Wie kam es zu den Stress Pots?

Unter bestimmten Lichtverhältnissen und bei Betrachtung aus einer bestimmten Entfernung und einem bestimmten Winkel zeigen sich auf der Oberfläche von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) unregelmäßig verteilte Farbflecken. Diese sogenannten Spannungsflecken beeinträchtigen weder die Reflexion (keine Reflexionsverzerrung) noch die Lichtdurchlässigkeit (keine Beeinträchtigung der Auflösung, keine optische Verzerrung). Es handelt sich um eine optische Eigenschaft von ESG. Sie stellt keinen Qualitätsmangel dar. Da ESG jedoch immer häufiger als Sicherheitsglas eingesetzt wird und die Anforderungen an das Erscheinungsbild stetig steigen, insbesondere bei großflächigen Fassaden, kann das Auftreten von Spannungsflecken die Optik und sogar die Gesamtästhetik des Gebäudes beeinträchtigen. Daher wird diesem Phänomen zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt.

Ursachen von Stressstellen

Alle transparenten Materialien lassen sich in isotrope und anisotrope Materialien unterteilen. Beim Durchgang durch ein isotropes Material ist die Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen gleich, und das emittierte Licht unterscheidet sich nicht vom einfallenden Licht. Gut getempertes Glas ist ein isotropes Material. Beim Durchgang durch ein anisotropes Material spaltet sich das einfallende Licht in zwei Strahlen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Ausbreitungslängen auf. Das emittierte und das einfallende Licht verändern sich. Schlecht getempertes Glas, einschließlich gehärtetem Glas, ist ein anisotropes Material. Das Phänomen der Spannungsflecken in gehärtetem Glas lässt sich durch das Prinzip der Photoelastizität erklären: Beim Durchgang durch gehärtetes Glas spaltet sich ein polarisierter Lichtstrahl aufgrund der im Glas vorhandenen Spannungen (Temperspannung) in zwei polarisierte Strahlen mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten auf – einen schnelleren und einen langsameren Strahl. Dieses Phänomen wird auch als Doppelbrechung bezeichnet.

Wenn sich zwei Lichtstrahlen, die an einem Punkt entstehen, mit einem Lichtstrahl an einem anderen Punkt kreuzen, entsteht aufgrund der unterschiedlichen Lichtausbreitungsgeschwindigkeit eine Phasenverschiebung am Schnittpunkt. An diesem Punkt interferieren die beiden Lichtstrahlen. Bei gleicher Amplitudenrichtung verstärkt sich die Lichtintensität, was zu einem hellen Sichtfeld (hellen Flecken) führt; bei entgegengesetzter Amplitudenrichtung schwächt sich die Lichtintensität ab, was ein dunkles Sichtfeld (dunkle Flecken) zur Folge hat. Solange in der Ebene des gehärteten Glases eine ungleichmäßige Spannungsverteilung vorliegt, entstehen Spannungsflecken.

Zudem bewirkt die Reflexion an der Glasoberfläche, dass das reflektierte und das durchgelassene Licht einen gewissen Polarisationseffekt aufweisen. Das in das Glas einfallende Licht ist also polarisiertes Licht, weshalb helle und dunkle Streifen oder Flecken sichtbar sind.

Heizfaktor

Das Glas weist vor dem Abschrecken eine ungleichmäßige Erwärmung in der Glasebene auf. Nach dem Abschrecken und Abkühlen des ungleichmäßig erwärmten Glases entstehen in den Bereichen mit höherer Temperatur geringere Druckspannungen, in den Bereichen mit niedrigerer Temperatur hingegen höhere. Die ungleichmäßige Erwärmung führt somit zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Druckspannungen an der Glasoberfläche.

Kühlfaktor

Der Härteprozess von Glas besteht in der schnellen Abkühlung nach dem Erhitzen. Abkühlung und Erwärmung sind gleichermaßen wichtig für die Entstehung von Härtespannungen. Eine ungleichmäßige Abkühlung des Glases in der Ebene vor dem Abschrecken führt, ähnlich wie eine ungleichmäßige Erwärmung, zu ungleichmäßigen Spannungen. Die durch Bereiche mit hoher Abkühlungsintensität entstehende Druckspannung ist groß, die durch Bereiche mit geringer Abkühlungsintensität entstehende Druckspannung hingegen klein. Eine ungleichmäßige Abkühlung bewirkt somit eine ungleichmäßige Spannungsverteilung auf der Glasoberfläche.

Betrachtungswinkel

Der Grund, warum wir die Spannungsflecken sehen, liegt darin, dass das natürliche Licht im sichtbaren Spektralbereich beim Durchgang durch Glas polarisiert wird. Wenn Licht unter einem bestimmten Winkel von der Glasoberfläche (transparentes Medium) reflektiert wird, ist ein Teil des Lichts polarisiert und durchdringt das Glas. Auch ein Teil des gebrochenen Lichts ist polarisiert. Wenn der Tangens des Einfallswinkels dem Brechungsindex des Glases entspricht, erreicht die reflektierte Polarisation ihr Maximum. Der Brechungsindex von Glas beträgt 1,5, und der maximale Einfallswinkel der reflektierten Polarisation liegt bei 56°. Das heißt, das von der Glasoberfläche unter einem Einfallswinkel von 56° reflektierte Licht ist nahezu vollständig polarisiert. Bei gehärtetem Glas wird das sichtbare reflektierte Licht von zwei Oberflächen mit jeweils 4 % Reflexionsgrad reflektiert. Das von der zweiten, weiter entfernten Oberfläche reflektierte Licht durchdringt das Glas. Dieser Teil des Lichts ist uns näher. Das von der ersten Oberfläche reflektierte Licht interferiert mit der Glasoberfläche und erzeugt so farbige Sprenkel. Daher ist die Spannungszone am deutlichsten sichtbar, wenn das Glas unter einem Einfallswinkel von 56° betrachtet wird. Dasselbe Prinzip gilt für vorgespanntes Isolierglas, da hier mehr reflektierende Oberflächen und somit mehr polarisiertes Licht vorhanden sind. Bei vorgespanntem Glas mit gleicher ungleichmäßiger Spannung sind die sichtbaren Spannungszonen klarer und wirken ausgeprägter.

Glasdicke

Da sich Licht in Glas unterschiedlicher Dicke unterschiedlich ausbreitet, ist mit zunehmender Dicke der optische Weg länger und die Wahrscheinlichkeit einer Lichtpolarisation höher. Daher ist bei Glas mit gleicher Spannungsbelastung die Farbe der Spannungsflecken umso intensiver, je dicker das Glas ist.

Glassorten

Verschiedene Glasarten haben unterschiedliche Auswirkungen auf Glas mit gleicher Spannungsbelastung. Beispielsweise erscheint Borosilikatglas heller als Kalk-Natron-Glas.

Bei gehärtetem Glas ist es aufgrund des besonderen Verstärkungsprinzips sehr schwierig, Spannungsspitzen vollständig zu eliminieren. Durch den Einsatz moderner Anlagen und eine sorgfältige Kontrolle des Produktionsprozesses lassen sich die Spannungsspitzen jedoch reduzieren und ein Maß erreichen, das die Ästhetik nicht beeinträchtigt.

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