel mit einem Medium zu einer zähflüssigen Paste oder zu einer Flüssigkeit vermischt. Die zähflüssige Paste lässt sich besonders gut mithilfe des Siebdruckverfahrens auftragen, die Flüssigkeit ist dagegen zur Verarbeitung mit einem Tauch- oder Spritzverfahren geeignet.
Wenn die Glasscheibe zunächst ausschließlich mit der Glasfritte versehen wird, müssen anschließend noch die Glaskeramikpartikel hinzugefügt werden. Dies ist besonders einfach durch Aufstreuen auf die noch feuchte Glasfritte möglich.
Bevorzugt wird jedoch ein Auftragsverfahren, das mit einem Verfahrensschritt auskommt, indem Glaskeramikpartikel und Glasfritte zusammen mit einem Medium vermischt und gemeinsam auf die Glasscheibe aufgetragen werden.

Claims

Begehbares Glaselement mit einer Glasscheibe und mit einer auf der Glasscheibe aufgebrachten Oberflächenbeschichtung, welche aus einer scharfkantige Partikel enthaltenden eingebrannten Glasfritte besteht, wobei der Gewichtsanteil der scharfkantigen Partikel 5% bis 30% beträgt und die Partikel eine Größe zwischen 50 μm und 250 μm bei einer mittleren Korngröße von 100 μm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die scharfkantigen Partikel aus Glaskeramik bestehen.
Glaselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfritte für die Außenbewitterung geeignet ist.
Glaselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfritte eine auf Bismut basierende Glasfritte ist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine Mindest-Abriebfestigkeit der Verschleißstufe 4 nach der Norm EN ISO 10545-7 aufweist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der scharfkantigen Partikel in der Beschichtung zwischen 10% und 20% beträgt.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung einen Reibungskoeffizienten größer als 0,4 aufweist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung einen Reibungskoeffizienten größer als 1,8 aufweist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung transluzent ist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung Farbpigmente enthält.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfritte eingefärbt ist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung die Glasscheibe auf einer ihrer Hauptflächen ganzflächig bedeckt.
Glaselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung die Glasscheibe auf einer ihrer Hauptflächen nur bereichsweise bedeckt.
Glaselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung auf einer der Hauptflächen der Glasscheibe ein vorbestimmtes Muster bildet.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer monolithischen Glasscheibe besteht.
Glaselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe thermisch oder chemisch vorgespannt oder teilvorgespannt ist.
Glaselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Verbundscheibe aus mehreren mittels einer Klebeschicht miteinander verbundenen Glas- und/oder Kunststoffscheiben besteht, wobei die Oberflächenbeschichtung der Glasscheibe nach außen weist.
Glaselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht eine thermoplastische Folie aus Polyvinylbutyral ist.
Glaselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die scharfkantigen Glaskeramik-Partikel aus recycelten Glaskeramikteilen bestehen.