Thermisches Vorspannen von Glas im Wiki: Eigenschaften, Anwendungen und mehr

Beim thermischen Vorspannen wird das Glas homogen, d.h. über den Querschnitt konstant, auf eine Temperatur erwärmt, die etwa 100°C über der Transformationstemperatur (ca. 620°C bis 670°C) liegt. Anschließend wird die Glasscheibe von den Oberflächen her rasch abgekühlt und in einen Eigenspannungszustand versetzt.

Die Abkühlung erfolgt dabei normalerweise durch Anblasen mit Luft. Zu Beginn des Abkühlprozesses ist die Spannung über den gesamten Querschnitt konstant. Dann beginnt die Abkühlung der Oberfläche, die sich dabei zusammenzuzieht. Dies wird durch den noch nicht abgekühlten Kern verhindert. Dadurch entsteht auf der Oberfläche kurzfristig eine Zugspannung, im Kern eine Druckspannung. Die Spannungen erreichen zu diesem Zeitpunkt jedoch nur geringe Werte, da sie durch die hohe Viskosität des heißen Glases rasch wieder abgebaut werden. Voraussetzung für den Abbau der Zugspannungen ist, dass die Ausgangstemperatur hoch genug gewählt worden ist. Ist dies nicht der Fall, und die Viskosität zu hoch, können die auftretenden Zugspannungen während des Vorspannprozesses zum Bruch der Scheiben führen.

In der Endphase der Abkühlung hat das Glas näherungsweise die Eigenschaften eines elastischen Körpers. Die Temperaturverteilung ist parabelförmig und der Kern ist wärmer als die Oberfläche. Um den Endzustand zu erreichen, muss sich der Kern daher um einen größeren Betrag abkühlen, als die Oberfläche. Der Kern erzeugt im schon „festen“ Glas somit Druckspannungen an der Oberfläche. Im Kern selbst entstehen aus Gleichgewichtsgründen Zugspannungen. Entscheidend für die Entstehung von bleibenden Spannungen (= Eigenspannungen) ist also das viskoelastische Materialverhalten des Glases. Dies soll am Vergleich des Materialverhaltens bei Abkühlung der Oberflächen eines elastischen Körpers mit dem eines viskoelastischen Körpers verdeutlicht werden.