Sicherheit – praktisch ohne Grenzen

Die Richtlinie UN-R43 der Vereinten Nationen, die den Einsatz von Sicherheitsverscheibungen in Automobilen nahezu weltweit regelt, gestattet seit November 2015 auch den Einbau von leichten und schlagzähen Kunststoff-Verbundsicherheitsscheiben in Serienfahrzeuge: Damit dürfen diese Produkte endlich auch in der EU ohne Ausnahmegenehmigung eingesetzt werden. Die KRD-Gruppe, Geesthacht, hat als erster Anbieter eine Polycarbonat-Scheibe in Petto, die den Anforderungen der erweiterten UN-R43 in vollem Umfang gerecht wird – das wird den Einsatz dieser „Lebensversicherung“ für Beschäftigte in der Sicherheitsbranche weiter erleichtern.

So vielfältig die Aufgaben auch sind, denen sich die Beschäftigten in der Sicherheitsbranche, bei der Polizei und im Katastrophenschutz heute stellen müssen, eines ist allen gemeinsam: Wenn es darauf ankommt, müssen sie sich blind auf das Material ihrer Sicherheitsausstattung verlassen können. Entwicklung und Beschaffung dürfen sich also nicht am ruhigen Alltag orientieren, sondern müssen stets auf die besondere Herausforderung, den Ernstfall ausgerichtet sein. 

Gleichwohl gilt es stets im Auge zu behalten, dass ein Produkt, das im Falle des Falles zuverlässig etwa vor Schlägen schützt, auch im Alltag bestehen muss. 

Was auf den ersten Blick paradox klingt, ist tatsächlich einer der großen Zielkonflikte in der Herstellung leistungsfähiger Sicherheitsverscheibungen aus schlagzähen, transparenten Kunststoffen wie Polycarbonat (PC). Er konnte mit der Entwicklung der Polycarbonat-Verbundsicherheitsscheiben bei KRD, einem der Pioniere und Technologieführer in Sachen Kunststoff-Sicherheitsverscheibungen für Einsatzfahrzeuge, in den vergangenen Jahren glücklicherweise ein gutes Stück weiter entschärft werden.

Polycarbonat bricht in der Praxis nicht mehr

Als „Goldstandard“ in Sachen Insassensicherheit in Einsatzfahrzeugen galten lange Zeit Kunststoff-Monoscheiben, die sich der herausragenden Schlagzähigkeit des wasserklaren, transparenten Polycarbonats bedienen. Diese physikalische Kenngröße beschreibt, wie gut ein Werkstoff Schläge einstecken kann, ohne zu zerbrechen. Polycarbonat erreicht in Messungen der sogenannten Charpy-Schlagzähigkeit, bei der ein genormter Hammer auf eingekerbte (!) Probekörper fallen gelassen wird, bei 23 °C Werte um bis zu 70 kJ/m2. Polycarbonat-Probekörper ohne Kerbung überstehen ähnliche Versuche oft sogar ohne Materialversagen; es gibt Polizeifahrzeuge, deren PC-Scheiben schwere Unfälle ohne Bruch überlebt haben. Zum Vergleich: Acrylglas kommt bei der Schlagzähigkeits-Messung nach Charpy auf Werte um 15 kJ/m2, kann im Versagensfalle aber splittern. Mineralisches Verbundglas ist um den Faktor 10 bis 14 schlagempfindlicher. 

Bereits Mitte der 1980er Jahre montierte die KRD Sicherheits­technik GmbH die erste ihrer PC-Scheiben in Einsatzfahrzeuge der Hamburger Polizei. Für die Beamten waren diese Verschiebungen, die zum Teil an die Stelle schwerer, die Sicht behindernde Vergitterungen traten, ein Quantensprung in Sachen Sicherheit. Der gravierendste Nachteil des Polycarbonats, seine kunststofftypisch weiche Oberfläche, konnte bei KRD durch hochspezialisierte Polysiloxanlacke aufgefangen werden: Diese Beschichtungen, die über die Jahre seither stets weiter verbessert wurden, statteten die Scheiben mit einer nahezu glasharten Oberfläche aus, ohne ihre mechanische Flexibilität zu beeinträchtigen und steigerten ihre Alltagstauglichkeit massiv.

Verbundscheiben sind noch ­unempfindlicher

Aber selbst diese beschichteten Monoscheiben waren noch nicht der Weisheit letzter Schluss. Ihre Achillesverse zeigt sich, wenn sie ohne elastische Lagerung, etwa über eine Gummieinfassung, direkt mit der Karosserie verklebt werden. Selbst dann bieten PC-Monoscheiben zwar noch verlässlichen Schutz gegen Schläge, die auf die Scheibenmitte geführt werden; Schläge auf ihre Randbereiche können sie jedoch nicht mehr in jedem Falle ohne Bruch ableiten. 

Diese Herausforderung wurde erst mit der Einführung von Kunststoff-Verbundsicherheitsscheiben, etwa dem Modell SCS-V44 aus der KASIGLAS®-Produktfamilie von KRD, gelöst: Diese Produkte bestehen aus (mindestens) zwei Polycarbonat–Teilscheiben mit einer dünnen Zwischenlage aus thermoplastischem Polyurethan (TPU). Dieser Aufbau verleiht der Scheibe eine zusätzliche Möglichkeit, Schlagenergie auch in starrer gelagerten Randbereichen wirkungsvoll abzuleiten, da sich die Teilscheiben bei Gewalteinwirkung minimal gegeneinander verschieben können.

Ein weiterer Effekt, der die Sicherheit der Verbundscheibe gegenüber Monoscheiben steigert, ist ihre verbesserte Robustheit gegenüber Risswachstum: Sollte es bei PC-Verbundscheiben durch massivste Gewalteinwirkung doch zu einer Rissbildung in der äußeren Teilscheibe kommen, kann die TPU-Zwischenschicht wirksam verhindern, dass der Riss auf die innere Teilscheibe überspringt und die Scheibe insgesamt bricht. 

Aus einem ähnlichen Grund werden TPU-Folien übrigens auch in mineralischen Verbundgläsern eingesetzt. Die von KRD verwendeten Folien bestehen aus hochwertigeren, aliphatischen Polyurethanen, die gegen UV-Licht beständiger sind als die im Mineralglas-Sektor gängigeren aromatischen Polyurethane. Durch diesen Aufbau ist die untere Polycarbonat-Teilscheibe in Kunststoff-Verbundsicherheitsscheiben von KRD zugleich besser gegen polymerschädliche Lichteinflüsse gefeit, was die Lebensdauer der Verbundscheibe insgesamt erhöhen kann. 

Den Zahn der Zeit gänzlich zu stoppen vermag allerdings auch diese Lösung noch nicht: 

Begünstigt wird eine hohe Lebensdauer zum Beispiel durch einen Garagenparkplatz (weniger UV-Licht und damit längere Lebensdauer der eingebauten UV-Schutz-Systeme) und regelmäßige, sorgfältige Reinigung mit geeigneten Reinigungsmitteln (Entfernung von Sandkörnchen, die durch Scheibenwischer in die Beschichtung gerieben werden können sowie Vermeidung von Schäden, die durch ungeeignete Reinigungschemikalien verursacht werden können). 

Schließlich und endlich erleichtert die TPU-Zwischenlage das unkomplizierte Einfärben der Scheibe, was die Herstellung wirksamer und langlebiger Blendschutz-Blaukeile erleichtert, die mit der Zeit, anders als auflackierte Varianten, nicht abblättern können.

In der aktuellen Generation optische ­Qualität weiter verbessert

Zu den ersten, die die Vorteile dieser Verbund-Konstruktion erkannten, gehörte wieder die Polizei, die bekanntlich auf behördliche Ausnahmegenehmigungen setzen kann, wenn abzusehen ist, dass neue Produkte ohne amtliche Bauartgenehmigungen die Beamten in ihren Fahrzeugen besser vor externen Gewalteinwirkungen schützen können. Dies wurde hier gewissermaßen schlagend belegt: In ausführlichen Falltests des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) an der TU Berlin, in denen die neuen KRD-Kunststoff-Verbundscheiben den Aufprall acht Kilogramm schwerer Prüfkörper über sich ergehen lassen mussten, überstanden die Produkte rund 30 bis 40 % höhere Aufprallenergien, obwohl sie mit 9,2 Millimetern Dicke sogar etwas schlanker waren als die zum Vergleich herangezogenen zehn Millimeter starken Polycarbonat-Monoscheiben. 

Wie ihre einschichtigen Pendants splitterten die neuen Scheiben nicht, sondern steckten Schlagbelastungen wie erwartet mit einer vorübergehenden Verformung weg. In Beschussversuchen blieben Projektile vielfach sogar stecken, statt den Kunststoff zu durchlöchern.  

Den aktuellen Spitzenstand der Entwicklung von Kunststoff-Verbundsicherheitsscheiben für Einsatzfahrzeuge definiert bei KRD das KASIGLAS®-Modell SCS-V Clear, das unter anderem mit noch einmal deutlich verbesserten „Durchblick-Eigenschaften“ im Vergleich zu bisherigen Verbund-Sicherheitsscheiben aus Geesthacht aufwartet. 

Auch dieses hochschlagzähe Produkt ist durch eine bei KRD entwickelte Polysiloxan-Spezialbeschichtung gegen Abrieb in Alltag und Einsatz geschützt und erfüllt alle Anforderungen der strengen „Technischen Richtlinie Schutzglas für Polizeifahrzeuge“. Darüber hinaus ist es zu 100 % kompatibel mit sogenannten Spurhalte-Assistenten, die mittlerweile für viele Nutzfahrzeuge verpflichtend sind. 

Dieser die Sicht beeinträchtigende Effekt entsteht bei der Produktion marktüblicher Polycarbonat-Plattenware, die auch zur Fertigung der Sicherheitsscheiben herangezogen wird: Dabei wird der noch zähe Kunststoff durch schmale Düsen gepresst, wobei durch unvermeidliche Materialstaus und Unregelmäßigkeiten in den zum Transport eingesetzten Walzen und Rollen Wellen im Material entstehen können, die das Licht brechen und streuen und somit die optische Qualität billiger Scheiben stark beeinträchtigen. KRD ist es in einem innovativen Verfahren gelungen, diesen negativen Effekt auf die Durchblick-Eigenschaften der Scheibe massiv zu verringern.

Kunststoffscheiben-Auslegung: Der Teufel steckt im Detail

Die optischen Eigenschaften sind aber nur ein Aspekt, den es im Laufe einer verantwortlichen Produktevolution bei KRD zu optimieren galt. Denn Glas und Kunststoff unterscheiden sich nicht nur in ihrer Performance in Bezug auf Gewalteinwirkung, sondern in vielen Details, die es immer im Auge zu behalten gilt, wenn Kunststoff im Fahrzeug an die Stelle von Glas treten soll.

Die Herausforderungen liegen bei weitem nicht nur in der geringen Oberflächenhärte von Polycarbonat, die diesen Kunststoff „ab Werk“ anfällig macht gegen Flugsand oder Abrieb durch Scheibenwischer: Dieses Problem ist durch die Entwicklung geeigneter, abriebbeständiger Lacksysteme bereits seit Jahren sehr zufriedenstellend gelöst – trotz einiger Zielkonflikte etwa zwischen hoher Lackhärte und langfristigem UV-Schutz.

So unterscheiden sich auch die chemischem Eigenschaften (beschichteter) Kunststoff-Oberflächen zum Teil drastisch von denen ihrer Mineralglas-Pendants. Aus diesem Grund muss bei PC-Scheiben auch die Montage elektronischer Assistenzsysteme wie etwa von Spurhalte-Assistenten neu durchdacht werden: Die marktüblichen Fügetechniken sind in der Regel für Glas ausgelegt, daher müssen sowohl neue Klebstoffe als auch Aktivatoren für PC-Scheiben gefunden, neu aufeinander abgestimmt, optimiert und geprüft werden – ein hoher Aufwand und auch Kostenfaktor, den nicht viele Sicherheitstechnik-Anbieter auf sich nehmen. 

Selbst die Entwicklung geeigneter Heizsysteme ist eine Herausforderung, da Kunststoffe eine völlig andere Wärmeleitfähigkeit haben als Glas. Zu hohe Heizdraht-Temperaturen können über das lokale Aufschmelzen der TPU-Folie zudem zu Schlieren in der Scheibe führen, die die Sicht dauerhaft beeinträchtigen. 

Stabilisierende Funktion von Mineralglas beachten

Ein weiterer Grund dafür, dass sich Mineralglas und Kunststoff in aller Regel nicht 1:1 gegeneinander austauschen lassen: Die steifen Mineralglas-Scheiben helfen in vielen Fahrzeugen auch mit, die Karosserie zu stabilisieren. Wird dem beim Austausch nicht ausdrücklich Rechnung getragen, kann eine falsch ausgelegte Kunststoffscheibe die Fahrzeugsicherheit im Extremfall sogar verringern. 

Natürlich kann man dem Problem etwa mit stärkeren und damit stabileren Scheiben beikommen – diese haben aber nicht mehr unbedingt eine optimale Schlagzähigkeit. Kunststoff-Verbundscheiben können diesbezüglich wieder Pluspunkte sammeln; hier die optimale Balance zu finden, erfordert allerdings viel Erfahrung.

Diese Beispiele zeigen, dass die Entwicklung von Kunststoff-Sicherheitsverscheibungen bei weitem keine Aufgabe ist, die man als Kunststoff-Verarbeiter nebenbei erledigen kann: Die zu lösenden Aufgaben erfordern eine erhebliche Spezialisierung. Die KRD-Gruppe hat über mittlerweile drei Jahrzehnte hinweg für alle hier angesprochenen Aspekte tragfähige, praxistaugliche Lösungen entwickelt: etwa durch eine exakt an das Fahrzeug angepasste Auslegung der Scheibendicke oder die langwierige, kostenaufwendige Prüfung geeigneter Montagesysteme in den hauseigenen Laboratorien. 

Selbst an Kunststoffe angepasste Heizsysteme oder Scheibenwaschanlagen hat KRD seit Jahren im Programm; erst jüngst wurde das Produktprogramm sogar um geeignete Reinigungssysteme der KASITECH®-Familie erweitert, die helfen, eine hohe Scheiben-Lebensdauer sicherzustellen.

Genehmigungstechnische ­Herausforderungen

Dem extremen Anforderungsprofil zum Trotz waren die neuen, hochsicheren Kunststoff-Verbundsicherheitsscheiben lange Zeit in keinem international gültigen Regelwerk berücksichtigt. Einige Anforderungen waren länderspezifisch unterschiedlich geregelt, in Deutschland durften sie generell nur mit behördlichen Ausnahmegenehmigungen dienstlich verwendet werden, was ihren breiten Einsatz im Dienste der Insassensicherheit erschwerte. 

Seit November 2015 ist die Situation jedoch eine völlig andere: In der einschlägigen UN R43-Richtlinie der Vereinten Nationen werden hohe technische Anforderungen an Kunststoff-Verbund-Sicherheitsscheiben für Automobile nun erstmals international verbindlich festgelegt. Damit sind nun unter anderem Kennwerte für ihre optische Güte definiert. Auch die Abriebbeständigkeit hat hohen Anforderungen zu genügen. 

Da die neue Richtlinie auch in der EU Geltungskraft hat, dürfen UN R43-konforme Scheiben – wie die neue SCS-V Clear Kunststoff-Verbundscheiben aus dem KASIGLAS®-Programm von KRD – endlich (unter anderem) im gesamten EU-Rechtsraum uneingeschränkt eingesetzt werden. Damit ist eine weitere, wichtige Hürde auf dem Weg zum breiteren Einsatz der sicheren Kunststoff-Rundum-„Verglasung“ in Polizei-Einsatzfahrzeugen genommen.

Die KRD Gruppe nimmt ihre Verantwortung als Technologieführer der Kunststoff-Verscheibungsbranche also weiterhin wahr – im Dienste der Menschen, die andere schützen.