Definition/Allgemeines
Glas ist ein amorpher (formloser), homogener aus der Schmelze
hervorgegangener Stoff. Gläser haben nicht wie z.B. Kristalle einen
definierten Schmelzpunkt, sie erweichen bei Temperaturerhöhung allmählich
Als "Glas" bezeichnet man alle
Stoffe, die strukturmäßig einer Flüssigkeit ähneln, bei
Umgebungstemperaturen aber auf Krafteinwirkungen rein elastisch reagieren
und daher als fester Körper anzusprechen sind. Im engeren Sinne wird der
Begriff Glas für alle anorganischen Verbindungen angewendet, die diese
Grundeigenschaften besitzen. Damit ist zugleich eine
Abgrenzung gegenüber den Kunststoffen erfolgt, die teilweise auch
glasähnliches Verhalten zeigen.
Glas, im allgemeinen Sinn Schmelzprodukte aus Quarzsand (Siliziumdioxid) mit
anderen oxidischen Beimengungen. Im wissenschaftlichen Sinn versteht man
unter Gläsern Feststoffe, die sich im amorphen (ohne einheitliche Struktur),
nichtkristallinen Zustand befinden. Im Prinzip handelt es sich bei Glas um
eine eingefrorene, unterkühlte Flüssigkeit oder Schmelze. Ist beispielsweise
die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Schmelze genügend groß , so lässt sich
praktisch jede geschmolzene Substanz in den " Glaszustand" überführen. Daher
zählen nicht nur Quarzsandprodukte zu den Gläsern. Auch Substanzen wie z. B.
Acrylglas (u. a. Plexiglas) und Zellglas (aus Cellulose) gehören zu dieser
Substanzgruppe. Glas findet sich auch in der Natur, in dem aus vulkanischer
Tätigkeit stammenden Obsidian, und den geheimnisvollen Glasbrocken
kosmischer Herkunft, die als Tektite bekannt sind. Durch Erhitzen kann Glas
wieder verflüssigt werden. Glas ist in der Regel transparent, kann aber auch
nur halb durchsichtig oder opak (undurchsichtig) sein. Durch besondere
Stoffzusätze entsteht gefärbtes Glas. Geschmolzenes Glas ist plastisch und
durch die verschiedensten Techniken formbar. Erkaltetes Glas lässt sich
schneiden. Bei niedrigen Temperaturen ist Glas spröde; wenn es zerspringt,
erscheint auf der Oberfläche ein muschelartiges Bruchgefüge.
Rohstoffe
Normales Fensterglas entsteht hauptsächlich durch das Zusammenschmelzen von
Quarzsand (SiO2), Soda (Na2CO3) und Kalk (CaCO3). Der eigentliche
glasbildende Stoff ist der Quarzsand. Soda und evtl. noch andere
Stoffe werden als leichtschmelzbare Flussmittel hinzugefügt, da der
Quarzsand allein erst ab 1500°C schmilzt (früher verwandte man anstelle des
Soda eine spezielle Asche). Glas besteht aus
Gemischen von basischen Oxiden
(wie z. B. Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Calcium-, Barium- oder Zinkoxid)
und sauren Oxiden
(z. B. Siliciumdioxid, Bortrioxid, Aluminiumtrioxid oder Diphosphorpentoxid).
Der Hauptbestandteil des herkömmlichen Glases ist Siliziumdioxid
(Quarzsand).
Formel
Beim Normalglas handelt es sich (natürlich je nach Sorte etwas
unterschiedlich zusammengesetzt) um ein Natrium/Kalium/Calcium(meta)silicat.
Geschrieben wird es
(2 Na, 2 K, Ca)SiO3
Mit der Klammer drückt man aus, daß die Metall-Ionen sich ersetzen und in
wechselnden Mengen vorliegen können. Das ist ein gängiges Verfahren auch
beim Beschreiben von Mineralien.
Die Herstellung von (Normal)Glas
Nachdem die Rohstoffe sorgfältig vorbereitet
(gereinigt,kontrolliert) sind, werden sie vermischt und in
entsprechende Öfen eingetragen. So genannte Hafenöfen bestehen z. B. aus 16
großen Schmelzgefäßen aus Ton ("Glashäfen"), die etwa 400 bis 800 Kilogramm
Rohmaterial fassen können. Noch größere Gefäße sind die so genannten
Wannenöfen mit einem Fassungsvolumen bis zu 300 Tonnen und mehr. In diesen
Schmelzbehältnissen werden die Mischungen zunächst bei Temperaturen bis zu 1
000 °C geschmolzen und anschließend bei Temperaturen bis 1 450 bzw. 1 550 °C
geläutert (Beseitigung von Blasen im Glas,
Glaseinschlüssen und Ungleichmäßigkeiten). Die Öfen
werden mit Erdgas, Heizöl und/oder Strom beheizt. Das Rohmaterial wird
laufend (kontinuierlich) durch eine Öffnung in den Ofen befördert. Im
Gegenzug wird das geschmolzene und verfeinerte Glas am anderen Ende
abgezogen. In langen Kühlöfen oder Kühlkammern kühlt die geschmolzene Masse
auf die richtige Bearbeitungstemperatur ab und wird anschließend zu den
Verarbeitungsmaschinen weitergeleitet.
Möglichkeiten der Reinigung und Farbgebung
Verunreinigungen in den Rohstoffen trüben das Glas. Um eine klare, farblose
Masse zu erzielen, fügen die Glashersteller Mangandioxid bei; die durch
Eisen im Sand hervorgerufene Grün- und Braunfärbung wird damit entfernt.
Allgemein lässt sich Glas färben, indem man bestimmte Metalloxide in das
Gemenge mischt. Außerdem lassen sich andere Farbstoffe in mikroskopisch
feiner Form in der Glasmasse verteilen. Eine Trübung des Glases erreicht man
mit Hilfe von Calciumphosphat, Zinndioxid und Kryolith. Aber auch die
Nachbehandlung durch Schleifen oder Sandstrahlen bzw. durch Ätzen (mit
Flusssäure) ist üblich.
Arbeitsweise eines Hafenofens
Die Arbeitsperiode an einem Hafenofen besteht aus der Phase für die
Glasschmelze und der Phase für die Glasverarbeitung. Dadurch bedingt, dass
die Schmelztemperaturen höher als die Verarbeitungstemperaturen sind, wird
der Hafenofen, nach der Verarbeitung des Glases durch verstärkte Wärmezufuhr
aufgeheizt. Nach dem Aufheizen werden Gemenge und Scherben in die einzelnen
Häfen eingelegt und geschmolzen. Um zu erreichen, dass die Häfen vollständig
mit Glas gefüllt werden, ist es notwendig, mehr als zwei Scherben- und
Gemengeeinlagen aufzufüllen. Durch weitere Temperaturerhöhung sowie durch
den Zusatz physikalischer und chemischer Mittel wird das noch blasige und
inhornogene Glas geläutert. Ist das Glas blasenfrei , wird die Wärmezufuhr
unterbrochen, wodurch sich das Glas auf die der Verarbeitungszähigkeit
entsprechende Temperatur abkühlt. Während der Verarbeitungstemperatur wird
das Glas aus den Häfen manuell mittels Glasmacherpfeife oder einer
Schöpfkelle entnommen und verarbeitet, oder der gesamte Hafen wird aus dem
Ofen genommen und ausgegossen. Die Temperatur wird während dieser Zeit
konstant gehalten, um eine Veränderung der Viskosität zu verhindern sowie
das Auftreten von Gispen (?) zu vermeiden. Dauer
einer gesamten Periode - Einschmelzen und Ausarbeiten - beträgt meistens 24
Stunden, bei schwerschmelzenden Gläsern entsprechend länger. Hafenöfen sind
feuerungstechnisch schwer zu beherrschen, da sich die Regulierung des Feuers
innerhalb einer Periode (24 Stunden), bedingt durch Schmelzen, Abstehen und
Ausarbeiten, laufend ändert. Glasschmelzhäfen unterliegen durch den
Glasangriff und die hohe thermische Beanspruchung einem großen Verschleiß.
Daher ist es erforderlich, dass sie nach etwa 50 bis 100 Schmelzen, abhängig
natürlich von der zu schmelzenden Glasart und dem verwendeten Hafenmaterial,
ausgewechselt werden. Die verschlissenen Häfen werden manuell oder mit
mechanischen Hilfsmitteln aus dem Hafenofen entnommen und auf die Halde
gekippt. Zwischenzeitlich, in der Regel etwa acht Tage zuvor werden die
einzusetzenden trockenen Häfen ein einem dem Hafenofen stehenden Temperofen
nach einem von den Hafenofen abhängigen Aufheizprogramm auf Temperaturen bis
etwa 900 o C getempert.
Nach einem Erneuern von verschlissenen Ofenteilen mit Stampf - und
Flickmassen, werden die getemperten Häfen in den Schmelzofen übertragen und
dort bis etwa 1500 o C sechs Stunden dichtgebrannt . Anschließend werden
die Scherben zum Schmelzen derartig eingelegt, dass
an den Innenflächen des Hafens eine dünneschichtige Glasur einsteht. Erst
danach ist nach einer erneuten Scherbeneinlage das Einlegen des Gemenges und
der Beginn der ersten Schmelze möglich.
Es gibt sechs grundlegende Verarbeitungsmethoden für Glas in plastischem
Zustand: Gießen, Blasen, Ziehen, Pressen, Walzen und Floaten. Damit lässt
sich eine unendliche Formenvielfalt erzielen. Die Formgebungstemperaturen
liegen zwischen 900 und 1200 °C.
Gießen
Bei dieser bereits im Altertum bekannten Technik wird
das geschmolzene Glas in eine Form gegossen. In einem besonderen Verfahren
wird die Glasschmelze auf Walzen gegossen und zu einem langen Band gewalzt,
das man anschließend langsam abkühlen lässt. Bei so genanntem Drahtglas wird
ein Drahtgeflecht vor dem Abkühlen in die Schmelze eingelegt. Walzen mit
einer besonderen Prägung auf der Oberfläche dienen zur Erzeugung von
Ornamentgläsern. Auf diese Art wurden z. B. auch Kirchenfenster hergestellt.
Beim so genannten Schleuderverfahren gießt man die noch geschmolzene
Mischung in eine sich schnell drehende Form und erhält so die gewünschte
Gestalt. Dieses Verfahren dient zur Produktion von Hohlglasartikeln wie z.
B. Fernsehbildröhren.
Glasblasen
Die revolutionäre Entdeckung, dass Glas aufgeblasen und in jede beliebige
Form gebracht werden kann, wurde von den Phöniziern im 2. Jahrhundert v.
Chr. gemacht. Die Glasbläserei verbreitete sich bald und blieb bis in das
19. Jahrhundert die wichtigste Technik zur Erzeugung von Glasgefäßen.
Glasmacherpfeifen sind etwa 1,20 Meter lang und mit einem Mundstück
versehen. Der Glasbläser nimmt mit dem Ende seiner Pfeife eine kleine
Menge geschmolzenes Glas, den so genannten Glasposten, auf und wälzt ihn auf
einer Holz- oder Metallplatte hin und her (Marbeln), um ihm die äußere Form
zu geben und die Glasmasse etwas abkühlen zu lassen. Anschließend bläst er
in die Pfeife und erweitert dadurch den Glasposten zu einer Blase, dem so
genannten Külbel. Von da an kann er durch wiederholtes Erhitzen am Ofen,
Blasen und Marbeln das Stück so lange bearbeiten, bis es die gewünschte Form
und Stärke hat. Heutzutage nutzt man außerdem so genannte pneumatische
Pfeifen, die mit Pressluft betrieben werden. Zur Herstellung von
Hohlglasprodukten lässt sich das Glas auch in eine entsprechende Form
blasen: Dabei gibt es die Möglichkeit, dem Posten mit einer Form ein Muster
aufzudrücken, die Form dann zu entfernen und das Glas zur gewünschten Größe
aufzublasen. Oder man bläst den Posten ganz in eine Form hinein, wodurch er
deren Größe, Gestalt und Dekor erhält. Danach lassen sich weitere Posten
anbringen, die zu Stielen, Henkeln und Füßen modelliert oder in anderer
Weise weiterbearbeitet werden. Indem man eine bereits geformte Blase in
flüssiges, anders gefärbtes Glas taucht, kann man sie "überfangen".
"Eingeschlossenes" Glas erhält man, wenn ein Posten in eine oder mehrere
Schichten verschiedenfarbiges Glas eingeführt und damit verbunden wird. Für
abschließende Arbeiten und die Feuerpolitur am Ofen wird das Kübel auf der
Seite, die der Pfeife gegenüberliegt, mit einem Metallstab, dem Hefteisen,
verbunden und von der Pfeife abgenommen. Nach dem Abschlagen des Hefteisens
bleibt eine Heftnarbe zurück, die später weggeschliffen oder poliert
wird.Flüssiges Glas kann direkt am Ofen zu den verschiedensten Objekten
gezogen werden: zu Röhren, Platten, Fasern und Stäben, die denselben
Durchmesser haben müssen. Röhren werden hergestellt, indem man eine
zylindrische Masse halbflüssigen Glases zieht und gleichzeitig durch das
Zentrum des Zylinders einen Luftstrom schickt.
Walzen
Tafel- und vor allem Spiegelglas wurden ursprünglich
erzeugt, indem man die Glasschmelze auf eine glatte Oberfläche goss, das
Rohprodukt glatt strich und anschließend polierte.
Nach dem Formen werden die Glasgegenstände kontrolliert gekühlt, um innere
Spannungen auszugleichen, die durch das unterschiedlich schnelle Erkalten
der verschiedenen Schichten des Glases entstehen (siehe Glühen). Dazu wird
das Glas in einem Ofen noch einmal erhitzt – diesmal auf eine Temperatur,
die gerade so hoch ist, dass Spannungen abgebaut werden – und dann langsam
abgekühlt. Spannungen können aber auch mit Absicht erzeugt werden, um das
Glas widerstandsfähiger zu machen. Da Glas bricht, wenn die Zugbeanspruchung
zu groß ist, komprimiert man die Oberfläche und vergrößert dadurch die
Zugbeanspruchung, die das Material tolerieren kann. Mit dem so genannten
Glastempeln erreicht man die gewünschte Spannung der Oberfläche, indem man
das Glas so weit erhitzt, bis es fast weich ist, und dann durch einen
Luftstoß oder Eintauchen in Flüssigkeit schockartig abkühlt. Die Oberfläche
wird sofort hart, und die nachfolgende Kontraktion der inneren Schichten,
die langsamer abkühlen, zieht die Oberfläche zusammen. Mit dieser Methode
lassen sich in dicken Glasplatten Dichten bis zu 2 460 Kilogramm pro
Quadratzentimeter erzielen. Daneben sind chemische Methoden entwickelt
worden: Die Zusammensetzung oder die Struktur der Glasoberfläche wird durch
Ionenaustausch so verändert, dass die Dichte des Materials zunimmt. Damit
lässt sich eine Zugfestigkeit von über 7 000 Kilogramm pro Quadratzentimeter
erreichen.
Floating
Die Glasschmelze schwimmt auf einem Zinnbad. Die Oberfläche des Glases wird
so glatt, das es zur Herstellung von Spiegeln geeignet ist.
(Film dazu ist da)
Physikalische Eigenschaften von Glas:
Je nach Zusammensetzung (anteil der Flussmittel) kann
Glas bereits bei einer Temperatur von 500 °C, aber auch erst bei 1 650 °C
schmelzen. Die Zugfestigkeit, die normalerweise zwischen 280 und 560
Kilogramm pro Quadratzentimeter beträgt, kann bei speziell behandeltem Glas
7 000 Kilogramm pro Quadratzentimeter überschreiten. Die relative Dichte
geht von 2 bis 8 bzw. von einem Wert, der unter dem von Aluminium liegt, bis
zu der Dichte von üblichem Stahl. Ähnlich weit auseinander liegende Werte
gelten für die optischen und elektrischen Eigenschaften.
Ausgangsstoff: Normalglas
Druckfestigkeit: 900 N/mm² (wie wird diese Dimension
gemessen?)
Zugfestigkeit : 30 N/mm²
Biegefestigkeit 30 N/mm²
Temperaturwechselbeständigkeit: 40 K
Wärmedehnung: 0,01 mm * k * m (das ist sehr gering)
Vergleich: Alu 0,023 mm * k * m
Stahl 0,013 mm * k * m
Plexiglas 0,07 mm * k * m
Wärmeleitung: 0,81 W/m*K (es ist ein Isolator)
Vergleich: Alu 204 W/m*K
Holz 0,14 W/m*K
Putz 0,87 W/m*K
Spezifische Wärme: 0,8 J/kgK (was besagt das? Die
Energiemenge, die zugeführt werden muss, um den Stoff um 1 Grad über eine
Normaltemperatur zu erhitzen)
Vergleich:
Wasser 4,2 J/kgK
Luft 1,3 J/kgK
Brechungsindex 1,52 (Also mehr als Wasser mit 1 . Aber je
nach Glasart ist der Brechungsindex verschieden)
Elek. Leitfähigkeit 109 – 1010 Ohm/cm (sagen wir doch eher
"gar nicht")
Wegen der geringen elektrischen Leitfähigkeit gilt Glas als Isolator
Härte von Glas nach der
Mohsschen Härteskala: Ritzhärte
1 Talk
2 Gips 3
Calcit 4
Fluorit 5
Apatit 6
Orthoklas 7
Quarz - hier also sind wir beim
Glas angelangt - 8 Topas 9 Korund 10
Diamant
Einsatzgebiete
Das Spektrum heutiger Einsatzgebiete von Glas reicht von Produkten des
täglichen Gebrauchs wie Trinkgläsern, Autospiegeln oder Fensterscheiben
bis hin zu Komponenten, die in High-Tech-Produkten wie Displays,
Hochleistungsobjektiven für die Lithographie oder Diodenlasern Anwendung
finden.
Alkali-Kalk-Gläser
Natron-Kalk-Glas setzt sich aus Natriumoxid, Calciumoxid und Siliziumdioxid,
Kali-Kalk-Glas aus Kaliumoxid, Calciumoxid und Siliziumdioxid zusammen. Das
natriumhaltige Glas stellt im Prinzip das normale Gebrauchsglas dar. Hierzu
zählen z. B. Fensterglas, Flaschen- und Spiegelglas. Kaliumhaltige Gläser
sind im Gegensatz zu den Natron-Kalk-Gläsern schwerer schmelzbar.
Kali-Kalk-Gläser verwendet man für besondere Zwecke wie z. B. Kronglas
(optische Gläser). Darüber hinaus gibt es Gläser, die sowohl natrium- als
auch kaliumhaltig sind. Zur technischen Herstellung dieser Gläser verwendet
man Quarzsand, Natriumcarbonat (Soda) und/oder Kaliumcarbonat (Pottasche).
Als Kalkkomponente (Calciumcarbonat) werden Kreide oder Marmor bzw. bei
weniger feinen Gläsern Kalkspat oder Kalkstein eingesetzt. Beim Erhitzen
bilden die Carbonate letztendlich das entsprechende Oxid und geben dabei
Kohlendioxid ab. Zu einem geringen Anteil enthalten diese Gläser außerdem
Aluminiumtrioxid und Magnesiumoxid.
Bleikristallglas
Feines Bleikristallglas wird aus Quarzsand, Kaliumcarbonat und Bleioxid
(anstatt von Kalk) hergestellt. Bleikristall ist
schwer und weist eine starke Lichtbrechungsfähigkeit auf. Deshalb wird es
beispielsweise für geschliffene Gebrauchs- und Luxusgegenstände eingesetzt.
Bor-Tonerde-Gläser
Bor-Tonerde-Glas enthält neben Siliziumdioxid und Alkalien als wichtigen
Bestandteil noch Bor- und Aluminiumoxid. Da es sehr haltbar und gegen
chemische Substanzen und Hitze äußerst widerstandsfähig ist, wird es u. a.
für Kochgeschirr und Laborgeräte (z. B. Jenaer Glas) verwendet.
Quarzglas
Das ist Glas aus weitgehend reinem Siliziumdioxid.
Es ist sehr temperaturbeständig und hat von
den Gläsern die geringste Längenausdehnungszahl; ist noch fest bei
Temperaturen knapp über 1000°C und auch für ultraviolettes Licht
durchsichtig. U.a. Brillengläser
Für Brillenlinsen werden häufig auch transparente Kunststoffe verwendet, da
deren Dichte geringer und somit die Brille leichter ist. Allerdings sind die
Kunststoffe nicht so kratzfest wie Glas.
Sicherheitsglas
Einscheibensicherheitsglas
ESG ist ein thermisch vorgespanntes Glas. Die fertig
zugeschnittenen und bearbeiteten Glastafeln werden in einen Ofenraum
eingebracht, auf ca. 650°C (über die Erweichungstemperatur von Glas) erhitzt
und in der Folge durch ein Luftgebläse schnell abgekühlt.
Durch diese Behandlung entstehen im Glas Druck- und Zugspannungen.
Bei Bruch zerfällt die Scheibe spontan in ein Netz kleiner Glaskrümel,
welche mehr oder weniger lose zusammenhängen.
Verbundsicherheitsglas
VSG ist ein Flachglasprodukt, bestehend aus zwei oder mehreren Scheiben,
welche durch Kunststoffschichten zu einer Einheit verbunden sind.
Bei Zerstörung der Scheibe bleiben die Bruchstücke an der
Kunststoffschicht haften.
Bei Bruch wird die Scheibe durch die zwischengelagerten
Kunststoffschichten vermehrt zusammengehalten.
Panzerglas
Sog. "Panzergläser" erhält man, indem man mehrere Floatglasscheiben,
in denen entweder Gießharz, oder eine Folie
zwischengelagert sind, aneinander fügt. Dadurch
werden verschiedene Wiederstandsklassen erreicht:
Klasse A (Durchwurfhemmung )
Klasse B (Durchbruchhemmung)
Klasse C (Durchschußhemmung)
Bis zu Klasse D (Explosionsschutz)
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Die Geschichte des Glases
Niemand weiß genau, wann zum ersten Mal Glas erzeugt
worden ist. Älteste Funde reichen bis 7000 v.Chr. zurück. Das war gegen
Ende der jüngeren Steinzeit. Ursprungsgebiet des Glases sind die Länder
des Vorderen Orients. Früheste Fundstätten liegen in Arabien und im
östlichen Mesopotamien (heutiger Irak). Unabhängig davon entstand Glas in
Mykene (Griechenland) China und Nordtirol. Die
älteste Glasherstellung ist eng mit der Töpferei verbunden, die schon um
8000 v.Chr. in Oberägypten ansässig war. Beim Brennen von Töpferware
entstand durch zufälliges Vorhandensein kalkhaltigen Sandes in Verbindung
mit Natron und durch zu starkes Erhitzen der Töpferöfen Glas als farbige
Glasur auf Keramiken. Erst etwa 1500 v.Chr. gelang
es, Glas unabhängig von keramischer Unterlage zu produzieren und zu
selbständigen Gegenständen zu formen. Andere
Vermutungen gehen dahin, Glas als ein Zufallsprodukt der Bronzeschmelze
anzusehen. Tatsächlich treten Glas und Bronze kulturgeschichtlich häufig
gemeinsam auf, und es gibt enge technische Beziehungen zwischen der
Schmelze dieser beiden ältesten künstlichen Werkstoffe.
Glaskunst in Ägypten
Über lange Zeit war die Entwicklung von Glas vom
Stand der Feuerungstechnik bestimmt. Mit Glas umzugehen war eine Kunst,
die nur wenige beherrschten. Die bei der Bronzeschmelze verwendeten Öfen
waren zu einfach, um ein blasenfreies, leicht verformbares Glas zu
erschmelzen. Etwa um 3000 v.Chr. begannen in
Ägypten Glasmacher, planmäßig Schmuckstücke und kleine Gefäße
herzustellen. Um einen festen Sandkern oder Tonkern herum modellierten sie
auf 900°C abgekühltes, zähflüssiges Glas. Ab 1500
v.Chr. hatten die ägyptischen Glasmacher ihre Technik um einen wichtigen
Schritt erweitert: Um Salben- oder Ölbehälter anzufertigen, wurde ein
keramischer Kern als Negativform benutzt. An einer Stange befestigt
tauchte der Handwerker die Form in die flüssige Glasmasse ein - es
entstand das erste brauchbare Hohlglas. Durch
ständiges Drehen des Kerns in der Schmelze haftete das Glas an der Form.
Mittels Wälzen auf glatter Steinplatte konnte seine Oberfläche geglättet
oder durch Ornamentierung der Wälzfläche auch mit Verzierungen versehen
werden. Henkel oder Trageösen kamen hinzu. Zur
Glasschmelze wurden die erreichbaren Rohstoffe herangezogen. Durch Zugabe
von Kupfer- oder Kobaltverbindungen entstanden Blaufärbungen. Auch Glas
mit braunem Aussehen war anzutreffen. Die Tontafelbibliothek des
assyrischen Königs Ashurbanipal (668-626 v.Chr.) enthielt Keilschrifttexte
mit Glasrezepten, von denen das älteste in etwa so lautet: "Nimm 60 Teile
Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, 5 Teile Kreide - und Du erhältst
Glas." Dieser Glassatz, wie der Fachmann sagen
würde, enthält auch alle heute noch verwendeten wesentlichen Rohstoffe,
wenn auch in groben Mengenverhältnissen. Der niedrige Anteil an Sand lässt
jedoch darauf schließen, dass man selbst um die Mitte des letzten
vorchristlichen Jahrhunderts noch keine hohen Schmelztemperaturen
erreichte und nur weiches Glas zu fertigen vermochte, das sich gerade zur
Verformung für einfache Gefäße und andere Waren eignete.
Im Laufe der Jahrhunderte verbreitete sich die Kunst des
Glasmachens immer mehr. Bald gab es im Niltal von Alexandria bis Luxor so
viele Betriebe, dass zumindest für vorgeschichtliche Verhältnisse von
einer Glasindustrie gesprochen werden kann. Ähnlich entwickelten sich die
Dinge zwischen Euphrat und Tigris im Irak, in Syrien, auf Zypern und
Rhodos. Um 1000 v.Chr. schufen die Glasmacher im
östlichen Mittelmeer und in den angrenzenden Regionen immer größere Gefäße
und Schalen durch Entwicklung neuer Verfahren. So wurden beispielsweise
aus verschiedenfarbigen Glasfäden gefertigte Glasstäbe in Scheiben
geschnitten, in Formen gelegt und die Zwischenräume mit Glas ausgegossen.
Auch einfache Guss- und Pressmethoden waren bereits bekannt. Doch hatte
man mit der Herstellung flacher und tiefer Schalen die technischen
Möglichkeiten ausgeschöpft.
Revolutionen der Technik: die Glasmacherpfeife
Im Raum zwischen Sidon und Babylon gelang syrischen
Handwerkern um das Jahr 2000 v.Chr. der entscheidende technische
Durchbruch mit der Erfindung der Glasmacherpfeife. Dieses Werkzeug besteht
aus einem etwa 100 bis 150 cm langen Eisenrohr mit rund 1 cm lichter
Weite". An einem Ende ist es zu einem Mundstück ausgebildet und mit einem
wärmeisolierenden Griff versehen. Am anderen Ende findet sich eine
knopfartige Erweiterung. Damit holt der Glasmacher aus der Schmelze einen
Posten flüssigen Glases und bläst ihn zu einem Hohlkörper auf. Seit dieser
Zeit ist die Glasmacherpfeife trotz technischen Fortschritts aus der
Glasfertigung nicht mehr wegzudenken. Das Blasen
des Glases mit der Pfeife ermöglichte es, nicht nur einfache, bauchige
Gefäße zu fertigen, sondern auch dünnwandige, feinere, mannigfach
verformte Gläser. Durch das Einblasen in hölzerne Formen ließen sich die
Produkte standardisieren und in gleichmäßigen Serien herstellen. In die
Formen eingearbeitete Vertiefungen wie Rillen, Rauten oder Netze schufen
Dekore auf den Oberflächen der Gläser. Zugleich
bedeutete der Einsatz der Glasmacherpfeife die Vorstufe für Flachglas.
Dazu wurde dann Glas zu größeren zylindrischen Körpern oder birnenförmigen
Gebilden aufgeblasen, anschließend aufgeschnitten und in noch warmem
Zustand durch "Bügeln" geglättet
("Butzenscheiben"). Die gut entwickelten Handelsbeziehungen unter
den Völkern des Römischen Reiches, sein Straßen- und Verkehrssystem und
die auf wirtschaftlichen Fortschritt bedachte römische Verwaltung waren
ideale Voraussetzungen für die schnellere Verbreitung der neuen Erfindung
und damit der Glasmacherkunst. In allen Teilen des Imperiums
von Mesopotamien bis zu den Britischen Inseln, von der iberischen
Halbinsel bis an den Rhein, kam es zur Gründung von Glashütten. Das
Handwerk erlebte seine erste Blütezeit. Plinius der Ältere (2379 n.Chr.)
beschrieb in seiner Enzyklopädie "Naturalis Historia" Zusammensetzung und
Herstellung von Glas.
Glas in der römischen Zeit
Hundert Jahre nach der Zeitenwende gelang in Alexandria durch Beimengung
von Manganoxid in Verbindung mit weiterentwickelten Ölen erstmals die
Schmelze von farblosem Glas. Die Fähigkeit, höhere Temperaturen zu
erzielen und die Feuerung besser unter Kontrolle zu halten, förderte die
Qualität des Glases infolge vollständigeren Zusammenschmelzens seiner
Bestandteile. Die Prunksucht der römischen Kaiser
gab der Glasherstellung weiteren Auftrieb. Kunstvoll gearbeitete
Luxusgläser mit Filigran-, Mosaik- und Schliffdekor kamen in Mode. Glas
wurde zu Schmuck verarbeitet und zu Edelsteinimitationen benutzt. Die
antike Glasmalerei stand in hoher Blüte. Römische
Glashütten siedelten sich in der Nähe geeigneter Sandvorkommen an. Die
Soda wurde bis ins Mittelalter aus Ägypten und Syrien herbeigeschafft.
Glashütten gab es in größerer Zahl in der Campagna, aber auch in der
Großstadt Rom selbst. Römische Glashüttenbesitzer kennzeichneten ihre
Produkte schon im 1. Jh. n.Chr. mit ihrem "Firmensymbol" und verkauften
sie in alle Teile des Reiches. Über die Seidenstraße wurden die römischen
Glasspezialitäten bis nach China geliefert, obwohl es dort bereits seit
langer Zeit Glas aus eigener Herstellung gab.
Vom Luxusgut zum Gebrauchsgegenstand
In den syrischen Zentren Sidon und Tyros, im
ägyptischen Alexandria' im oströmischen Byzanz' im oberitalienischen
Aquileia, in den nordfranzösischen Städten Amiens und Boulogne und im
germanischen Köln und Trier produzierten zahlreiche Hütten.
Nachdem lange Zeit polierte Kupfer- oder Silberscheiben als Spiegel
gedient haben, schufen schließlich die Phönizier kleine Glasspiegel mit
Zinnunterlagen. Da das verwendete Glas keine plane Flächen aufwies, wurden
die Metallscheiben noch für Jahrhunderte nicht vom Glasspiegel verdrängt.
Erst im 13. Jh. gelang es in Deutschland, die Rückseite eines Flachglases
mit einer Metalllegierung auf Bleiantimonbasis zu überziehen. Zwar wurde
diese Erfindung von der späteren Glashochburg Venedig vervollständigt,
doch blieben die Spiegelformate bescheiden. Erst das 1688 in Frankreich
unter König Ludwig XIV. erfundene Plattengießverfahren reichte aus,
großflächige Spiegel zu schaffen. Dazu wurde die Glasmasse durch Walzen
auf einem Gießtisch platziert, und nach dem Erkalten schliff und polierte
man die Oberflächen glatt und eben. So entstand Spiegelglas, nämlich
Flachglas von höchster Qualität, das durch Belegung mit
niedrigschmelzendem Metall zum Spiegel wurde. Die
Fenster der Häuser mit durchsichtigem Material zu versehen ist ein alter,
lange Zeit gar nicht mehr oder nur unvollkommen erfüllter Wunsch gewesen.
Im Altertum mussten Pergamente oder geölte Leinwand für die kleinen
Fensteröffnungen genügen. Verglaste Fenster bedeuteten bis weit ins
Mittelalter großen Luxus. Fensterscheiben wurden jahrhundertlang mit der
Glasmacherpfeife geblasen, aufgeschnitten und flachgewalzt. Die
Abmessungen blieben gering, weil der Glasmacher nur eine begrenzte Menge
von Glas bewältigen konnte. Im 14. Jh. entstand in
Frankreich die Butzenscheibe. Ihr Name leitete sich von der nabelartigen
Ausbuchtung in der Mitte, der Butze, her. Dazu blies der Glasmacher eine
Kugel, die gegenüber dem Pfeifenansatz geöffnet und auseinandergebogen
bzw. geschleudert wurde. Die fertigen Scheiben mit einem Durchmesser von
bis zu 15 cm wurden durch Bleistiege miteinander verbunden und zu Fenstern
vervollständigt. Zu den ältesten Gebäuden mit
Glasfenstern zählen in Deutschland das Kloster Tegernsee aus dem 10. Jh.
und der 100 Jahre jüngere Dom zu Augsburg mit den
fünf Prophetenfenstern. Mit dem 15. Jh. begann die
hohe Zeit der Glasmalerei. Kirchen, Paläste, Rat-, Zunft-, Wirts- und
Privathäuser erhielten Glasfenster, die mit historischen Darstellungen
oder Wappen bemalt waren. Die Verbreitung der Glasmalerei war vermutlich
eine unmittelbare Folge des gotischen Baustils mit seinen hohen Fenstern.
Das Bemalen der Glasflächen dämpfte das sonst im Überfluss hereinflutende
Licht.
Die Rolle Venedigs
Eine der Hochburgen im Mittelalter war Venedig, nach Angaben arbeiteten
zeitweilig bis zu 8000 Menschen in venezianischen Glashütten. Vom 15. bis
17. Jahrhundert erreichten sie den Höhepunkt der Glasmacherkunst und
Venedigs Kaufleute beherrschten den gesamtem Mittelmeerraum. und zwar
sowohl in der Glasherstellung im Hüttenbetrieb als auch bei der
Veredelung. Die Glaskünstler Venedigs nahmen manche
Anregung aus dem islamischen Kulturkreis in ihre Arbeiten auf. Syrische
Emailmalerei entwickelten sie weiter. Der Gipfel venezianischer
Glasmacherkunst war die Schaffung reinsten Kristallglases, das sich durch
den unnachahmlichen Glanz und absolute Farblosigkeit auszeichnete. Reiner
Quarzsand und aus Meerespflanzen gewonnene Pottasche waren die
Voraussetzung dafür. Charakteristisch für den Höhepunkt venezianischer
Glasfertigung sind Pokale mit Hohlstielen und Fußschalen mit Reliefs des
Markuslöwenkopfes. Im 17. Jh. zeigten bizarre
Flügelgläser und Durchbrucharbeiten bereits den Verfall der
Glasmacherkunst in der Renaissance an: Die Schliffe und Verzierungen sind
zwar Ausdruck einer Technik in höchster Vollendung, wirken aber
übertrieben. Glasmacher in Nordeuropa, vor allem in den Niederlanden und
Deutschland, nahmen die Tradition Venedigs auf und leiteten zu gemäßigter
Formgebung über. Im 17.bis 18. Jahrhundert wurden
die sogenannten Wanderglashütten sesshaft.
Die Geheimhaltung der Glaszusammensetzungen war so
streng, dass bei Weitergabe der Herstellungsverfahren mit dem Tode zu
rechnen war. Anderseits waren die Glasmacher so hoch angesehen, das sie
nicht selten in den Adelsstand erhoben wurden. Die damals herrschenden
Kreise der damaligen Republik Venedig, befürchteten also, die
ertragreiche Einnahmequelle zu verlieren, deshalb brachten sie die
Glasmachen im Jahre 1291 unter Vorwand des Feuerschutzes auf die
nahegelegene Insel Murano. Die Muranessen besaßen gegenüber den anderen
Bewohnern der Republik große Vorrechte. Leider mussten sie auf die
Freiheit verzichten, die Insel zu verlassen.
Glas in Deutschland
Im Gefolge der Römer entstanden
Glashütten in Germanien. Diese hielten sich über eine gewisse Zeit
und verschwanden dann wieder. Wir
treffen auch bei der chemischen, handwerklichen und bautechnischen Kunst
der Glasherstellung auf die lange Agonie der Kulturwelt zwischen 300 und
1000 nach Christus. Die Geschichte der deutschen Glasproduktion
beginnt also erst im Mittelalter. Deutsche
Glasmacher ließen sich in den verkehrsfernen Waldgebieten der
Mittelgebirge nieder. Im Spessart, Thüringer Wald, Solling, Schwarzwald,
Bayerischen Wald, Fichtelgebirge, Böhmerwald, Erzgebirge, Riesen- und
Isergebirge wurde in wachsendem Umfang Glas erzeugt.
Erschmolzen wurde zunächst ein grünliches, nicht gefärbtes Glas auf
der Grundlage von Sand und Pottasche. Für die Gewinnung von Pottasche
(Kaliumkarbonat) eignete sich am besten Buchen- und Eichenholz. Die Stämme
wurden in großen Feuern verbrannt und die Asche in Gefäßen, den "Pötten",
ausgelaugt. So gewann man Pottasche. Außerdem lieferten die Wälder
Brennmaterial für die Glasöfen. Das fertige Produkt nannte man Waldglas.
http://de.wikipedia.org/wiki/Waldglas
Daraus entstanden die meisten mittelalterlichen
deutschen und böhmischen Gläser vor Einführung des Kristallglases.
Waren die umherliegenden Waldungen abgeholzt, wurde die Hütte -
meist nur ein schnell errichteter Holzschuppen für die Öfen und zur
Aufnahme der fertigen Gläser - verlegt. Erst im 17. und 18. Jh. wurden die
Wanderglashütten sesshaft. Ein treffendes Beispiel
für die mittelalterliche deutsche Glasproduktion ist der Bayerische Wald.
Interessant ist seine Glasgeschichte vor allem deshalb, weil hier bis
heute die Glaserzeugung der dominierende Wirtschaftszweig geblieben ist
und die Entwicklung in anderen deutschen Landschaften mit Glasproduktion
ähnlich verlief.
Die Holzbeheizung wurde später z.B. in England zum Schutze der Wälder
verboten. Man war jetzt gezwungen, Kohle zum beheizen der Schmelzöfen zu
verwenden. Die bauliche Veränderung der
Glasschmelzöfen war somit notwendig.
Die Rohstoffe zur Glasherstellung wurden aus den
vorhandenen heimischen Mineralien gewonnen. Der
Hauptglasbilder SiO2 wurde aus Sand bzw. Quarzstein gewonnen. Letzteres
wurde stark erhitzt und im Wasser abgeschreckt, es entstand SiO2 -
Granulat. Die aus Pflanzen gewonnene Asche ( Kaliumkarbonat ) diente als
Gemengerohstoff. Deren Bezeichnung Pottasche ist darauf zurückzuführen,
das die Pflanzen im Verbrennungstopf ( Pott ) eingedampft
und ausgelaugt wurden. Den
dadurch entstandene Rückstand bezeichnet man als Pottasche ( K2CO3 ). So
zum Beispiel enthält Buchenholzasche etwa 18 % K2O. Unter anderem wurden
auch Eichenholz und Meerespflanzen zur Herstellung von Pottasche
verwendet.
Vom Jugendstil zum modernen Glasdesign
An der Wende zu unserem Jahrhundert entstanden im
Jugendstil nicht nur in Europa, sondern auch in den USA neuartige
Glasformen und -dekorationen. Neben anderen Künstlern entwarfen in
Frankreich Emile Galle (1846-1904), in Amerika Louis Komfort Tiffany
(1848-1933), in Österreich Josef Hoffmann (1870 1956), in Deutschland
Josef Maria Olbrich (1867-1908) und Karl Koepping (1848-1914)
Jugendstilgläser. Der Einfluss des Bauhauses
(1919-1933) strahlte auch auf das Glas aus. Der Bauhausschüler und -lehrer
Wilhelm Wagenfeld (geb. 1900) schuf seit 1929 zahlreiche vorbildliche
Gläser für verschiedene Glashütten.
Auf dem Weg zur Glastechnologie
Die gesamte Glasgeschichte ist von dem Bemühen
einzelner geprägt, Fertigungsverfahren und Produkt zu vervollkommnen und
weiterzuentwickeln. 1679 faßte Johann Kunckel (1630-1703), Leiter der von
Friedrich Wilhelm von Preußen bei Potsdam errichteten Glashütte,
Überlieferungen und eigene Erfahrungen in seinem Handbuch "Ars
vitraria experimentalis" zusammen, das bis ins 19. Jh. als
wissenschaftliche Grundlage deutscher Glasmacherkunst anerkannt war.
In München vertiefte sich Joseph Fraunhofer (1787-1826), Sohn eines
Glasmeisters und gelernter Spiegelmacher, in die Technologie des Glases.
Nach mannigfachen Versuchen gelang ihm die Erzeugung von Gläsern für
leistungsfähige optische Geräte. Seine Fernrohre und Mikroskope waren
berühmt. 1823 wurde er Professor der Physik und später in den Adelsstand
erhoben.1676 entwickelten englische Glasmacher Bleikristall. Durch Zusatz
von Bleioxid erhielt man ein Glas von hoher Brillanz und reinem Klang, das
sich für reichen Schliff eignete. Auf dem Kontinent setzte es sich erst
100 Jahre später durch. Sehr reines Bleikristall
diente als Flintglas optischen Zwecken. Vermehrte
Förderung von Stein- und Braunkohle machten die Glashütten vom Holz
unabhängig. Die Standorte der Glashütten waren nicht länger an das
waldreiche Mittelgebirge gebunden, sondern konnten in verkehrsmäßig
erschlossene Gebiete verlegt werden. Der seit Urzeiten benutzte Hafenofen,
in dem die Glasrohstoffe in einzelnen keramischen Gefäßen, den Häfen,
geschmolzen wurden, reichte für die Massenerzeugung nicht aus. Die
Erfindung des Wannenofens mit einem Fassungsvermögen von bis zu mehreren
hundert Tonnen ermöglichte die kontinuierliche Fertigung und den Einsatz
von Maschinen. Die Ofentechnik wurde durch das Regenerationsverfahren, bei
dem die Abluftwärme des Schmelzofens das Heizgas und die Frischluft vor
der Verbrennung erhitzt, so dass der Sauerstoff besser genutzt werden und
höhere Schmelztemperaturen erzielt werden können. von Grund auf
verbessert. Kurz vor 1900 erfand der Amerikaner
Michael Owens (1859-1923) die automatische Flaschenblasmaschine, die nach
der Jahrhundertwende auch in Europa eingeführt wurde. Etwas später waren
Verfahren zur maschinellen Herstellung von Flachglas verfügbar, ohne die
der rasch wachsende Bedarf an Bauglas nicht hätte gedeckt werden können.
Für den 1851 von Paxton in London zur Weltausstellung erbauten
"Kristallpalast" wurden 300.000 genormte Glasscheiben als Wandelemente
verbaut.
Ernst Abbe und Otto Schott
Das Fundament für die moderne Glastechnologie legten
zwei deutsche Wissenschaftler. Otto Schott (1851-1935), Chemiker und
Glastechniker, ging der Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften des
Glases von seiner Zusammensetzung nach. Im väterlichen Kellerlaboratorium
untersuchte er den Einfluss fast aller Elemente auf die Glasschmelze.
1876 kam Otto Schott mit Ernst Abbe (18401905), Professor in Jena
und Mitinhaber der Firma Carl Zeiss, in Kontakt. Abbe brauchte für seine
hochwertigen optischen Instrumente geeignete Gläser. Otto Schott gelang
nach jahrelangen, zunächst enttäuschend verlaufenden Versuchen mit der 93.
Schmelzprobe ein Glas von idealer Beschaffenheit. Er siedelte nach Jena
über und gründete zusammen mit Ernst Abbe Carl Zeiss und dessen Sohn
Roderich das Glastechnische Laboratorium Schott und Genossen, das spätere
Jenaer Glaswerk Schott & Gen. Weitere neuartige Glasarten und
Schmelzverfahren wurden erdacht und erprobt: gegen Hitze, Druck und
chemische Angriffe, optische Gläser für Mikroskope usw. Im Laufe der
kommenden Jahre gab es kaum noch einen Bereich der Industrie, der nicht
mit Qualitätsgläsern aus Jena versorgt wurde. Feuerfestes Glas zum Kochen
und Backen zog außerdem in die Haushalte ein.
Glas in der ganzen Welt
Glas in einfacher Form lässt sich heute theoretisch
überall auf der Welt produzieren. Seine wichtigsten Rohstoffe und
Heizenergie sind nahezu immer vorhanden, und die erforderliche Technologie
steht weltweit zur Verfügung. Es gibt kaum ein Kulturland ohne
Glasproduktion auf der Erde. Die Herstellung von Glas zur Verpackung von
Lebensmitteln und Getränken und als Gebrauchsgegenstand im Haushalt ist
nicht selten der Beginn der Industrialisierung der Entwicklungsländer.
So treten immer mehr Völker in die viele tausend Jahre alte Glasgeschichte
ein. Nichts deutet darauf hin, dass diese Entwicklung abreißt, denn
Glas kann sich auf reiche Rohstoffreserven stützen und steht im Begriff,
andere, knapper gewordene Materialien zu ersetzen
Ein weiteres Anwendungsgebiet des Glases, das sich
seit dem 19. Jahrhundert rasch ausbreitete,
ist die Chemie.
Sie benötigt für ihre Analysen und für die leistungsfähige Einrichtung zur
labormäßigen und industriellen Synthese, Glas, mit hoher Widerstandkraft
gegen Basen, Laugen und anderer Chemikalien, das zugleich feuerfest, also
bei plötzlichen Temperaturänderungen (Temperaturwechselbeständigkeit) von
über 100 Grad Kelvin nicht zerspringt. Vor allem brauchen
die Chemie und die Pharmazie präzise Thermometer sowie
Destillationsanlagen wachsenden Ausmaßes, die aus Glas sein müssen. Um
Pharmaka über längere Zeit steril lagern zu können, benötigte man chemisch
stabile Ampullen, Blutkonservenflaschen usw. Diese bot das Glas durch
seine hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften.
Es entwickelten sich Glasbläser mit spezifischen Fertigkeiten und
Fähigkeiten unter anderem Glasapparatebläser, (Glasapparatebauer),
Thermometerbläser.
Es entstanden weitere spezielle Anwendungsgebiete,
wie zum Beispiel in der Mikroelektronik.
Dort dient Spezialglas als Unterlage für Schablonen und
Schaltkreise sowie als hermetisch schließendes, ultraviolett durchlässiges
Fensterchen über integrierten Schaltkreis, deren Speicherinhalt vom
ultravioletten Licht gelöscht wird.
Die Elastizitätseigenschaft
des Glases und die draus resultierenden Möglichkeiten, mit seiner Hilfe
Schallwellen fortzuleiten, wird in jedem Farbfernsehgerät genutzt. Ein
Übergang von Kupfer- zum Lichtleitkabel auf Glasfaserbasis ist eine
Anwendung, die sich bei der digitalen Nachrichtenübermittlung entwickelt
hat.
Aufarbeitung von Glas
"Wohin mit dem Müll?" - auf diese eher unangenehme Frage der Politiker
reagieren die Werksleiter von Glashütten gelassen: "Wenn es Glasabfälle
sind, dann immer nur her damit zu uns. Wir können zur Zeit gar nicht so
viele bekommen, wie wir gerne hätten."
Die Behälterglasindustrie begann etwa 1970 damit, gebrauchtes Glas wieder
einzuschmelzen und damit einer neuen Verwendung zuzuführen. Mit Erfolg: In
den vergangenen 20 Jahren wurden in den überall aufgestellten
Glascontainern jährlich steigende Mengen Altglas gesammelt und
wiederverwertet.
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