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Experten-Ratgeber: Wann lohnt sich ESG-Glas?

Was ist ESG-Glas? Woraus besteht es und wie wird es gefertigt? Welche Eigenschaften bringt ESG-Glas mit und wo setzt man es sinnvoll ein?

Wir stellen Ihnen in diesem Artikel sogenanntes ESG-Glas vor. Sie erfahren unter anderem, woraus ESG besteht und mit welchen Verfahren es hergestellt wird. Wir machen Sie mit den wichtigsten Eigenschaften von ESG-Glas bekannt und erklären, warum es als bruchhemmendes Sicherheitsglas gehandelt wird.

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Technische Eigenschaften von ESG-Glas im Überblick

Sogenanntes ESG bzw. "ESG-Glas", die umgangssprachliche Kurzform für Einscheiben-Sicherheitsglas, ist ein spezielles Glas, das im Falle des Brechens nicht scharfkantig sondern vernetzt und stumpf splittert. Deshalb gilt es als bruchhemmendes Sicherheitsglas, denn die Gefahr, sich an den Scherben und Splittern zu verletzen, ist somit deutlich geringer. Alternative Bezeichnungen für ESG-Glas sind "gehärtetes Blankglas" und "gehärtetes Glas", wobei beide vorgenannte Bezeichnungen in Fachkreisen umstritten sind.

ESG- und VSG-Sicherheitsglas schützt im Innen- und Außenbereich vor Verletzungen und bietet im Rahmen des Einbruchschutzes passive oder auch aktive Sicherheit. (Fotos: Bundesverband Flachglas (BF) / unten links: Nowak Glas/ BF)
ESG- und VSG-Sicherheitsglas schützt im Innen- und Außenbereich vor Verletzungen und bietet im Rahmen des Einbruchschutzes passive oder auch aktive Sicherheit. (Fotos: Bundesverband Flachglas (BF) / unten links: Nowak Glas/ BF)

Bruchhemmendes Verhalten

Bricht eine ESG-Scheibe infolge einer Beschädigung der Scheibenkanten oder der Scheibenfläche mit sehr spitzen, harten Schlägen, zerspringt sie beim Brechen wegen der enormen Energie, die im Eigenspannungszustand in ihr gespeichert war, in kleine, würfelförmige Bruchstücke ohne scharfe Kanten wie zum Beispiel die Seitenscheiben eines Autos. Verbundsicherheitsglas (VSG-Glas) hingegen bleibt dank eingearbeiteter Spezialfolien in einem Stück, das Glas verbleibt im Rahmen und die Abschlussfunktion bleibt erhalten.

Beim Zerbrechen spricht man auch von einem "Netz stumpfkantiger Glaskrümel". Ihre typische Größe ist geringer als ein Quadratzentimeter. Diese spezielle Bruchstückchenstruktur ist charakteristisch für Einscheibensicherheitsglas und mindert das Risiko größerer Schnittverletzungen. Von Vorteil ist zudem, dass die stumpfkantigen Bruchstücke untereinander zusammenhängen. Dies wird vorab in Prüfungen bei Höchstbelastung im sogenannten Pendelschlagversuch und in der Prüfung zur Ballwurfsicherheit getestet.

Mindestbiegefestigkeit

Überdies muss ESG-Glas eine sogenannte Mindestbiegefestigkeit aufweisen. Die Anforderungen regelt die Norm DIN 12150-1 „Glas im Bauwesen - Thermisch vorgespanntes Kalknatron-Einscheibensicherheitsglas - Teil 1: Definition und Beschreibung“. Sie wird demnach auf 120 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm2) beziffert. ESG-Glas, wie Sie es im Handel kaufen können, ist allerdings meist mit einer Oberflächendruckspannung zwischen 100 N/mm2 und 150 N/mm2 ausgerüstet, so dass es mit Festigkeiten von über 200 N/mm2 daher kommt.

Lichtdurchlass

Wegen seiner unterschiedlichen Spannungszonen kann Einscheibensicherheitsglas Lichtstrahlen mitunter doppelt brechen (sogenannte Doppelbrechung oder Anisotropie). Dank der polarisierten Anteile des Tageslichts wird dieses Phänomen bei Gelegenheit sichtbar: Man sieht dann regenbogenfarbige Ringe oder „Wolken“.

Aus diesen Glasarten wird ESG-Glas hergestellt

Unter ESG-Glas versteht man heutzutage i.d.R. zwei unterschiedliche Glasarten.

Besonderheiten von Floatglas

Um Floatglas herzustellen, gibt man die flüssige Glasschmelze kontrolliert auf ein Zinnbad, auf dem sie quasi fließt (auf Englisch: „to float“). Floatglas zeichnet sich gemäß der europäischen Norm DIN EN 572-1 „Glas im Bauwesen – Basis Erzeugnisse aus Kalk-Natronsilicatglas“ durch parallele, feuerpolierte Oberflächen aus, die beim kontinuierlichen Aufgießen und Fließen auf einem Metallbad entstehen.

Solches Floatglas ist thermisch nicht vorgespannt. Es dient als Rohstoff beziehungsweise Vorprodukt, um vollvorgespannte Gläser wie ESG-Glas, teilvorgespanntes Glas (TVG, geregelt nach DIN EN 1863-1) sowie Verbundglas (VBG) und Isolierglas herzustellen.

Besonderheiten von Ornamentglas

Mit der Bezeichnung Ornamentglas meint man eine Art Gussglas, also gegossenes und gewalztes Flachglas, das mit Hilfe von Walzen hergestellt wird (Walzverfahren). Ornamentglas kommt vor allem im Innenbereich zum Einsatz. Es ist nicht ganz klar durchsichtig (Fachausdruck: transluszent) und hat infolge der Herstellung eine besondere Struktur: Da die flüssige Glasmasse durch strukturierte Walzen geführt wird, entstehen Muster im Glas mit mehr oder weniger Transparenz. In Abhängigkeit von Dichte und Muster entspricht Ornamentglas unterschiedlichen Sichtschutzfaktoren.

Gut zu wissen: Die Bezeichnung „Gussglas“ ist veraltet und findet in der aktuellen Normierung (siehe Floatglas) keine Anwendung mehr. Demnach wird Ornamentglas als „planes, durchscheinendes, klares oder gefärbtes Kalk-Natronsilicatglas“ beschrieben, das „mit ein- oder beidseitiger, mehr oder weniger stark ornamentierter Oberfläche“ zu haben ist. Geprägte Muster wie Wellen, Rippen, Prismen zerstreuen durchfallendes Licht. Gemäß der Norm sind auch Draht- und Drahtornamentgläser sowie Profilbaugläser sogenannte Ornamentgläser.

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Herstellung und Weiterverarbeitung von ESG-Glas

Die Ausgangsmaterialien ESG-Float- und -Ornamentglas werden dann in einem besonderen Verfahren zu ESG-Glas weiterverarbeitet, so dass sie ihre Eigenschaften teilweise in das Endprodukt einbringen. Das Verfahren läuft wie folgt ab:

Herstellungsverfahren im Überblick

Die ebene Scheibe (Float- oder Ornamentglas) wird bis zu einem gewissen Transformationspunkt auf mehr als 600 Grad Celsius erhitzt, um dann schlagartig mit Hilfe von Gebläsen schnell abgekühlt zu werden. Auf diese Weise versetzt man das Glas in einen sogenannten Eigenspannungszustand. In diesem Zustand steht der Kern der Scheibe unter einer Zugbeanspruchung, während die Oberfläche unter Druckbeanspruchung ist. Das macht das Glas biegezugfester, wobei es nicht härter wird.

Wichtig: Wegen der derart eingeprägten Oberflächendruckspannung wirkt ein die Festigkeit mindernder Einfluss infolge von beispielsweise oberflächlichen Defekten erst dann, wenn durch Last oder Zwang Zugspannungen an der Oberfläche erzeugt werden. Das ist der Grund, warum die Temperaturwechselbeständigkeit des ESG-Glases dank der Vorspannung erheblich zunimmt (etwa 200 Kelvin).

Bei herkömmlichen ESG-Glasscheiben kann es mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nach der Herstellung aufgrund korrodierender Nickel(II)-sulfideinschlüsse zu spontanen Glasbrüchen kommen. Um dies zu vermeiden, werden ESG-Glasscheiben nach der Herstellung einem sogenannten Heat-Soak-Test oder Heißlagerungstest unterzogen, indem sie mehrere Stunden bei einer Temperatur von 280 bis 300 Grad Celsius gelagert werden. Entsprechend prädestinierte Scheiben gehen dabei zu Bruch, sodass die verbleibenden Scheiben eine deutlich geringere Wahrscheinlichkeit eines Spontbruchs aufweisen. ESG-Glas, das mit dem Heat-Soak-Test geprüft wurde, nennt man daher auch ESG-H-Glas.

Einschränkungen bei der Weiterverarbeitung

Nach dem sogenannten Vorspannen kann das verarbeitete ESG-Glas wegen der im Eigenspannungszustand gespeicherten Energie allerdings nur sehr beschränkt weiter bearbeitet werden. Das heißt, dass Bearbeitungsschritte wie 

  • Gestalten der Glaskanten,
  • Bohrungen im Glas oder
  • das Schneiden von Ausschnitten für Aussparungen

im Grunde immer schon erfolgen müssen, bevor das Vorspannen durchgeführt wird.

Ein Kürzen einer zu langen ESG-Glasscheibe im Nachhinein, zum Beispiel, weil eine Ganzglastür nach einem Wechsel des Bodenbelags (Holzparkett, Laminat & Co.) aufstößt, ist demnach nicht mehr möglich, daher kommt es auf maßgenaue Anfertigung an.

Zu beachten ist des Weiteren schon bei der Planung der Verwendung des Einscheibensicherheitsglases, dass wegen der thermischen Behandlung gewisse Maßtoleranzen nahe den Bohrungen sowie eine leichte Vorkrümmung auftreten können.

Experten-Tipp: Einscheibensicherheitsglas muss als solches vom Hersteller ausgewiesen sein. Der Auszeichnungspflicht kommen die Hersteller mit einem entsprechenden Stempelaufdruck nach.

Übersicht der Anwendungsbereiche von ESG-Glas

Verglasungen

Als Teil von Verglasungen aller Art kommt ESG nahezu überall im Innen- und Außenbereich zum Einsatz. Insbesondere für konstruktive Anwendungen, bei denen das Glas verschraubt beziehungsweise über entsprechende Bohrungen befestigt wird, kommt ESG wegen seiner erhöhten Biege-Zug-Festigkeit zum Einsatz. Anwendungsbeispiele sind im Innenbereich Glastüren, Duschkabinen, Raumteiler oder Glastreppengeländer.

Im Außenbereich werde es häufig für Balkonverglasungen, gläserne Fassadenverkleidungen sowie für Alarmgläser und für Autoseitenscheiben verwendet. Als Glasfassaden werden ESG-Gläser eingesetzt. So werden u.a. Glaspaneele, die zugleich die Deckschicht der Vorhangfassade bilden und damit den Wetterschutz übernehmen, auf vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystemen verwendet. Solche ESG-Paneele können zudem farbig durch Einbrennen von Emaille- und Porzellanfarben gestaltet werden.

Als sogenannte Umwehrung an möglichen Absturzstellen wie bei einem französischen Balkon wird trotz der Zulässigkeit von ESG-Glas oft empfohlen, Verbundsicherheitsglas (VSG-Glas) einzusetzen. Für einen Einsatz als Verglasung im Überkopfbereich ist Einscheibensicherheitsglas ungeeignet. Dabei sollte man allerdings darauf achten, dass die Kanten einer ESG-Glasscheibe nicht ohne Schutz freiliegen und dazu noch mechanisch in Anspruch genommen werden, wie es bei einer Ganzglastür beispielsweise der Fall ist. Denn dann besteht ein hohes Risiko, dass das ESG zerspringt.

Die ESG-Glaspaneele des Gesundheitszentrum Medico in Paderborn wurden nach einem Entwurf des Künstlers Martin Donlin von der Glasmalerei Peters mit Emaille- und Porzellanfarbe handbemalt und nach dem Einbrennen und der ESG-Verarbeitung auf die einzelnen Scheiben auf Putzträgerplatten laminiert. Mit Agraffen wurden die Glaspaneele dann in die Unterkonstruktion des vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystems StoVentec G eingehängt. (Fotos: Meschede, Kaufungen / Sto AG)
Die ESG-Glaspaneele des Gesundheitszentrum Medico in Paderborn wurden nach einem Entwurf des Künstlers Martin Donlin von der Glasmalerei Peters mit Emaille- und Porzellanfarbe handbemalt und nach dem Einbrennen und der ESG-Verarbeitung auf die einzelnen Scheiben auf Putzträgerplatten laminiert. Mit Agraffen wurden die Glaspaneele dann in die Unterkonstruktion des vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystems StoVentec G eingehängt. (Fotos: Meschede, Kaufungen / Sto AG)

Einbruchschutz

Im Bereich des Einbruchschutzes wird ESG passiv als Alarmglas eingesetzt. Wenn es zerbricht, wird eine aufgedruckte, stromleitende Schleife durchtrennt und dadurch der angeschlossenen Alarmanlage ein Glasbruch angezeigt. Diese löst dann einen entsprechend lauten Alarm aus oder meldet den Einbruch einem Sicherheitsdienst oder der Polizei.

VSG hingegen verspricht im Rahmen des Einbruchschutzes zusätzliche aktive Sicherheit. Für einen wirksamen Einbruchschutz im Privatbereich sind die Sicherheitsklassen ab P5A die richtige Wahl, da diese auch einbruchhemmend wirken.

Infrarotheizungen

Auch in Infrarotheizungen kommt ESG-Glas zum Einsatz. Hier werden sie häufig als rahmenlose Glaselemente innerhalb eines Sandwich-Aufbaus eingesetzt. Die Infrarot-Glasheizung besteht dann aus einer wenigen Millimeter dicken ESG-Glasscheibe, die rückseitig durch eine Heizschicht, die elektrische Energie in Wärme umwandelt, erwärmt wird. Die Glasscheibe gibt dann die so erzeugte Wärme in Form von Strahlungswärme an den Raum bzw. die direkt von den Wärmewellen erreichbaren Objekten ab.

Vitramo Infrarotheizelement mit satinierter ESG-Glasscheibe (Foto: Vitramo GmbH)
Vitramo Infrarotheizelement mit satinierter ESG-Glasscheibe (Foto: Vitramo GmbH)

Solarmodule

Einscheiben-Sicherheitsglas wird in Solarmodulen vielfach auf der zur Sonne zugewandten sogenannten Frontseite als Deckscheibe eingesetzt, um die Solarzellen vor Hagel, Verschmutzung oder Druck- und Stoßbelastung zu schützen. Insbesondere zeichnet sich ESG auch hinsichtlich seiner erhöhten Beständigkeit gegen plötzliche Temperaturwechsel und Temperaturunterschiede von mehr als 70 Kelvin Temperaturunterschiede aus.

Die ESG-Scheibe wird dazu vielfach mikrostrukturiert und auch häufig mit einer eingebrannten Antireflexbeschichtung versehen, um den Solarertrag zu erhöhen. In Glas-Glas-Modulen kommt ESG nicht nur als oberste Modulschicht zum Einsatz, sondern bildet auch noch den Abschluss auf der Rückseite des Moduls.

Schnittbild eines Buderus Photovoltaik-Moduls Logavolt PM/MM mit ESG-Frontscheibe (Grafik: Buderus)
Schnittbild eines Buderus Photovoltaik-Moduls Logavolt PM/MM mit ESG-Frontscheibe (Grafik: Buderus)

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"Experten-Ratgeber: Wann lohnt sich ESG-Glas?" wurde am 25.11.2016 das letzte Mal aktualisiert.