Glass

Diese Vorherrschaft des Glases lässt sich erklären, wenn man bis auf die Ursprünge der Entdeckung des Glases zurückblickt und seine unzähligen Vorteile versteht. Da das Glas um knapp 4000 v. Chr. entdeckt wurde, konnte seine Herstellung tatsächlich im Laufe der Jahrhunderte erforscht, verfeinert und verbessert werden, was dem Glas einen erstklassigen Platz in vielen Bereichen bescherte. Dennoch bleibt die Geschichte des Glases zwischen Legenden und Tatsachen geheimnisvoll. Plinius der Ältere berichtet uns in seinem Werk „De Naturalis Historiae“ über die Entdeckung des Glases:

Viele Jahrtausende vor Christus war die Reise von Ägypten nach Phönizien lang und beschwerlich. Phönizische Händler hielten nachts auf dem bequemen Sand am Ufer des Belus in der Nähe von Sidon. Das Lagerfeuer wurde auf dem Sand zwischen den Natronsteinen entzündet, die zur damaligen Zeit zum Färben der Kleidung verwendet wurden. Nachdem sie gegessen hatten, nach dem üblichen Palaver und den Erzählungen über Reisen, legten sie sich schlafen ...

Bei Tagesanbruch ließ sich der erste Erwachte am sterbenden Lagerfeuer nieder, um etwas Wasser zu kochen. Seine Schreie weckten seine Begleiter. Was war passiert? Zitternd zeigte er auf die Natronsteine, die in Berührung mit dem Sand durchsichtige, zischende und harte Edelsteine geschaffen hatten. Zweifelsohne das Werk der Götter. Der Anführer der Karawane beruhigte sie jedoch und bemerkte, dass das neue Material gleichzeitig Natron und Sand enthielt. Nachdem er das Feuer gleichzeitig unter dem Sand und dem Natron wieder entzündete, entdeckte er, dass das neue Material aus der Verschmelzung des mit Natron vermischten Sands stammte. Als er die noch weiche Masse in die Hand nahm, konnte er sie modellieren und ihr sogar die Form eines Behälters verleihen, indem er sie um einen Stock herumdrehte. Ein neues Material wurde auf quasi magische Weise geboren. (QUELLE)

Aus diesem romantisierten Ursprung müssen gewisse wichtige Punkte gezogen werden. Das Glas wurde tatsächlich im Mittleren Osten, nämlich im damaligen Phönizien, Mesopotamien und im Gebiet des heutigen Libanons und Iraks entdeckt. Ab diesem Zeitpunkt verführte und faszinierte das Glas so sehr, dass man damit begann, seine Eigenschaften zu erforschen. Die ersten Gegenstände aus Glas waren Perlen, Halsketten und Statuetten, die scheinbar aus der Zeit um 3000 v. Chr. stammen. Dennoch datiert man die ersten Kommerzialisierungsversuche um ca. 1400 v. Chr. Offenbar waren die Ägypter zu dieser Zeit bereits im Bereich der Glasbläserei tätig, womit die Phönizier anschließend handelten. Das Glas war somit auf dem Vormarsch und hatte gewissen Erfolg in Städten, wie zum Beispiel Babylon oder Aššur. Dort fand man tatsächlich Ziegelsteine, die vollständig in Glas eingehüllt waren, um sie robuster zu machen. Schnell waren die Ägypter und die Phönizier für ihre Glasproduktion bekannt und renommierte Glasfabriken entstanden in Alexandria und Sidon. Die Kommerzialisierung wurde vorangetrieben, wodurch das Glas bis 1200 v. Chr. auch Griechenland und Italien eroberte. Als diese Gebiete unter die Herrschaft des Römischen Reichs fielen, war selbstverständlich der Großteil der Glasfabriken, die in diesen Gebieten entstanden waren, nun verpflichtet, für Rom zu arbeiten. Somit tauchten unter römischer Kontrolle im ersten Jahrhundert n. Chr. die „millefiori“-Vasen und die ersten Glasteller auf.  Dank der legendären Organisation und Verwaltung Roms konnten die damaligen Händler die römischen Straßen nutzen und die Glaskunst im gesamten Reich propagieren. Auf diese Weise bekam man in Belgien (zu diesem Zeitpunkt unter dem Namen Gallien) um das 3. und 4. Jahrhundert herum Wind davon. Mit dem Niedergang des Römischen Reichs im Jahre 476 stürzte jedoch auch Europa in ein dunkles Zeitalter. Alle Glasfabriken wurden aufgelöst und die einzigen, die das Mittelalter überstanden, befanden sich nun an wohlhabenden Orten und in wichtigen Städten, wie zum Beispiel Byzanz.

Im 13. Jahrhundert wurde Byzanz (mittlerweile Konstantinopel) während eines Kreuzzugs geplündert und verwüstet und unzählige Handwerker flohen nach Venedig, wodurch die Stadt ein wahres Glasmonopol aufbauen konnte. Um die Produktionsgeheimnisse zu schützen, jedoch auch aufgrund der Dämpfe und Gerüche, die während der Produktion entstanden, wurden alle Glasfabriken der Stadt auf die Insel Murano vor der Küste Venedigs verlegt. Dennoch wurden diese Geheimnisse bald enthüllt und im 16. Jahrhundert war der Schlüssel zur Glasproduktion in ganz Europa bekannt. Etwas später, im 17. Jahrhundert, wurde in Frankreich die Manufacture Royale des Glaces durch den Finanzminister Jean-Baptiste Colbert gegründet. Dieses Unternehmen wurde mit dem Ziel gegründet, den Wettbewerb mit Murano aufzunehmen, und wurde somit zum Hoflieferanten von Versailles. Es existiert noch heute, trägt jedoch mittlerweile den Namen Saint-Gobain, auf das wir später eingehen werden.

Im 18. Jahrhundert erlebte die Glasindustrie eine wahre Revolution. Dank einer Verbesserung der Brennöfen wurden immer mehr Gegenstände des Alltags hergestellt. Dennoch wird für den Betrieb dieser Öfen auch Brennstoff benötigt, weshalb sich die Glasfabriken in der Nähe von Kohlerevieren ansiedelten. Im 19. und 20. Jahrhundert wurden neue Herstellungs- und Mechanisierungsverfahren (die nachfolgend beschrieben werden) entdeckt und die Industrialisierung vorangetrieben. Anfang des 20. Jahrhunderts erlebte die belgische Glasindustrie jedoch große Zusammenschlüsse, wie zum Beispiel die U.V.M.B (Union des Verriers Mécaniques Belges) und GLAVER, die später selbst zum Unternehmen Glaverbel verschmelzen. Belgien gelang es 1945 trotz der Krisen und der ausländischen Konkurrenz dennoch, sich zum größten Glasproduzenten der Welt zu mausern. 1960 wird die Technik des Floatglases entwickelt, welche die Industrialisierung des Glases revolutioniert, da sie alle anderen Techniken überragt. Heute ist die Glasindustrie noch immer in vollem Gange und dieses Material wird gegenwärtig in unzähligen Bereichen verwendet, wie bereits oben beschrieben.

 

Wie wir bereits weiter oben erfahren haben, scheint Glas ganz zufällig entdeckt worden zu sein. Dennoch ermöglichten die unzähligen Jahre zwischen seiner Entdeckung und unserer Zeit die Erforschung und somit auch die Verbesserung der Herstellungstechniken und -verfahren. Erstaunlicherweise haben sich die wichtigsten Bestandteile von Glas seit seiner Entdeckung nicht wesentlich verändert. Die Evolution dieses Materials beruht eher auf den unzähligen Verarbeitungsarten.

Obsidian (Quelle: geology.com)Zu allererst ist es erwähnenswert, dass es auch natürliches, d. h. nicht von Menschenhand gemachtes Glas gibt. Die natürlichen Phänomene erzeugen, wenn die Umstände gut sind, in der Tat Glas. Wir werden hier auf zwei Beispiele eingehen: nämlich auf Obsidian und auf Fulgurit. Obsidian ist ein Silicatgestein (enthält Quarzsalz, eines der wichtigsten Bestandteile von Sand), das verglast, wenn es schlagartig abkühlt. Obsidian ist häufig in der Nähe von Vulkanen zu finden. In der Steinzeit wurde es hauptsächlich zur Herstellung von Pfeilspitzen, von Klingen und auch von Schmuck verwendet. Darüber hinaus inspirierte dieses Glas viele Autoren in der Literatur und im Gaming-Bereich, wo man ihm regelmäßig legendäre Eigenschaften zuspricht. Fulgurit entsteht dagegen während eines Blitzeinschlags in den Sand. Wenn ein Blitz den Sand berührt, kann die Temperatur des Sandes (und somit des Quarzes) auf mehrere Millionen Grad ansteigen und sich somit in zylinderförmiges Naturglas verwandeln. Dieses Glas ist jedoch durch den Sand stark verunreinigt und ist daher nicht durchsichtig oder glasig.

Wie bereits erwähnt, besteht Glas hauptsächlich aus Quarz, das auch als Siliziumdioxid (SiO2) bezeichnet wird. Dieses kommt in großer Menge im Sand vor. Die reinsten Sandarten können tatsächlich bis zu 99 % Quarz enthalten. Quarz hat generell einen Anteil von 70 % in Glas. Durch die Erhöhung seiner Menge während des Herstellungsprozesses wird gleichermaßen die Haltbarkeit des Glases erhöht, da hierdurch der Dilatationswert verringert wird. Nichtsdestotrotz ist eine Temperatur von 1730 °C erforderlich, um Quarz zu schmelzen, wodurch ein großer Energieaufwand nötig ist.

Ein anderes Element, das als Schmelzmittel bezeichnet wird, kann dem Quarz hinzugegeben werden, um diese Schmelztemperatur auf 1400 °C zu senken. Somit ist der Energieaufwand geringer und lässt sich das Material leichter verarbeiten. Das am häufigsten verwendete Schmelzmittel ist Soda, oder auch Natriumoxid (Na2O). In der Geschichte der Entdeckung des Glases befand sich Soda im Natron, aus dem die Steine bestanden, die von den Reisenden in das Feuer gelegt worden waren. Natron ist in der Tat ein natürliches Natriumkarbonat und enthält somit Soda.

Das dritte wichtige Element für die Herstellung von Glas ist ein Stabilisator. Durch Hinzugabe eines Schmelzmittels zum Quarz wird zwar die Schmelztemperatur gesenkt, jedoch auch die Wasserlöslichkeit erhöht. Es ist daher notwendig, ein Element hinzuzugeben, welches das Material verstärkt und festigt. Der am häufigsten in der Glasproduktion verwendete Stabilisator ist Kalk, oder auch Kalziumoxid (CaO), da dieses die chemische Resistenz von Glas erhöht und seine Löslichkeit verringert.

Fulgurite (Quelle: Oxford Museum of Natural History)Selbstverständlich können auch viele andere Schmelzmittel und Stabilisatoren verwendet werden, wie zum Beispiel Magnesiumoxid (MgO) als Schmelzmittel für die Herstellung von Fensterglas, oder auch Eisenoxid (Fe2O3) als Stabilisator, um einen besonderen Farbton des Glases zu erzielen.  Im Falle von Kristall wird das Kalk durch Bleioxid (PbO) ersetzt, wodurch das Glas strahlender wird und sich leichter verarbeiten lässt. Um Glas einzufärben wird eine Mischung aus Metalloxiden in sehr geringer Menge hinzugegeben. Die verschiedenen Metalle verleihen dem Glas unterschiedliche Farben. Glas wird durch die Hinzugabe von Kupfer beispielsweise grün. Somit gibt es verschiedene Glasfamilien, die sich entsprechend ihrer Grundzusammensetzung voneinander unterscheiden. Das oben beschriebene Glas wird als Kalknatronsilikatglas bezeichnet, da es aus Silikat, Soda und Calcium zusammengesetzt ist. Diese Glasart ist am häufigsten verbreitet und dient zur Herstellung von Fenstern und Möbeln. Wenn die zusammensetzenden Oxide variiert werden, erhält man Borosilikatglas, das Bortrioxid (B2O3) enthält und hitzebeständiger ist. Diese Glasart wird daher zur Herstellung von Labor- oder Küchenbehältern verwendet. Eine dritte Glasfamilie ist das Keramikglas oder die Glaskeramik, bestehend aus Quarz, Aluminiumoxid, Titaniumsalz und Lithiumoxid. Diese Glasart wird für Herdplatten sowie für Teleskope verwendet. Schließlich gibt es die Bleigläser, die als Kristall oder als Glas verwendet werden, das vor Röntgenstrahlung schützt (bei einem Bleigehalt von 60 %). 

 

 

Es stellt sich die Frage zu den Techniken der Glasverarbeitung. Selbstverständlich ist die älteste und bekannteste Technik das Glasblasen. Diese Technik besteht darin, die flüssige Glasschmelze mit einem hohlen Stab, der so genannten Glasmacherpfeife, aus dem Ofen zu „pflücken“ und anschließend in zwei Schritten in die Pfeife zu blasen – einmal ruckartig und einmal durchgehend – um das Volumen des Glastropfens, des so genannten Glaspostens, zu erhöhen. Diese Blastechnik wird sowohl bei Flachglas (zum Beispiel Fensterscheiben) als auch bei Hohlglas (Flaschen, Behälter) verwendet.

Bei Hohlglas wird ein Hefteisen (eine massive Stange) verwendet, um das auf das gewünschte Volumen geblasene Glas aufzunehmen und anschließend von der Glasmacherpfeife zu lösen. Das Glas wird daraufhin horizontal und vertikal mit einem Klöppel (einem nassen Holzlöffel) bearbeitet, um es auszubreiten. Man kann dann andere Teile hinzufügen, wie zum Beispiel einen Henkel, und die Form des Kragens bearbeiten, der durch das Ablösen der Glasmacherpfeife entsteht. Man löst anschließend das Glasstück vom Hefteisen, um es in den Kühlofen zu geben. Hierbei wird die Hitze gleichmäßig im Glasstück verteilt und somit ein Thermoschock verhindert.

Beim Blasen von Flachglas gibt es zwei Techniken. Die erste ist das Zylinderblasverfahren, auch lothringische Technik genannt, das bis 1630 verwendet wurde. Hierbei wird ein geschmolzener Glasposten aus dem Ofen genommen, zu einem Glasballon geblasen und anschließend so geschwungen, dass er sich unter seinem eigenen Gewicht vergrößert. Sobald er die Form eines Zylinders angenommen hat, löst man die Glasmacherpfeife ab und werden die Zylinderenden abgeschnitten, um schließlich nur noch den Zylinder zu haben. Dieser wird daraufhin der Länge nach aufgeschnitten, bevor er in einem Brennofen geglättet wird. Somit erhält man nach einem weiteren Durchgang im Kühlofen ein Flachglas.

Zylinderblasverfahren (Quelle: Van Ruysdael)

Die zweite Technik, die das Zylinderblasverfahren 1630 ersetzte, ist das Mondglasverfahren, das aus der Normandie stammt. Hierbei wird eine Glaskugel geblasen, an deren Ende ein Hefteisen angeschmolzen wird. Anschließend wird die Glasmacherpfeife abgesprengt, wodurch eine Öffnung in der Glaskugel entsteht, und die Kugel wird geglättet. Die geglättete Kugel wird dank der Zentrifugalkraft zu einer Scheibe geformt. Hierzu wird die Kugel mithilfe des Hefteisens sehr schnell gedreht, wodurch sich die Öffnung in der Kugel mehr und mehr erweitert, bis eine runde Glasscheibe entsteht. Man trennt daraufhin die Scheibe vom Hefteisen, wodurch die so genannte Butze zurückbleibt. Die Scheibe wird dann im Kühlofen gehärtet.

Mondglasverfahren

Selbstverständlich entwickelten sich die Techniken im Laufe der Zeit weiter und die Verfahren zur Herstellung von Hohl- und von Flachglas schlugen entgegengesetzte Wege ein. Während das Hohlglas noch immer durch Glasblasen hergestellt wird, wird dieses Verfahren bei der Flachglasherstellung ausgeschlossen. Hierfür wurden im Laufe des vergangenen Jahrhunderts viele andere Verfahren entwickelt. Gehen wir zuerst auf die Entwicklung der Techniken zur Herstellung von Hohlglas ein.

HOHLGLAS

Die Entwicklung der Glasherstellungsverfahren besteht hauptsächlich aus der Mechanisierung der Glasblastechniken zur Erhöhung des Ausstoßes. Das Verfahren selbst hat sich tatsächlich nicht großartig verändert: Man pflückt einen Glastropfen, bläst ihn auf das gewünschte Volumen, bevor er anschließend in eine Form gegeben wird und auf seine endgültige Form aufgeblasen wird. Heutzutage wird dieses Verfahren entsprechend des Endprodukts variiert. Für Flaschen und Parfümflakons wird das Blas-Blas-Verfahren verwendet, wohingegen für Schüsseln für trockene oder teigige Lebensmittel oder auch für Säfte das Saug-Blas-Verfahren verwendet wird. Für Gegenstände, wie zum Beispiel Gläser, Becher, Teller oder Salatschüsseln, wird das Pressen verwendet, die Zentrifugation (wie das Mondglasverfahren) kommt hingegen bei runden Gegenständen zum Einsatz. Wenn das Produkt eine makellose Oberfläche aufweisen soll, wie zum Beispiel ein Weinglas, wird hauptsächlich das Saug-Blas-Dreh-Verfahren verwendet. Bei diesem Verfahren wird der Gegenstand zu Beginn gepresst und anschließend in der Form gedreht, während er geblasen wird. Bei Dekorartikeln oder Glaskunstgegenständen haben weiterhin die manuellen Verfahren das Monopol. Bei all diesen Verfahren wird das Glas in zwei Schritten geformt: zuerst in der Entwurfsform und anschließend in der Fertigungsform, wo es durch die Form abgekühlt wird, bevor es zur Homogenisierung der Temperaturen und zur Härtung nochmals erhitzt wird. Der Übergang von einer Form zur anderen ist daher sehr wichtig für die Qualität des Endprodukts, da hierdurch die Temperaturen des Gegenstands verändert werden. Viele Temperatur- und Zeitparameter beeinflussen somit die Produktion von Hohlglas, wie zum Beispiel die Ausgangstemperatur des Glaspostens, die Dauer jeder einzelnen Phase des Produktionszyklus, die Temperatur der Formen usw.

FLACHGLAS

Im Falle von Flachglas waren verschiedene Verfahren im Laufe des 20. Jahrhunderts erfolgreich, bis zum Schlüsseljahr 1960, als das Flotglasverfahren erfunden wurde. Dieses Verfahren revolutionierte die Flachglasindustrie und wird heute für den Großteil der Flachglasproduktion verwendet. Werfen wir zuerst einen Blick auf die verschiedenen Verfahren, die es vor diesem Schicksalsjahr 1960 gab.

Fourcault Verfahren

Fourcault-/Pittsburgh-Verfahren (Quelle: New Glass Technology)

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts reichte der belgische Ingenieur Émile Fourcault ein Patent für ein Verfahren zur Herstellung von Flachglas ein. Aufgrund unzureichender Finanzierungsmöglichkeiten dauerte es jedoch bis 1914, bis seine Maschine zum Einsatz kam und die oben beschriebenen Flachglasblasverfahren (Zylinderblas- und Mondglasverfahren) ersetzte. Das Fourcault-Verfahren funktioniert dabei ganz anders. Das Glas wird tatsächlich zu keinem Zeitpunkt geblasen, sondern vertikal auseinandergezogen. Der Ziehschacht wird vertikal über der flüssigen Glasschmelze platziert, die sich in einer Schmelzwanne befindet.

Ein kleines entscheidendes Teil ist die Ziehdüse, die sich an der Oberfläche der flüssigen Glasschmelze befindet und diese durch den Ziehschacht saugt. Das Glas wird dabei durch mehrere Walzen gezogen und somit geglättet und abgekühlt. Die Glastafeln können eine Höhe von 15 Metern erreichen. Dieses Verfahren wurde 1925 durch die Pittsburgh Plate Glass Company verbessert, welche die Idee hatte, die Ziehdüse vollständig in die Glasschmelzwanne zu tauchen, statt sie nur an der Oberfläche schweben zu lassen. Hierdurch kann das Glas während des Hochziehens gleichmäßiger abkühlen und können die Mängel an der Glasoberfläche verringert werden. Tatsächlich kühlten die Glasränder zuerst ab, wodurch die Glastafel schneller an Stabilität gewann.

Libbey-Owens Verfahren

Libbeys-Owens-Verfahren (Quelle: New Glass Technology)

1918 wurde ein anderes Verfahren durch den Amerikaner Irving Colburn für das Unternehmen Libbey-Owens erfunden. Es handelt sich ebenfalls um ein Glasziehsystem, das sich jedoch etwas vom Fourcault- oder Pittsburgh-Verfahren unterscheidet. Die flüssige Glasschmelze wird aus der Schmelzwanne gezogen und senkrecht auf 1,50 Meter gestreckt, bevor sie waagerecht über eine Umlenkrolle gebogen wird. Die horizontale Abkühlung des Glases erfolgt viel gleichmäßiger und dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Glastafeln von beliebiger Größe.

Um ca. 1940 wurde ein anderes Verfahren, das so genannte Twin-Verfahren, eingeführt. Hierbei fließt die Glasschmelze auf natürliche Weise aus der Schmelzwanne und läuft durch zwei Gießwalzen, bevor sie in den Kühlofen gelangt. Anschließend wird sie zum Twin transportiert, einer Maschine, welche die Glastafel erweicht und poliert. Dieser Schritt wird als „Twin“ (Zwilling) bezeichnet, da beide Glasseiten gleichzeitig behandelt werden. Dank dieses Verfahrens erhielt man ein sehr hochwertiges Glas, was leider mit sehr hohen Produktionskosten verbunden war.

Floatglassverfahren

Somit erschien 1960 das Floatglasverfahren, das von Sir Alastair Pilkington erfunden wurde und heute die Flachglasproduktion beherrscht. Bei diesem Verfahren wird die flüssige Glasschmelze über die Oberfläche eines Bads aus flüssigem Zinn geleitet, welches sich in einem geschlossenen Ofen befindet. Um eine Oxidation des Zinns zu verhindern, wird eine Schutzatmosphäre im Ofen geschaffen, in der weniger Luft vorhanden ist. Da die Dichte der Glasschmelze (2,5) niedriger ist als jene von Zinn (7), schwimmt das Glas regelrecht auf der Zinnoberfläche, wie Öl, das in Wasser gegeben wird. Auf diese Weise ist die Dicke der Glastafel gleichmäßig und die Glastafel vollkommen glatt. Damit ist kein weiteres Polieren notwendig. Das Glas wird anschließend in den Kühlofen transportiert, um seine Temperatur allmählich und gleichmäßig zu senken.

Floatglassverfahren

Dank all dieser Verfahren erhält man ein Flachglas, das auch als Temperglas bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass das Glas allmählich in einem Kühlofen abgekühlt wurde, wie bereits in den oben beschriebenen Verfahren gesehen. Somit werden alle möglichen Spannungen im Glas beseitigt und ist das Glas viel solider. Dieser Flachglasart kann erneut verarbeitet und anderweitig geformt werden. Es gibt daher mehrere Glassorten, auf die wir im nächsten Punkt eingehen werden.

 

Wie bereits gesehen, wird Flachglas auf verschiedene Weise produziert, wobei heutzutage das Floatglasverfahren vorherrscht. Nach seiner Produktion sind für Flachglas fast genauso viele Verarbeitungsverfahren wie Herstellungsverfahren verfügbar. Flachglas wird in vielen Bereichen unseres Alltags verwendet. Die drei wichtigsten Anwendungsbereiche sind das Bauwesen (Fenster, Einrichtungsgegenstände), die Automobilbranche und die Sonnenenergie (Photovoltaikelemente). Flachglas muss heutzutage gewisse Anforderungen und wesentliche Eigenschaften erfüllen, die mit dem jeweiligen Einsatzbereich verbunden sind, wie die Sicherheit, die Dämmung usw. Wenn das Flachglas aus dem Kühlofen kommt, wird es als Temperglas bezeichnet und es stellt somit die Grundlage aller anderen Flachglasarten und Verglasungen dar: Einfache, Doppel- und Dreifachverglasungen, Einscheiben-Sicherheitsglas, Verbundglas usw. Dieser Abschnitt behandelt daher all diese verschiedenen Glasarten und ihre Eigenschaften.

EINSCHEIBEN-SICHERHEITSGLAS

Die erste Glasart, die regelmäßig erwähnt wird, manchmal jedoch geheimnisvoll bleibt, ist das Einscheiben-Sicherheitsglas. Das Verfahren der Härtung, das seit dem 18. Jahrhundert bekannt ist, wurde vor ca. 70 Jahren industrialisiert. Man begann mit der tatsächlichen Kommerzialisierung von Einscheiben-Sicherheitsglas Ende der 1940er Jahre. Seitdem wird es in unzähligen Bereichen verwendet, da gehärtetes Glas einen besonderen Vorteil hat: wenn das Glas bricht, zersplittert es in viele kleine, aber nicht scharfkantige Teile, wodurch die Verletzungsgefahr minimiert wird. Dies ist möglich, da der Härtungsprozess die mechanische Widerstandsfähigkeit des Glases verändert und verbessert. Es ist somit fünf bis sechs Mal beständiger als herkömmliches Glas.

Thermische Härtung

Das Glas wird auf eine Temperatur von 620 °C erhitzt, wodurch es teigig wird, bevor es schlagartig abgekühlt wird. Diese plötzliche Abkühlung wird als Härtung bezeichnet. Während dieses Vorgangs werden die äußeren Glasschichten abgekühlt, wohingegen der Glaskern länger braucht, um diesen Zustand zu erreichen. Somit neigt der Kern während der darauffolgenden Phase, der so genannten Abkühlphase, dazu, zu kontrahieren. Währenddessen haben die äußeren Schichten bereits ihren starren Zustand erreicht. Diese Spannung zwischen den verschiedenen Glasschichten verleiht dem Glas neue Eigenschaften, wie oben beschrieben. Dieser Härtungsprozess kann bei einem Glas mit einer Dicke zwischen 4 und 19 mm durchgeführt werden. Die Härtung kann auch bei etwas mehr oder weniger dicken Gläsern durchgeführt werden, wobei dies jedoch mit Vorsicht geschehen muss, damit die Brennöfen nicht beschädigt werden. Für diese Art der Härtung, der so genannten thermischen Härtung, gibt es mehrere Ofentypen. Bei dicken und großen Gläsern verwendet man einen vertikalen Härteofen, wobei es auch horizontale Öfen gibt, die sich besser für weniger dicke Gläser eignen.

Chemische Härtung

Es gibt jedoch auch ein Härteverfahren, das als chemische Härtung bezeichnet wird. Diese Methode besteht darin, das Glas in einem Bad aus geschmolzenen Salzen zu tauchen, bei Kalknatronsilikatglas meist aus Kaliumnitrat (KNO). Das Kaliumnitrat ersetzt dabei das Kalk an der Glasoberfläche und komprimiert somit die äußeren Glasschichten. Das Glas wird hierdurch widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Spannungen und Temperaturschwankungen. Es ist sogar widerstandsfähiger als thermisch gehärtetes Glas. Darüber hinaus kann dieser Vorgang auch bei Gläsern mit einer Dicke von weniger als 4 mm durchgeführt werden, im Gegensatz zur thermischen Härtung, bei der größere Vorsicht geboten ist. Die chemische Härtung ist jedoch viel kostspieliger und erfolgt nur an der Glasoberfläche, wodurch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Glases bei einem Kratzer erheblich verringert wird. Ungeachtet dessen, ob diese Glasart auf thermische oder chemische Weise gehärtet wurde, gehört sie zu den so genannten Sicherheitsgläsern und ist ihr Einsatz in vielen Bereichen unabdingbar: bei Fahrzeugen, bei Haushaltsgeräten (Ofenscheiben), bei Einrichtungsgegenständen, bei industriellen Anlagen (automatische Türen, Aufzüge) oder auch bei der Stadtgestaltung (Bushäuschen). 

HALBGEHÄRTETES GLAS

Es gibt auch ein Glas, das als halbgehärtetes Glas bezeichnet wird. Wie der Name bereits sagt, wird auch diese Glasart einer thermischen Behandlung unterzogen, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben. Sie zählt jedoch nicht zu den Sicherheitsgläsern. Bei einem Bruch sind die Splitter tatsächlich größer und ihre mechanische Widerstandsfähigkeit ist schwächer als bei gehärtetem Glas. Nichtsdestotrotz ist halbgehärtetes Glas immer noch widerstandsfähiger als Temperglas und bleibt es im Falle eines Bruchs generell zusammen. Daher wird es in Bereichen eingesetzt, in denen das Glas verstärkt sein muss, wo jedoch nicht unbedingt Sicherheitsglas vorgeschrieben ist, wie zum Beispiel bei Aquarien. Wie Einscheiben-Sicherheitsglas, so kann auch dieses Glas nach der Härtung nicht weiterverarbeitet werden, da es sonst seine neu erworbenen Eigenschaften verlieren würde. Sandstrahlung, etwaige Zuschnitte und Gravuren müssen daher vor der Härtung durchgeführt und vorgenommen werden, jedoch nur bei Gläsern mit einer Dicke von höchstens 10 mm. Der Härtungsprozess ist der gleiche wie im obigen Abschnitt beschrieben, im Falle von halbgehärtetem Glas variieren jedoch die Erhitzungs- und vor allem die Abkühlungswerte. 

VERBUNDGLAS

PVB

Eine andere Art von Sicherheitsglas, das regelmäßig verwendet wird, ist Verbundglas. Zur Herstellung dieser Glasart wird im Allgemeinen eine PVB-Schicht (Polyvinylbutyral) zwischen zwei Glasschichten eingesetzt, nachdem diese gereinigt wurden. Die Verbindung von PVB und Glas erfolgt unter Vakuum, um zu verhindern, dass Staub zwischen die einzelnen Teile gelangt. Anschließend wird die zwischen den Glasschichten und der PVB-Schicht vorhandene Luft entfernt und das Ganze versiegelt, bevor man zur nächsten Phase, der so genannten Autoklavierung, übergeht. Bei diesem Schritt erfolgt die endgültige Verklebung von Glas und PVB. Die Verbindung wird bei einem Druck von 12 bar und einer Temperatur von ca. 140 °C vorgenommen, um die Einheit zu fixieren. Die lichtundurchlässige PVB-Schicht wird dadurch vollkommen transparent. Es ist jedoch auch möglich, PVB-Schichten herzustellen, die lichtundurchlässig bleiben oder sogar farbig sind. Es ist zudem anzumerken, dass Verbundglas mit PVB nicht wasserresistent ist. Verbundglas wird seit einem Jahrhundert verwendet. Man sagt, dass der französische Chemiker Édouard Benedictus dieses Glas zufällig entdeckte, als er 1903 mit flüssigem Plastik in einem Becherglas arbeitete. Er ließ diesen unglücklicherweise fallen und bemerkte dabei, dass sich dieser zerteilte, statt in mehrere Teile zu zersplittern. Er schaute sich dies daher genauer an und bemerkte, dass das Plastik, das er gerade zu erforschen versuchte, einen dünnen Film auf der Glasoberfläche hinterlassen hatte, wodurch dieses nicht zersplittern konnte. Édouard Benedictus beschäftigte sich anschließend näher mit diesem Phänomen und reichte 1919 ein Patent für Verbundglas ein, das damals Triplex bezeichnet wurde. Fast umgehend danach wurde Verbundglas in der Automobilindustrie verwendet, wo es das als Fahrzeugscheiben verbaute Temperglas ersetzte. Bei einem Bruch zersplittert Verbundglas nicht, da die Glassplitter an der PVB-Schicht haften bleiben. Somit waren die durch einen Unfall verursachten Verletzungen nicht mehr so schwer. 

EVA

Heutzutage können andere Elemente das PVB ersetzen. Die jüngste Alternative ist EVA (Ethylvinylacetat), das im Gegensatz zu PVB 100 % wasserresistent ist. Das Beschichtungsverfahren ist identisch wie bei PVB, wobei jedoch ein Druck von 10 bar für das EVA ausreicht. Darüber hinaus müssen die Feuchtigkeit und die Temperatur während der Beschichtung von EVA nicht kontrolliert werden. Somit scheint der Einsatz von EVA zur Herstellung von Verbundglas mit weniger Einschränkungen als bei PVB verbunden zu sein. 

DRAHTGLAS

Drahtglas gehört ebenfalls zur Gruppe der Sicherheitsgläser, ist jedoch nicht so widerstandsfähig wie Verbundglas oder gehärtetes Glas. Zur Herstellung von Drahtglas wird ein Metalldrahtgeflecht zwischen zwei Temperglasschichten gelegt. Das Drahtglas hat zwar weiterhin die gleiche Widerstandsfähigkeit wie herkömmliches Glas, wobei die Glassplitter im Falle eines Bruchs zusammenbleiben. Zudem verhindert das Metalldrahtgeflecht den Durchgang durch die Scheibe.  Das Drahtgeflecht trägt somit nicht zur mechanischen oder thermischen Widerstandsfähigkeit des Glases bei. Es ist anzumerken, dass diese Glasart immer seltener verwendet und immer häufiger durch Verbundglas ersetzt wird. 

ISOLIERVERGLASUNGEN

Mit all diesen Glasarten lassen sich Verglasungen mit verschiedenen Vorteilen und Qualitäten herstellen. Gehen wir näher auf die verschiedenen Möglichkeiten ein.

Einfache Verglasung

Früher wurde eine einfache Verglasung in allen Situationen verwendet und sie bot nicht alle Möglichkeiten, die heutzutage verfügbar sind. Jede Situation erfordert eine bestimmte Verglasung, womit immer umfangreichere Verarbeitungen der Verglasung notwendig werden. Bei der einfachen Verglasung handelt es sich um einfaches Temperglas, wie oben beschrieben. Heutzutage wird größtenteils auf einfache Verglasung verzichtet, da sie keine ordentliche Wärmedämmung bietet. Somit führt ihr Einsatz zu viel zu hohen Energiekosten. In Sachen Geräuschdämmung ist die einfache Verglasung jedoch nicht so schlecht und sie eignet sich auch hervorragend als Brandschutz, nachdem sie entsprechend behandelt wurde. Darüber hinaus wird diese Glasart, wie im Abschnitt über Temperglas beschrieben, als Zierverglasung verwendet, zum Beispiel als Möbelvitrinen oder auch als Spiegel. 

Doppelverglasung

Die am häufigsten verwendete Isolierverglasung ist die Doppelverglasung. Diese besteht aus zwei einfachen Scheiben, die durch entwässerte Luft voneinander getrennt sind, wodurch eine thermische Dämmung erzeugt wird. Die Scheiben haben meist eine Dicke von 4 mm und werden durch einen Abstandshalter (aus Stahl oder Aluminium) mit einer Breite von ca. 15 mm voneinander getrennt. Das Ergebnis ist eine Doppelverglasung zum Beispiel mit der Bezeichnung 4/15/4, die einen Großteil der heutzutage verwendeten Fenster darstellt. Der Abstandshalter selbst ist hohl und im Allgemeinen mit kleinen entwässernden Kugeln (Trockenmittel) gefüllt, die jegliche Feuchtigkeit aufnehmen sollen. Das Ganze wird anschließend mit Butyl oder Silikon überzogen und versiegelt. Es gibt jedoch noch viele andere Techniken, die als Abstandshalter dienen. Es gibt tatsächlich auch Abstandshalter, die mit Metall auf das Glas geschweißt werden, sowie auch organische Abstandshalter. Es ist sogar möglich, keine Abstandshalter zu verwenden und die beiden Scheiben direkt miteinander zu verschweißen. Diese Technik ist im Bereich der Produktion jedoch mit vielen Einschränkungen verbunden. Somit scheinen Abstandshalter mit einer Trockenmittelfüllung die bevorzugte Wahl zu sein, da sie eine wirklich effiziente Dämmung bieten. Darüber hinaus können auch andere Elemente als Luft in den Raum zwischen den Scheiben gefüllt werden, um eine bessere Wärmedämmung zu erzielen. Gas ist tatsächlich auch ein gutes Dämmmittel. Die entwässerte Luft wird dabei durch Argon oder, in etwas kostspieligeren Fällen, durch Krypton ersetzt. In den 1970er und 80er Jahren bestand eine effizientere Dämmlösung darin, in dem Raum zwischen den beiden Scheiben ein Vakuum zu bilden. Diese Technik wurde jedoch aufgegeben, da der fehlende Luftdruck im Inneren der Verglasung dazu führte, dass die umgebenden Dichtungen nachgaben und somit eine Kondensierung im Inneren der Verglasung ermöglichten. In allen Fällen, sei es mit Luft oder Gas im Zwischenraum, verhindert die Doppelverglasung das Empfinden von Kälte bei Berührung der Scheibe sowie die Kondensierung im Inneren der Verglasung. Zudem verringert sie im Gegensatz zur einfachen Verglasung erheblich den Wärmeverlust. Es ist daher verständlich, dass die Doppelverglasung bevorzugt eingesetzt wird. Hinsichtlich der Schalldämmung von Doppelverglasungen stehen mehrere Optionen zur Verfügung. Es ist zuerst anzumerken, dass Verbundglas Geräusche besser dämmt als einfaches Temperglas. Eine Doppelverbundverglasung bietet somit eine bessere Schalldämmung als eine einfache Doppelverglasung. Darüber hinaus ermöglicht eine Harzbeschichtung anstelle der herkömmlichen PVB-Beschichtung ebenfalls eine effizientere Dämmung. Die Dicke des Glases spielt auch eine wichtige Rolle in dieser Hinsicht. Für eine effizientere Dämmung werden üblicherweise so genannte asymmetrische Doppelverglasungen verwendet. Dieser Begriff bedeutet, dass die beiden für die Verglasung verwendeten Scheiben verschiedene Dicken aufweisen. Im Allgemeinen erhöht man die Dicke einer der beiden Scheiben, wodurch jede Scheibe die Schwächen der anderen ausgleichen kann, sobald die jeweils kritische Frequenz erreicht wird. Ein anderes Verfahren besteht darin, das Argon oder Krypton im Zwischenraum zwischen den Scheiben durch ein anderes Gas, das so genannte Schwefelhexafluorid (SF6), zu ersetzen, das zum Beispiel Verkehrsgeräusche sehr gut isolieren kann. Das SF6 verringert jedoch die Wärmedämmung der Verglasung und ist auch weniger umweltverträglich. Aufgrund dieser beiden entscheidenden Nachteile ist diese Schalldämmung nahezu verschwunden. 

Dreifachverglasung

Es gibt auch eine Dreifachverglasung. Wie der Name bereits zeigt, besteht diese aus drei Scheiben (anstelle von zwei), die durch Stahl- oder Aluminiumabstandshalter voneinander getrennt sind, wie auch bei der Doppelverglasung. Das Ganze wird ebenfalls anhand von Butyl oder Silikon versiegelt. In Sachen Wärmedämmung ist die Dreifachverglasung weitaus effizienter als eine Doppelverglasung, sie kann jedoch nicht in allen Situationen verwendet werden. Der Einsatz einer dritten Glasschicht erhöht in der Tat wesentlich das Gewicht sowie die Dicke der Verglasung. Es muss daher sichergestellt werden, dass diese neuen Eigenschaften den gewünschten Werten entsprechen. Dreifachverglasung wird daher nur unter gewissen Umständen eingesetzt. Darüber hinaus weist diese Verglasung aufgrund der größeren Dicke eine schlechtere Lichtdurchlässigkeit als eine Doppelverglasung auf. 

BESCHICHTUNG

Bei jeder dieser Verglasungen, sei es die Doppel- oder die Dreifachverglasung, können die Dämmeigenschaften dank einer Beschichtung einer oder mehrerer der Glasseiten erhöht werden. Eine Verglasung mit niedrigem Emissionsgrad (auch als Hochleistungsverglasung bezeichnet) und/oder Sonnenschutz profitiert von einer verstärkten Wärmedämmung, die durch eine Edelmetallbeschichtung (im Allgemeinen Silber) ermöglicht wird. Diese Schicht, die per Kathodenzerstäubung (Sputtern) aufgetragen wird, verhindert, dass die Verglasung zu viel Wärme nach außen abgibt und gleichzeitig Licht und Wärme nach innen hindurchlässt. Diese Schicht wird auf der „Abstandshalterseite“ der Scheibe aufgetragen. Bei der chromogenen Verglasung wird ebenfalls eine Metalloxidschicht aufgetragen. Es handelt sich hierbei um eine Doppelverglasung, bei der eine leitfähige Metallschicht eingesetzt wird. In dieser Schicht befinden sich Flüssigkristalle. Wenn keine Stromspannung auf dieser Schicht anliegt, bewegen sich die Kristalle in Unordnung. Wenn sie dann mit Licht in Berührung kommen, wird dieses in alle Richtung umgelenkt, wodurch eine lichtundurchlässige Verglasung geschaffen wird. Wenn im Gegenteil eine Spannung anliegt, werden die Kristalle wieder ausgerichtet, kann das Licht wieder einfach durch das Glas gelangen und erscheint dieses entsprechend transparent. Es gibt somit viele verschiedene, gar unendliche Möglichkeiten zur Verarbeitung von Flachglas. Nachdem wir die verschiedenen Verarbeitungstechniken und -möglichkeiten überflogen haben, werfen wir einen Blick auf jene, die wir bei Sprimoglass bevorzugen. 

 
 

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