Klimabelastungen bei Isolierglasscheiben

Klimatische Veränderungen führen bei Isolierglasscheiben zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Scheiben. Das im Scheibenzwischenraum (SZR) eingeschlossene Füllgas verändert bei Temperatur- und Luftdruckänderungen sein Volumen und führt damit zu einer klimatisch induzierten Beanspruchung der Einzelscheiben. Die Ein- bzw. Ausbauchung der Isolierglasscheibe wird auch als Doppelscheibeneffekt (Koppeleffekt) bezeichnet. Die resultierende Belastung hängt hierbei erheblich von der Nachgiebigkeit der Scheiben ab.

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Bei großformatigen Scheiben mit einer hohen Nachgiebigkeit sind diese klimatisch induzierten Zwängungen weitestgehend vernachlässigbar. Bei kleinformatigen Scheiben mit einer geringen Nachgiebigkeit ergeben sich jedoch hohe Beanspruchungen, die bei der Bemessung einer Isolierglasscheibe besonders berücksichtigt werden müssen. Die klimatischen Einflüsse bestehen aus verschiedenen Anteilen. Zum einen führen Änderungen des Luftdrucks durch meteorologische Hoch- und Tiefdruckgebiete zu Druckdifferenzen zwischen der Umgebung und dem Scheibenzwischenraum, zum anderen verursachen Temperaturänderungen DT im Scheibenzwischenraum durch die Umgebungstemperatur oder durch solare Einstrahlungen Volumenänderungen des Füllgases, die zu Zwängungen führen. Auch Höhendifferenzen DH zwischen dem Herstellungs- und Einbauort bewirken Änderungen des äußeren Luftdrucks und sind daher zusätzlich bei einer Bemessung zu berücksichtigen.

Bei völlig unnachgiebigen (isochoren) Systemen führt eine Erwärmung im Scheibenzwischenraum um DT = 20 K bei einer Höhendifferenz von 600 m und einer Abnahme des meteorologischen Luftdruckes um 2 kN/m² zu einem isochoren Druck von etwa 16 kN/m². Die effektive Belastung der Scheiben durch die klimatische Belastung ist im Wesentlichen von den Steifigkeiten der Scheiben und dem Scheibenzwischenraum (SZR) abhängig.

Beim Einsatz von Isolierglas bildet die allseitig liniengelagerte Rechteckplatte den häufigsten Anwendungsfall. Bei üblichen Verglasungen mit Glashalteleisten und ausreichend steifer Unterkonstruktion kann die Lagerung in statischer Hinsicht als starre Auflagerung mit freier Drehbarkeit angenommen werden. Bei kleinen Verformungen kann die Platte unter Ansatz der linearen Biegetheorie berechnet werden. Für die Berechnung derartiger statischer Systeme stehen in der Praxis vielfältige Tabellenwerke zur Verfügung, um die maximalen Biegespannungen und Verformungen der Platte zu berechnen.

Für die Berechnung der klimatisch induzierten Belastungen von rechteckigen Isolierglasscheiben definiert Feldmeier die charakteristische Kantenlänge der Isolierglasscheibe. Bei Isolierglasscheiben mit einer wahren Kantenlänge bis zur doppelten charakteristischen Kantenlänge sind Klimabelastungen als relevant anzusehen.

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