Das Verarbeiten von dünnen Glasscheiben erfordert  besondere Präzision bei der Fertigung der Werkzeuge. (Quelle: BBG)

Das Verarbeiten von dünnen Glasscheiben erfordert besondere Präzision bei der Fertigung der Werkzeuge. (Quelle: BBG)

Das rund 700 mm x 300 mm große Glas schirmt die Fahrgastzelle gegen Geräusche aus dem Motorraum ab. Um die gewünschte Dämmwirkung mit einer möglichst leichten und trotzdem stabilen Scheibe erzielen zu können, wird ein extrem dünnes, laminiertes Glas verwendet, dessen Oberfläche wie bei Smartphone- und Tablet-Bildschirmen chemisch gehärtet ist. Bisher stammen die meisten Abnehmer von Spezialglas-Anbietern wie die amerikanische Firma Corning Incorporated aus der Kommunikationsbranche. Mittlerweile wissen aber auch Autohersteller die dünnen Gläser zu schätzen. So wurde Corning für sein Spezialglas mit dem Namen Gorilla Glass im Oktober 2014 mit dem BMW Supplier Innovation Award in der Kategorie Leichtbau ausgezeichnet.

 

„Spezialgläser wie das Gorilla Glass sind bis zu 45 Prozent dünner und 52 Prozent leichter als das üblicherweise in der europäischen Fahrzeugindustrie eingesetzte Einscheiben-Sicherheitsglas“, erklärt Gerhard Hörtrich, Vertriebs- und Projektmanager bei BBG, Mindelheim. Im Vergleich zu dem bisher verwendeten thermisch gehärteten Glas ist das Material außerdem flexibler und punktet mit seiner Robustheit – es zerkratzt kaum und zerbricht erst bei einer viel höheren Krafteinwirkung. Neben dem geringeren Gewicht ist vor allem die Tatsache, dass es einfacher zu verarbeiten ist, für die Automobilhersteller und ihre Zulieferer vorteilhaft.

 

Veränderte Fließeigenschaften in der Form

Der Werkzeug-, Maschinen- und Anlagenbauer aus Mindelheim im Unterallgäu musste sich bei der Konstruktion der PUR-Schäumwerkzeuge vor allem auf die veränderten Fließeigenschaften des Polyurethans in Verbindung mit dem dünnen Glas einstellen. Denn dieses verhält sich beim Verarbeiten in der Form je nach Glasdicke und Art der Oberfläche unterschiedlich.
„Bei thermisch gehärteten Gläsern gilt, dass ihre Flexibilität und Stabilität umso größer sind, je höher die Oberflächenspannung ist“, erläutert der Vertriebsmanager. Bei einfachem Flach- oder Floatglas liegt der Wert bei 10 bis 12 MPa, bei teilvorgespannten Scheiben beträgt er rund 30 MPa, und Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) erreicht sogar 60 MPa. Bei chemisch gehärteten Spezialgläsern ist die Situation anders, berichtet Hörtrich. Hier liegt die Oberflächenspannung zwischen der von teilvorgespanntem Glas und ESG, jedoch übertreffen ihre Flexibilität und Stabilität aufgrund des Herstellungsverfahrens die der anderen Gläser deutlich.

 

Simulationssoftware unterstützt bei der Konstruktion

Um die Werkzeuge optimal für die besonderen Eigenschaften der sehr dünnen Gläser zu entwickeln, haben die Techniker im Vorfeld den Schäumprozess simuliert. Das Verarbeiten von dünnen Glasscheiben erfordert besondere Präzision bei der Fertigung der Werkzeuge. (Quelle: BBG)

Um die Werkzeuge optimal für die besonderen Eigenschaften der sehr dünnen Gläser zu entwickeln, haben die Techniker im Vorfeld den Schäumprozess simuliert.Das Verarbeiten von dünnen Glasscheiben erfordert besondere Präzision bei der Fertigung der Werkzeuge. (Quelle: BBG)

Um die Werkzeuge optimal für diese besonderen Eigenschaften zu entwickeln, haben die Techniker im Vorfeld den Umschäumprozess simuliert. Hierbei nutzt das Mindelheimer Unternehmen neben den Erfahrungen seiner Mitarbeiter die Software Sigmasoft von Sigma Engineering, Aachen, so Hörtrich: „In der Mould Flow Software ließ sich das Fließverhalten im Werkzeug auch für den Kunden anschaulich simulieren und darstellen.“ Die Konstrukteure konnten anhand der Fließstudien beispielsweise sehen, wo sie gezielt im Werkzeug entlüften mussten.

 

Ein weiterer Vorteil der Softwareunterstützung sei die Möglichkeit zur Darstellung der Temperaturverteilung, sagt der Vertriebs- und Projektmanager: „In unseren Werkzeugen müssen wir die Heizpatronen sehr genau auslegen, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen. Das können wir vorher mit der Software simulieren und die Patronen entsprechend exakt positionieren.“
„Während in der Automobilindustrie meistens noch Einscheiben-Sicherheitsglas umschäumt wird, verlagert sich die Fertigung im Premiumsegment mehr und mehr hin zu Verbund-Sicherheitsglas, auch Laminierglas genannt“, führt Hörtrich aus. Und je dünner dieses ist, umso leichter sind die Scheiben und desto besser für die Automobilindustrie.

 

Dünnes thermogehärtetes Glas lässt sich schwer umschäumen „Ihre Stoß- und Schlagfestigkeit erhalten die Scheiben durch die Oberflächenhärte. Diese wird erzeugt, indem in den oberflächennahen Bereichen des Glases Druckspannungen eingebracht werden. Bei ESG geschieht dies thermisch, bei den extrem dünnen Spezialgläsern chemisch“, erläutert der Projektmanager. Das Problem: „Bei dünnen Gläsern stößt das Vorspannen mit Wärme an seine Grenzen und mit geringer Vorspannung werden die Scheiben sehr zerbrechlich.“
Verbund-Sicherheitsglas (VSG) besteht im Gegensatz zu ESG aus zwei Glasscheiben, die mit einer Kunststofffolie verbunden werden. Bei einem Unfall hält die reißfeste Zwischenschicht die Glassplitter fest, die Gefahr der Verletzung wird vermieden. Auch die extrem dünnen Scheiben vom Typ Gorilla Glass werden laminiert und als VSG gefertigt. Bei großen Anwendungen wie für Windschutzscheiben und Glasdächer im Automobilbau stehen Glasdicken zwischen 2 mm und 0,55 mm zur Verfügung.

 

„Das größte Panorama-Dach, für das wir bisher PUR-Schäumwerkzeuge gebaut haben, war etwa 1.800 mm x 1.000 mm groß. Bei einer Dichte von 2,7 kommt man auf ein ordentliches Gewicht“, schildert Hörtrich. „Jeder Millimeter Glasdicke wiegt auf dieser Fläche 5 kg. Wenn eine Scheibe nun statt 5 mm wie beim ESG nur 3 mm dick ist, können also bis zu 10 kg eingespart werden.“ Weniger Gewicht bedeutet einen geringeren Treibstoffverbrauch und einen verringerten CO2-Ausstoß.

 

Das dünnste Glas in mehr als fünfzig Jahren

(V.l.n.r.:) ESG in 4,85 mm Dicke, VSG in 3,85 mm und VSG in 2,85 mm Dicke. Verbund-Sicherheitsglas besteht im Gegensatz zu ESG aus zwei Glasscheiben, die mit einer Kunststofffolie verbunden werden. Bei einem Unfall hält die reißfeste Zwischenschicht die Glassplitter fest, die Gefahr der Verletzung wird vermieden. Auch die extrem dünnen Scheiben vom Typ Gorilla Glass werden laminiert und als VSG gefertigt. Bei großen Anwendungen wie für Windschutzscheiben und Glasdächer im Automobilbau stehen Glasdicken zwischen 2 mm und 0,55 mm zur Verfügung. (Quelle: BBG)

(V.l.n.r.:) ESG in 4,85 mm Dicke, VSG in 3,85 mm und VSG in 2,85 mm Dicke. Verbund-Sicherheitsglas besteht im Gegensatz zu ESG aus zwei Glasscheiben, die mit einer Kunststofffolie verbunden werden. Bei einem Unfall hält die reißfeste Zwischenschicht die Glassplitter fest, die Gefahr der Verletzung wird vermieden. Auch die extrem dünnen Scheiben vom Typ Gorilla Glass werden laminiert und als VSG gefertigt. Bei großen Anwendungen wie für Windschutzscheiben und Glasdächer im Automobilbau stehen Glasdicken zwischen 2 mm und 0,55 mm zur Verfügung. (Quelle: BBG)

Der international ausgerichtete Systemanbieter für Lösungen zum Veredeln von Glas mit Polyurethan betrat mit der Trennscheibe Neuland, denn es ist das dünnste Glas, für dass das Unternehmen in seiner mehr als fünfzigjährigen Geschichte ein Werkzeug entwickelt und gefertigt hat. Eine weitere Herausforderung war ein hoher Zeitdruck, denn von der Anfrage bis zum Produktionsstart des Hybridsportwagens lagen lediglich 14 Monate. Gerhard Hörtrich erinnert sich: „In dieser kurzen Zeit ist uns die Entwicklung und Fertigung des Prototyps und der Bau der Prototypen- und Serienwerkzeuge gelungen.“ Außerdem vermittelte sein Unternehmen dem Autobauer einen erfahrenen und zuverlässigen Zulieferer, der die umschäumte Trennscheibe in Serie produziert.

 

Chemisch gehärtete VSG-Scheiben auf dem Vormarsch

Für den Leichtbau im Automobilbau ist chemisch gehärtetes dünnes VSG bislang die beste Lösung. Zwar sind Scheiben aus Polycarbonat noch leichter und aufgrund ihrer Flexibilität einfacher zu verarbeiten. Dem gegenüber steht aber eine Vielzahl von Nachteilen, beispielsweise verkratzt die Oberfläche leicht. Ein weiteres Manko: Polycarbonat verformt sich unter Hitzeeinfluss. In den kommenden Jahren sieht Projektmanager Hörtrich dünne, chemisch gehärtete VSG-Scheiben auf dem Vormarsch: „In den USA sind diese im Dachbereich bereits vorgeschrieben. Bei uns wird sich ihr Einsatz von den Premium-Fahrzeugen hin zum Massenmarkt ausweiten. Hauptgründe sind die Gewichteinsparung und die leichtere Verarbeitung.“ Zudem minimiert die höhere Flexibilität des extrem dünnen Glases den Ausschuss bei der Produktion, da weniger Scheiben brechen. Das leichtere Glas könnte darüber hinaus auch im Baugewerbe einsetzbar sein, findet Hörtrich: „Zum einen ist der Sicherheitsaspekt beim laminierten Glas ein Anreiz für die Bauindustrie, um über den Einsatz nachzudenken. Außerdem spricht die mögliche Gewichtseinsparung für das neue Material. Denn die heute beim wärmedämmenden Bauen verwendeten zweifach- und dreifachverglasten Scheiben sind sehr schwer und erfordern entsprechend aufwändige und teure Fensterscharniere und -rahmen.“

 

Einsatz im Baugewerbe denkbar

Dünnere und leichtere VSG-Gläser würden die Materialkosten senken und das Montagehandling speziell in mehrstöckigen Gebäuden erleichtern. Seinen Aussagen zufolge investieren die Glashersteller momentan in die Produktion der leichteren und robusteren Glasscheiben. Schwerpunkt sei die Anschaffung großer Becken für das chemische Härten größerer Scheiben. Auch sein Arbeitgeber sieht den Trend zum neuen Material. Das Unternehmen arbeitet ebenfalls daran, Werkzeuge für das wirtschaftliche Umschäumen immer dünnerer Gläser zu optimieren.

leitet die Unternehmenskommunikations-Agentur Auchkomm in Nürnberg. fsa@auchkomm.de

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