Glasverschmelzung

Glas (von germanisch glasa „das Glänzende, Schimmernde“, auch für „Bernstein“) ist ein amorpher, nichtkristalliner 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.

Spiegelungen in der Kuppel des Reichstages

Definition

Glas ist eine amorphe Substanz. Gewöhnlich wird Glas durch Schmelzen erzeugt, die Bildung von Glas ist aber auch durch die Erwärmung von Sol-Gel und durch Stoßwellen möglich. 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. Der Transformationsbereich, das ist der Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, liegt bei vielen Glasarten um 600 °C.

SiO₂ als Kristall: Quarz-Kristall

SiO₂ als Glas: Quarzglas

Trotz des nicht definierten Schmelzpunkts sind Gläser Festkörper. Auch wenn es sich unter langzeitiger Krafteinwirkung verformt, darf 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.

Kunststoffe wie Plexiglas fallen wegen ihrer thermodynamischen Eigenschaften (amorpher Aufbau, Glasübergang usw.) ebenfalls in die Kategorie Gläser, obwohl sie eine völlig andere chemische Zusammensetzung aufweisen als Silikatgläser. Sie werden daher oft als organisches Glas bezeichnet.

Die im allgemeinen Sprachgebrauch bedeutungstragende Eigenschaft von Glas ist die optische 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. Die verschiedensten Farben können 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. 2500 kg/m³ (Kalk-Natronglas)^[1]. Die mechanischen Eigenschaften variieren sehr stark. Die Zerbrechlichkeit von Glas ist sprichwörtlich. Die Bruchfestigkeit wird stark von der Qualität der Oberfläche bestimmt. Glas ist weitgehend resistent gegen Chemikalien. Eine Ausnahme ist Flusssäure; sie löst das Siliciumdioxid und wandelt es zu Hexafluorokieselsäure. Bei Raumtemperatur hat Glas einen hohen elektrischen Widerstand, der allerdings mit steigender Temperatur stark abfällt, sofern es sich nicht um Quarzglas (glasartig erstarrtes reines Siliciumdioxid) handelt.

Eigenschaften

Struktur

Kalk-Natron-Glas

Obwohl Glas zu den ältesten Werkstoffen der Menschheit gehört, besteht noch Unklarheit in vielen Fragen des atomaren Aufbaus und seiner Struktur. Die mittlerweile allgemein anerkannte Deutung der Struktur ist die Netzwerkhypothese, die von Zachariasen 1932 aufgestellt wurde. Diese besagt, dass im Glas grundsätzlich dieselben Bindungszustände wie im Kristall vorliegen. Bei silikatischen Gläsern also in Form von SiO₄-Tetraedern.

Wie die zweidimensionalen Abbildungen des Quarzes und des Quarzglases zeigen, liegt der Unterschied in der Regelmäßigkeit des Gefüges – hier Gitter und dort ein Netzwerk. Die vierte Oxidbindung, die in die dritte Dimension zeigt, ist zur besseren Anschaulichkeit nicht dargestellt. Die Bindungswinkel und Abstände im Glas sind nicht regelmäßig und die Tetraeder sind verzerrt. Der Vergleich zeigt, dass Glas ausschließlich über eine Nahordnung in Form der Tetraeder verfügt, jedoch keine kristalline Fernordnung aufweist. Diese fehlende Fernordnung ist auch verantwortlich für die sehr schwierige Analyse der Glasstruktur. Insbesondere die Analyse in mittlerer Reichweite, also die Verbindungen mehrerer Grundformen (hier den Tetraedern), ist Gegenstand der aktuellen Forschung und wird zu den heutigen größten Problemen der Physik gezählt.

Das Material, das diese Grundstruktur des Glases bestimmt, nennt man Netzwerkbildner. Neben dem erwähnten Siliciumoxid können auch andere Stoffe Netzwerkbildner sein, wie Bortrioxid und nichtoxidische wie Arsensulfid. Einkomponentengläser sind eine Ausnahme; sie neigen auch im Laufe der Zeit eher zur Kristallisation als Mehrkomponentengläser. Das trifft auch auf reines Quarzglas zu, was als einziges Einkomponentenglas wirtschaftliche Bedeutung hat.

Weitere Stoffe binden sich anders in das Netzwerkgefüge ein. Hier werden Netzwerkwandler und Stabilisatoren unterschieden.

Netzwerkwandler werden in das vom Netzwerkbildner gebildete Gerüst eingebaut. Für gewöhnliches Gebrauchsglas – Kalk-Alkali-Glas (gebräuchlicher ist allerdings der engere Terminus Kalk-Natron-Glas) – sind dies Natrium- bzw. Kaliumoxid und Calciumoxid. Diese Netzwerkwandler reißen die Netzwerkstruktur auf. Dabei werden Bindungen des Brückensauerstoff in den Siliciumoxid-Tetraedern aufgebrochen. Anstelle der Atombindung mit dem Silicium geht der Sauerstoff eine Ionenbindung mit einem Alkaliatom ein.

Zwischenoxide wie Aluminiumoxid und Bleioxid können als Netzwerkbildner und -wandler fungieren. Allerdings sind sie alleine nicht zur Glasbildung fähig.

Übergang von der Schmelze zum festen Glas

Während bei kristallinen Materialien der Übergang von der Schmelze zum Kristall bei einer bestimmten Temperatur spontan erfolgt, geht dieser Vorgang bei Gläsern allmählich von statten. Hier spricht man daher nicht von einem Schmelzpunkt sondern von einem Transformationsbereich. Im Laufe der Abkühlung nimmt die Viskosität des Materials stark zu. Dies ist das äußere Zeichen für eine zunehmende innere Struktur. Da diese Struktur kein regelmäßiges Muster aufweist, nennt man den Zustand der Schmelze im Transformationsbereich, wie auch des erstarrten Glases, amorph. Am kühlen Ende des Transformationsbereichs liegt ein thermodynamischer Übergang, der für Glas charakteristisch ist und daher den Namen Glasübergang trägt. An ihm wandelt sich die Schmelze in den festen, glasartigen Zustand, den das Glas auch bei weiterer Abkühlung beibehält. Der Glasübergang zeichnet sich durch eine sprunghafte Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine Abnahme der spezifischen Wärme C_p aus.

Diese Abfolge von Transformationsbereich und Glasübergang ist charakteristisch für alle Gläser, auch solchen, die wie Plexiglas aus Kohlenwasserstoffen bestehen. Der amorphe, viskose Zustand der Schmelze im Transformationsbereich wird für die Bearbeitung von Glas durch Glasbläserei ausgenutzt. Er erlaubt eine beliebige Verformung, ohne dass Oberflächenspannung und Gravitation das Werkstück sofort zerfließen lassen.

Einstellung der Glaseigenschaften

Glaseigenschaften können mittels statistischer Analyse von Glas-Datenbanken wie z. B. von SciGlass®^[2] oder Interglad®^[3] ermittelt und optimiert werden. Sofern die gewünschte Glaseigenschaft nicht mit Kristallisation (z. B. Liquidustemperatur) oder Phasentrennung in Zusammenhang steht, ist einfache lineare Regressionsanalyse anwendbar, unter Zuhilfenahme polynomer Gleichungen der ersten bis zur dritten Ordnung.

Die nachstehende Gleichung zweiter Ordnung ist ein Beispiel, wobei C die Konzentrationen der Glaskomponenten wie Na₂O oder CaO darstellen. Die b-Werte sind variable Koeffizienten, und n ist die Anzahl aller Glaskomponenten. Der Glas-Hauptbestandteil SiO₂ ist in der dargestellten Gleichung ausgeschlossen und wird mit der Konstante b_o berücksichtigt. Der Großteil der Glieder in der Beispielgleichung kann aufgrund von Korrelations- und Signifikanzanalyse vernachlässigt werden. Weitere Einzelheiten und Anwendungen siehe ^[4].

$\mbox{Glaseigenschaft} = b_0 + \sum_{i=1}^n \left( b_iC_i + \sum_{k=i}^n b_{ik}C_iC_k \right)$

Die Liquidustemperatur wurde von C. Dreyfus und G. Dreyfus mittels Neural-Networks-Regression modelliert. ^[5]

Oft ist es erforderlich, mehrere Glaseigenschaften sowie die Produktionskosten gleichzeitig zu optimieren. Dies geschieht mit der Methode der kleinsten Quadrate, wodurch der Abstand zwischen den gewünschten Eigenschaften und den vorausberechneten einer fiktiven Glassorte durch Variation der Zusammensetzung minimiert wird. Es ist möglich, die gewünschten Eigenschaften unterschiedlich zu wichten. ^[6]

Zusammensetzungen wichtiger Gläser (Angaben in Gewichtsprozent)

Glasart	SiO2	Al2O3	Na2O	K2O	MgO	CaO	B2O3	PbO	TiO2	F	As	Se	Ge	Te
Quarzglas	100	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Kalk-Natron-Glas	72	2	14	–	–	10	–	–	–	-	–	–	–	–
Floatglas	72	1,5	13,5	–	3,5	8,5	–	–	–	–	–	–	–	–
Bleikristallglas	58	-	4	9	–	–	2	24	–	–	–	–	–	–
Borosilikatglas	80	3	4	0,5	–	–	12,5	–	–	–	–	–	–	–
E-Glas	54	14	–	–	4,5	17,5	10	–	–	–	–	–	–	–
Email	40	1,5	9	6	1	-	10	4	15	13	–	–	–	–
Chalkogenidglas 1	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	12	55	33	–
Chalkogenidglas 2	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	13	32	30	25

Glas-Zuschlagstoffe sind unter anderem:

• andere Flussmittel zur Herabsetzung des Schmelzpunkts
  • Zinkoxid
  • Thallium

• zur Veränderung der Brechzahl
  • Bariumoxid
  • Bleioxid (absorbiert auch Strahlung)

• Trübungsmittel
  • Zinndioxid
  • Calciumphosphat
  • Fluorid für Opalglas
  • Zirkoniumdioxid

• Cer wird für Glas verwendet, das Infrarotstrahlung absorbiert
• Boroxid als Zusatz verändert die thermischen und elektrischen Eigenschaften
• Aluminiumoxid erhöht die Bruchfestigkeit

Glasfärbung und Entfärbung

Die meisten Glassorten werden mit weiteren Zusatzstoffen produziert, um bestimmte Eigenschaften, wie ihre Färbung zu beeinflussen. Zur Glasfärbung erfolgt die Beimischung von Metallen in Form von Nanopartikeln, (rund 0,1 %) in die Glasschmelze. Die am häufigsten verwendeten Metalle sind Gold und Silber in einer Korngröße von einigen Nanometern. Weiterhin entscheidend ist die Form der Partikel, z. B. prolat, sphärisch oder oblat. Die unterschiedlichen Farben bei Reflexion bzw. Transmission werden durch die Nanopartikel beeinflusst.

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 wurden Glasmacherseifen genannt.

Eine Flasche aus farbigem Glas.

Gewöhnliches Floatglas ist wegen Fe²⁺-Verunreinigungen in dickeren Schichten grün.

• 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 Kupferrubinglas.
• Chromoxid: Wird in Verbindung mit Eisenoxid oder allein für die Grünfärbung verwendet.
• Uranoxid: Ergibt eine sehr feine Gelb- oder Grünfärbung (Annagelbglas- oder Annagrünglas) mit grüner Fluoreszenz unter 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. Aufgrund der Radioaktivität des Urans wird es heutzutage nicht mehr verwendet.
• Cobalt(II,III)-oxid: färbt intensiv blau und wird auch für die Entfärbung verwendet. Eine weitere Cobaltverbindung, die Glas blau färbt, ist das Cobaltaluminat Thénards Blau.
• Nickeloxid: violett, rötlich; auch für die Graufärbung und zur Entfärbung.
• Mangan(IV)-oxid (Braunstein) als Glasmacherseife zur Entfernung des Grünstichs (durch Absorption der Komplementärfarben).
• Selenoxid: färbt rosa und rot, die rosa Färbung wird als Rosalin bezeichnet, während die rote als Selenrubin bezeichnet wird.
• Silber: ergibt feines Silbergelb;
• Indiumoxid: gelb bis bernsteinorange;
• Neodym: rosa bis purpur, lila;
• Praseodym: grün;
• Samarium: gelb;
• Europium: intensiv rosa;
• Gold: Wird erst in Königswasser aufgelöst und färbt rubinrot, eine der teuersten Glasfärbungen Goldpurpur.

Einteilung der Gläser

Natürliches Glas: ein Tektit. Die grüne Farbe rührt wahrscheinlich vom Eisenoxid im erschmolzenen Sand.

Nach Art der Genese

Neben künstlichen finden sich auch natürliche Gläser: Obsidian und Bimsstein ist vulkanischen Ursprungs, Impaktgläser und Tektite entstehen durch Meteoriteneinschlag, Fulgurite bei Blitzeinschlag, Trinitit durch Atombombenexplosion und der Friktionit Köfelsit durch Bergstürze. Diese Gläser entstehen aus dem Schmelzen von Sanden. Ein Kristallgitter kann auch durch Einwirkung einer Schockwelle seine Struktur verlieren und ein amorpher Körper werden. Zu diesem diaplektischen Glas zählt Maskelynit, das aus Feldspat entstanden ist. Auch ist es möglich, mit Hilfe des Sol-Gel-Prozesses Glas ohne Schmelzen herzustellen. Ein Beispiel hierzu sind Silikat-Aerogele.

Nach Art des „Chemismus“

Neben Kalk-Natron-Glas, das dem gewöhnlichen Gebrauchsglas entspricht, gibt es Quarzglas aus reinem Siliciumdioxid, Bleiglas für z. B. Kristalltrinkgläser, Fernsehtrichter und optische Linsen. Das Blei im Glas schirmt die elektromagnetische Strahlung ab, hat eine hohe Brechzahl und eine gleichmäßige Dispersion. Wasserglas ist wasserlöslich. Borosilikatglas ist insbesondere chemisch resistent und wird bei Laborgeräten und Kochgeschirren, aber auch für optische Gläser verwendet. Borphosphatglas (Bortrioxid, Phosphorpentoxid) und Alumosilikatgläser sind weitere Spezialgläser. Zu der Gruppe der nichtoxidischen Gläser gehören unter anderem Fluoridgläser und Chalkogenidgläser 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 streng genommen kein Glas mehr, sondern ein Glas-Kristall-Mischkörper.

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 eine 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 kostspieligen Vasen und Weingläsern.

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 (hitzefestes Borosilikatglas) beide von Schott und Pyrex (Borosilikatglas) von Corning im angelsächsischen Sprachraum ein Synonym zu Jenaer Glas.

Siehe auch: Liste der Gläser

Produktionsprozess

Gemenge

Quarzsand als Rohstoff

Einlegemaschine einer Floatglasanlage

Doghouse der Schmelzwanne mit Einlegemaschine

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 nur einen geringen Anteil an Fe₂O₃ besitzen darf (<0,05 %), da sonst bei Weißglas störende Grünfärbungen auftreten.

• Natriumcarbonat (Mineral: Natrit; Na₂CO₃) dient als Natriumoxidträger, das als 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 der Schmelze auch als Nitrat oder Sulfat zugeführt werden (Natriumsulfat ist Läutermittel zur Reduzierung des Blasengehaltes).

• Pottasche (K₂CO₃) liefert Kaliumoxid für die Schmelze, das wie Natriumoxid als Netzwerkwandler und Flussmittel dient.

• Feldspat (NaAlSi₃O₈) trägt neben SiO₂ und Na₂O Tonerde (Al₂O₃) in das Gemenge ein. Diese führt zu einer Erhöhung der chemischen Beständigkeit gegenüber Wasser, Nahrungsmitteln und Umwelteinflüssen.

• Kalk dient als Netzwerkwandler. Bei der Schmelze wandelt es sich zu Kohlendioxid und Calciumoxid. CaO erhöht in mäßiger Zugabe (10–15 %) die Härte und chemische Beständigkeit.

• Dolomit ist ein Träger für CaO und MgO. Magnesiumoxid wirkt auf die Schmelze ähnlich wie Calciumoxid. Ein zu hoher MgO-Gehalt im Glas kann jedoch die Liquidustemperatur unerwünscht erhöhen.

• 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 dieses im geringeren Energieverbrauch bemerkbar, da Scherben leichter schmelzen als das Gemenge. Probleme 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, Bariumcarbonat und seltene Erden zum Einsatz.

Schmelze

Die Glasschmelze erfolgt in verschiedenen Phasen: Sie beginnt mit der Rauhschmelze, die das Erschmelzen des Gemenges und seine Homogenisierung umfasst. Danach kommt die Läuterung, in der die Gase 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 des zugeführten Gemenges muss der der Glasentnahme entsprechen.

Das Gemenge wird der Schmelzwanne mit einer Einlegemaschine 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 verbliebene Blasen ausgetrieben. Durch die hohe Zähigkeit der Schmelze geschieht dieses nur sehr allmählich, und es sind ebenso hohe Temperaturen erforderlich wie im Schmelzbereich. Da die Läuterung bestimmend für die Glasqualität ist, gibt es vielfältige unterstützende Maßnahmen.

Dem 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 dieses die Speiser oder Feeder. Hier werden Tropfen in darunter stehende Glasmaschinen geleitet. Bei Flachglas fließt das Glas über die Lippe in das Floatbad.

Formgebung

IS-Maschine bei der Flaschenproduktion

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- oder Press-Blas-Verfahren arbeitet. Für höherwertige Tafelware kommen Press-Blas-Verfahren zum Einsatz, die karussellförmig arbeiten.
• Glasfasern werden durch Spinnen im so genannten TEL-Verfahren produziert.
• Flachglas wird im Floatverfahren hergestellt, gezogen, gewalzt oder gegossen.
• Rohrglas wird seit 1912 durch kontinuierliche Ziehverfahren hergestellt.

Kühlung

Entspannungskühlen

Spannungen in Glas

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 Spannungsanfälligkeit 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 überbrückenden Temperatur und der Stärke (Dicke) des Gegenstands abhängig. Im Hohlglasbereich sind dies zwischen 30 min und 100 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. Man 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.

Hohlglasproduktion: Konservengläser nach dem Verlassen der Kühlbahn.

Oberflächen-Veredelung

• Durch chemische und physikalische Gasphasenabscheidung können feinste Metallbeschichtungen aufgebracht werden. Die meisten Fenster- und Autogläser werden auf diese Weise mit für Infrarotlicht undurchlässigen Beschichtungen versehen. Die Wärmestrahlung wird reflektiert und Innenräume heizen durch Sonneneinstrahlung weniger auf. Gleichzeitig werden die Wärmeverluste im Winter reduziert, ohne dabei die Durchsichtigkeit wesentlich zu beeinträchtigen.

Siehe hierzu auch: Ikora

• Die Beschichtung mit dielektrischem Material, das selbst durchsichtig ist, aber ein vom Glasträger abweichende Brechzahl aufweist, sind sowohl Verspiegelungen als auch Entspiegelung möglich. Dies wird bei der Herstellung von Brillengläsern und Linsen für Fotoapparate eingesetzt, um störende Reflexionen zu vermindern. Für wissenschaftliche Zwecke werden Schichten hergestellt, die mehr als 99,9999 % des einfallenden Lichts einer bestimmten Wellenlänge reflektieren. Umgekehrt kann auch erreicht werden, dass 99,999 % des Lichts die Oberfläche passieren.

• Durch Sandstrahlen oder mit Flusssäure kann die Oberfläche so weit aufgeraut werden, dass das Licht stark gestreut wird. Es erscheint dann milchig und nicht mehr durchsichtig, jedoch wird weiterhin nur sehr wenig Licht absorbiert. Daher wird diese Technik häufig für Lampenschirme oder blickdichte Fenster angewandt (siehe auch Milchglas).

Geschichte der Glasherstellung

Frühzeit und Antike

Glaskelch Thutmosis' III., ältestes sicher zu datierendes Glasgefäß der Welt, Staatliches Museum Ägyptischer Kunst, München

Natürliches Glas wie Obsidian wurde wegen seiner großen Härte und des scharfen Bruchs seit frühester Zeit für Werkzeuge wie Keile, Klingen, Schaber und Bohrer benutzt. Obsidian kann jedoch - anders als künstlich hergestelltes Glas - mit antiken Mitteln nicht geschmolzen oder gefärbt werden.

Ob die Glasherstellung in Mesopotamien, in Ägypten oder an der Levanteküste erfunden wurde, lässt sich nicht mit letzter Gewissheit sagen. Die ältesten regelmäßig auftretenden Glasfunde stammen aus Mesopotamien; ägyptische Quellen deuten für die Anfangsphase der Glasnutzung in Ägypten auf einen Import aus dem Osten hin. Die älteste textliche Erwähnung stammt aus Ugarit und wird auf etwa 1600 v. Chr. datiert. Als älteste Funde gelten die Nuzi-Perlen, das älteste sicher zu datierende Glasgefäß ist ein Kelch, der den Namen des ägyptischen Pharaos Thutmosis III. trägt und um 1450 v. Chr. entstand. Der Kelch befindet sich heute im Staatlichen Museum Ägyptischer Kunst in München.

Glas wurde in Ägypten seit etwa 1400 v. Chr. zu Gefäßen verarbeitet, der Herstellungsort dieses frühesten Glases ist allerdings unbekannt. Die bekannteste Verarbeitungstechnik beruht auf dem Herstellen von Hohlgefäßen durch das Wickeln von erweichten Glasstäbchen um einen porösen Keramikkern, der anschließend herausgekratzt wurde. Die besten Funde hierzu liegen aus den Grabungen von Flinders Petrie aus Amarna vor. Die bislang einzige bekannte bronzezeitliche Glashütte, in der Glas aus seinen Rohstoffen hergestellt wurde, datiert in die Ramessidenzeit und wurde Ende der 1990er Jahre bei Grabungen des Roemer- und Pelizaeus-Museums (Hildesheim) unter der Leitung von Edgar Pusch im östlichen Nil-Delta in Qantir-Piramesse gefunden. Untersuchungen gaben Aufschluss über das Schmelzverfahren. So wurde Quarzgestein zerkleinert, mit sodahaltiger Pflanzenasche vermengt, in einen Krug gefüllt und bei vielleicht 800 °C zu einer Fritte geschmolzen. Diese Fritte wurde nach dem Abkühlen vermutlich zerkleinert und in einer zweiten Schmelze in speziell hergestellten Tiegeln bei 900 bis 1100 °C zu einem 8 bis 10 cm hohen Barren mit 10 bis 14 cm Durchmesser geschmolzen. Das Glas wurde dabei durch Beimischen von Metall-Oxiden schwarz, violett, blau, grün, rot, gelb oder weiß gefärbt. Ein konkreter Zusammenhang von Glasherstellung und Metallgewinnung ist trotz der ähnlichen Temperaturen nicht nachzuweisen. Das gefärbte Rohglas wurde in Barrenform an die weiterverarbeitenden Werkstätten geliefert, die daraus monochrome und polychrome Objekte herstellten. Solche Glasbarren wurden im Schiffswrack von Uluburun nahe dem türkischen Bodrum gefunden, das auf das 14. Jahrhundert v. Chr. datiert ist. Die erste bekannte Rezeptur ist aus der Bibliothek des assyrischen Königs Assurbanipal überliefert, die auf ca. 650 v. Chr. datiert wird: Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen und 5 Teile Kreide und du erhältst Glas. Zu dieser Zeit wurde schon wesentlich mehr Glas verarbeitet, und es entwickelte sich eine neue Glasschmelztechnik.

Römisches Tropffläschchen in Form eines Gladiatorhelms, Erstes Jahrhundert n. Chr., Römisch-Germanisches Museum, Köln

Plinius der Ältere beschreibt in der Historia naturalis die Herstellung des Glases. Chemische Analysen und Erkenntnisse der experimentellen Archäologie haben Plinus in vielen Fragen bestätigt. Zur Römerzeit wurde Glas mit Flusssand und Natron aus Ägypten geschmolzen. Dieses ägyptische Natron wurde am Wadi Natrun, einem natürlichen Natronsee in Nord-Ägypten, abgebaut und über Alexandria von den Phöniziern in den Mittelmeerraum exportiert. Es enthielt mehr als 40 % Natriumoxid und bis zu 4 % Kalk, war also ein ideales Schmelzmittel. Plinius schreibt weiter von Glassandlagern in Italien, Hispanien und Gallien, aber an keiner dieser Stätten entwickelte sich eine so bedeutende Glasherstellung wie an der palästinischen Küste zwischen Akkon und Tyros sowie in den ägyptischen Glashütten rund um den Wadi Natrun bei Alexandria.

Kaiser Diokletian legte 301 die Preise für eine ganze Reihe von Produkten fest, unter anderem für Rohglas. Unterschieden wurde judaicum und alexandrium, wobei letzteres teurer und wahrscheinlich entfärbtes Glas war. Zu dieser Zeit war die Glasproduktion im Wesentlichen noch immer in Primär- und Sekundärwerkstätten gegliedert. In den Primärwerkstätten wurde in großen Schmelzwannen Rohglas geschmolzen, das dann an die Sekundärwerkstätten geliefert wurde, wo es in Tiegeln eingeschmolzen und verarbeitet wurde. In Bet Eli’ezer im heutigen Israel wurden 17 Glasschmelzwannen freigelegt, die jeweils 2 m × 4 m groß sind. Nachdem das Gemenge in die Wanne eingelegt worden war, wurde der Ofen zugemauert und 10 bis 15 Tage lang befeuert. Acht bis neun Tonnen blaues bzw. grünes Rohglas wurden so in nur einem Arbeitsgang erschmolzen. Nach dem Feuerungsstopp und dem Abkühlen wurde das Gewölbe des Ofens abgetragen, der Glasblock herausgestemmt und das Rohglas zur weiteren Verarbeitung versandt. Ein Schiffswrack aus dem 3. Jahrhundert, das an der südfranzösischen Küste gefunden wurde, hatte mehr als drei Tonnen Rohglas geladen. In Ägypten wurden Rohglashütten gefunden, die bis ins 10. Jahrhundert reichten. Die Ägypter benutzten Antimon zur Entfärbung, konnten also farbloses, durchsichtiges Glas herstellen.

Die Sekundärglashütten waren im ganzen Römischen Reich verbreitet und stellten Hohlglas, Flachglas und Mosaiksteine her. Das Rohglas wurde in einem Tiegel eingeschmolzen und mit der Pfeife im zähflüssigen Zustand aus dem Ofen genommen und verarbeitet. An der Pfeife konnte das Glas aufgeblasen werden, was die Herstellung von größeren Gefäßen und neuen Formen ermöglichte. Wurde bis dahin Glas für Perlen, Parfümfläschchen und für Trinkschalen verwendet, verbreitete sich im Römischen Reich vor allem Behälterglas – im Gegensatz zu den üblichen Ton-, Holz-, Metall- oder Lederbehältnissen ist Glas geschmacksneutral – sowie Karaffen zum Kredenzen und in der Spätantike auch Trinkgläser. Erste Fenstergläser fanden sich in Aix-en-Provence und Herculaneum. Die Funde haben Größen von 45 cm × 44 cm bzw. 80 cm × 80 cm. Allerdings ist über das Herstellungsverfahren nichts bekannt. Das Zylinderblasverfahren und die Gusstechnik werden hier in Betracht gezogen.

Glasarmringe sind eine typische Schmuckform, die neben gläsernen Fingerringen und Ringperlen zur mittleren La-Tène-Zeit im keltischen Mitteleuropa als Frauenschmuck aufkommt und als Grabbeigabe gefunden wird.

Mittelalter und Neuzeit

Glasbläser aus: Hrabanus Maurus De universo, 1023, Kloster Montecassino (Cod.132) ^[7]

Im frühen Mittelalter stellten die Germanen überall dort, wo die Römer sich zurückgezogen hatten, Glas her, das nahtlos an die schon germanisierte Spätantike Formensprache anschließt. Man geht heute davon aus, dass für das Fränkische Glas noch vorhandene Römische Gläser recycelt wurden.

Waldglas

Siehe auch Hauptartikel Waldglas.

Mit „de diversis artibus“ des Benediktinermönches Theophilus Presbyter steht uns erstmals eine längere schriftliche Quelle zur Verfügung, die die Glasherstellung, das Blasen von Flachglas und Hohlglas sowie die Ofentechnologie beschreibt. Theophilus, der wahrscheinlich in Konstantinopel war, vermischte Asche von getrocknetem Buchenholz mit gesiebtem Flusssand im Verhältnis 2:1 und trocknete dieses Gemenge im Ofen unter ständigem Rühren, so dass es nicht schmelzen oder verkleben konnte, einen Tag und eine Nacht. Danach wurde diese Fritte in einen Tiegel gefüllt und in einer Nacht unter starker Hitze zu Glas geschmolzen.

Dieser am Anfang des 12. Jahrhundert wohl in Köln entstandene Text bildet vielleicht die Grundlage für die Kirchenfenster der Gotik und auch für das Waldglas. Die Pflanzenasche mit allen Verunreinigungen lieferte auch einen Teil des Kalks, der für die Herstellung guten Glases nötig war. Um die enorme Menge an Holz, die für die Befeuerung der Öfen und für die Aschegewinnung nötig war, nicht über lange Wege befördern zu müssen, wurden die Glashütten in abgelegenen Waldgebieten angelegt. Diese Waldglashütten stellten überwiegend Glas her, was durch Eisenoxid (aus verunreinigtem Sand) grünlich verfärbt war.

In Georgius Agricolas „de re metalica“ gibt es eine kurze Beschreibung der Glaskunst. Er hat von 1524 bis 1527 in Venedig gelebt und wohl die Insel Murano besuchen dürfen, was die detaillierten Beschreibungen der Öfen vermuten lassen.

Als Rohstoff sind durchsichtige Steine genannt, also Bergkristall und Weiße Steine, also Marmor, die im Feuer gebrannt und im Pochwerk zerstoßen und in Form von grobem Griss gebracht und danach gesiebt werden. Weiter führt er Kochsalz, Magnetstein und Soda an. Kochsalz und Magnetstein werden von späteren Autoren als unnütz verworfen, Marmor und Soda gab es in Altare und in Mailand; sie sind aber in Deutschland nicht zu erhalten. Einzig eine Andeutung: „salz das aus laugen dargestellt wird“, weist auf ein venezianisches Geheimnis hin.

Die Glasschmelzöfen der Waldglashütten und Venedigs waren Hafenöfen, sie waren aus mit gebrannter Schamotte versetzten Lehmziegeln gemauerte, eiförmige Konstruktionen mit 3 m Durchmesser und bis zu 3 m Höhe. Im unteren Stock lag der Befeuerungsraum mit ein oder zwei halbrunden Öffnungen für den Holzeinwurf. In der Mitte schlugen die Flammen durch eine große runde Öffnung in den zweiten Stock, in dem die Häfen standen. Dieser etwa 1,20 m hohe Raum war rundum mit 20 cm × 20 cm großen Ofentoren versehen, durch die das Gemenge eingelegt und das Glas entnommen werden konnte. Im Obergeschoss, das durch eine kleine Öffnung mit dem Schmelzraum verbunden war, lag der Kühlofen, der nur 400 °C heiß war. Der Kühlofen war mit einer kleinen Öffnung versehen, durch die fertige Werkstücke eingetragen wurden. Am Abend wurde das Loch zwischen Schmelzraum und Kühlraum mit einem Stein verschlossen, sodass das Glas über Nacht abkühlen konnte.

Venedig

Am Anfang der venezianischen Glastradition steht wohl der Handel mit byzantinischen Glaserzeugnissen, die schon im 10. Jahrhundert importiert und nach ganz Europa exportiert wurden. Erste Glasmacher finden sich in den Registern des 11. Jahrhundert Sie werden „phiolarius“, Flaschenmacher genannt. Ein an der Südküste der Türkei havariertes Handelsschiff, das um 1025 gesunken ist, transportierte nicht weniger als drei Tonnen Rohglas, das aus Caesarea in Palästina stammte. Ob es für Venedig bestimmt war, lässt sich nicht mit Gewissheit sagen, ist aber naheliegend. Bis 1295 werden alle Glasmacher auf der Insel Murano angesiedelt und ihre Reisefreiheit per Gesetz eingeschränkt. Auf dieser von der Welt abgeschnittenen Insel konnte Angelo Barovier, der Mitte des 15. Jahrhundert lebte, das Geheimnis der Glasentfärbung lüften und erstmals ungetrübtes, klar durchsichtiges Glas in Europa herstellen. Das „crystallo“, ein Soda-Kalkglas, das mit Manganoxid entfärbt war, sollte den Weltruhm des venezianischen Glases begründen. Die Soda wurde aus der Levante oder Alexandria importiert, ausgelaugt und versiedet, bis ein reines Salz entstand. Als Sand wurde ein reiner Glassand aus dem Ticino oder gebrannter Marmor verwendet. Eine weitere venezianische Wiederentdeckung ist das „lattimo“ (Milchglas), ein opakes weißes Glas, das mit Zinndioxid und Knochenasche getrübt war, und das chinesische Porzellan nachahmte.

Es ist nur noch wenig einwandfrei als authentisch venezianischer Herkunft nachweisbares Renaissance-Glas erhalten. Die reiche Vielfalt seiner Formen und Dekore erschließt sich vornehmlich aus der Stillleben-Malerei. Als Glas à la façon de Venise fand der venezianische Stil trotz aller Versuche der Republik Venedig, ihre Kunst geheim zu halten, Zugang in die Länder nördlich der Alpen. In Deutschland sind umfangreiche Sammlungen erhalten, deren Provenienz sich häufig nur noch indirekt und nicht mehr eindeutig erschließt.

Siehe für dieses Kapitel auch: Glasherstellung 1550–1700, pdf, 1,1 Mb

Barockes Glas

Barockes Schnittglas vornehmlich aus Böhmen und Schlesien, aber auch Nürnberg, Brandenburg und Sachsen, seltener Thüringen, Hessen, Norddeutschland und den Niederlanden lief ab dem 18. Jahrhundert venezianischem Glas den Rang ab. Die Venezianer beherrschten die Kunst des Glasschnitts und Glasschliffs nicht.

Die Formen mit Fuß, Baluster-Schaft und dünnwandiger Kuppa ähnelten dem farblosen venezianischen Glas, jedoch ohne Flügel. Das Neuartige dieser Kunst waren die fein elaborierten, in die Wandung eingeschnittenen Bildszenen. Die Themen waren vielseitig. Jagdszenen waren häufig, Landschaften, aber auch allegorische Figuren mit Beischriften, Blumen- und Blattornamente.

Erstmals in der Geschichte der europäischen Glaskunst werden im 18. Jahrhundert individuelle Künstler identifizierbar: Christian Gottfried Schneider prägte den Glasschnitt Schlesiens wie Martin Winter denjenigen von Potsdam, Johann Christoph Kießling arbeitete für August den Starken, David Wolff in den Niederlanden.

Gelegentlich weisen die barocken Schnittgläser Vergoldungen an Fuß, Schaft oder am Lippenrand auf. Sind die Bildmotive vergoldet, spricht man von Zwischengoldgläsern. Dabei wurden Blattgoldfolien aufgelegt und die Motive herausradiert.

Von der Porzellanmalerei her kommt die Technik der Schwarzlotmalerei, die in anderem Zusammenhang indes bereits im Mittelalter bekannt war. Johann Schaper und Ignaz Preissler prägten diese Kunst in Nürnberg und Schlesien, Böhmen und Sachsen.

Eine rurale Veredelungstechnik barocken Glases ist die Emailmalerei. Sie findet sich vor allem an Gebrauchsglas in ländlichen Gegenden (z. B. Bierhumpen der Schützenvereine und Schnapsflaschen). Passend zur Provenienz sind die Motive: Bauer mit Vieh und Ackergerät, Wirtshausszenen, Spielkarten, Sinnsprüche. In Böhmen entsteht die Emailmalerei auch auf opakem Milchglas, was diese Technik in die Nähe der Porzellanmalerei rückt.

Fensterglas

Obwohl schon Funde die Verwendung von Fensterglas im Römischen Reich belegen und schon im 9. Jahrhundert St. Peter und Santa Maria in Rom eine Fensterverglasung aufwiesen, ist eine breitere Verwendung erst mit der aufkommenden Gotik im 12. Jahrhundert nachgewiesen.

Zylinderstreckverfahren I…

Mondglasproduktion im 18. Jhd. Die Tafel stammt aus der Encyclopédie. Der Arbeiter links trägt Holz zu Befeuerung; mittig wird ein Glastropfen entnommen oder das Werkstück aufgeheizt; rechts im Vordergrund wird ein Glastropfen durch marbeln vorgeformt; im Hintergrund wird eine Scheibe ausgeschleudert

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.

Walzglasproduktion 1908: derselbe Prozess wie 1688.

Das Walzglasverfahren wurde zum ersten Mal 1688 in Saint Gobain, der Keimzelle des 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 Zoll × 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 aufwändiges 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

Zylinderglas Anfang des 20. Jahrhunderts.

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.

Ein weitreichendes Patent sollte 1904 von Emile Fourcault folgen. Das nach ihm benannte Fourcault-Verfahren zur Ziehglasherstellung. Das Glas wird dabei 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 konnten bei jenem mehrere Ziehmaschinen 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.

Walzglasproduktion wohl in den 1920er Jahren: Der Bicheroux-Prozess.

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 m × 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 ^[8].

Hohlglasproduktion um 1910: der Tropfen wird in einer Form zur Flasche geblasen.

Eine weitere Neuerung 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 beträchtlich erhöhte.

Die ersten halbautomatische Flaschenblasmaschine wurde 1859 von den Briten Alexander Mein und Howard M. Ashley in Pittsburg entwickelt. Doch noch immer waren manuelle Arbeitsschritte vonnöten. ^[9]

Ein Meilenstein war die 1903 von Michael Joseph Owens eingeführte Owens-Maschine als erste vollautomatische Glasmaschine überhaupt. In einem in der Schmelze eingetauchten Rohr wird ein Vakuum erzeugt und so die problematische Tropfengröße exakt dosiert. Der Arm schwenkt zurück und drückt den Tropfen in 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 enorme Menge von vier Flaschen pro Minute zu produzieren. Diese Technik nennt man Saug-Blas-Verfahren ^[10].

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 verschiedenen Produktionsverfahren noch lange parallel betrieben wurden.

Die Owens AR Maschine von 1912 in Karussellform.

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 tropfte durch eine Öffnung im Feeder (Speiser). Durch die genauer mögliche 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 nutzt, arbeitet nach dem Blas-Blas-Verfahren. Ein Tropfen wird in eine Metallform geleitet und vorgeblasen. Der vorgeformte Tropfen wird in eine zweite Form geschwenkt, in der das Werkstück fertig geblasen 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 ^[11]. Das Prinzip des Blas-Blas-Verfahrens ist auch heute noch in der Massenfabrikation gültig.

Siehe auch: ^[12]

Rohrglas

→ Hauptartikel: Rohrglas

Glasrohre wurden bis ins 19. Jahrhundert ebenfalls (mundgeblasen) ausschließlich diskontinuierlich aus einer Charge oder einem Glasposten hergestellt. 1912 entwickelte E. Danner (Libbey Glass Company) in den USA das erste kontinuierliche Röhrenziehverfahren; 1918 erhielt er dafür ein Patent.

Beim Danner-Verfahren fließt eine Glasschmelze als Band auf einen schräg nach unten geneigten, rotierenden keramischen Hohlzylinder auf, die sogenannte Dannerpfeife. Nach Zuführung von Druckluft über das Innere der Pfeife gelingt das Abziehen des sich bildenden Glasrohres in Richtung der Pfeifenachse. Ziehgeschwindigkeit sowie Höhe des Drucks der zugeführten Luft bestimmen hierbei die Rohrdimension.

1929 wurde in Frankreich von L. Sanches-Vello ein vertikales Ziehverfahren ausgearbeitet; hier kann das Rohr zunächst senkrecht nach unten in einem temperaturgeregelten Schacht abgezogen und dann in die Horizontale umgelenkt werden.

^[13]

Glaskunst und Kunsthandwerk

Methoden für mund-/handgefertigte Gläser (v. l. n. r.): Bleiverglasen, sandstrahlen, fusing/auflamieren, beleuchten, bemalen, biegen, ätzen

Fusing

Beim Fusing (dt. Verschmelzung) oder Fusen (neudeutsch für Glasverschmelzung) werden verschiedene (weiße oder farbige, eventuell mit Glasschmelzfarbe bemalte) Glasstücke bei 780–900 °C miteinander verschmolzen. Die Schmelztemperatur ist von Zusammensetzung und Dicke der Gläser abhängig. Temperaturbeständige Gegenstände, wie etwa Metalle, können mit eingeschmolzen werden.

Fusing ist in seinen Grundlagen, nach bisherigem archäologischem Wissensstand, ein mindestens 2200 Jahre altes Glasverarbeitungsverfahren. In den letzten Jahrzehnten wurde es zu einer der vielseitigsten und technisch anspruchsvollsten Glasverarbeitungstechniken weiterentwickelt. Viele Glasereien und künstlerische Glasstudios können Glas nach der Fusing-Technik verarbeiten. Das Verfahren wird in großer Variationsbreite eingesetzt: Von Modeschmuck und der Dekoration von Gegenständen bis hin zu Kunstobjekten, großen künstlerisch gestalteten Fenstern und anderen Glaselementen in Architektur und Innenarchitektur.

Heute werden folgende Grundvarianten des Fusing unterschieden:

1. Relief (engl. tack fuse)
2. Vollverschmelzung (engl. full fuse)
3. Glasfluss (franz. pâte de verre), Glaspaste wird in Form geschmolzen

Konventionell handwerklich kann Fusing folgendermaßen ablaufen: Aus verschiedenfarbigen Glasplatten werden passende Teile mit einer besonderen Zange abgezwickt oder mit einem Glasschneider abgeschnitten. Die Glasstücke setzt der Glaskünstler dem Entwurf entsprechend zusammen, beispielsweise als Muster für den Rahmen eines Spiegels oder für die Herstellung einer Glasschüssel. Zwischenräume werden oft mit Glaspulver aus zerstampften Glasplatten ausgefüllt. Nun werden die Stücke im Brennofen verschmolzen. Die Temperaturen werden so gewählt, dass das Glas noch nicht als Flüssigkeit verläuft, alle Glasteile und Partikel aber eine dauerhafte Verbindung eingehen. Bei entsprechender Temperaturführung kann ein vollkommen geschlossener und harter Glaskörper hergestellt werden. Dieser Brennvorgang dauert, abhängig von Dicke und Durchmesser des Glases, etwa 18 bis 22 Stunden.

Der Glaskörper wird zunächst zu einer flachen Platte verschmolzen, die bei Bedarf in einem zweiten Arbeitsgang in einem Glasschmelzofen weiter geformt wird, z. B. wenn daraus eine Glasschüssel entstehen soll. Dazu werden Trägerformen oder Model verwendet, die oft aus Ton oder unglasierter Keramik bestehen. In konkave Model kann sich die erhitzte Glasplatte absenken und über konvexe Model kann sie sich aufbiegen. Die Form muss etwas größer als die Glasplatte sein, da Glas sich bei Erwärmung ausdehnt und beim Abkühlen zusammenzieht. Auf die entstandenen Objekte können nach dem Abkühlen Glasveredelungstechniken angewendet werden: Gravieren, Glasmalen, Schleifen, Sandstrahlen oder Ätzen.

Eine fortgeschrittene Anwendung des Verfahrens ist die Herstellung großer selbsttragender Glasscheiben oder Glasobjekte, die beispielsweise als Gegenwartskunst oder als Kirchenkunst künstlerisch kontrolliert gestaltet werden können. Dafür werden auch industriell hergestellte Glasbruchstücke (Fritten) und Glaspulver aus farblosen und farbigen Gläsern verwendet.

Die Herstellung derartiger „Fusing-Stücke“ setzt künstlerisches Talent und die Kenntnis der Verfahrenstricks voraus. So müssen die zusammengeschmolzenen Gläser den gleichen Ausdehnungskoeffizienten (AKW) haben und die Erhitzung und Abkühlung des Glases muss genau kontrolliert bestimmten Temperaturkurven folgen. Andernfalls können im Glas mechanische Spannungen entstehen, die es zerreißen oder zerspringen lassen. Große Fusing-Stücke können daher nur in einem Flachbett in digital gesteuerten Brennöfen hergestellt werden.

Besonders von fortgeschrittenen Glaskünstlern werden Glasöfen der Bauart „Glory Hole“ verwendet, weil sie es gestatten, kleinere Glasmassen direkt in verschiedenen angeschmolzenen oder nahezu flüssigen Zuständen künstlerisch zu bearbeiten. Glas wird dabei immer wieder für einen neuen Arbeitsgang durch das Loch in der Ofenwand gehalten und aufgeheizt, um es dann außerhalb des Ofens bearbeiten zu können.

Zur ebenso direkten Bearbeitung dienen Öfen mit ausziehbarem Flachbett. Das im Flachbett liegende Glas wird auf Bearbeitungtemperatur gebracht und dann für kurze Zeit aus dem Ofen hervorgezogen. Unter Beachtung der richtigen Verfahren und Vorsichtsmaßnahmen werden dann beispielsweise Chemikalien, Metallstaub oder farbige Glaspulver auf das angeschmolzene oder geschmolzene Glas gebracht. Besondere Kenntnisse setzt es voraus, mit Werkzeugen direkt gestalterisch in diese Glasmasse einzugreifen.

Eine weitere neue Variante ist die Pàte de Verre Herstellung großformatiger Glasplastiken.

Glasperlen

Die Glasperlen wurden zu einer begehrten Handelsware und breiteten sich schnell über ganz Europa aus. Über Jahrhunderte waren Glasperlen ein beliebtes Zahlungsmittel im Tauschhandel mit Gold, Elfenbein, Seide und Gewürzen. Seit einigen Jahren sind die bunten Kunstwerke begehrte Objekte für Sammler.

Glasperlen aus Venedig sind die bekanntesten und begehrtesten Perlen der Welt. Venezianische Glaskünstler haben während mehrerer Jahrhunderte Perlenhersteller auf der ganzen Welt beeinflusst. Dort werden die Glasperlen über offener Flamme hergestellt. Es ist ein sehr zeitaufwendiges Verfahren, da jede Perle einzeln gefertigt wird.

Ein Glasstab wird unter der Verwendung einer Lötlampe bis zum Schmelzen erhitzt und um einen Metallstab gewickelt, bis die gewünschte Perlenform erreicht wird. Auf diese Grundperle können nach und nach weitere Glasfarben aufgeschmolzen werden und unterschiedliche Dekorationselemente, wie dünne Glasfäden oder hauchdünne Glasplättchen (Confettis), aufgebracht werden. Dann wird die Perle sehr langsam abgekühlt und von der Stange entfernt, wodurch ein Loch entsteht, durch das die Perle später aufgefädelt werden kann. Diese Perlen nennt man Wickelperlen.

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 Thutmosis III. kommen Importgefäßformen aus dem Mittelmeergebiet (Amphoriskoi, Linsenflasche, Hänkelflasche, Bilbils und Sonderformen) hinzu. Die Gefäße sind meistens 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 vielfarbige Mosaikschalen und die Gefäße der „Canossa Gruppe“.

Römisches Reich

Die Römer stellten Diatretgläser her, meistens 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^[14] aus dem 4. Jahrhundert, an dem eine dreidimensionale figurative Darstellung angebracht ist, die im Gegenlicht rot und im Auflicht opak-gelbgrün erscheint.

Siehe auch

• Bauglas
• Corning Museum of Glass
• Foturan
• Glasauge
• Glas auf Mallorca
• Glashütte
• Glasmalerei
• Glasmodelle der Blaschkas
• Glasreich
• Glasschleiferei
• Hydrolytische Klasse
• Irisglas
• Schaumglas
• Tiffany-Glaskunst

Literatur

Glaschemie

• Werner Vogel: Glas Chemie. Springer-Verlag, Berlin 1992, ISBN 3-540-55171-9. 

Glasherstellung

• Lange: Rohstoffe der Glasindustrie. 3. überarb. Auflage. Leipzig 1993, ISBN 3-342-00663-3. 
• Horst Scholze: Glas-natur; Struktur und Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin. 

Geschichte der Glasherstellung

• Birgit Nolte: Die Gefässe im alten Ägypten. Berlin 1968. 
• Daniele Foy, Marie-Dominique Nenna: Tout feu tout sable. Aix-en-Provence 2001, ISBN 2-7449-0264-0. 
• A. Kisa: Das Glas im Altertum, 3 Bde. Leipzig 1908. 
• Frank Schweizer: Glas des 2. Jahrtausends v. Chr. im Ostmittelmeerraum. Remshalden 2003, ISBN 3935383088. 

Einzelnachweise und Fußnoten

1. ↑ Spezifisches Gewicht-Dichte. In: Glas.de-Lexikon. Covus GmbH & Co.KG. Abgerufen am 6. Jan. 2009.
2. ↑ SciGlass®
3. ↑ Interglad®
4. ↑ Glassproperties.com
5. ↑ Catherine Dreyfus, Gérard Dreyfus: A machine learning approach to the estimation of the liquidus temperature of glass-forming oxide blends. In: Journal of Non-Crystalline Solids. 318, Nr. 1-2, 2003, S. 63–78 (doi:10.1016/S0022-3093(02)01859-8) (Entwurf als PDF). 
6. ↑ Norman T. Huff, A. D. Call: Computerized Prediction of Glass Compositions from Properties. In: Journal of the American Ceramic Society. 56, Nr. 2, 1973, S. 55–57 (doi:10.1111/j.1151-2916.1973.tb12356.x). 
7. ↑ Axel von Saldern, Ulrich Hausmann, Reinhard Herbig, Walter Otto: Antikes Glas. C. H. Beck, München 2004, ISBN 3-4065-1994-6. 
8. ↑ Walter Spiegl: Maschinell gepresste und druckgeblasene Gläser
9. ↑ Frank Andrews: Moncrieff’s Monish Bottle-making Machines. 1947 (engl.)
10. ↑ The American Society of Mechanical Engineers: Owens AR Bottle Machine (1912). 1983 (englisch)
11. ↑ Emhart Glass: Emhart Glass - An Industry Leader for more than 90 Years. (engl.)
12. ↑ IMACS Users Guide - Bottles/Glass.1992 (engl.)
13. ↑ Geschichte des Glases. Teil 2. In: www.glas.ch. Rita Fleischmann-Reichmuth. Abgerufen am 6. Jan. 2009.
14. ↑ Lykurgosbecher

Weblinks

• Glas Wissen. Covus GmbH & Co.KG. Abgerufen am 6. Jan. 2009.
• Werkstoffe – Glass. Planet Wissen, Abgerufen am 26. Feb. 2009 (Videos zu den Themen: Geschichte und Herstellung von Glas).
• Martin Weiß (Hrsg.): vitrum – das Glas der Antike. Abgerufen am 26. Feb. 2009.
• Mathias Hennies: Glashandel an der Seidenstraße. Gemeinsames Forschungsprojekt von deutschen und chinesischen Archäologen. In: Studiozeit. Aus Kultur- und Sozialwissenschaften. Deutschlandfunk, 26. Feb. 2009, Abgerufen am 26. Feb. 2009.