Glasaquarium mit Stossnaht oder Wulstnaht?

Seit den 1960er Jahren werden Aquarienscheiben mit Silikon verklebt. Es macht auch Sinn, das harte und spröde Glas mit weichen und nachgiebigen Stoffen zu kombinieren.

Silikone, genauer Silikonelastomere, gehören zu den synthetischen Polymeren. In der Aquaristik sind alterungs- und wasserbeständige Silikonelastomere gebräuchlich, die kalt aushärten.

Die besondere Eignung zur Verbindung von Glasteilen erschließt sich aus dem chemischen Aufbau. Beide Stoffe, Glas und Silikon, beruhen auf Siliziumoxid-Strukturen als wesentlichem Baustein. Daraus ergibt sich eine chemische Affinität, einzelne Molekülgruppen gehen eine Verbindung ein. Es ist also mehr als eine reine Verklebung.

Die besondere Eignung zur Verbindung von Glasteilen erschließt sich aus dem chemischen Aufbau. Beide Stoffe, Glas und Silikon, beruhen auf Siliziumoxid-Strukturen als wesentlichem Baustein. Daraus ergibt sich eine chemische Affinität, einzelne Molekülgruppen gehen eine Verbindung ein. Es ist also mehr als eine reine Verklebung.

Es gibt 2 Möglichkeiten , die Verbindung der Glasscheiben baulich sinnvoll auszuführen. Früher war die so genannte Wulstnaht eher gebräuchlich, insbesondere bei größeren Aquarien mit dickerem Glas. Heute sieht man vermehrt die so genannte Stossnaht.
Bei der Wulstnaht werden die Scheiben über Eck zusammengestellt und das sich außen ergebende Dreieck zwischen den Schmalseiten der Scheiben wird mit Silikon ausgefüllt. Zum Schutz dieser Naht wird üblicherweise an der Innenseite eine kleine Dichtnaht gezogen.
Bei der Stossnaht wird eine Scheibe mit etwas Abstand an die Schmalseite der anderen gelegt und der Leerraum zwischen den Scheiben mit Silikon verfüllt. Man kann auch das Silikon vorher auftragen und die Scheiben zusammensetzen. Auch hier wird üblicherweise innen eine kleine Dichtnaht gezogen.

Beide Methoden der Verklebung sind seit vielen Jahren üblich und bewährt. Aus Erfahrungsberichten ist keinerlei Unterschied in der Haltbarkeit zu erkennen. Beide Arten scheinen im praktischen Gebrauch gleichwertig zu sein.

Bei der Herstellung ist die Wulstnaht aufwändiger. Man muss die Glaszuschnitte passgenau zusammenfügen und fixieren und dann relativ viel Silikon aufbringen. Das lässt sich nicht so gut automatisieren, dauert relativ lange bei der Ausführung und bedingt lange Aushärtezeiten.
Für die Stossnaht wird Silikon auf die Glaszuschnitte aufgetragen, die Teile zusammengefügt und fixiert. Aufgrund der dünnen Silikonschicht ist die Aushärtezeit relativ kurz. Der ganze Vorgang ist mit einfachen Vorrichtungen leicht automatisierbar.

Nun wollen wir wissen, ob und welche Unterschiede es bei den mechanischen Eigenschaften gibt.
Dazu bedienen wir und der so genannten Finite Elemente Methode. Das hat den Vorteil, dass mechanische Spannungen und Verformungen gut visualisiert werden.

Untersucht werden 4 Nahtformen:

• Stossnaht ohne Dichtnaht
• Stossnaht mit Dichtnaht
• Wulstnaht ohne Dichtnaht
• Wulstnaht mit Dichtnaht.

4-in-1, Übersicht

Dazu modellieren wir die 4 Seitenscheiben eines Aquariums. Für die Vergleichbarkeit werden 4 exakt gleiche Glasteile ausgeführt.

Die Innenflächen werden mit 2 kPa Druck beaufschlagt, was einer Wassertiefe von 20 cm entspricht. Dabei wäre ein recht regelmäßiges Lastbild zu erwarten. Weil Zug- und Scherspannungen auftreten ist die Betrachtung der Vergleichspannung nach van Mises sinnvoll. Die angegebenen Zahlenwerte gelten natürlich nur für dieses Modell und sind nur für Vergleichszwecke aussagefähig.

Nun ist es naheliegend, die 4 so entstandenen Ecken mit den 4 Nähten zu versehen.

Dieses Übersichtsmodell, 4-in 1 gewissermaßen, gibt einen guten Überblick über die Eigenschaften der verschiedenen Nahtformen. Es treten einige durchaus interessante und signifikante Tendenzen zu Tage.
Wir sehen das Spannungsmaximum unmittelbar im Bereich der Stossnaht ohne Dichtnaht, allerdings nicht im Silikon, sondern in der Glasscheibe.

Ein Blick auf das Verformungsbild zeigt wie sich die verschiedenen Nahtformen verhalten.
Die Stossnaht ist relativ steif, zumindest in Zugrichtung. Dadurch wird die Scheibe quasi eingespannt und sohin belastet.
Die Wulstnaht ist nachgiebiger und gestattet dadurch bessere Verformbarkeit der Scheiben. Die Last wird ohne Zwängung weitergeleitet.

Nun wollen wir sehen, ob die Tendenzen des 4-in-1 Modells realistisch sind. Dazu werden 4 Modelle erstellt und jedes mit einer einzigen Nahtart verbunden, wie es auch bei realen Aquarien der Fall ist. Es hat sich gezeigt, dass die innere Dichtnaht auch Einfluss auf Verformung und Spannungsverlauf hat. Deswegen werden die 2 Hauptnahtarten erweitert um 2 Unterarten.
Die Zahlenwerte werden anschließend tabellarisch aufgelistet und verglichen.

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Reine Stossnaht ohne Dichtnaht

Auch bei dieser Anordnung von 4 Stoßnähten zeigen sich die Eckbereiche relativ steif und belastet. Am Silikon selbst zeigt sich ein ungleichmäßiges Lastbild, hervorgerufen durch die Verformung der Glasscheibe. Interessanterweise ist die auftretende maximale Spannung relativ klein im Vergleich zu den anderen Nahtformen.

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 Stossnaht mit Dichtnaht

Hier ist das Glas im Eckbereich entlastet, die Kraftüberleitung ist weniger abrupt. Obwohl die Dichtnaht sehr wohl Kräfte aufnimmt, weist das Silikon im Übergang von der Stoß- zur Dichtnaht ein höheres Spannungsmaximum auf als bei der reinen Stossnaht.

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Wulstnaht ohne Dichtnaht

Diese Nahtform ist elastischer als die Stoßnähte, das Glas ist praktisch nicht eingespannt, wie das Lastbild zeigt. Dafür entsteht eine Spannungsspitze an der Nahtwurzel.

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Wulstnaht mit Dichtnaht

Hier tritt klar zutage, dass die Dichtnaht Last übernimmt und die eigentliche Naht deutlich entlastet. Ähnlich wie bei der Stossnaht mit Dichtnaht entsteht auch hier eine Spannungsspitze im Übergang der beiden Nähte. Diese Spitze ist jedoch ganz am Rand und örtlich eng lokalisiert. Die Einschätzung als so genannte Kontaktspannung, eine Eigenheit der FEM-Netze, ist durchaus zulässig und die reale Spannungsspitze geringer als angezeigt.

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Auswertung

Die sich aus den einzelnen Modellen ergebenden Zahlenwerte haben wir nun in einer kleinen Tabelle zusammengestellt.

Nahtform	Spannung Naht	Verformung Naht	Spannung Glas	Verformung Glas
Stossnaht ohne Dichtnaht	0,09 MPa	0,04 mm	1,38 MPa	0,05 mm
Stossnaht mit Dichtnaht	0,17 MPa	0,03 mm	2,34 MPa	0,08 mm
Wulstnaht ohne Dichtnaht	0,18 MPa	0,05 mm	2,38 MPa	0,11 mm
Wulstnaht mit Dichtnaht	0,09 MPa	0,03 mm	2,33 MPa	0,08 mm

Die günstigste, aber auch aufwändigste Nahtform ist die Wulstnaht mit innenliegender Dichtnaht.
Mit geringem Abstand fast gleichauf die Stossnaht o h n e Dichtnaht.
Deutlicher der Abstand der Stossnaht mit Dichtnaht.
Am Ende der Tabelle die Wulstnaht ohne Dichtnaht.

Was sagt uns diese kleine Gegenüberstellung?

Eigentlich gar nichts, weil alle Nahtformen tausendfach ausgeführt wurden und sich in der Praxis bewährt haben. Es ist egal, ob die Sicherheit 10 oder 100 beträgt.

Dieser Artikel kann und soll eine kleine Hilfe sein, wenn es darum geht bei Neukauf die Qualität eines Glasbeckens visuell zu beurteilen oder bei Selbstbau entsprechende Überlegungen bezüglich Ausführung anzustellen.

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Updated 26. Juli 2019 by KRH