DE102008062333A1

DE102008062333A1 - Abstandshalter mit einem expandierenden Material für Brandschutzverglasungen

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Publication number: DE102008062333A1
Application number: DE102008062333A
Authority: DE
Inventors: Georg Neupert; Henning Buch
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt Abstandhalter aus einem Metallhohlprofilstab mit einem expandierenden Material, Verfahren zu deren Herstellung, Brandschutzverglasungen mit einem solchen Abstandhalter, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt Abstandhalter aus einem Metallhohlprofilstab mit einem expandierenden Material, Verfahren zu deren Herstellung, Brandschutzverglasungen mit einem solchen Abstandhalter, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.
Abstandhalterprofile werden häufig in Form von Hohlprofilen aus Metallen, beispielsweise Stahl oder Aluminium, eingesetzt. Das Profil weist dabei zwei parallele Seitenwände, an denen die Scheiben anliegen, und zwei sich zwischen den Seitenwänden erstreckende Querwände in Form von Schenkeln auf, welche im Wesentlichen quer zu den Seitenwänden des Hohlprofils verlaufen und diese miteinander verbinden.
Abstandhalter aus Stahl oder Aluminium dehnen sich im Brandfall durch die einwirkende Hitze aus. Da die Möglichkeit zur Ausdehnung innerhalb einer Brandschutzverglasung nur begrenzt ist, kommt es im Regelfall zur Durchbiegung des Abstandhalters in Richtung der Scheibenmitte. Auf diese Weise geht der Kraft- und Formschluss innerhalb der Brandschutzverglasung verloren. Sofern die Temperatur noch weiter erhöht wird, sinkt die Viskosität des Glases, so dass das Glas seine Stabilität verliert und die Brandschutzverglasung ebenfalls den Raumabschluss nicht mehr gewährleisten kann.
Insbesondere für den Fall von Brandschutzverglasungen, die aus Scheiben unterschiedlicher Stärke hergestellt sind, wird die dem Feuer ausgesetzte Scheibe der Brandschutzverglasung in Folge der Reflektion der Wärmestrahlung an der Oberfläche der dem Feuer abgewandten Gegenscheibe mit einer erhöhten Wärmebelastung beaufschlagt. Diese erhöhte Wärmebelastung führt zum schnellen Erweichen der Brandschutzscheibe und ebenfalls zum Versagen der gesamten Konstruktion.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Abstandhalter für Brandschutzverglasungen zur Verfügung zu stellen, die die Feuerwiderstandszeiten von Brandschutzverglasungen verlängern, ohne dabei Abstriche in der Qualität der Abdichtung der Brandschutzverglasung und des mechanischen Verbundes der Brandschutzverglasung in Kauf nehmen zu müssen. Der Abstandhalter soll dabei für das Herstellen großer Mengen standardisierter Brandschutzverglasungen geeignet sein.
Die Aufgabe wurde gelöst durch einen Abstandhalter aus einem Metallhohlprofilstab, wobei der Abstandhalter eine Außenwand (1), zwei Flanken (3, 4) mit jeweils einer Ausnehmung (5, 6), und eine Innenwand (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5, 6) mit einem expandierenden Material gefüllt sind, das einen Blähdruck von 0,03 bis 0,8 N/mm² aufweist.
Eine Methode zur Bestimmung des Blähdruckes wird in DE 102 59 089 beschrieben.
Vorzugsweise liegt der Wert für den Blähdruck im Bereich zwischen 0,05 bis 0,8 N/mm², besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,08 bis 0,12 N/mm².
Im Normalfall sind die Scheiben und der Abstandhalter in einer Brandschutzverglasung über eine Primärdichtung (8), wie beispielsweise eine Butylschnur, verbunden. Im Fall eines Brandes verliert die Butylschnur ihre Haftwirkung und die Verbindung zwischen den Scheiben aus Glas und dem Abstandhalter wird gelöst. Das expandierende Material in den Ausnehmungen (5, 6) erlaubt es, eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Glasscheiben und dem Abstandhalter auch im Brandfall aufrechtzuerhalten.
Bei dem expandierenden Material handelt es sich um ein Material, das sein Volumen im Regelfall durch Schäumen oder Quillen vergrößert.
Um den kraft- und formschlüssigen Verbund zwischen Abstandhalter und Scheibe zu gewährleisten, verlaufen die Ausnehmungen (5, 6) über die ganze Flanke (3, 4).
Der Blähdruck ist erfindungsgemäß als jener Druck definiert, der bei 250°C zwischen zwei Metallplatten im Abstand von 2,5 mm gemessen wird, wobei das Material seitlich nicht abgegrenzt ist und sich in zwei Dimensionen ungehindert ausbreiten kann. Eine entsprechende Methode ist in DE-OS 36 02 118 beschrieben.
Die Dichte des expandierenden Materials liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 100 bis 1000 kg/m³, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 200 bis 800 kg/m³, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 400 und 700 kg/m³.
Die Dichte kann mittels eines Pyknometers bestimmt werden. Hierzu wird die Materialprobe in ein Pyknometer gegeben und der Rest des Volumens mit einer Flüssigkeit genau bekannter Dichte aufgefüllt. Anschließend wird das Pyknometer mit Inhalt gewogen.
Vorzugsweise liegt das Expansionsvolumen des expandierenden Materials im Bereich des 12- bis 15-Fachen, besonders bevorzugt im Bereich des 3- bis 10-Fachen, ganz besonders bevorzugt im Bereich des 4- bis 6-Fachen des Ausgangsvolumens des expandierenden Materials.
Das Expansionsvolumen ist auf die Menge des expandierenden Materials normiert und entspricht der Differenz zwischen dem Ausgangsvolumen und dem Endvolumen des vollständig expandierten Materials, jeweils angegeben als ein Vielfaches des Ausgangsvolumens des expandierenden Materials.
Eine Methode zur Bestimmung des Expansionsvolumens ist in der EP 1 341 247 beschrieben.
Vorzugsweise weist das expandierende Material eine anisotrope Expansion, nämlich in Richtung der Glasscheiben (9, 10) auf.
Vorzugsweise weist das expandierende Material eine Onset-Temperatur im Bereich zwischen 250°C und 445°C bzw. 400°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 250°C und 350°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 250°C und 320°C auf.
Erfindungsgemäß ist die Onset-Temperatur als die Temperatur definiert, bei der das expandierende Material seinen Expansionsprozess beginnt, d. h. die Temperatur zu Beginn des Expansionsvorgangs. Die Onset-Temperatur ist abhängig vom expandierenden Material. Beispielsweise weist expandierbares Vermikuliterzmaterial eine Onset-Temperatur von 320°C auf.
Vorzugsweise wird das expandierende Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial, behandeltem nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermikuliterzmaterial, expandierbarem Graphit, bearbeitetem expandierbarem Natriumsilicat und/oder deren Gemische.
Das expandierende Material kann beispielsweise als Band in die Ausnehmungen eingebracht werden, wobei das Band eine Dicke im Bereich zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 5 mm, und eine Breite im Bereich zwischen 5 und 20 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 10 mm aufweist.
Alternativ kann das expandierende Material auch als Paste, beispielsweise als Schaum, in die Ausnehmungen eingebracht werden.
Nicht expandiertes Vermikuliterzmaterial ist aus Oktaeder- und Tetraeder-Schichten aufgebaut, zwischen denen austauschbare Kationen, wie Magnesium- und Aluminium-Kationen eingelagert sind, deren Verhältnis je nach Herkunft des Schichtsilikats variiert. Auf Grund des Vorhandenseins von Zwischenschichtwasser unterliegen solche blähfähigen Schichtsilikate beim Erhitzen einer Expansion, welche dadurch hervorgerufen wird, dass das Zwischenschichtwasser bei höherer Temperatur spontan freigesetzt wird und zur Folge hat, dass die Schichten auseinandergedrängt werden. Die Temperatur, bei der der Expansionsvorgang einsetzt, wird als Onset-Temperatur bezeichnet, die beispielsweise bei nativem nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial bei 320°C liegt. Bei behandeltem nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial handelt es sich um ein solches natives Material, in dem die ur sprünglichen Kationen, wie Magnesium- und Aluminium-Kationen, ausgetauscht wurden. Behandeltes, nicht expandiertes Vermikuliterzmaterial schließt nicht expandiertes Vermikulit ein, welches über Verfahren behandelt wurde, wie Ionenaustausch mit Ionenaustauschsalzen, beispielsweise Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid, Kaliumchlorid oder anderen geeigneten Verbindungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Die Teilchen des Vermikuliterzmaterials weisen einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 0,3 mm bis 1,0 mm auf.
Die Teilchen des expandierbaren Graphit (Blähgraphit) weisen einen mittleren Teilchendurchmesser von mindestens 20 μm, insbesonders mindestens 30 μm auf, wobei mindestens 50 μm bzw. 80 μm bevorzugt sind. Besonders bevorzugt sind Mindestgrößen von 100 μm bzw. 120 μm. Typische maximale Größen betragen 500 μm bzw. 450 μm, wobei maximal 440 bzw. maximal 420 μm bevorzugt sind. Besonders bevorzugt sind maximale Teilchengrößen von 410 μm bzw. 400 μm.
Die Wahl des expandierenden Materials kann abhängig von den Brandschutzanforderungen variieren. Die Expansion des Vermikuliterzmaterials beginnt im Temperaturbereich von 300°C bis etwa 340°C. Zur Verwendung bei niedrigerer Temperatur kann expandierbares Graphit oder ein Gemisch aus expandierbarem Graphit und nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial wünschenswert sein, da expandierbarer Graphit bei etwa 210°C zu expandieren beginnt. Behandelte Vermikuliterzmaterialien sind auch nützlich und expandieren bei einer Temperatur von etwa 290°C.
Behandeltes, nicht expandiertes Vermikuliterzmaterial schließt nicht expandiertes Vermikulit ein, welches über Verfahren behandelt wurde, wie Ionenaustausch mit Ionenaustauschsalzen, beispielsweise Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid, Kaliumchlorid oder anderen geeigneten Verbindungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Das expandierende Material kann zusammen mit anorganischen Fasermaterialien, organischen Bindemitteln und anorganischen Füllstoffen in die Ausnehmungen des Abstandhalters eingebracht werden.
Geeignete organische Bindemittel umfassen wässrige Polymeremulsion, Polymerlösungen auf Lösungsmittel-Basis und Polymere oder Polymerharze. Wässrige Polymeremulsionen sind organische Bindemittel. Polymere und Elastomere in der Form von Latex, z. B. Strukturanordnungen von natürlichem Kautschuk, Strukturanordnungen von Styrol/Butadien, Strukturanordnungen von Butadien/Acrylnitril, Strukturanordnungen von Ethylenvinylacetat und Strukturanordnungen von Acrylat- und Methacrylat-Polymeren und -Copolymeren. Polymere und Polymerharze schließen natürlichen Kautschuk, Styrol/Butadien-Kautschuk und andere elastomere Polymerharze ein. Organische Acryllatex- und Polyvinylacetat-Bindemittel sind wünschenswert.
Geeignete anorganische Fasermaterialien umfassen z. B. Glasfasermaterial, keramische Fasermaterialien, anorganische Nicht-Oxid-Fasermaterialien, wie Graphitfasermaterialien oder Bor-Fasermaterialien, und Gemische davon. Nützliche keramische Fasermaterialien schließen Aluminoborosilicat-Fasermaterialien, Aluminosilicat-Fasermaterialien, Aluminiumoxid-Fasermaterialien und Gemische davon ein. Geeignete Füllstoffe schließen z. B. Glasteilchen, hohle Glaskügelchen, inerte Füllstoffmaterialien, wie Calciumcarbonat, Verstärkungsmaterialien und/oder Füllstoffmaterialien niedrigen Gewichts, wie Glimmer, Perlit, expandiertes Vermikulit, verarbeitete expandierte Vermikulitplättchen, delaminiertes Vermikulit, endothermische Füllstoffmaterialien, wie Aluminiumtrihydrat, Magnesiumphosphat-Hexahydrat, Zinkborat und Magnesiumhydrat und deren Gemische ein.
Vorzugsweise wird das expandierende Material in einer Mischung umfassend expandierendes Material, anorganische Fasermaterialien, organische Bindemittel und anorganische Füllstoffe in die Ausnehmungen eingebracht, wobei die Mischung jeweils in Prozent des Trockengewichts 20 bis 65 Gew.-% expandierendes Material, 10 bis 65 Gew.-% anorganische Fasermaterialien, 0,5 bis 20 Gew.-% organische Bindemittel und 0 bis 40 Gew.-% anorganische Füllstoffe umfasst.
Geeignete anorganische Bindemittel schließen Tonmaterialien, wie Bentonid und kolloidale Kieselsäuren und Gemische davon ein.
Geeignete organische Fasermaterialien umfassen Aramid-Fasermaterialien, thermobindende Fasermaterialien, und Polyolefin-Fasermaterialien, sowie deren Gemische.
Der Abstandhalter lässt sich durch herkömmliche Verfahren, beispielsweise durch einen Extrusionsprozess, einfach und kostengünstig herstellen. Nach dem Extrusionsprozess wird der Abstandhalter kalt gebogen, wozu herkömmliche Biegeanlagen ohne nennenswerte Modifikationen geeignet sind. Vorteilhafterweise wird vor dem Biegen das expandierende Material in die Ausnehmungen gefüllt und abgedeckt, um Verunreinigun gen des Scheibenzwischenraums durch Partikel des expandierenden Materials zu vermeiden.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die Ausnehmungen durch Aluminiumfolie oder Stahlblech (0,3 bzw. 0,4 mm bis 0,5 mm dick) abgedeckt.
Der Abstandhalter weist einen Hohlraum (7) mit einem Trockenmittel auf. Vorteilhafterweise ist der Hohlraum im Abstandhalter zentral angeordnet, wobei auf beiden Seiten des Abstandhalters ein Anlegesteg zur Bindung an die Glasscheibe vorhanden ist. Diese symmetrische Ausgestaltung trägt positiv zum Ausgleich von relativen Bewegungen der Scheiben bei. Der Hohlraum (7) kann im Querschnitt im Wesentlichen polygonal, insbesondere rechteckig, trapezförmig oder doppelt-T-förmig sein. Eckenfreie, beispielsweise ovale Ausgestaltungen des Hohlraums können ebenfalls vorgesehen sein.
Abhängig von der individuellen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, die Höhe der Anlegestege im Wesentlichen gleich der Höhe der Anlegestege auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums zu wählen.
Der Abstandhalter besteht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe aus Stahl und Aluminium, wobei die Wanddicke des Abstandhalters im Bereich zwischen 0,2 und 1 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 mm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 und 0,8 mm liegt. Der Abstandhalter kann auch aus Vollmaterial sowie aus nicht-metallischen Werkstoffen ausgebildet sein.
Der Abstandhalter besitzt eine Breite im Bereich zwischen 5 und 30 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 20 mm, beson ders bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 12 mm. Der Abstandhalter weist eine Höhe im Bereich zwischen 5 und 30 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 6 und 24 mm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 8 und 15 mm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hohlraum (7) ein Trockenmittel auf.
Eine Brandschutzverglasung, die dadurch gebildet wird, dass Glasscheiben unter Zwischenfügen eines Abstandhalters am Rand miteinander verklebt werden, benötigt ein Trockenmittel, das im Innenraum der Brandschutzverglasung vorhandene Feuchtigkeit bindet, damit an der Innenseite der Glasscheiben bei einer Abkühlung der Taupunkt nicht unterschritten wird. Es ist bekannt, dazu Trockenmittel im Abstandhalter vorzusehen. Sofern der Abstandhalter wie im Stand der Technik aus einem oder mehreren Metallhohlprofilstäben gebildet wird, erhalten diese das Trockenmittel üblicherweise in Gestalt eines lose eingefüllten Granulats, das über eine Perforation der Innenseite des Abstandhalters, d. h. der inneren Wand (2), mit dem Innenraum der Isolierglasscheibe in Verbindung steht. Bei dem Trockenmittel handelt es sich gewöhnlicherweise um Molekularsiebe oder Silicagel. Bei dem erfindungsgemäßen Abstandhalter führen die Ausnehmungen mit expandierendem Material nicht dazu, dass die Fähigkeit zur Bindung von Feuchtigkeit behindert wird.
Die Herstellung von Abstandhaltern bzw. von Metallhohlprofilen ist in EP 19930112168 , EP 0 577 150 ; WO 93/20319 ; WO 03/074830 beschrieben.
Aus dem Abstandhalter aus einem Metallhohlprofilstab gemäß der vorliegenden Erfindung können in einfacher Weise ein stückige Abstandhalterrahmen für Brandschutzverglasungen hergestellt werden, die nur durch einen Vierbinder zu schließen sind. Es ist möglich, unter Verwendung herkömmlicher Biegewerkzeuge den Abstandhalter zu Ecken zu biegen, die sich sogar in diesen Eckenbereichen durch plane Oberflächen der Anlegestege auf der im eingebauten Zustand der Scheibeninnenwand zugewandten Seite auszeichnen. Aus dem Abstandhalter kann somit ein Abstandhalterrahmen geformt werden, ohne dass gesonderte Eckverbindungsstücke notwendig sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brandschutzverglasung umfassend eine Scheibe (9), ein Abstandhalter, wie vorstehend beschrieben, und eine Gegenscheibe (10), wobei sich zwischen der Scheibe (9) und dem Abstandhalter und dem Abstandhalter und der Gegenscheibe (10) jeweils eine Primärdichtung (8) befindet. Vorteilhafterweise schließen der Abstandhalter und die Scheiben (9, 10) stoff- und kraftschlüssig ab.
Im Stand der Technik sind Brandschutzgläser bekannt, die die Bedingungen der Feuerwiderstandsklassen G und F erfüllen (DIN 4102 Teil 13 (ISO 834)). Dabei müssen Verglasungen, einschließlich der Rahmen und der Halterungen, nach einer Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) den Flammen- und Brandgasdurchtritt mindestens 30 bzw. 60, 90 oder 120 Minuten verhindern, um den Klassen G30, G60, G90 und G120 zugeteilt zu werden. Analoge Vorschriften gelten für die Klassen F30, F60, F90 und F120. Darüber hinaus darf das Glas auf der dem Feuer abgewandten Seite sich im Mittel um nicht mehr als um 140°C über die Anfangstemperatur erwärmen. Ebenfalls werden an Gebäudeverglasungen oftmals zusätzliche Anforderungen gestellt. So müssen beispielsweise Verglasungen in Türen neben dem Brandschutz auch die Sicherheit der Benutzer gewährleisten, d. h. die Verglasungen müssen nicht nur die Brandschutznormen, sondern auch die Anforderungen der einschlägigen Sicherheitsnormen, wie beispielsweise für Einscheiben-Sicherheitsglas (DIN 1249, Teil 12 bzw. DIN EN 12150) erfüllen.
Vorteilhafterweise besteht die Scheibe (9) aus einem Alkaliborosilicatglas. Diese Gläser sind unter der Bezeichnung PYRAN^® und PYRANOVA^® für die Brandschutzklassen G und F kommerziell erhältlich. Diese Gläser weisen einen niedrigen linearen thermischen Längenausdehnungs-Koeffizienten von ca. 3,3·10^–6 K^–1 auf. Dieser niedrige lineare thermische Längenausdehnungs-Koeffizient verringert die im Brandfalle auftretenden thermischen Spannungen im Glas, so dass mit solchen Gläsern höhere Feuerwiderstandszeiten bei gleichzeitig geringem Randeinstand ermöglicht werden.
Vorzugsweise weist das Alkaliborosilicatglas folgende Zusammensetzung auf:

SiO₂ 78,3–81,0 Gew.-%

B₂O₃ 9,0–13,0 Gew.-%

Al₂O₃ 2,0–5,3 Gew.-%

Na₂O 3,5–6,5 Gew.-%

K₂O 0,3–2,0 Gew.-%

CaO 0,0–2,0 Gew.-%
Entsprechende geeignete Alkaliborosilicatgläser sind auch aus DE 101 50 884 und DE 10 2004 022 629 bekannt.
Ein typisches Kalk-Natron-Glas weist folgende Zusammensetzung auf:

SiO₂ 71–75 Gew.-%

Na₂O 12–16 Gew.-%

CaO 10–15 Gew.-%
Vorzugsweise weist die Scheibe (9) eine Dicke im Bereich zwischen 5 und 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 12 mm auf.
Vorzugsweise besteht die Gegenscheibe (10) aus einem Natronkalkglas oder einem Alkaliborosilicatglas.
Die Gegenscheibe (10) erfüllt die Anforderungen an Einscheiben-Sicherheitsglas, wie sie beispielsweise in DIN 1249, Teil 12 bzw. DIN EN 12150 offenbart sind.
Beispielsweise lässt sich Einscheiben-Sicherheitsglas durch Erhitzen auf 600°C bis 700°C der auf ihre endgültige Geometrie zugeschnittenen und gegebenenfalls gebohrten Scheibe und Abschrecken der Oberfläche erhalten. Die Oberflächen des Glases erhärten beim Abblasen mit kalter Luft sofort, während der Kern der Scheibe noch heiß bleibt. Im Verlauf des nachfolgenden Abkühlens tendiert der Kern dazu, sich zusammenzuziehen, was jedoch durch die bereits erstarrte Oberfläche verhindert wird. Durch die entstehenden Zwängungen wird der Kern auf Zug, die Oberflächen auf Druck vorgespannt. Die maximale Druckspannung an der Glasoberfläche liegt im Bereich von 90 N/mm² bis 120 N/mm². Die Biegefestigkeit kann dabei bis zu 200 N/mm² betragen. Einscheiben-Sicherheitsglas zerfällt beim Überschreiten dieser Biegezugspannung in kleine Bruchstücke (etwa 15 bis 30 Bruchstücke auf 100 cm²).
Alternativ zur thermischen Vorspannung kann die sogenannte chemische Vorspannung bei dünneren Scheiben (Scheibendicke 2 mm bis 3 mm) angewandt werden. Eine Vorspannung der Scheibe kann auch durch das Eintauchen in heißes Kaliumnitrat erreicht werden. Es erfolgt ein Ionenaustausch an der Oberfläche des Glases. Die Natriumionen des Glases werden durch die größeren Kaliumionen der Schmelze ersetzt. Dadurch entsteht Druck an der Oberfläche des Glases. Hierbei werden auch die Glaskanten vorgespannt. Die Festigkeit erhöht sich.
Die Scheibe (9) und die Gegenscheibe (10) können auch jeweils als Verbund durch Verkleben von mehreren Glasscheiben entstehen. Bei diesen Verbundsicherheitsgläsern werden als Klebeschichten 0,38 mm bis 2,228 mm Dicke, PVB-Folien (Polyvinylbutyral), PVA-Folien (Polyvinylacetat) oder Gießharze verwendet. Vorteilhafterweise wird durch diese Ausbildung die Splitterbildung beim Versagen der Scheibe unterbunden. Vorzugsweise liegt die Dicke der erfindungsgemäßen Brandschutzverglasung im Bereich zwischen 15 und 50 mm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 20 und 40 mm, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 30 und 39 mm.
Vorteilhafterweise basiert die Primärdichtung (8) auf Monomeren aus Isobutylen und/oder Isopren, besonders bevorzugt basiert die Primärdichtung (8) auf Polyisobutylen.
Die üblicherweise verwendeten Dichtungsmassen für Brandschutzverglasungen gliedern sich in zwei Kategorien: Ein Primärdichtstoff („Butyl”) dient zur Abdichtung der Brandschutzverglasung gegen eindringende Luftfeuchtigkeit und gegen austretende Füllgase und basiert auf Polyisobutylen, das nur eine geringe Wasserdampfpermeabilität aufweist. Der Primärdichtstoff befindet sich zwischen der zum Glas ausgerich teten Fläche des Abstandhalters und dem Glas. Ein Sekundärdichtstoff, der zur elastischen Verklebung dient, der im Regelfall zur verbesserten Glashaftung Silane enthält und der allen klimatisch bedingten Belastungen standhalten muss, füllt die zwischen der Glasscheibe und dem Abstandhalter gebildete Fuge aus. Der Sekundärdichtstoff besteht im Regelfall aus zweikomponentigen, raumtemperaturhärtenden Dichtungsmassen, wie Polysulfid, Polyurethan oder Silikon. Die Füllung der Fuge mit einem Schmelzklebstoff auf Basis von Butylkautschuk („Butyl Hotmelt”) ist ebenfalls eine gebräuchliche Variante. In diesem Fall kann die Verwendung eines Primärdichtstoffes entfallen, da der „Butyl Hotmelt” bereits aufgrund der ebenfalls guten Dichtigkeit gegen Wasserdampf zur alleinigen Abdichtung dienen kann.
Butylkautschuk ist ein kommerziell erhältliches Polymer, bestehend aus den monomeren Einheiten Isobutylen und Isopren, wobei die Isopreneinheiten nur zu einem geringen Anteil, im Regelfall bis zu 3 mol im Polymer enthalten sind. Kommerziell erhältlich und der Funktionalisierung zugänglich sind auch teilvernetzte Butylkautschuk-Typen mit Vernetzungsgraden bis zu 80%, die beispielsweise durch Einpolymerisieren eines bifunktionellen Monomers, wie Divinylbenzol oder durch nachträgliche Vernetzung von Butylkautschuk erhältlich sind.
Vorteilhafterweise wird für eine lange Lebensdauer der Brandschutzglasscheibe die Verwendung von zwei Dichtstoffen bevorzugt, die sich in ihren Eigenschaften sinnvoll ergänzen: Ein Primärdichtstoff, der wie ein Polyisobutylen eine besondere Eignung zur Abdichtung hat, und ein Sekundärdichtstoff, der eine besondere Eignung zum dauerhaft festen Verbinden der Glasscheiben hat, insbesondere eine aushärtende Kunststoffmasse, wie ein Polyurethan oder ein Polysulfid, ein reaktives Polyisobutylen, ein Silikon oder ein reaktives Hotmelt.
Der Primärdichtstoff und der Sekundärdichtstoff sollten an den Flanken lückenlos aneinander anschließen. An die Stelle eines Primärdichtstoffes und eines gesonderten Sekundärdichtstoffes kann auch ein einheitlicher Dichtstoff, der sowohl die gewünschte Sicherheit gegen das Eindiffundieren von Wasserdampf in die Isolierglasscheibe bietet, als auch einen dauerhaft festen Verbund zwischen dem Abstandhalter und den Glasscheiben der Brandschutzverglasung gewährleistet, verwendet werden. Bei dem einheitlichen Dichtstoff kann es sich beispielsweise um ein reaktives Hotmelt handeln, das heiß aufgetragen wird und nach dem Zusammenbauen der Brandschutzverglasung reaktiv abbindet. Sofern ein einheitlicher Dichtstoff verwendet wird, erhält er vorzugsweise ein pulvriges Trockenmittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Abstandhalter nur im oberen Teil einer Brandschutzverglasung verwendet. In dem restlichen Teil der Brandschutzverglasung können konventionelle Abstandhalter verwendet werden. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Abstandhalters nur im obigen Teil der Brandschutzverglasung wird verhindert, dass die Scheibe (9) aus der Brandschutzverglasung herausfällt, wenn sie unter Einfluss von Hitze weich wird und sich dadurch unter Fließen nach unten verdünnt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Brandschutzverglasung geht man vorzugsweise so vor, dass zunächst ein Metallhohlprofilstab bereitgestellt wird, aus dem ein rahmenförmiger Abstandhalter gebildet wird. Auf die Flanken des Abstandhalters wird ein Dichtstoff aufgetragen. Dann wird der Profil stab zu einem rahmenförmigen Gebilde geformt und geschlossen. Das kann dadurch geschehen, dass vier geradlinige Profilstäbe mit Eckverbindern zu dem rahmenförmigen Gebilde zusammengefügt werden. Vorzugsweise wird der Rahmen jedoch aus einem einzigen Metallhohlprofilstab gebildet, der zu diesem Zweck gebogene Ecken erhält. Gegebenenfalls erforderliche spanende Bearbeitungen an den für die Ecken vorgesehenen Stellen und an den Enden der Metallhohlprofilstäbe werden vor dem Auftragen des Dichtstoffs durchgeführt. Der Metallprofilhohlstab enthält in seinem Hohlraum ebenfalls bereits ein Trockenmittel bzw. wurde mit diesem befüllt und weist in den Ausnehmungen das expandierende Material auf. Der beschichtete Abstandhalter wird an eine Scheibe angesetzt und mit dieser verklebt. Dann wird eine zweite Scheibe parallel zur ersten Scheibe an den Abstandhalter angesetzt und mit ihm verklebt. Bei der ersten und zweiten Scheibe kann es sich jeweils um die Scheibe (9) oder die Gegenscheibe (10) handeln. Die auf diese Weise gebildete halbfertige Isolierglasscheibe wird auf ihre vorgegebene Dicke verpresst. Zuletzt wird der Abstandhalter noch durch Auftragen eines Sekundärdichtstoffs mit den beiden Glasscheiben verbunden, um einen mechanisch festen Verbund der Brandschutzverglasung zu erhalten. Der Sekundärdichtstoff kann sich über die gesamte Basis des Abstandhalters von der einen Glasscheibe bis zur anderen Glasscheibe erstrecken, er kann aber auch auf einen Spalt zwischen der Außenseite der Flanken des Abstandhalters und den angrenzenden Glasscheiben beschränkt sein.
Sowohl der Primärdichtstoff als auch der Sekundärdichtstoff können vor dem Zusammenbauen der Isolierglasscheibe auf die Flanken des Abstandhalters aufgetragen werden. Das kann zeitgleich, beispielsweise durch Coextrusion, oder zeitlich nacheinander oder zeitlich überlappend geschehen, am besten zuerst der Primärdichtstoff und anschließend der Sekundärdichtstoff. Zweckmäßigerweise schließt der Primärdichtstoff an den Innenraum der Brandschutzverglasung und der Sekundärdichtstoff unmittelbar an die vom Innenraum der Brandschutzverglasung abgewandte Seite des primären Dichtstoffs an und erstreckt sich bis zum Rand der Brandschutzverglasung. Dabei stellt der vorzugsweise vor dem sekundären Dichtstoff aufgetragene primäre Dichtstoff schon beim Auftragen des sekundären Dichtstoffs eine wirksame Barriere für den sekundären Dichtstoff dar. Diese Barriere kann von dem sekundären Dichtstoff beim Verpressen der Isolierglasscheibe nicht überwunden werden. So wird ein für die Dichtigkeit und den Zusammenhalt der Brandschutzverglasung vorteilhafter zweistufiger Verbund erzielt.
Vorzugsweise ist der Abstandhalter so angeordnet, dass er bündig mit den Rändern der einzelnen Glasscheiben (9, 10) abschließt. Bei abgestuften Brandschutzverglasungen, die aus einer größeren und einer kleineren Scheibe zusammengesetzt sind, schließt der Abstandhalter dementsprechend vorzugsweise bündig mit dem Rand der kleineren Glasscheibe ab. Ein bündiger Abschluss ermöglicht die größte Versiegelungstiefe und vermindert sowohl die Gefahr von Absplitterung vom Rand der Brandschutzverglasung als auch deren Verunreinigung durch eventuell überquellenden Dichtstoff.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Brandschutzverglasung in einer Schiffsaußenwand. Der Abstandhalter kann auch in Brandschutzverglasungen auf Bohrinseln sowie in Gebäuden Verwendung finden.
1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abstandhalters
Beispiel für eine Brandschutzverglasung, wie sie im Schiffbau zur Anwendung kommen kann, dargestellt anhand eines rechteckigen Schiffsfensters nach DIN ISO 3903
Das Schiffsfenster besteht aus einem Hauptrahmen (14) aus Stahl, welcher über eine Schweißverbindung in die entsprechenden Öffnungen der Schiffsaußenwand eingeschweißt wird. Die Glashalteleisten (15) aus Stahl werden mittels Schrauben (16) am Hauptrahmen (14) befestigt. Eine Dichtung (17) umschließt die Scheiben (9, 10) und verhindert das Eindringen von Seewasser. Die Scheiben bzw. der Scheibenaufbau (9, 10) ruht auf Klötzchen (19), welche den Abstand des Glasaufbaus zum Hauptrahmen bestimmen. Der Abstandhalter (18) ist zwischen den nach ISO 614 thermisch vorgespannten Scheiben positioniert.

1: Außenwand
2: Innenwand
3: Flanke
4: Flanke
5: Ausnehmung
6: Ausnehmung
7: Hohlraum, befüllt mit Trockenmittel
8: Primärdichtung
9: innenliegende Glasscheibe
10: außenliegende Glasscheibe
11: Sekundärdichtung
12: Glashalteleiste
13: Perforation
14: Hauptrahmen
15: Glashalteleisten
16: Schrauben
17: Dichtung
18: Abstandhalter
19: Klötzchen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10259089 [0007]
- DE 3602118 [0012]
- EP 1341247 [0017]
- EP 19930112168 [0043]
- EP 0577150 [0043]
- WO 93/20319 [0043]
- WO 03/074830 [0043]
- DE 10150884 [0049]
- DE 102004022629 [0049]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 4102 Teil 13 (ISO 834) [0046]
- DIN 1249, Teil 12 [0046]
- DIN EN 12150 [0046]
- DIN 1249, Teil 12 [0053]
- DIN EN 12150 [0053]
- DIN ISO 3903 [0068]
- ISO 614 [0069]

Claims

Abstandhalter aus einem Metallhohlprofilstab, wobei der Abstandhalter eine Außenwand (1), zwei Flanken (3, 4) mit jeweils einer Ausnehmung (5, 6), und eine Innenwand (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5, 6) mit einem expandierenden Material gefüllt sind, das einen Blähdruck von 0,03 bis 0,3 N/mm² aufweist.
Abstandhalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blähdruck im Bereich zwischen 0,05 bis 0,15 N/mm², besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,08 bis 0,12 N/mm², liegt.
Abstandhalter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des expandierenden Materials im Bereich zwischen 100 bis 1000 kg/m³, bevorzugt im Bereich zwischen 200 bis 800 kg/m³, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 400 und 700 kg/m³, liegt.
Abstandhalter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsvolumen des expandierenden Materials im Bereich des 12- bis 15-Fachen, bevorzugt im Bereich des 3- bis 10-Fachen, besonders bevorzugt im Bereich des 4- bis 6-Fachen, des Ausgangsvolumens liegt.
Abstandhalter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierende Material aus der Gruppe bestehend aus nicht expandiertem Vermikuliterzmaterial, behandeltem nicht expandier tem Vermikuliterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermikuliterzmaterial, expandierbarem Graphit, bearbeitetem expandierbarem Natriumsilicat und/oder deren Gemische ausgewählt wird.
Abstandhalter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7) mit einem Trockenmittel gefüllt ist.
Abstandhalter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus der Gruppe bestehend aus Stahl und Aluminium ausgewählt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Abstandhalters gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 umfassend die Schritte – Einbringen des expandierenden Materials in die Ausnehmungen; – Abdecken der Ausnehmungen und – Biegen.
Verwendung eines Abstandhalters gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer Brandschutzverglasung.
Brandschutzverglasung umfassend eine Scheibe (9), einen Abstandhalter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und eine Gegenscheibe (10), wobei sich zwischen der Scheibe (9) und dem Abstandhalter und dem Abstandhalter und der Gegenscheibe (10) jeweils eine Primärdichtung (8) befindet.
Brandschutzverglasung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (9) aus Alkaliborosilikatglas oder Alkalisilikatglas besteht.
Brandschutzverglasung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenscheibe (10) aus Natron-Kalk-Glas oder Alkaliborosilikatglas besteht.
Brandschutzverglasung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärdichtung (8) auf Monomereneinheiten aus Isobutylen und/oder Isopren basiert.
Verfahren zur Herstellung einer Brandschutzverglasung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13 umfassend die Schritte – Ansetzen eines Abstandhalters an eine Scheibe, – Verkleben der Scheibe mit dem Abstandhalter, – Ansetzen und Verkleben einer zweiten Scheibe an den Abstandhalter und – Verpressen des so erhaltenen Glasscheibenlaminats.
Verwendung einer Brandschutzverglasung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13 in einer Schiffsaußenwand.