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Wissenswertes rund um den Werkstoff Glas

Verwendete Quelle: http://www.bvglas.de/der-werkstoff/, abgerufen im Februar 2017

Stand: 13.02.2017

Bestandteile von Glas

Glas wird ausschließlich aus natürlichen bzw. naturidentischen anorganischen Rohstoffen hergestellt, die größtenteils auch in Deutschland vorkommen bzw. produziert werden. Insgesamt werden zur Produktion von Kalknatron-Silicatgläsern (Flachglas und Behälterglas) im Wesentlichen sechs verschiedene natürliche Rohstoffe benötigt: ca. 70 Anteile Quarzsand (SiO2), 13 Anteile Soda (Na2CO3), 10 Anteile Kalk (CaCO3) und geringe Anteile Dolomit, Feldspat und Pottasche. Die Auswahl und der Anteil der jeweiligen Glasrohstoffe ergeben sich aus den geforderten Eigenschaften des Glaserzeugnisses und dem jeweiligen Herstellungsprozess. Neben den Primärrohstoffen spielen auch aufbereitete Altglasscherben eine große Rolle bei der Glasherstellung. Glas ist zu 100 Prozent stofflich wiederverwertbar. Aus gebrauchtem Glas entsteht so im geschlossenen Kreislauf immer wieder neues Glas, das zur Produktion von weiterem Glas eingesetzt wird. Im Behälterglasgemenge haben Scherben den Sand als Hauptkomponente sogar ersetzt.

Wie Glasprodukte entstehen

Die Herstellung von Glasprodukten erfolgt in sechs Phasen: Von der Gemengezubereitung aus den Rohstoffen über das Aufschmelzen des Gemenges, die Läuterung bis hin zur Formgebung, dem Abkühlen, der Qualitätskontrolle, Veredelung und Verpackung bzw. Palettierung.

Gemengezubereitung

Die Rohstoffe werden nach der Anlieferung in Silos gelagert, von dort zu einer Waage transportiert und entsprechend der späteren Glaszusammensetzung portioniert. Anschließend wird das Gemenge in Mischer gegeben, dort möglichst gleichmäßig vermischt und schließlich über Fließbänder oder in Kübeln zur Glasschmelzwanne transportiert. In diese wird das Gemenge über Einlegemaschinen eingeführt.

Aufschmelzen des Gemenges

© HVG 1996

Das Gemenge wird im Glasschmelzofen auf Temperaturen von über 1.200 °C aufgeheizt. Dabei verbinden sich beispielsweise die Bestandteile Natriumoxid, Calciumoxid und Siliciumdioxid zu der Glasschmelze.

Läuterung

Die beim ersten Aufheizen entstandene Schmelze wird je nach Glaszusammensetzung weiter auf Temperaturen zwischen 1.400 und 1.600 °C aufgeheizt. Während des Aufschmelzens werden Gase in der Schmelze freigesetzt, durch die sich Blasen bilden. Durch die Temperaturerhöhung dehnen sich diese Blasen aus und können in der jetzt dünnflüssigeren Schmelze aufsteigen und die Schmelze verlassen. Um diesen Vorgang zeitlich zu verkürzen, werden dem Gemenge Läutermittel zugesetzt. Sie setzen mit steigender Temperatur zusätzliche Gase frei, die in vorhandene kleine Blasen hineindiffundieren. Der Vorteil: Die Aufstiegsgeschwindigkeit der dabei entstehenden größeren Blasen erhöht sich. Beim Abkühlen werden in der Glasschmelze verbliebene Läuterblasen wieder resorbiert.

Formgebung

Nach der Läuterung wird die Glasschmelze auf die Formgebungstemperatur abgekühlt und den Formgebungsmaschinen zugeführt. Entsprechend der Vielzahl von Glasprodukten gibt es auch eine große Zahl von Formgebungsmaschinen:

  • Im Bereich der Flachglasproduktion wird der mengenmäßig größte Anteil heute im Floatverfahren hergestellt, bei dem die Glasschmelze über ein flüssiges Zinnbad geleitet wird. So entsteht ein qualitativ sehr hochwertiges Flachglas. Um Flachgläser mit besonderen Eigenschaften oder mit einer Oberflächenstruktur herzustellen, werden das Walz- und das Ziehverfahren eingesetzt.
  • Bei der Herstellung von Behälterglas dominiert heute die IS-Maschine (Individual Section), in der die Formgebung in einem zweistufigen Prozess erfolgt. Zunächst wird in einer Vorform das sogenannte Külbel hergestellt und anschließend in der Fertigform zum fertigen Produkt ausgeblasen.
  • Im Faserglasbereich unterscheidet man zwischen Endlosfasern und Stapelfasern. Die Endlosfasern werden kontinuierlich durch sogenannte Bushings, das sind Platinbehälter mit einer Vielzahl äußerst feiner Düsen, gezogen. Diese Fasern werden üblicherweise für textile Anwendungen eingesetzt oder als E-Glas mit hohem elektrischen Widerstand in der Platinenfertigung der Elektroindustrie.
  • Ein weiterer großer Bereich der Faserherstellung ist die Fertigung von Isolierglasfasern. Diese werden meist nach dem TEL-Verfahren hergestellt. Hierbei werden die Fasern aus einem rotierenden Korb vorgezogen und dann mit schnell daran vorbeiströmender Luft weiter ausgezogen. Isolierfasern lassen sich zum überwiegenden Teil zur Wärmedämmung im Baubereich, aber auch in der Automobilherstellung einsetzen.
  • Glasrohre, beispielsweise für die Lampenfertigung, werden in einem kontinuierlichen Ziehverfahren produziert. Dazu nutzt die Industrie das Dannerverfahren, bei dem die Glasschmelze auf eine rotierende Pfeife fließt und von dort als Rohr abgezogen wird. Zum Einsatz kommt aber auch das Velloverfahren, bei dem das Glas durch eine Düse mit einem Hohldorn vertikal austritt und zu einem Rohr ausgezogen wird.
  • Eine weite Palette von Produkten wird durch Pressen oder Gießen hergestellt. Dazu zählen z. B. das Schirmglas der Fernsehbildröhren oder Wirtschaftsglas wie Vasen und Schüsseln, aber auch Streuscheiben im Schweinwerfer, die im Automobilbereich eingesetzt werden, ebenso wie optische Gläser, die teils als Gussstück, teils als Pressling hergestellt werden.

Nach der Formgebung durchlaufen die meisten Glasprodukte den Kühlofen.

Abkühlung

Jeder Glasgegenstand hat eine andere Auskühlzeit. Die Auskühlzeit richtet sich nach der jeweiligen Glasart und der Dicke bzw. Stärke des Glases. In der Regel liegt die Abkühlungszeit zwischen 30 und 100 Minuten. Bei großen Objekten gibt es sogar Abkühlzeiten, die bis zu einem Jahr dauern. Das ist besonders dann der Fall, wenn langsames Abkühlen erforderlich ist.

Qualitätskontrolle

Eine Qualitätskontrolle im Rahmen der Glasproduktion ist wichtig, um den kleinsten Fehler im Glas zu finden oder auftretende Abweichungen vom idealen Endprodukt zu finden. Diese Glasbehälter und -produkte werden sofort aussortiert und wieder eingeschmolzen.

Veredelung, Verpackung und Palettierung

Bei der Veredelung wird das Glas bearbeitet. Es gibt viele verschiedene Techniken und Möglichkeiten der Glasveredelung. So können z. B. Behältergläser wie Flaschen besprüht, bedruckt, mattiert oder etikettiert werden. Aber auch Flachgläser werden z. B. zu Spiegel-, Möbel-, Brandschutz- oder Sonnenschutzglas veredelt. Der Phantasie sind bei der Veredelung kaum Grenzen gesetzt. Nach einer letzten Qualitätskontrolle verlassen die Glasgegenstände verpackt und palettiert die Fabrik.

Die Glasarten auf einen Blick

Es gibt eine große Anzahl unterschiedlicher Glasarten. Unterscheidungsmerkmale sind z. B. die chemische Zusammensetzung, die Produktionsmethode oder ihr Verhalten bei der Verarbeitung. Am meisten verbreitet ist die Einteilung nach der chemischen Zusammensetzung. Hier wird zwischen Kalknatronglas, Bleiglas und Borosilicatglas unterschieden. Diese drei Glasarten machen rund 95 Prozent des eingeschmolzenen Glases aus. Die restlichen 5 Prozent entfallen auf Spezialgläser.

Kalknatrongläser

Die Kalknatrongläser machen die weitaus größte Menge aller industriell hergestellten Gläser aus. Wie aus dem Namen hervorgeht, spielen dabei als Bestandteile neben Sand vor allem Natron und Kalk eine wesentliche Rolle. Ein typisches Kalknatronglas besteht zu 71 bis 75 Prozent aus Sand (SiO2), zu 12 bis 16 Prozent aus Natron (Na2O), zu 10 bis 15 Prozent aus Kalk (CaO) und zu einigen Prozenten aus anderen Stoffen, etwa zum Färben. In der Praxis tritt Kalknatronglas in Gestalt von Getränkeflaschen, Lebensmittelgläsern, einfachen Trinkgläsern und Flachglas auf. Kalknatrongläser sind lichtdurchlässig, sie zeichnen sich durch eine glatte, porenfreie Oberfläche aus, so dass sie z. B. leicht gereinigt werden können. Kalknatrongläser dehnen sich bei Wärmeeinwirkung besonders schnell aus. Deshalb ist Vorsicht angebracht, wenn z. B. heiße Flüssigkeit in ein Kalknatron-Behälterglas eingefüllt wird.

Borosilicatgläser

Borsäurehaltige Gläser bestehen zu 70 bis 80 Prozent ihres Gewichts aus Sand. Sieben bis 13 Prozent entfallen auf Bortrioxid und vier bis acht Prozent auf Natriumoxid und Kaliumoxid sowie zwei bis sieben Prozent auf Aluminiumoxid. Gläser mit dieser Zusammensetzung besitzen eine hohe Beständigkeit gegen chemische Einwirkungen und Temperaturunterschiede. Daher finden sie vor allem für Produktionsanlagen aus Glas in der chemischen Industrie, in Laboratorien, als Ampullen und Fläschchen in der pharmazeutischen Industrie zur Verpackung von Injektionsmitteln oder als hochbelastbare Lampengläser Verwendung. Aber auch im Haushalt kommt Borosilicatglas vor: Back- und Auflaufformen sowie anderes "feuerfestes" Geschirr sind daraus gefertigt.

Spezialgläser

Spezialgläser werden für besondere technische und wissenschaftliche Zwecke verwendet. Ihre Zusammensetzung ist sehr unterschiedlich und umfasst zahlreiche chemische Elemente. Hierher gehören z. B. die optischen Gläser sowie Gläser für Elektrotechnik und Elektronik sowie Glaskeramiken.

Ein idealer Werkstoff mit vielen Vorteilen

Glas ist ein aus einer glutflüssigen Schmelze erstarrter Feststoff. Physikalisch betrachtet ist Glas eine unterkühlte Flüssigkeit. Bei Zimmertemperatur ist Glas fest, bei ca. 1.000 °C ist Glas formbar, bei einer Temperatur von etwa 1.400 °C bis 1.650 °C schmilzt der Werkstoff. Der Werkstoff Glas vereint zahlreiche positive und nützliche Eigenschaften in sich. Diese Eigenschaften machen Glas z. B. zu einer unverzichtbaren Verpackung für Lebensmittel, Getränke oder Kosmetikartikel, zu innovativen Glasfaserkabeln für die Datenübertragung oder zu praktischen Glaskeramik-Kochfeldern.

Und das sind die Eigenschaften von Glas auf einen Blick:

  • … ist ein Material aus natürlichen und naturidentischen Rohstoffen.
  • … ist ein anorganisches Schmelzprodukt.
  • … ist ein wandlungsfähiger Werkstoff.
  • … ist ein vielseitig einsetzbares Material.
  • … verträgt hohe Temperaturen.
  •  … ist formstabil und trotzdem formbar.
  • … ist als Verpackungsmaterial absolut gasdicht, inert ("untätig"), geschmacksneutral
    und geht keine Wechselwirkungen mit anderen Materialien ein.
  • … ist vollständig recycelbar

 Geschichte von Glas

Folge dem folgenden Link, um etwas über die Geschichte des Glases zu erfahren und beantworte die Fragen  auf dem Blatt.

http://www.bvglas.de/der-werkstoff/geschichte-entwicklung/