So lassen sich Kratzer bei der Glasreinigung vermeiden
Quelle: GFF-Experten, Ausgabe GFF 2/11

Autor /Fotos: Peter Kasper Grafik: GFF, Quelle: Kasper
Nicht nur in Büro- und Verwaltungsgebäu­den, auch im privaten Bereich erfreut sich Glas einer wachsenden Beliebtheit. Dies gilt insbesondere für vorgespannte Gläser. Neue Regelwerke, die für Isolierverglasungen weit­gehend auf Glaskombinationen aus ESG und VSG abstellen, verstärken diesen Trend. Da­zu kommt wie erwähnt die zunehmende Ver­breitung von Photovoltaikanlagen (PVA). Dagegen setzen Gebäudenutzer in der jüngs­ten Vergangenheit Sicherheitsgläser weni­ger bereitwillig ein; dies u.a. deshalb, weil ESG neuerdings im Ruf steht, eine geringere Kratzfestigkeit als vorgespannte Gläser auf­zuweisen. GFF untersucht im Folgenden Ur­sachen und Hintergründe für das besondere Materialverhalten thermisch vorgespannter Floatgläser, um den fachgerechten Umgang mit diesem Werkstoff zu ermöglichen.

Glas darf durchaus als unproblematisch im Verschmutzungsverhalten gelten, ist gleich­zeitig jedoch mitnichten als völlig pflegefrei zu bezeichnen. So ist zu beachten, dass Glas­oberflächen der regelmäßigen Reinigung be­dürfen. Das kann je nach dem Grad der Ver­schmutzung monatlich, sollte indes wenig­stens vierteljährlich passieren. Leider bleibt das oftmals ein frommer Wunsch. Begrün­det wird dies mit einer geringeren Umwelt­verschmutzung und der Reduzierung immis­siver Produktionsstätten. Dazu kommen ge­kürzte Reinigungsbudgets bei gewerblichen Immobilien und ein geändertes Freizeitver­halten im privaten Bereich.

Beanspruchung der Glasoberflächen

Normale Umweltbeanspruchungen schädi­gen Glasoberflächen zunächst nicht. Abge­sehen von der bekannten Empfindlichkeit im Falle alkalischer Auswaschungen aus an­grenzenden Bauwerksteilen, zumal solchen aus Beton oder Kalksandstein, ist eine Kor­rosion ebenfalls unter dem Einfluss von Was­ser möglich. Dazu sei auf die spezifische Netzstruktur bei Kalk-Natron-Glas verwie­sen.

Das Siliziumdioxid des Quarzsandes (SiO2), wesentlicher Bestandteil des Glases, tritt hier in Form von Silikat (Si04) auf. Die Molekülstruktur von Silikat besteht aus dem zentralen Siliziumatom, das vier Sauerstoff­atome in der Form eines Tetraeders umge­ben. Chemisch gesehen gehören zu jedem Siliziumatom nur vier halbe Sauerstoffato­me (chemisch stabil SiO2), da ja jedes Atom ebenfalls Bestandteil des benachbarten Te­traeders ist. An der Glasoberfläche treten daher chemisch sehr aktive, freie Sauer­stoffatome auf, die zunächst das in der Luft­feuchtigkeit vorhandene Wasser binden. Man spricht von einer permanenten Wasserhaut - einer molekularen Schicht, die eine Dicke von nur zirka einem Nanometer (Millionstel Millimeter) aufweist. Aus je einem Wasser ­und Sauerstoffmolekül werden zwei Hydro­xidmoleküle: 0 + H2O ~ 2 OH.

Die in der Glasstruktur gelegentlich eingela­gerten Metalloxide reagieren in Oberflä­chennähe mit atmosphärischem Wasser. Zu den häufigsten Reaktionen zählen:

- Na2O + H2O ~ 2 NaOH

- CaO + H2O ~ Ca(OH)2

- Alz03 + 3 H2O ~ 2 AI(OH)3

Die entstandenen Metallhydroxide sind Sal­ze, die in wässeriger Lösung zu den starken Basen zählen. Bekannt ist beispielsweise Natriumhydroxid (NaOH) als Natronlauge. Steht nur wenig Wasser zur Verfügung, werden in­folge von Konzentration recht schnell hohe und für das Glas gefährliche pH-Werte er­reicht.

Unter dem Einfluss dieser konzentrierten Ba­sen entsteht ein wasserlösliches Gel, das bei größerem Wasserangebot aus der Oberflä­che ausgewaschen wird und mikroskopische Oberflächendefekte hinterlässt, die wesent­lichen Einfluss auf die Festigkeit des Glases haben. Der Netzstruktur des Glases fehlt im Inneren ein festigkeitsgebendes Kristallgit­ter von Symmetrie und Periodizität. Wegen der eingebundenen Fremdmoleküle treten immer wieder Fehlstellen im Gefüge auf. Die optische Brillanz von Glas bestimmen die Faktoren Lichtstreuung, Lichtbrechung und Lichtdurchlässigkeit. Während Lichtbrechung durch die physikalische Größe der Brechzahl z.B. für den Übergang von Glas nach Luft fix definiert ist, hängt die Lichtstreuung vor al­lem von der Oberflächenstruktur des Glases ab. Die Lichtdurchlässigkeit richtet sich nach der chemischen Zusammensetzung/Einfär­bung des Glases und nach den vorhandenen Beschichtungen.

Selbst die glatt wirkende Oberfläche von Floatglas hat nach der Produktion eine Rauigkeit von einem bis zwei Nanometer auf der Bad- und von fünf bis zehn Nanometer auf der Atmosphärenseite. Eine solche Ober­flächenrauigkeit wirkt optisch diffus, ist für den gewöhnlichen Betrachter aufgrund nicht zu erkennender Streuung aber unsichtbar. Kratzer dagegen sind ab wenigen 100 Na­nometer Tiefe mit bloßem Auge erkennbar, ab zirka 2.000 Nanometer bzw. 0,002 Millimeter Tiefe auch manuell spürbar. Auf Glasscheiben mit Beschichtungen sind Kratzer sichtbar, wenn sie die teils nur etwas mehr als zehn Nanometer dicke Beschichtungsschicht ver­letzt haben.

Glas weist eine materialtypische Kratzemp­findlichkeit auf, die durch die Ritzhärte, also eine Art Oberflächenritzfestigkeit, repräsen­tiert wird. In der DIN EN 101 ist die MOHS ­Ritzhärte für thermisch entspannte und ther­misch vorgespannte Floatgläser mit fünf bis sechs angegeben. Dagegen ist die Ritzhärte für reines Siliziumdioxid (SiO2, etwa in Form des so genannten Saphirglases) mit sieben beziffert. Dies deshalb, weil die beschriebe­nen Oberflächendefekte zur Aufspaltung der festeren Hauptstruktur führen, also poten­zielle Ritzkerben vorgeben.

Mit einem gewöhnlichen Taschenmesser las­sen sich Minerale bis zum Härtewert vier rit­zen. Legt man dies zugrunde, wäre kein bei der Verarbeitung und zur Reinigung verwen­deter Gegenstand in der Lage, einen Kratzer an der Glasoberfläche zu erzeugen. In der Praxis finden sich freilich immer wieder der­artige Beschädigungen. Ursache: Bei der Ver­arbeitung von Flachglas brechen mikrosko­pisch kleine Partikel an den Glaskanten ab, die sich an den Kontaktmaterialien wie Trans­portrollen, Handschuhen, Werkzeugen ab­setzen. Im eingebauten Zustand ist die Glas­oberfläche zahlreichen Belastungen durch harte Partikel ausgesetzt. Dies sind außer Staubkörnchen oft Quarzsandteilchen, die vom Sprühnebel der zunehmend verbreite­ten Hochdruckreiniger aufgewirbelt werden. Wird dann mit zu wenig Wasser als Spüllösung das Glas gereinigt, schürfen die har­ten und kaum löslichen Schmutzpartikel die Glasoberfläche auf und hinterlassen die be­rüchtigten Kratzspuren.

Häufig geschieht dies sogar in Form der typischen Wischbewegung. Auch die Klingen, mit denen die professionellen Gebäuderei­niger hartnäckigem Schmutz Herr zu werden versuchen, lösen bei fehlerhaftem Gebrauch starke Schäden hervor. Durch zu starken An­pressdruck, z.B. infolge einer zu steilen Hal­tung des Werkzeugs, können in die Klingen­oberfläche Aluminiumoxidpartikel (Alz03, laut EN 572-1 liegt der Anteil im Glas bei bis zu drei Prozent) eingedrückt werden. Wegen der im Vergleich zu Siliziumdioxid höheren Dich­te (3,9 g/ cm-3) und Schmelztemperatur von 2.045 Grad Celsius lösen sich diese nicht in der Glasschmelze auf, sie sinken zu Boden. So dürfte das hochfeste Mineral besonders auf der Badseitenoberfläche von Floatglas auftreten. Alz03 ist ebenfalls unter dem Na­men Korund bekannt, dieser Werkstoff fin­det z.B. in Schleifscheiben Verwendung und weist eine Ritzhärte von neun auf. Ist die Klin­ge damit kontaminiert, verkommt die Reini­gung zur Sabotage.

Die Eigenheiten von ESG

Durch thermisches Vorspannen wird aus ei­nem technisch entspannten Floatglas Einschei­bensicherheitsglas (ESG). Glas weist zudem als materialtypische Besonderheit eine Mikro­plastizität des Gefüges auf. Unter anhalten­den Spannungen werden einzelne Moleküle in die Hohlräume gepresst. Diese marginalen Strukturveränderungen bewirken den Span­nungsabbau, so dass von der Gewöhnungs­fähigkeit an Dauerlasten gesprochen werden könnte. Die Vorspannung des ESG ist so ei­ne Dauerlast. Von bestimmten Anomalien im Randbereich abgesehen, zeigt vorgespanntes ESG im Inneren eine mäßige Zugspannung von 20 bis 30 Newton pro Quadratmillimeter, an der Oberfläche dagegen eine sehr große Druckspannung von 120 bis 180 Newton pro Quadratmillimeter (siehe die Grafik unten). Die eingeschlossene Fläche oberhalb und unterhalb der Spannungsnulllinie ist in dem Gleichgewichtszustand gleich groß. Die ho­he Druckspannung im Bereich der Oberfläche bewirkt eine Gefügeverschiebung, so dass die oberflächlichen Kerben zusammenge­presst und wie bei einem gedrückten Schwamm die weniger druckfesten Teile der Netzstruktur nach außen geschoben werden, um wieder einen Teil der Spannungen abzu­bauen. Außer den bekanntlich verbesserten technisch-physikalischen Eigenschaften (hö­here ertragbare Oberflächenzugspannung und Temperaturwechselbeständigkeit) droht die spürbare Erhöhung der Oberflächenrau­igkeit und damit eine höhere Kratzempfind­lichkeit. Für die spätere Wartung und Reini­gung gilt es die konstruktiven Vorausset­zungen zu schaffen.

Es ist wichtig für die Gebrauchstauglichkeit jeder Konstruktion, dass alle Glasflächen zu Reinigungszwecken zugänglich sind. Sind die­se nicht unmittelbar zu erreichen, obliegt es dem Bauausführenden, entsprechende Ein­richtungen wie Leitern, Putzgerüste und Mög­lichkeiten wie Einhängeösen, Ausstiegsluken vorzuhalten, welche die spätere Wartung und Reinigung ermöglichen. Auch gehört es zu den konstruktiven Bedingungen, dass die Glasflächen von Zeit zu Zeit mit ausreichend Wasser gespült werden. Ein Problem ist dies bei den Verglasungen unterhalb von vor­springenden Dächern. Gelangen Sonne und Schmutz anders als Regen gut an die Glas­oberflächen, drohen chemische Prozesse, unterstützt von der hohen Temperatur, die Glasstruktur anzugreifen.