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Über dieses Buch

Aus Fehlern lernen – Wissen über Vorkommnisse, die sich als fehlerhaft oder störend im Prozess der Glasherstellung und -verarbeitung herausstellten, sind die Grundlage für fehlerfrei ablaufende Prozesse. Regeln für erfolgreiche Arbeit ergeben sich aus der kritischen Beobachtung unerwünschter Abweichungen. Sie sind der eigentlich Gegenstand für die hier vorgelegten Abhandlungen des bedeutsamen Werkstoffes Glas im handwerklichen und industriellen Werdegang.

Die „Klassiker der Technik“ sind unveränderte Neuauflagen traditionsreicher ingenieurwissenschaftlicher Werke. Wegen ihrer didaktischen Einzigartigkeit und der Zeitlosigkeit ihrer Inhalte gehören sie zur Standardliteratur des Ingenieurs, wenn sie auch die Darstellung modernster Methoden neueren Büchern überlassen. So erschließen sich die Hintergründe vieler computergestützter Verfahren dem Verständnis nur durch das Studium des klassischen, fundamentaleren Wissens. Oft bietet ein „Klassiker“ einen Fundus an wichtigen Berechnungs- oder Konstruktionsbeispielen, die für viele moderne Problemstellungen als Musterlösungen dienen können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Werkstoff Glas und Verfahren zur Aufdeckung seiner Fehlererscheinungen

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassaug
Glas ist ein aus der Schmelze hervorgegangenes Produkt, das bei hohen Temperaturen eine stark ausgeprägte Zähigkeit besitzt. Diese erlaubt seinen Strukturelementen (Tetraeder, Oktaeder) nicht, mit einsetzender Abkühlung bei der Verarbeitungstemperatur den geordneten Zustand eines Kristallgitters anzunehmen, wie es bei anderen Stoffen, z.B. den Ionenkristallen oder Metallen der Fall ist, die beim Schmelzpunkt spontan kristallisieren. Glasschmelzen unterschreiten diese thermodynamisch kritische Zone und erstarren metastabil als unterkühlte Flüssigkeiten, die beim weiteren Abkühlen ihre flüssigkeitsähnliche Struktur einfrieren [1]. Sie bieten auch den Anblick einer als Flüssigkeit von unendlich hoher Viskosität verfestigten Substanz und stellen damit einen Sonderzustand der Materie dar, der auch schon – etwas anspruchsvoll – von Berger [2] als IV. Aggregatzustand bezeichnet wurde. Er befindet sich sozusagen zwischen der fluiden und der festen Beschaffenheit in der Schwebe. Das Glas hat gewissermaßen versäumt, die allenfalls fällige Wandlung zur Kristallisation an sich zu vollziehen. Bild 1.1 gibt den Zusammenhang schematisch wieder. Die Glasschmelze durchläuft beim Abkühlen den metastabilen Zustand der unterkühlten Schmelze (Tammann [la]), um die Struktur im Einfrier bereich zu fixieren (Jenckel [1 c]) und anschließend in den instabilen Zustand des Glases überzugehen (e – f – h in Bild 1.1).
H. Von Jebsen-Marwedel

2. Eigenschaften der Glasschmelze und des Glases als Werkstoff

Zusammenfassaug
Im vorliegenden Kapitel soll einschlägigen Lehrbüchern über Glaskunde bzw. über den Werkstoff Glas keine Konkurrenz gemacht werden. Hierfür ist im Rahmen der „Glastechnischen Fabrikationsfehler“ kein Platz.
R. Von Brückner

3. Verfahren zur Erkennung und Untersuchung von Glasfehlern – Überwachung der Produktion

Zusammenfassaug
Es ist eine der wichtigsten Aufgaben des Glases, insbesondere des Flachglases, eine möglichst vollkommene und störungsfreie Durchsicht zu gewähren. Beim Blicken durch eine Scheibe sollte man im Idealfall von deren Vorhandensein nichts bemerken. Tatsächlich fallen aber dem Auge oft schwache, manchmal auch stärkere Verzerrungen der durch das Glas beobachteten Gegenstände auf. Diese Erscheinung, die mit einem nicht ganz zutreffenden, aber gebräuchlichen Ausdruck als die „Optik“ des Glases bezeichnet wird, hat ihre Ursache zumeist in den Formfehlern, also in der ungleichmäßigen Dicke des Glases. Optische Störungen in Glasscheiben können sowohl durch änderungen im Brechungsindex als auch durch Unebenheiten der Oberflächen auftreten. Während Deformationen der Oberflächen für sich allein vorhanden sein können, ist bei nicht durch Schleifen und Polieren nachbehandelten Gläsern eine änderung des Brechungsindex in Form von Schichtstörungen immer auch mit einer Oberflächendeformation verbunden [1–6]. Man kann daher von der Voraussetzung ausgehen, daß der weitaus überwiegende Teil der optischen Störungen auf Unebenheiten in den Oberflächen zurückzuführen ist. Dies bedeutet, daß die Ablenkung des durchfallenden Lichtes hauptsächlich durch die Dickenänderung bedingt ist. Bei der Behandlung des Problems der optischen Störungen kann man sich also auf änderungen in der Planität der Oberflächen beschränken.
V. Von Caimann

Fehler an der Schmelzmasse

Frontmatter

4. Gase (Blasen) in der Glasschmelze

Zusammenfassaug
Die sichtbare Form von Gasen im Glas sind die Blasen. Von den wenigen Fällen abgesehen, in denen sie gewollt sind (z. B. Antikglas), stellen sie mehr oder weniger grobe Glasfehler dar. Blasen gehören zu denjenigen Fehlern des Glases, denen immer schon die größte Aufmerksamkeit geschenkt wurde, weil sie dessen wichtigste Eigenschaft, die freie Durchsicht, beeinträchtigen.
H. O. Von Mulfinger

5. Schmelzrelikte, Fremdkörper, „Steinchen“ und Entglasungen

Zusammenfassaug
Als „Steinchen“ werden im allgemeinen alle festen Einschlüsse im Glas, unabhängig von ihrer Herkunft, bezeichnet. Zu ihnen gehören unverschmolzenes Gemenge, mit diesem ungewollt in die Schmelze gelangende schwerlösliche Fremdkörper und unverschmolzene Reste von feuerfestem Ofenbaumaterial, also Stoffe, die von außen in die Schmelze geraten sind, aber auch Entglasungen, also aus dem Glas selbst entstandene Kristalle. Schließlich gehören hierher die „Knoten“, glasige Fremdkörper von so großer Zähigkeit, daß sie durch den Verarbeitungsprozeß nicht oder nur wenig deformiert werden. Als glasige Einschlüsse sind sie Inhomogenitäten, müssen aber wegen ihres ähnlichen Verhaltens an dieser Stelle behandelt werden, obwohl sie als Grenzfall zu den Schlieren (Kapitel 6) gehören. Sie entstehen häufig aus Steinchen, die unter Aufnahme glaseigener Bestandteile (Alkalien) im Glas schmelzen, ohne sich mit diesem zu vermischen (Bild 5.1). Wenn sie von außen, also durch Abtropfen von feuerfestem Material, das durch Aufnahme von Alkalien verglast ist, in die Schmelze gelangen, werden sie auch als Tropfen bezeichnet.
J. VON Jansen, H. Petermöller

6. Schlieren (Glas in Glas)

Zusammenfassaug
Schlieren sind eine so weitverbreitete Homogenitätsstörung des Glases, daß die Klarheit des Begriffes unter der Vielfältigkeit ihrer Erscheinungsformen in früheren Jahren litt, seit der zweiten Auflage des vorliegenden Buches sich aber als eindeutiger Begriff manifestierte:
Schlieren sind meist unerwünschte, sichtbare artverwandte Anteile einer Glasmasse, die, darin mehr oder weniger eingebettet, vorwiegend strähnig beschaffen, von meist unregelmäßiger und unscharfer Begrenzung sind. Sie entstehen bei unvollkommener Durchdringung mechanischer Fließ- und physikalisch-chemischer Lösungsvorgänge.
R. Von Brückner

7. Wechselwirkung zwischen Glasschmelze und feuerfestem Material

Zusammenfassaug
Feuerfestes Material muß für den Glasschmelzprozeß vorzugsweise fünf charakteristische Eigenschaften aufweisen:
  • Es muß in der Feuerfestigkeit höher sein als die Schmelztemperatur des Glases,
  • in der Glasschmelze möglichst wenig Glasfehler verursachen wie Steinchen, Blasen, Knoten, Schlieren und dgl. mehr,
  • sich möglichst wenig und gleichmäßig auflösen bzw. angegriffen werden, um eine lange Laufzeit des Ofens zu ermöglichen. Es soll an keiner Stelle ein voreilender Verschleiß auftreten,
  • es soll jederzeit in der geforderten Qualität und Menge wiederbeschafft werden können,
  • im Preis den Qualitäten gerecht sein.
O. Von Schmid

8. Farbstich des Glases

Zusammenfassaug
Wenn man davon ausgeht, daß unter dem Farbstich eine ungewollte, visuell wahrnehmbare geringe Färbung eines im wesentlichen farblosen Glases zu verstehen ist, so soll es Aufgabe dieses Abschnittes sein, auf seine Ursachen hinzuweisen und Beurteilungsmöglichkeiten anzugeben sowie Maßnahmen zu seiner Minderung oder Beseitigung aufzuzeigen, wo dies möglich und nötig ist. Auch bei Farbglas kann man von einem Farbstich sprechen, wenn damit unbeabsichtigte, mehr oder weniger starke Abweichungen von einem gewünschten Sollwert gemeint sind.
L. Von Merker

Fehler am Erzeugnis

Frontmatter

9. Form- und Oberflächenfehler an Hohl- und Preßglas

Zusammenfassaug
Die Formgebung ist ein Vorgang im Werdegang des Glases, dessen Fehlerquellen so vielfältig sind, daß nur eine genaue Kenntnis der Eigenarten der Formgebungsverfahren es ermöglicht, deren Ursachen zu erkennen. Im folgenden sollen nur solche Fehler behandelt werden die allgemeiner Natur sind und sich einerseits aus den Eigenschaften des Glases ergeben und andererseits vor, während oder nach der Formgebung entstehen. Wegen der Ähnlichkeit verschiedener Formfehler und ihrer gleichartigen Ursachen sind hierbei gewisse Überschneidungen leider nicht zu vermeiden.
H. Von Krüger, E. Wunderlich

10. Formfehler an Flachglas

Zusammenfassaug
Ein Glasgegenstand muß je nach seinem Verwendungszweck verschiedene Forderungen erfüllen; so soll er jeweils bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften besitzen und darf außerdem nur in begrenztem Maße Glasfehler aufweisen. Neben der Aufgabe, diese gewünschten Eigenschaften durch eine entsprechende Glaszusammensetzung herbeizuführen, stellt sich in jedem Fall die Frage nach der Schwere und Menge der zugelassenen Fehler. Es muß hier unterschieden werden zwischen Mängeln, die den Glasgegenstand für den gedachten Zweck ungeeignet machen, und solchen, die den Gebrauchswert des Glases nicht mindern. Es ist weder sinnvoll, an einen Glasgegenstand im Hinblick auf seine Fehlerfreiheit übertriebene Anforderungen zu stellen, noch ist es zu vertreten, gebrauchsmindernde Mängel eines Glases zuzulassen.
V. Von Caimann

11. Chemische Veränderungen an der Oberfläche des Glases

Zusammenfassaug
Wenn sich Glasoberflächen infolge chemischer Wechselwirkung verändern, so geschieht dies aufgrund ihrer chemischen Reaktionsbereitschaft, wie unter Abschnitt 2.2.6 ausgeführt. Neben immer ablaufenden, jedoch meist geringfügigen Reaktionen, die bald in einem Gleichgewichtszustand zum Stillstand kommen und ohne empfindliche Hilfsmittel nicht erkennbar sind und deshalb nicht stören, gibt es die materialbedingte mindere chemische Beständigkeit z.B. mancher Spezialgläser für optische oder elektrische Zwecke, die bei chemischer Beanspruchung zu erheblichen Schäden führen kann. Unter Abschnitt 2.2.6.3 war die „Feuerpolitur“ und ihr meist vom darunterliegenden Grundglas etwas abweichendes chemisches Resistenzverhalten erläutert worden. Die Frage nach diesem Verhalten ist demnach die Frage nach der chemischen Beständigkeit der Glasoberflächen beim Gebrauch. Sofern also Glasgegenstände mit originaler Feuerpolitur verwendet werden (z.B. Flaschen, Laborhohlglas, technisches Hohlglas, gezogenes Fensterglas, Röhrenglas), ist die chemische Beständigkeit dieser Originaloberfläche von entscheidender Bedeutung, bei polierten Oberflächen (z.B. Linsen, sonst geschliffene oder polierte und auch abgeätzte Gläser) die des Grundglases.
A. Von Peters

12. Bruchentstehung und Bruchausbreitung im Glas

Zusammenfassaug
Die in den letzten Jahrzehnten erzielten Fortschritte auf dem Gebiet der Mechanik des spröden Bruchvorganges, der sogenannten „linearelastischen Bruchmechanik“ erlangen gegenwärtig immer größere praktische Bedeutung bei ihrer Anwendung auf die Bruchentstehung und Bruchausbreitung in Gläsern, insbesondere deshalb, weil es gelungen ist, auch den Einfluß der Parameter Belastungsart und -geschwindigkeit, chemische Zusammensetzung, Struktur, Temperatur, umgebendes Medium auf die Ausbreitung eines zugbelasteten Risses als des gefährlichsten mechanischen „Fehlers“ quantitativ zu erfassen.
F. Von Kerkhof

13. Glas„fehler“ als Dekor

Zusammenfassaug
Bemerkenswert für die Eigenart des Glases einerseits, und den Reiz, den es als Werkstoff ausübt andererseits, ist der Umstand, daß nahezu alle Fehlerarten, die dem Glase anhaften können – absichtlich erzeugt – auch zu seiner kunstgerechten Veredelung herangezogen werden [1]: Unter der Veranlagung des Glases, im Laufe der Herstellung Fehlern ausgesetzt zu sein, die dann doch ihrer Erscheinungsform nach dazu reizen, kunsthandwerklich absichtsvoll als Dekor eingesetzt zu werden, sind folgende Kategorien von Bedeutung: Blasen, Schlieren (mangelhafte Diffusion der Schmelze), Färbung, Sprödigkeit und Kristallisation (Entglasung), Verwitterung. Für sie alle sind seit jeher Muster entstanden, die z.T. hohen Wert als Exponate besitzen und in der Literatur behandelt sind. Hinweise und Darstellungen historischer Schöpfungen solcher Art finden sich in der unter [2] erfolgten Auswahl von Schrifttumsangaben, meist aus den letzten 10 Jahren, auf die im einzelnen einzugehen, hier nicht der geeignete Platz ist.
H. Von Jebsen-Marwedel

Backmatter

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