Autorenverzeichnis | 5 |
Vorwort | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 9 |
Teil I: Werkstoll Glas und Verlahrenzur Auldeckung seiner Fehlererscheinungen | 19 |
1 Einführung | 20 |
1.1 Glas als Sonderzustand der Materie | 20 |
1.1.1 Der Werkstoff Glas als selbständiger thermodynamischer Zustand | 21 |
1.1.2 Verzögerungserscheinungen am technischen Glas | 21 |
1.1.3 Glasfehler als Durchlaufstadien von Raumteilen selbständigerthermodynamischer Systeme | 22 |
1.2 Fabrikationsfehler als Technologie "pathologischer" Ausnahmezustände | 22 |
1.2.1 Fehler eines Werkstoffes als Quelle technologischer Erkenntnisse | 23 |
1.3 Physikalischer Ablauf der Formgebung | 24 |
1.3.1 Besonders relevante Bereiche des Zähigkeitsverlanfs("Länge" bzw, "Kürze" des Glases) | 24 |
1.3.2. Praktische Auswertung | 25 |
1.4 Systematik der Fehler | 26 |
1.4.1 Schematische Übersicht "geduldeter" Fehler (Mängel) | 26 |
1.4.2 Stufen der Glasherstellung und ihrer Störungsquellen | 26 |
1.4.3 Untrennbarer Zusammenhang mehrerer Fabrikationsfehler (Beispiel) | 28 |
1.4.4 Suche nach "potentiellen" Fehlerquellen | 30 |
1.5 Einspielung des Glases auf optimale Beschaffenheit | 30 |
1.5.1 Empirie und Methodik | 30 |
1.5.2 Technisches Feld eines Mehrstoffsystems | 31 |
Literatur zu Kapitell | 31 |
2 Eigenschaften der Glasschmelze und des Glases als Werkstoff* | 33 |
2.1 Eigenschaften der Schmelze als "potentielle" Fehlerquellen | 33 |
2.1.1 Dichte und Auftrieb | 33 |
2.1.2 Viskosität | 36 |
2.1.2.1 Temperaturabhängigkeit der Viskosität | 36 |
2.1.2.2 Zeitabhängigkeit der Viskosität | 37 |
2.1.2.3 Viskosität und chemische Zusammensetzung | 38 |
2.1.3 Viskoelastisches Verhalten bei rascher und großer Verformung | 39 |
2.1.4 Oberflächenspannung, Grenzflächenspannung, Benetzungund Grenzflächenkonvektion | 41 |
2.1.5 Diffusion, Löslichkeit und Konvektion | 44 |
2.1.6 Verdampfung und Zersetzung | 45 |
2.1.7 Phasentrennung | 47 |
2.1.7.1 Entglasung (Kristallisation) | 47 |
2.1.7.2 Entmischung | 50 |
2.1.8 Einfrierverhalten, Einfrieren der Fehler mit dem Glas | 52 |
2.2 Eigenschaften des Glases als "potentielle" Fehlerquellen | 53 |
2.2.1 Dichte und thermische Ausdehnung | 53 |
2.2.1.1 Eine einfache Beziehung zwischen ~ und der Kationenfeldstärke | 55 |
2.2.1.2 Thermische Ausdehnung einfacher Gläser | 55 |
2.2.2 Fließvorgänge unterhalb der Einfriertemperatur | 57 |
2.2.3 Wärmeinhalt und Wärmetransport | 58 |
2.2.3.1 Spezifische Wärme | 58 |
2.2.3.2 Wärmetransport | 59 |
2.2.4 Thermische Spannungen, Temperaturwechselbeständigkeitund Wärmespannungszahl | 63 |
2.2.4.1 Entstehung von Kühlspannungen [88] | 63 |
2.2.4.2 Der Entspannungsvorgang | 66 |
2.2.5 Mechanik und Bruchfestigkeit | 67 |
2.2.5.1 Das allgemeine Spannungs-Dehnungsverhalten | 68 |
2.2.5.2 Die maximalen Spannungen für verschiedene Belastungsfälle | 70 |
2.2.5.3 Die Spannungen an einem Riß | 74 |
2.2.5.4 Festigkeitskriterien | 75 |
2.2.6 Chemische Beständigkeit | 78 |
2.2.6.1 Konstitution des Glases als Ursache für die Reaktionsbereitschaft der Oberfläche | 78 |
2.2.6.2 Prinzip der chemischen Wechselwirkung von Glas mit der Umweltunter Beteiligung von Wasser | 79 |
2.2.6.3 Veränderung der chemischen Beständigkeit durch thermische Belastung | 81 |
2.2.7 Optische Eigenschaften | 83 |
2.2.7.1 Lichtbrechung | 83 |
2.2.7.2 Reflexion | 84 |
2.2.7.3 Absorption bzw. Transmission | 85 |
2.2.7.4 Lichtstreuung | 87 |
Literatur zu Kapitel 2 | 87 |
3 Verfahren zur Erkennung und Untersuchung von GlasfehlernÜberwachung der Produktion | 93 |
3.1 Verfahren zur Erfassung von Formfehlern | 93 |
3.1.1 Grundlagen | 93 |
3.1.2 Begriffsbestimmungen | 95 |
3.1.3 Die Meßverfahren | 96 |
3.1.3.1 Optische Verfahren | 96 |
3.1.3.2 Optoelektronische Verfahren | 103 |
3.1.3.3 Mechanische Verfahren | 104 |
3.1.3.4 Elektromechanische Verfahren | 104 |
3.1.3.5 Pneumatische Verfahren | 105 |
3.1.3.6 Elektrische Verfahren | 105 |
3.1.3.7 Strahlenverfahren | 105 |
3.1.3.8 Mikroskopische Verfahren | 106 |
3.2 Optische Verfahren zur Erfassung von Schlieren | 106 |
3.2.1 Über den Begriff Schliere | 106 |
3.2.2 Allgemeines über die optische Erfassung von Schlieren | 106 |
3.2.3 Das Interferenzverfahren | 108 |
3.2.4 Das Toeplersche Schlierenverfahren | 112 |
3.2.5 Das Schattenverfahren | 115 |
3.2.6 Die Untersuchungen von Querschliffen | 120 |
3.2.7 Spannungsoptischer Nachweis von Schlieren | 121 |
3.3 Verfahren zur Untersuchung von Spannungen * | 123 |
3.3.1 Überblick über die Verfahren zur Untersuchung von Spannungen in Gläsern | 123 |
3.3.2 Spannungsoptische Verfahren | 124 |
3.3.3 Registrierende automatische Spannungsprüfung an Flachglas | 133 |
3.4 Analyse von Schlieren und Identifizierung von Fremdkörpereinschlüssen Rohstoff-,Qualitäts- und Produktionskontrolle | 138 |
3.4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Analytik des Glases | 138 |
3.4.2 Untersuchung von Schlieren | 140 |
3.4.3 Untersuchung von Fremdkörpereinschlüssen | 144 |
3.4.4 Merkmale für die mikroskopische Bestimmung von KristallenGrundlagen der Kristalloptik der Silicate | 147 |
3.4.5 Röntgenographische Bestimmung von Kristallen | 151 |
3.5 Analytische Untersuchungsmethoden - modernere Verfahren | 156 |
3.5.1 Untersuchung von Glasfehlern mit dem Transmissions-Elektronenmikroskopund Raster-Elektronenmikroskop | 156 |
3.5.2 Röntgenspektroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse [223 - 227] | 165 |
3.5.3 Elektronenstrahlmikrosonde [237, 238] | 168 |
3.5.4 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) | 172 |
3.5.5 Analysen von Gläsern, Glasoberflächen und -belägen sowie von Gasenmit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und der Spektralanalyseangeregter Strahlung (IBSCA oder SCANIIR) | 173 |
3.5.6 Analyse von Blasen und Gasen im Glas | 179 |
Literatur zu Kapitel 3 | 196 |
Teil II: Fehler an der Schmelzmasse | 207 |
4 Gase (Blasen) in der Glasschmelze | 208 |
4.1 Allgemeines | 208 |
4.2 Das Einschmelzen des Gemenges | 208 |
4.2.1 Die Temperaturverteilung im einschmelzenden Gemenge | 209 |
4.2.2 Gemengehaufenreaktion und Rauhschmelze | 210 |
4.2.3 Gasabgabe beim Schmelzprozeß | 210 |
4.2.4 Maßnahmen, um das Einschmelzen und Läutern zu beeinflussen | 214 |
4.2.5 Bildung von Blasen im Glas | 219 |
4.3 Löslichkeit und Diffusion von Gasen in Glasschmelzen | 220 |
4.3.1 Physikalische Löslichkeit von Gasen in Glasschmelzen | 221 |
4.3.2 Chemische Löslichkeit von Gasen in Glasschmelzen | 222 |
4.3.3 Diffusion von Gasen in Glasschmelzen | 234 |
4.4 Entfernung von Blasen und Gasen aus der Schmelze(Läuterung, Entgasung und Homogenisierung) | 237 |
4.4.1 Das Aufsteigen der Blasen in der Glasschmelze | 237 |
4.4.2 Das Austreten von Blasen aus der Glasschmelze | 239 |
4.4.3 Die chemische Läuterung | 239 |
4.4.4 Physikalische Läuterverfahren | 250 |
4.4.5 Homogenisierung und Läuterung | 252 |
4.4.6 Einfluß von Glasströmungen auf die Läuterung des Glases | 252 |
4.5 Blasen im Glas | 254 |
4.5.1 Definition der drei Blasentypen | 254 |
4.5.2 Anwendung der Blasenfehlerdiagnose | 255 |
4.5.3 Blasen aus der Läuterung | 256 |
4.5.4 Blasen aus gelösten Gasen (Nachgasen, Reboil) | 257 |
4.5.5 Blasen aus Verunreinigungen | 264 |
Literatur zu Kapitel 4 | 276 |
5 Schmelzrelikte, Fremdkörper, "Steinehen" und Entglasungen* | 284 |
5.1 Allgemeine Einführung | 284 |
5.2 Kristallarten, die in Steinehen, Knoten und Entglasungenvorkommen können | 286 |
5.2.1 Kieselsäure (Siliciumdioxid) Si02 | 286 |
5.2.2 Tonerde (Aluminiumoxid) AI~Oa | 289 |
5.2.3 Zirkondioxid (Baddeleyit) ZrO~ und Zirkonsilicat (Zirkon) ZrO~ . Si02 | 290 |
5.2.4 Andere Metalloxide | 292 |
5.2.5 Calciumsilicate | 292 |
5.2.6 Aluminiumsilicate | 295 |
5.2.7 Sulfate | 299 |
5.2.8 Kristalle als Wegweiser zur Fehlerquelle | 300 |
5.3 Herkunft der "Steinehen" und Knoten | 301 |
5.3.1 Herkunft aus dem Gemenge und aus Scherbenverunreinigungen | 301 |
5.3.2 Herkunft aus den feuerfesten Baustoffen | 307 |
5.3.3 Herkunft aus der Glasschmelze (Entglasungen) | 312 |
5.4 Störungen aus dem Bereich der optischen Gläser | 321 |
Literatur zu Kapitel 5 | 323 |
6 Schlieren (Glas in Glas) | 324 |
6.1 Grundsätzliches über Schlieren im Glas | 324 |
6.1.1 Definition und Überblick | 324 |
6.1.2 Entstehung der verschiedenen Schlierenarten | 325 |
6.2 Homogenitätsstörungen in der Schmelze | 326 |
6.2.1 Zum Begriff Homogenität | 326 |
6.2.2 Homogenität des Gemenges | 327 |
6.2.3 Inhomogenitäten der Rauhschmelzen | 328 |
6.2.4 Homogenisierende Wirkung der Läuterung | 331 |
6.2.5 Flüchtigkeit und Verstaubung als Schlierenquelle | 333 |
6.2.6 Ofenatmosphäre als Ursache von Schlierenbildung | 338 |
6.2.7 Durch Scherbenzusatz verursachte Schlieren | 341 |
6.2.8 Gemengeumstellung als Schlierenursache | 345 |
6.3 Schlieren von feuerfesten Wänden und Einbauten | 346 |
6.4 Schlieren aus dem Oberbau der Öfen | 348 |
6.4.1 Verschlackung des Oberofens als Schlierenquelle | 348 |
6.4.2 Vom Gewölbe ausgehende Störungen | 350 |
6.5 Einfluß von Konvektion und Verformung auf den Abbau von Schlieren | 352 |
6.5.1 Weiträumige Strömungen: Homogenisierung durch Diffusion und Deformation(, ,Difformation'') | 352 |
6.5.2 Systemeigene lokale Strömungen: Freie Dichte- und Grenzflächenkonvektion | 354 |
6.6 Verhalten von Schlieren in der Schmelze und bei der Formgebung | 356 |
6.6.1 Besondere Eigenschaften von Schlieren, die beim Erschmelzenund bei der Formgebung eine Rolle spielen | 356 |
6.6.2 Durch die Formgebung fixierte Schlierenanordnungen | 358 |
6.6.3 Verborgene Schlieren | 364 |
6.6.4 Thermische Schlieren | 365 |
Literatur zu Kapitel 6 | 366 |
7 Wechselwirkung zwischen Glasschmelze und feuerfestem Material | 373 |
7.1 Feuerfestes Material | 373 |
7.1.1 Eigenschaften der feuerfesten Steine und Massen | 373 |
7.1.2 Einteilung der feuerfesten Steinqualitäten | 374 |
7.1.3 Isolier- und FeuerIeichtsteine | 376 |
7.1.4 Maße und Formate der feuerfesten Steine | 376 |
7.1.5 Glasfehler, die vom Feuerfestmaterial herrühren | 376 |
7.2 Die besondere Rolle der Grenzflächenkonvektion bei der Korrosionvon Feuerfestmaterial durch Glasschmelzen | 377 |
7.2.1 Bevorzugte Korrosion horizontal ("Spülkantenerosion") | 377 |
7.2.2 Bevorzugte Korrosion vertikal ("Blasen"- und "Metalltropfenbohren") | 381 |
7.2.3 Hinweise zur Bekämpfung der bevorzugten Korrosion | 385 |
7.3 Die Herkunft von Glasfeblern aus den feuerfesten Baustoffen | 385 |
7.3.1 Fugen und Risse als Angriffsort für Korrosion | 386 |
7.3.2 Eutektische Korrosion | 388 |
Literatur zu Kapitel 7 | 399 |
8 Farbstich des Glases* | 402 |
8.1 Was ist der Farbstich | 402 |
8.2 Die Bedeutung des Farbstiches | 402 |
8.2.1 Die Bedeutung des Farbstiches für den Gebrauchswert | 402 |
8.2.2 Die schmelztechnische Bedeutung des Farbstiches | 402 |
8.3 Die Beurteilung des Farbstiches | 403 |
8.3.1 Die visuelle Beurteilung | 403 |
8.3.2 Die Farbmessung als quantitatives Man | 403 |
8.4 Ursachen der Färbung in Gläsern | 406 |
8.4.1 Der Farbstich durch Eisen | 407 |
8.4.2 Farbstich durch andere Verunreinigungen | 411 |
8.4.3 Veränderungen des Farbstiches | 411 |
8.4.4 Der Farbstich bei farbigem Glas | 413 |
Literatur zu Kapitel 8 | 414 |
Teil III: Fehler am Erzeugnis | 416 |
9 Form- und Oberflächenfehler an Hohl- und Preßglas * | 417 |
9.1 Grundsätzliches zu Vorgängen bei der Formgebung | 417 |
9.2 Die verschiedenen Teile eines Hohlglasbehältersund ihre wichtigsten Mündungsarten | 418 |
9.3 Fertigungstechnische Grundlagen der Glasverarbeitungsmaschinen | 419 |
9.3.1 Hohlglas | 419 |
9.3.2 Preßglas | 424 |
9.4 Oberflächenfehler | 426 |
9.4.1 Runzeln (buckelige Unebenheiten und gehämmertes Aussehen) und Faltenan der Oberfläche | 426 |
9.4.3 Herausgerissenes Glas an der Oberfläche ("angebackte") | 429 |
9.4.4 "Rauhe" Mündungen | 429 |
9.4.5 Abdrücke der Formftächen | 430 |
9.4.6 Pegel- und Stempelkleber, Glasfäden | 432 |
9.4.7 Abdrücke von Verunreinigungen | 433 |
9.4.8 Kratzer und Schrammen | 434 |
9.4.9 Brandflecken an der Oberfläche (Staubteilchen) | 435 |
9.4.10 Glätten des Glases durch Verwärmen | 435 |
9.4.11 Oberflächenfehler beim Bearbeiten und Veredeln | 436 |
9.5 Risse und Brüche | 443 |
9.5.1 Risse, die während der Formgebung entstehen | 443 |
9.5.2 Kleben des Glases | 445 |
9.5.3 Risse, die nach der Formgebung entstehen | 446 |
9.5.4 Von der Mündung abgesprungene Glasteile | 446 |
9.5.5 Bruch nach der Formgebung herrührend | 447 |
9.6 Inhomogenität der Glasschmelzmasse | 447 |
9.7 Wandstärkeverteilung | 448 |
9.8 Nahtmarkierungen | 451 |
9.8.1 Nahtmarkierungen an den Teilen des Glasbehälters | 451 |
9.8.2 Messerschnittmarkierungen | 453 |
9.8.3 Preßnähte | 453 |
9.9 Gestaltfehler, Gewicht und Inhalt | 455 |
9.9.1 Nicht fertiggeformte Teile von Hohl- und Preßgläsern | 455 |
9.9.2 Gestaltfehler , entstehend nach der Formgebung | 456 |
9.9.3 Maßhaltigkeit (Abmessungen, Gewicht, Inhalt) | 457 |
9.10 Qualitätskontrolle | 458 |
Literatur zu Kapitel 9 | 459 |
10 Formfehler an Flachglas | 461 |
10.1 Einleitung | 461 |
10.2 Formfehler, die allen Flachgläsern gemeinsam sind | 462 |
10.3 Formfehler an Floatglas | 466 |
10.4 Formfehler an gezogenen Flachgläsern (Maschinengläser) | 467 |
10.4.1 Formfehler an Fourcault-Glas | 468 |
10.4.2 Formfehler an Libbey-Owens-Glas | 468 |
10.4.3 Formfehler an Pittsburgh-Glas | 469 |
10.5 Formfehler an geschliffenem und poliertem Walzglas | 470 |
10.5.1 Formfehler, die durch den Walzvorgang entstehen | 470 |
10.5.2 Formfehler, die durch das Schleifen verursacht werden | 471 |
10.5.3 Formfehler, die durch das Polieren verursacht werden | 473 |
10.6 Formfehler an anderen Walzglasprodukten | 475 |
10.6.1 Formfehler an Drahtglas | 476 |
10.6.2 Formfehler an Ornamentglas | 478 |
10.6.3 Formfehler an Guß-Walzglas mit einer feuerpolierten Oberfläche | 479 |
10.7 Formfehler an gebogenem Flachglas | 480 |
10.8 Formfehler an Sicherheitsgläsern | 482 |
10.8.1 Formfehler an thermisch gehärtetem Sicherheitsglas | 482 |
10.8.2 Formfehler an Verbund-Sicherheitsglas | 483 |
10.9 Formfehler, die durch mechanische Verletzungender Oberflächen entstehen | 484 |
10.10 Formfehler, die bei der Nacbbearbeitung durch Schleifen entstehen | 485 |
Literatur zu Kapitel 10 | 489 |
11 Chemische Veränderungen an der Oberfläche des Glases * | 490 |
11.1 Einleitung | 490 |
11.2 Veränderungen an der Oberfläche als Folge chemischer Reaktionen | 492 |
11.2.1 Veränderungen unter Beteiligung von Wasser | 492 |
11.2.2 Veränderungen unter Beteiligung von Säuren | 503 |
11.2.3 Veränderungen unter Beteiligung von Laugen | 506 |
11.3 Spezielle unerwünschte chemische Wechselwirkungenmit der Glasoberftäche | 507 |
11.3.1 Störungen der Benetzung der Glasoberfläche durch Wasser | 507 |
11.3.2 Spezielle chemische Wechselwirkungen beim Floatglas | 510 |
11.3.3 Reduktion von Schwermetalloxiden an der Oberfläche | 512 |
11.3.4 Unerwünschte Abgaben von Ionen aus der Glasoberfläche ("Bleilässigkeit") | 513 |
11.3.5 Veränderungen von Glasoberftächen nach Reinigung in Spülmaschinen | 514 |
11.4 Technisch herbeigeführte chemische Veränderungen der Glasoberßäche | 519 |
11.4.1 Ionenaustausch zur chemischen Härtung | 519 |
11.4.2 Vergütung von Glas (besonders von Glasbehältnissen) durch Ionenaustauschmit Gasen (Erhöhung der Wasserbeständigkeit) | 521 |
11.4.3 Vergütung von Glas durch Anlagern von Schichten | 522 |
11.5 Veränderungen der Glasoberftäche nach thermischer Behandlung | 528 |
Literatur zu Kapitel 11 | 531 |
12 Bruchentstehung und Bruchausbreitung im Glas | 537 |
12.1 Theoretische Grundlagen aus der Bruchmechanik | 537 |
12.1.1 Allgemeines über das Konzept der linearelastischen Bruchmechanik | 537 |
12.1.2 Spannungen und Verschiebungen am Riß unter Beanspruchungsmodus I | 539 |
12.1.3 Spannungen und Verschiebungen am Riß unter Beanspruchungsmodus II | 540 |
12.1.4 Der Spannungsintensitätsfaktor K I für verschiedene Rißformen | 540 |
12.2 Der elementare Prozeß der Bruchentstehung | 547 |
12.3 Bruchentstehung unter verschiedenen statischen Belastungsarten | 551 |
12.3.1 Bruchentstehung bei Zugversuchen an Glasfäden | 551 |
12.3.2 Bruchentstehung durch Biegung | 553 |
12.3.3 Bruchentstehung beim Bersten von Flaschen | 554 |
12.3.4 Bruchentstehung unter Mitwirkung von vorübergehenden thermischinduzierten Spannungen | 556 |
12.3.5 Bruchentstehung unter Mitwirkung von bleibenden thermischinduzierten Spannungen | 562 |
12.3.6 Bruchentstehung durch Druckbelastung | 567 |
12.4 Bruchentstehung unter Stoßbelastung | 569 |
12.5 Die Bruchausbreitung | 572 |
12.5.1 Die Richtung der Rißausbreitung | Rißfiächenmodulation durch elastische Wellen | 572 |
12.5.2 Die Größe der Rißausbreitungsgeschwindigkeit | 579 |
12.6 Die Morphologie der Bruchfläche | 580 |
12.6.1 Grenzlinien zwischen Teilrißfronten - Bruchhyperbeln und Bruchparabeln | 580 |
12.6.2 Lanzettbrüche | 582 |
12.6.3 Halte- und Übergangslinien | 585 |
12.6.4 Bruchverzweigung | 586 |
12.6.5 Einige Beispiele typischer Bruchbilder | 588 |
12.7 Das "Schneiden" des Glases * | 591 |
12.8 Schleifen und Polieren des Glases * | 596 |
Literatur zu Kapitel 12 | 598 |
13 Glas"fehler" als Dekor | 602 |
Literatur zu Kapitel 13 | 605 |
Sachverzeichnis | 606 |