Die Physik des Steinschlags – warum belgische Steine gefährlicher sind als deutsche

So alltäglich ein Steinschlag auch erscheinen mag – die Wissenschaft dahinter ist komplex. Das weiß niemand besser als die Experten des Wales Automotive Glass Research Centre (WAGRC). Das Forschungszentrum an der University of Wales Trinity Saint David arbeitet seit über 30 Jahren eng mit der Carglass® Muttergesellschaft Belron zusammen. In einer ballistischen Versuchsanlage werden echte Straßensteine mit 50 bis 110 km/h bei unterschiedlichen Temperaturen auf Scheiben geschossen. Ultra-Highspeed-Kameras halten den Einschlag mit bis zu 18.000 Bildern pro Sekunde fest. Hier erklären wir, welche Faktoren die Entstehung eines Steinschlags beeinflussen.

Die Physik des Steinschlags – warum belgische Steine gefährlicher sind als deutsche

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Die Physik des Steinschlags – warum belgische Steine gefährlicher sind als deutsche

Im Moment des Aufpralls wirken drei verschiedene  Spannungen auf das Glas: Direkt unter dem Stein entsteht eine Druckspannung,  die das Material in der sogenannten Crushingzone zusammenpresst. Gleichzeitig  breiten sich ringförmig Zugspannungen aus, die das Glas auseinanderziehen – sie  erzeugen die typischen sternförmigen Risse. Und schließlich wirken Scherspannungen, also seitlich verschiebende Kräfte, die den charakteristischen  kegelförmigen Schaden im Glasinneren verursachen. Welche Schadensform dominiert,  hängt davon ab, mit welcher Seite der Stein auftrifft – eine scharfe Kante  erzeugt eher Sternrisse, eine flachere Fläche eher Kegelschäden.

Bemerkenswert: Steine aus fünf europäischen Regionen wurden getestet – und nicht jeder Stein richtet den gleichen Schaden an. Belgische Kiesel verursachen signifikant größere Schäden als deutsche oder britische, bedingt durch Unterschiede in Härte und Gesteinsstruktur. Ebenso überraschend ist der Einfluss der Temperatur: Autoscheiben bestehen in der Regel aus einer inneren und äußeren Schicht, getrennt von einer Kunststofflage. Bei Wärme wird die PVB-(Poly Vinyl Butyral) Kunststoffschicht zwischen den Glaslagen weicher, die Scheibe gibt stärker nach – Steinschläge sind deshalb bei hohen Temperaturen etwa fünfmal wahrscheinlicher und fallen größer aus. Hinzu kommt: Moderne Scheiben werden immer dünner, um Gewicht zu sparen. Computersimulationen am WAGRC belegen aber, dass dünnere Scheiben anfälliger für größere Schäden sind. Je schneller der Stein und je ungünstiger der Auftreffwinkel, desto größer der Schaden – auch das klingt logisch, lässt sich aber erst durch hunderte kontrollierte Versuche präzise quantifizieren.

„Die Autoscheibe ist eines der am stärksten unterschätzten Bauteile moderner Fahrzeuge", erklärt Prof. Dr. Kelvin Donne vom WAGRC. „Die Forschung hilft uns, die Physik hinter jedem Steinschlag genau zu verstehen und unsere Technologien kontinuierlich weiterzuentwickeln."

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DIGges Ding

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