Unter Glas (von germanisch glasa „das Glänzende, Schimmernde“, auch für „Bernstein“) versteht man einen amorphen nicht kristallinen Feststoff. Materialien, die man im Alltagsleben als Glas bezeichnet (zum Beispiel Trink- und Fenstergläser, Fernsehscheiben und Glühlampen) sind nur ein Ausschnitt aus der Vielfalt der Gläser.
Eigenschaften
Glas ist eine amorphe, das heißt im Wesentlichen nicht kristalline Substanz. Gewöhnlich wird Glas durch schmelzen erzeugt, die Bildung von Glas ist aber auch durch die Erwärmung von Sol-Gel möglich [1]. Thermodynamisch wird Glas als gefrorene, unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet. Diese Definition gilt für alle Substanzen, die geschmolzen und entsprechend schnell abgekühlt werden. Das bedeutet, dass sich bei der Erstarrung der Schmelze zum Glas zwar Kristallkeime bilden, für den Kristallisationsprozess jedoch nicht genügend Zeit verbleibt. Das erstarrende Glas ist schnell zu fest, um noch eine Kristallbildung zu erlauben. Die Transformationstemperatur, das ist der Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, liegt bei vielen Glasarten um 600 °C.
Trotz des nicht definierten Schmelzpunkts ist Glas ein Festkörper. Auch wenn es sich unter langzeitiger Krafteinwirkung verformte, dürfte man es nicht als flüssig bezeichnen. Die langsame Verformung unter einer konstanten Kraft tritt auch in kristallinen Festkörpern auf und wird als Kriechen bezeichnet. Berichte von fließenden Kirchenfenstern lassen sich nicht bestätigen und die Idee des flüssigen Glases scheint auf eine Falschübersetzung zurückzugehen.
Kohlenwasserstoffverbindungen wie Plexiglas sind kein Glas, sondern ein Kunststoff. Kunststoffe besitzen organische Verbindungen, selbst Silikone sind mit organischen Resten abgesättigt und als mehr oder weniger ausdifferenzierte Ketten strukturiert.
Die im allgemeinen Sprachgebrauch bedeutungstragende Eigenschaft von Glas ist die Durchsichtigkeit. Die optischen Eigenschaften sind so vielfältig wie die Anzahl der Gläser. Neben klaren Gläsern, die in einem breiten Band für Licht durchlässig sind, kann man durch Zugabe von speziellen Materialien zur Schmelze die Durchlässigkeit blockieren. Zum Beispiel kann man optisch klare Gläser für Infrarotes Licht undurchdringbar machen, die Wärmestrahlung ist blockiert. Die bekannteste Steuerung der Durchlässigkeit ist die Färbung. Es können die verschiedensten Farben erzielt werden. Andererseits gibt es undurchsichtiges Glas, das schon aufgrund seiner Hauptkomponenten oder der Zugabe von Trübungsmitteln opak ist.
Gebrauchsglas hat eine Dichte von ca. 2,5 g/cm³. Die mechanischen Eigenschaften variieren sehr stark. Die Zerbrechlichkeit von Glas ist sprichwörtlich. Die Bruchfestigkeit wird stark von der Abkühlgeschwindigkeit bestimmt. Glas ist weitgehend resistent gegen Chemikalien. Eine Ausnahme ist Flusssäure, sie löst das Siliziumdioxid und wandelt es zu Hexafluorokieselsäure. Im Allgemeinen hat Glas einen hohen elektrischen Widerstand.
Zusammensetzung
Glas kann viele Komponenten haben. Diese werden nach ihrer Funktion in Netzwerkbildner, Netzwerkwandler und Zwischenoxyde (sogenannte Stabilisatoren) unterschieden.
Netzwerkbildner bilden das (unregelmäßige) Grundgerüst, zu Ihnen zählen zum Beispiel SiO2, B2O3, P2O5 sowie als nichtoxydische Verbindungen beispielsweise As2S3 und BeF2.
Netzwerkwandler werden in das vom Netzwerkbildner gebildete Gerüst eingebaut. Hierzu gehören die Oxide der Alkalimetalle wie Na2O, K2O, Li2O und Erdalkalimetalle wie MgO, CaO und BaO
Zwischenoxyide wie Al2O3, MgO, PbO und ZnO können als Netzwerkbildner und -wandler fungieren. Allerdings sind sie nicht alleine zur Glasbildung fähig.
Einstellung der Glaseigenschaften
weitere Zuschlagstoffe sind unter anderem:
- andere Flussmittel zur Verminderung des Schmelzpunkts
- zur Veränderung des Brechungsindex
- Bariumoxid
- Blei (absorbiert auch Strahlung)
- Cer wird für Glas verwendet, das Infrarotstrahlung absorbiert.
- Boroxid verändert als Zusatz die thermischen und elektrischen Eigenschaften.
- Aluminiumoxid erhöht die Bruchfestigkeit
Nachstehend eine Tabelle mit den ungefähren Zusammensetzungen verschiedener Gläser. Die Prozentangaben sind in Gewichtsprozent.
| Glasart | SiO2 | Al2O3 | Na2O | K2O | MgO | CaO | B2O3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Behälterglas | 72 % | 2 % | 14 % | - | - | 10 % | - |
| Flachglas | 72 % | 1,5 % | 13,5 % | - | 3,5 % | 8,5 % | - |
| Bleikristallglas | 60 % | 8 % | 2,5 % | 12 % | - | - | - |
| E-Glas | 54 % | 14 % | - | - | 4,5 % | 17,5 % | 10 % |
| römisches Glas | 70 % | 5 % | 16,5 % | 1 % | 0,5 % | 7 % | - |
Glasfärbung und Entfärbung
Die meisten Glassorten werden mit weiteren Zusatzstoffen produziert, um bestimmte Eigenschaften, wie ihre Färbung zu beeinflussen. Für die Glasfärbung, beziehungsweise für die Entfärbung von Gläsern, die durch Verunreinigungen ihrer Rohstoffe verursacht sind, werden vor allem Metalloxide verwendet. Grundsätzlich verwendet man zur Beseitigung von Farbstichen die komplementäre Farbe. Entfärbemittel werden Glasmacherseifen genannt.
- Eisenoxide: Färben je nach Wertigkeit des Eisenions grün-blaugrün oder gelb und in Verbindung mit Braunstein gelb sowie braun-schwarz.
- Kupferoxide: zweiwertiges Kupfer färbt blau, einwertiges färbt rot, daraus ergibt sich das so genannte Kupferrubinglas.
- Chromoxid: Wird in Verbindung mit Eisenoxid oder allein für die Grünfärbung verwendet.
- Uranoxid: Ergibt eine sehr feine Gelb- oder Grünfärbung (so genanntes "Annagelb" oder "Annagrün"-Glas) mit grüner Fluoreszenz unter dem UV-Licht. Solche Gläser wurden vor allem in der Zeit des Jugendstils hergestellt. In England und Amerika ist diese Glassorte auch als "uranium glass" oder "vaseline glass" bekannt.
- Kobaltoxid: färbt intensiv blau und wird auch für die Entfärbung verwendet.
- Nickeloxid: violett, rötlich auch für die Graufärbung und zur Entfärbung
- Manganoxid (Braunstein) als Glasmacherseife zur Entfernung des Grünstichs
- Selenoxid: färbt rosa und rot, die rosa Färbung wird als "Rosalin" bezeichnet, während die rote als Selenrubin bezeichnet wird.
- Silber: ergibt feines Silbergelb
- Gold: Wird erst in Königswasser aufgelöst und färbt rubinrot, eine der teuersten Glasfärbungen.
Einteilung der Gläser
Nach Art der Genese: Neben künstlichen finden sich auch natürliche Gläser: Obsidian ist vulkanischen Ursprungs, Impaktgläser und Tektite entstehen durch Meteoriteneinschlag, und Fulgurite bei Blitzeinschlag. Diese Gläser entstehen aus dem schmelzen von Sanden. Ein Kristallgitter kann auch durch Einwirkung einer Schockwelle seine Struktur verlieren und ein amorpher Körper werden (diaplektisches Glas und Maskelynit in Meteoriten). Zudem ist es möglich, aus Sol-Gel im Sol-Gel-Prozess Glas ohne schmelzen herzustellen.
Nach Art des Chemismus: Neben Kalk-Natron-Glas, das dem gewöhnlichen Gebrauchsglas entspricht, gibt es Quarzglas aus reinem SiO2, Bleiglas für z. B. feinen Kristallgläsern und Fernsehtrichter. Das Blei im Glas schirmt die elektromagnetische Strahlung ab. Wasserglas ist wasserlöslich. Borosilikatglas ist insbesondere chemisch resistent und wird bei Laborgeräten, Kochgeschirr aber auch optischen Gläser verwendet. Borphosphatglas (Bortrioxid, Phosphorpentoxid) und Alumosilikatgläser mit Al2O3 sind weitere Spezialgläser. Zu der Gruppe der nichtoxidischen Gläser gehören unter anderem Fluoridgläser, beispielsweise ZrF4–BaF2–AlF3 und Chalkogenidgläser mit z. B. AsTe3 oder GeSe2 in der Infrarotoptik. Als Sonderfall in dieser Einordnung muss man Glaskeramik begreifen. Es wird als Glas produziert, durch die Wärmenachbehandlung wird teilweise Rekristallisierung erzielt. So ist es strenggenommen kein Glas mehr, sondern ein Glas-Kristall Mischkörper. Glaskeramik besteht aus SiO2, Al2O3 und Lithiumoxid.
Nach der Grundform des Produkts und dem Produktionsverfahren: Die Glasindustrie wird gewöhnlich in Hohlglas-, Flachglas-, und Spezialglasherstellung gegliedert. Hohlglas bezeichnet Flaschen und Konservengläser. Diese Massenprodukte werden maschinell geblasen. Höherwertige Produkte werden gepresst. Hierzu gehören Glasbausteine und Trinkgläser. Für Glühlampen ist ein besonderes Produktionsverfahren notwendig, ebenso für Rohrglas. Flachglas wird je nach Produktionsverfahren Floatglas oder Walzglas genannt. Das Grundprodukt ist ein Glasscheibe. Endprodukte sind z. B. Automobilglas, Spiegel, Temperglas, Verbundglas. Faserglas umfasst Glasfaserkabel, Glaswolle und findet auch Anwendung bei glasfaserverstärkter Kunststoffen. Optische Gläser sind Linsen für Mikroskope und Ferngläser. Mundgeblasene Gläser existieren praktisch nur noch im Kunstgewerbe, sowie bei kostspielien Vasen und Weingläser.
Nach ihren hergebrachten Handelsnamen: Antikglas, Diatretglas, Flintglas (Bleiglas als optisches Glas), Hyalithglas (opakes Glas, im 19 Jahrhundert benutzt für Tafel- und Pharmaglas), Kronglas (optisches Glas), Kryolithglas (opakes, weißes Fluoridglas)
Nach ihren Markennamen als Gattungsbegriff: Ceran (Glaskeramik für z. B. Kochfelder), Jenaer Glas (hitztefestes Borosilikatglas) beide von Schott und Pyrex (Borosilikatglas) von Corning im angelsächsischem Sprachraum ein Synonym zu Jenaer Glas.
siehe auch Liste_der_Gläser
Produktionsprozess
Gemenge
Für die Herstellung von Kalk-Natron-Glas, das ca. 90 % der produzierten Glasmenge ausmacht, werden folgende Rohstoffe eingesetzt:
Quarzsand als fast reiner SiO2-Träger zur Netzwerkbildung. Wichtig ist, dass der Sand einen geringen (<0,05 %) Anteil an Fe2O3 besitzt, da sonst bei Weißglas störende Grünfärbungen auftreten.
Soda (Na2CO3) dient als Natriumoxydträger, das Netzwerkwandler und als Flussmittel dient und den Schmelzpunkt des SiO2 senkt. In der Schmelze wird Kohlensäure frei und löst sich als Gas aus dem Glas. Natrium kann auch als Nitrat oder Sulfat der Schmelze zugeführt werden.
Pottasche (K2CO3) liefert Kalimoxid für die Schmelze, das wie Natriumoxid als Netzwerkwandler und Flussmittel dient.
Feldspat (NaAlSi2O8) trägt neben SiO2 und Na2O Tonerde (Al2O3) in das Gemenge ein. Diese führt zu einer Erhöhung der Glashärte.
Kalk dient als Netzwerkwandler und erhöht die Festigkeit der Gläser. Reines CaO hat einen zu hohen Schmelzpunkt, so dass CaCO3 eingesetzt wird. Bei der Schmelze wandelt es sich zu Kohlendioxid und Kalziumoxid. CaO erhöht in mäßiger Zugabe (10-15%) die Härte.
Dolomit ist ein Träger für CaO und MgO. Magnesiumoxid hat ähnliche Eigenschaften wie Kalziumoxid auf die Schmelze.
Altglas oder Eigenscherben aus dem Produktionsbruch werden ebenfalls dem Gemenge wiederaufgegeben. Altglas aus dem Glasrecycling allerdings nur in der Behälterglasindustrie, wo ihr Anteil bis über 90 % betragen kann. Neben eingespartem Rohstoff macht sich dies im geringeren Energieverbrauch bemerkbar, da Scherben leichter schmelzen als das Gemenge. Probleme bei beim Altglasrecycling sind eine schlechte Farbtrennung, Fremdbestandteile wie Metalle, Keramik oder Spezialgläser. Die Fremdstoffe verursachen Glasfehler durch nicht vollständiges Aufschmelzen und Schäden in der Glasschmelzwanne, da sich Metalle in den feuerfesten Boden einfressen.
Für Spezialgläser kommen auch Mennige, Borax, Bariumkarbonat und andere seltene Erden zum Einsatz.
Schmelze
Die Glasschmelze besteht aus verschiedenen Phasen: Den Beginn macht die Rauhschmelze mit dem Erschmelzen des Gemenges. Dies umfasst die Rauschmelze und die Homogenisierung. Nach dem Erschmelzen der festen Bestandteile kommt die Läuterung, in der die Gase in der Schmelze ausgetrieben werden. Daran schließt sich das Abstehen des Glases an, in der das Material zur weiteren Formgebung abgekühlt wird.
Bei chargenweise arbeitenden Tageswannen und Hafenöfen geschehen alle diese Schritte nacheinander in demselben Becken. Dieses historische Produktionsverfahren findet heute nur noch bei kunsthandwerklicher Produktion und speziellen, optischen Gläsern in geringen Mengen statt. Im industriellen Maßstab finden ausschließlich kontinuierlich arbeitende Öfen Verwendung. Hier ist die Abfolge obiger Schritte nicht zeitlich, sondern räumlich getrennt. Die Menge der Glasentnahme entspricht der des zugeführten Gemenges.
Das Gemenge wird mit einer Einlegemaschine der Schmelzwanne aufgegeben. Bei Temperaturen von ca. 1480 °C schmelzen die verschiedenen Bestandteile langsam. Die Bewegung der Konvektion im Glasbad erzeugt Homogenität. Diese kann durch ein Bubbling, der Eindüsung von Luft oder Gasen in die Schmelze, unterstützt werden.
Im Läuterbereich, der dem Schmelzbereich unmittelbar folgt und häufiger auch durch einen Wall in der Schmelze von diesem getrennt ist, werden in der Schmelze verbliebende Blasen ausgetrieben. Durch die hohe Zähigkeit der Schmelze geschieht dies nur sehr allmählich und es sind ebenso hohe Temperaturen erforderlich wie im Schmelzbereich. Da die Läuterung bestimmend für die Glasqualität ist, gibt es vielfältige Maßnahmen um diese zu unterstützen.
Der Läuterbereich schließt sich die baulich klar getrennte Arbeitswanne an. Da für die Formgebung niedrigere Temperaturen als zur Schmelze und Läuterung nötig sind, muss das Glas vorher abstehen. Daher spricht man auch von Abstehwanne. Der Kanal, der Schmelzwanne und Arbeitswanne verbindet, heißt Durchfluss und arbeitet nach dem Siphonprinzip. Bei Flachglaswannen sind Schmelz- und Arbeitswanne nur durch eine Einschnürung getrennt, da ein Durchfluss eine optische Unruhe im Fertigprodukt entstehen ließe.
Von der Arbeitswanne fließt das Glas weiter zum Punkt der Entnahme. Bei der Produktion von Hohlglas sind dies die Speiser oder Feeder. Hier werden Tropfen in darunter stehende Glasmaschinen geleitet. Bei Flachglas fließt das Glas über die Lippe in das Floatbad.
Formgebung
Je nach Produkt wird Glas unterschiedlich geformt. Dabei unterscheidet man vor allem Gläser, die gepresst, geblasen, gedüst, gesponnen oder gewalzt werden.
- Hohlglas wird in mehreren Verfahren durch Pressen, Blasen, Saugen und Kombinationen dieser Techniken hergestellt. Hier dominiert die IS-Maschine, die im Blas-Blas-Verfahren arbeitet. Für höherwertige Tafelware kommen Press-Blas-Verfahren zum Einsatz, die karusellförmig arbeiten.
- Glasfasern werden durch Spinnen im so genannten TEL-Verfahren produziert.
- Flachglas wird im Floatverfahren hergestellt, gezogen, gewalzt oder gegossen
- Rohrglas
Kühlung
Entspannungskühlen
In jedem Glasgegenstand entstehen bei der Formgebung, mechanische Spannungen als Folge von Dehnungsunterschieden im Material. Diese Spannungen lassen sich mit optischen Spannungsprüfern messen (Spannungsdoppelbrechung). Die Spannungsanfäligkeit hängt vom Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Glases ab und muss thermisch ausgeglichen werden.
Für jedes Glas lässt sich zwischen der oberen Kühltemperatur (Viskosität von 1013 mPa s) und einer unteren Kühltemperatur (1018 mPa s), in der Regel zwischen 550 °C und 350 °C, ein Kühlbereich festlegen. Die Spannungen verringert man durch definiertes langsames Abkühlen im Kühlbereich, dem Tempern.
Die Zeit, in der ein Glasgegenstand den Kühlbereich durchlaufen kann, ist maßgeblich von der je nach Glasart zu überbückenden Temperatur, der Stärke (Dicke) des Gegenstands abhängig. Im Hohlglasbereich sind dies vielleicht 30 min, bei großen optischen Linsen mit 1 m Durchmesser und mehr, kann eine langsame Abkühlung von einem Jahr notwendig sein, um sichtbare Spannungen und somit Bildverzeichnungen der Linse zu vermeiden.
Die kontrollierte Temperatursenkung kann mit unterschiedlichen Öfen vorgenommen werden. Mann unterscheidet periodische Kühlöfen und kontinuierliche Kühlbahnen. Kühlöfen eignen sich nur für Sonderfertigungen und Kleinstchargen, da nach jeder Entnahme der Werkstücke der Ofen wieder auf Temperatur gebracht werden muß. Industriell werden Kühlbahnen genutzt. Hier wird die Produktion auf Stahlmatten (Hohlglas) bzw. Rollen (Flachglas) langsam durch abgestuft geheizte Ofensegmente transportiert.
Veredelung
- durch chemische und physikalische Gasphasenabscheidung können feinste Metallbeschichtungen aufgebracht werden. Die meisten Fenster- und Autogläser werden mit für Infrarotlicht undurchlässigen Beschichtungen versehen. Die Wärmestrahlung wird hierdurch reflektiert und Aufheizungen der Innenräume durch Sonneneinstrahlung gemindert. Gleichzeitig werden die Wärmeverluste im Winter reduziert, ohne dabei die Durchsichtigkeit wesentlich zu beeinträchtigen.
- Eine andere Beschichtungstechnik verhindert die Verschmutzung und unterstützt die Selbstreinigung von Fensterglas. Eine äußere, hydrophile Beschichtung mit Titandioxid verhindert die Tröpfchenbildung des Regenwassers, da es deren Oberflächenspannung herabsetzt. Regenwasser kann gleichmäßig an der Scheibe ablaufen und Schmutzpartikel mitziehen. Zusätzlich kann durch eine UV-Licht absorbierende Beschichtung die Entstehung aktiven Sauerstoffs ermöglicht werden, der organische Verbindungen zersetzt. Herstellerinformation (pdf)
- Auch sind Verspiegelungen möglich
- Bei optischen Geräten werden reflektionsmindernde Schichten eingesetzt. Glas lässt sich auch schleifen, so dass optische Linsen für Brillen und verschiedene optische Geräte damit hergestellt werden können.
- Durch nachträgliches Sandstrahlen ein Milchglaseffekt zu erzielen, so dass das Glas nur noch durchscheinend aber nicht mehr durchsichtig ist
- Ein Farbauftrag ist im keramischen Siebdruck möglich.
- Durch exaktes Tempern eines aus Lithium-, Aluminium- und Siliziumoxid gefertigten Glases kann gezielt eine Rekristallisation herbeigeführt werden. Der Werkstoff ist nun kein Glas mehr, sondern eine Glaskeramik mit äußerst geringer Wärmedehnung. Diese findet Anwendung z. B. bei Kochfeldern und Spiegelteleskopen.
Geschichte der Glasherstellung
Frühzeit
Natürlich vorkommendes Glas wie Obsidian wurde seit der Steinzeit zur Werkzeugherstellung (Faustkeil) benutzt.
Das Glas wurde zumindest zweimal erfunden einmal als Silizium-Kalium-Gemenge wohl in Mesopotamien wobei Sand den Siliziumanteil lieferte und Kalium aus Pflanzenasche gewonnen wurde und ein zweites mal als Silizium-Natron-Gemenge in Ägypten, wobei Sand mit Natron aus dem nordägytpischen Natronsee verschmolzen wurde. Vor 1550 v. Chr. gab es zumindest in Ägypten kein Glas.
Schon ab 1250 v. Chr. unterhielten die Ägypter u. a. in Quantir östlich des Nildeltas regelrechte Glasmanufakturen. Dort wurden Glasrohlinge in einem zweistufigen Prozess hergestellt. Ein Zwischenglas entstand, welches anschließend zertrümmert wurde. Aus den von Verunreinigungen des ersten Produktionsschrittes befreiten Scherben schmolzen die Ägypter Glasrohlinge von zehn Zentimeter Dicke, die durch Beimischung von Metalloxiden unterschiedlich eingefärbt werden konnten. Archäologische Funde deuten darauf hin, dass die einzelnen Produktionsstätten sich auf die Herstellung jeweils unterschiedlich eingefärbte Gläser spezialisiert hatten. So produzierten beispielsweise die Handwerker in Qintar hauptsächlich rotes Glas, welches sie durch Beimengung von Kupfer erhielten. Der Vertrieb der Rohlinge an weiterverarbeitende Glaswarenersteller oder Kunsthandwerker erfolgte über Händler. Laut der britischen Archäologin Caroline Jackson waren Glasgegenstände aufgrund des komplizierten Herstellungsverfahrens ein hohes Statussymbol, welches sich nur die ägyptische Elite leisten konnte.
Aus der Bibliothek des assyrischen Königs Assurbanipal ist ein Glasrezept in Keilschrift überliefert, das um 650 v. Chr entstanden ist: 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen und 5 Teile Kreide. Aus Persien kommt im 4. Jahrhundert v. Chr. erstmals klares farbloses Glas.
Im ersten Jahrhundert v. Chr. wurde an der östlichen Mittelmeerküste die Glasmacherpfeife erfunden. Die ersten Pfeifen waren Tonröhren, später benutzte man Metallrohre, mit denen man größere Gefäße herstellen konnte. Neben der Glasmacherpfeife gab es auch eine technische Neuerung bei den Glasschmelzöfen. Das Glas wurde jetzt in einem Tiegel geschmolzen und im flüssigen Zustand an der Pfeife verarbeitet. Mit diesen Pfeifen konnte Glas aufgeblasen werden, was die Herstelung von grösseren Gefässen ermöglichte. Durch die Glasbläserei wurde Glas zur Massenware im ganzen römischen Reich. Wurde Glas bis dahin für Parfümfläschen (Ägypten) und für Trinkschalen (Persien) verwendet, benutzten die Römer Glas für die Herstellung von Flaschen und Karaffen, die der Aufbewahrung von Lebensmitteln dienten. Glas gibt im Gegensatz zu Holz, Metall oder Leder keinen Eigengeschmack an die Lebensmittel ab.
Mittelalter und Neuzeit
Gebrauchsglas
Noch bis zur Jahrtausendwende dominierten Glasimporte aus dem östlichem Mittelmeerraum den europäischen Markt. Erst zu dieser Zeit beginnt der Aufstieg Venedigs in der Glasherstellung. Die venezianische Kaufmannschaft ermöglichte erst die Glasherstellung. Soda wurde aus der Levante eingeführt und blieb eine eifersüchtig gehütete Rohstoffquelle. In den frühen Jahren wurden wohl auch Scherben (Fritte) noch eingeführt und die neue Produktion konzentrierte sich auf einfache Gebrauchsgläser. Doch spätestens mit dem 15. Jahrhundert wurden kostspielig Luxusgegenstände gefertigt. Auch der Formenkanon löste sich von den östlichen Vorbildern und die Insel Murano in der Lagune wurde zum Hauptzentrum der europäischen Glasindustrie. Die ansässigen Glasmacher und Stadtoberen bemühten sich sehr ihr Wissen geheimzuhalten und so das Entstehen einer Konkurrenz vorzubeugen. Venezianisches Glas brachte einen beträchtlichen Monopolgewinn.
Anfänge der Glasproduktion nördlich der Alpen…
Entgegen der landläufigen Meinung gab es im Deutschland des Mittelalters nicht nur das „typische“ grüne Waldglas, sondern auch farblose Gläser, zum Teil allerdings mit leichtem Farbstich. Im 14. Jahrhundert erfanden italienische Glasmacher das Cristallo, ein farbloses Glas mit besonderem Glanz.
1764 Nutzung von Natriumsulfat zur Glasherstellung (Glaubersalz)
Fensterglas
Zylinderstreckverfahren I…
Bei dem Mondglasverfahren, das 1330 in Rouen belegt ist, wird ein Glastropfen mit der Glasmacherpfeife zu einer Kugel vorgeblasen. Diese wurde von der Pfeife gesprengt und mit einem Tropfen flüssigen Glases an der gegenüberliegenden Seite an einem Metallstab befestigt. Zur weiteren Verarbeitung wurde die Kugel wieder auf Temperatur gebracht. Bei ca. 1000 °C war das Glas weich genug um mittels Zentrifugalkraft in Tellerform geschleudert zu werden: Die Kugel öffnete sich um das Loch, an dem vorher die Pfeife befestigt war. Durch diese Technik wurden Glasplatten von ca. 1,20 m Durchmesser erzeugt. Anschließend wurde der äußere Rand zu Rechtecken geschnitten. Diese fanden Verwendung als z.B. Kirchenglas mit Bleieinfassungen. Das Mittelstück mit der Anschlußstelle des Schleuderstabs heißt Butze und wurde für Butzenscheiben von 10-15 cm Durchmesser verwendet.
Das Walzglasverfahren wurde zum erstenmal 1688 in Saint Gobain, der Keimzelle der heutigen gleichnamigen Weltkonzerns dokumentiert. Geschmolzenes Glas wird auf den Walztisch gegossen, verteilt und schließlich gewalzt. Im Gegensatz zu den vorher genannten Verfahren wurde hier eine gleichmäßige Dicke erreicht. Auch waren erstmals Scheibengrößen von 40 × 60 Zoll möglich, was für die Produktion von Spiegeln genutzt wurde. Probleme bereitet jedoch die ungleichmäßige Oberfläche. Fensterglas dieses Herstellungsverfahrens ist oft blind und Spiegelglas nur durch aufwendiges kaltes Polieren zu erzielen.
Zylinderstreckverfahren II…
Industrialisierung und Automatisierung
Wichtige Ereignisse in der Entwicklung der Glasindustrie
Allgemein
- 1856 Erster Glasofen mit Regenerativfeuerung durch Friedrich Siemens
- 1847 Einführung von Formen aus Metall in der Hohlglasproduktion (Joseph Magoun)
- 1867 Kontinuierlicher Wannenofen von Friedrich Siemens
- 1882 Ernst Abbe gründet mit Otto Schott in Jena Glaswerke für optische Spezialgläser
Flachglas
Um 1900 entwickelte der Amerikaner John H. Lubbers ein Verfahren zur Zylinderfertigung. Diese konnten einen Durchmesser von 80 cm erreichen und waren bis zu 8 m (!) hoch. Der Zylinder wurde aufgeschnitten und geplättet. Das Verfahren war jedoch sehr umständlich, insbesondere das Umlegen der Zylinder in die Horizontale bereitete Schwierigkeiten.
Eine weitreichendes Patent sollte 1904 von Emile Fourcault folgen. Das nach ihm benannte Fourcault-Verfahren zur Ziehglasherstellung. Das Glas wird im kontinuierlich entnommen. Eine Schamottedüse liegt in der flüssigen Schmelze. Mit dem Hochziehen durch einen Kühlkanal auf ca. 8 m Höhe kann es oben zugeschnitten werden. Die Glasdicke ist durch die Ziehgeschwindigkeit einstellbar. Es kam ab 1913 zum Einsatz und bedeutete eine große Verbesserung.
Ein darauf aufbauendes Verfahren ließ der Amerikaner Irving Wightman Colburn 1905 patentieren. Das Glasband wurde zur besseren Handhabe in einen horizontalen Kühlkanal umgeleitet. Mit einer eigenen Fabrik wurde bis 1912 versucht das Verfahren zu beherrschen, blieb aber letztlich erfolglos, so dass Insolvenz angemeldet wurde. Das Patent ging an die Toledo Glass Company. 1917 kam das nunmehr so genannte Libbeys-Owens-Verfahren zur industriellen Anwendung. Die Vorteile gegenüber dem Fourcault-Verfahren lagen in der einfacheren Kühlung. Hingegen konnte bei jenem mehrere Ziehmaschienen an einer Glasschmelzwanne arbeiten. Da der Kühlofen in der Länge beliebig lang sein konnte, erreichte dieses Verfahren etwa die doppelte Produktionsgeschwindigkeit. In der Folgezeit existierten beide Verfahren parallel. 1928 verbesserte die Plate Glass Company die Vorteile der Verfahren von Fourcault und Colburn; sie erzielte mit dem Pittsburg-Verfahren dadurch eine deutliche Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit.
1919 gelang Max Bicheroux der entscheidende Schritt bei der Gussglasherstellung. Die flüssige Glasmasse wurde dabei zwischen gekühlten Walzen zu einem Glasband geformt, im noch erwärmten Zustand zu Tafeln geschnitten und in Öfen abgekühlt. Mit diesem Verfahren erreichte man die heute noch üblichen Scheibengrössen von 3 x 6 m 1923 Pilkington und Ford: kontinuierliches Walzglas für Automobilglas.
1902 Patent von William E. Heal auf das Floatverfahren, das auf eine Idee von Henry Bessemer zurückgeht 1959 Die Firma Pilkington bewältigt als erste die technischen Problem der Floatglasfertigung. Dieses Prinzip revolutionierte die Flachglasfertigung und wurde in den 1970er Jahren allgemeiner Standard.
Hohlglas
Im frühen 19. Jahrhundert wurden neue mechanische Hilfsmittel zum Blasen der Gläser benutzt. Es wurden Formen benutzt, die ein Relief als Negativ schon aufwiesen. Durch den Blasdruck wird das Glas in die Hohlräume gedrückt und das Werkstück bekommt seine Form. Allerdings ist die Lungenkraft des Glasmachers nicht ausreichend hoch für tiefere Reliefs, so dass mechanische Hilfsmittel eingeführt wurden: Durch Luftpumpen wird genügend Druck erzielt pdf.
Eine weitere Neuerungen in der Mitte des 19. Jahrhunderts war die Einführung von Metallformen. Erstmals 1847 ersetzten die von Joseph Magoun entwickelten Formen die alten aus Holz, was deren Haltbarkeit beträchlich erhöhte.
Die ersten halbautomatische Flaschenblasmaschine wurde 1859 vom Briten Alexander Mein und Howard M. Ashley in Pittsburg entwickelt. Doch noch immer waren manuelle Arbeitsschritte von Nöten. (en)
Ein Meilenstein war die 1903 von Michael Josef Owens eingeführte Owens-Maschine als erste vollautomatische Glasmaschine überhaupt. In einem in der Schmelze eingetauchtem Rohr wird ein Vakuum erzeugt und so die problematische Tropfengröße exakt dosiert. Der Arm schwenkt zurück und drückt den Tropfen die Form. Mit der Umkehrung des Vakuums in Pressluft wird der Tropfen in die Metallform geblasen und das Werkstück erhält seine endgültige Gestalt. Mit dieser Technik war es möglich die zu dieser Zeit enormen Menge von vier Flaschen pro Minute zu produzieren. Diese Technik nennt man Saug-Blas-Verfahren pdf (en).
Trotz dieser Errungenschaft blieben maschinell geblasene Flaschen noch viele Jahre schwerer als mundgeblasene. Um die Glasmacher zu übertreffen mußten die Maschinen noch sehr viel genauer arbeiten. So ist auch zu erklären, daß die verschidenen Produktionsverfahren noch lange parallel betrieben wurden.
Auch wurden wesentliche Verbesserungen der Tropfenentnahme realisiert. Der Tropfenspeiser von Karl E. Pfeiffer im Jahre 1911 ließ den Glastropfen nicht mehr von oben aus der Schmelze entnehmen, sondern die Schmelze tropf durch eine Öffnung im Feeder (Speiser). Durch die mögliche genauere Dosierung der Glasmenge konnten gleichmäßigere Flaschen gefertigt werden.
1924 wird die IS-Maschine von den Namensgebern Ingle und Smith patentiert, die erste industrielle Anwendung folgt wenige Jahre später. Diese Maschine, die die Vorteile des Tropfen-Verfahrens erst richtig nützt, arbeitet nach dem Blas-Blas-Verfahren. Ein Tropfen wird in eine Metallform geleitet und vorgeblasen. Der vorgeformte Tropfen wird in eine zweite Form geschwenkt, wo das Werkstück fertiggeblasen wird.
Erste Anwendungen des neuen Verfahrens folgten wenige Jahre später. Die erste Maschine von 1927 hatte vier Stationen: Ein Feeder beschickte eine Maschine und diese konnte parallel vier Flaschen fertigen (en). Das Prinzip des Blas-Blas-Verfahrens ist auch heute noch in der Massenfabrikation gültig.
Für diese Kapitel: pdf (en).
Glaskunst und Kunsthandwerk
Antike
Ägypten
In der Ersten ägyptische Glaskunstblüte (18 bis 21 Dynastie) finden sich stabgeformte Gefässe, die auf Vorbilder in Ton, Stein oder Metall zurückgehen. Man kennt Lotoskelchbecher, Granatapfelgefäße, Krateriskoi, Kohltöpfe und Kohlpalmsäulchen, die als rein ägyptische Form angesehen werden. Besonders seit Thumosis III kommen Importgefäßformen aus dem Mittelmeergebiet (Amphoriskoi, Linsenflasche, Hänkelflasche, Bilbils und Sonderformen) hinzu. Die Gefäße sind meist dunkelblau-schwarz oder weiß-grau. Als Dekor sieht man Fadenverzierungen in Zickzack- oder Girlandenform in gelb, weiß, und hellblau sowie tordierte Fäden im helldunkel Kontrast. All diese Gefäße dienen der Aufbewahrung von Ölen, Parfümen und anderen Schminkutensilien.
In der Zweiten ägyptischen Glaskunstblüte (dritte Zwischenzeit bis Perserherrschaft) sind die Formen kanonisiert und beschränken sich auf Arybaloi, Alabastra, Amphoriskoi und Oinuchoi. Sonderformen sind sehr selten, alle Gefäße sind mit einem Fadendekor verziert.
In der Dritten ägyptischen Glaskunstblüte (Hellenismus) treten zusammen mit neuen Herstellungstechniken eine völlig neue Formenwelt auf. Neben Intarsien und Perlen finden wir polychrome Mosaikschalen und die Gefäße der "Canossa Gruppe".
Römisches Reich
Die Römer stellten Diatretgläser her, meist glockenförmige, prunkvolle Trinkgefäße die bis heute wegen ihrer künstlerischen Qualität bewundert werden. Eines der berühmtesten römischen Gläser ist der im Besitz des Britischen Museums befindliche Lykurgosbecher[2] aus dem 4. Jahrhundert an dem eine dreidimensionale figurative Darstellung angebracht ist, die im Gegenlicht rot und im Auflicht opak-gelbgrün erscheint.
Siehe auch: Glasmalerei, Tiffany-Glaskunst, Glas auf Mallorca, Glasreich, Glasschleiferei, Glasmacher, Glasbläser,
Siehe auch
Literatur
Glaschemie
Glasherstellung
- Lange, Joachim: Rohstoffe der Glasindustrie, 3. überarb. Aufl., Leipzig 1993, ISBN 3-342-00663-3
Geschichte der Glasherstellung
Glaskunst und Kunsthandwerk
- Kisa, A.: Das Glas im Altertum, 3 Bde. Leipzig 1908
Weblinks
- Hohlglasproduktion mit Schwerpunkt auf Glasrecycling von der Maus (Sachgeschichte)
- Glaslexikon
- Glas als Baustoff
- Infoline-Glas am Bau - Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen, etc.