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Kriterien zur Auswahl von Schaugläsern

Um das optimale Schauglas für bestimmte Betriebsbedingungen auszuwählen, sollte man folgende Kriterien beachten:

  • Betriebstemperatur
  • Chemische Beständigkeit des Glases
  • Temperaturwechselbeständigkeit des Glases
  • Anforderungen an die Betriebssicherheit
  • Montage

Darüber hinaus spielen auch die Kosten eine Rolle. Dabei muss man nicht nur die erstmaligen Kosten
in Betracht ziehen, sondern auch die Wartungskosten sowie die Lebensdauer der Schaugläser.

 

Betriebstemperatur

Verbund-Sicherheitsglas (VSG-Glas)

Verbund-Sicherheitsglas (VSG-Glas) besteht aus zwei oder mehreren Glasscheiben, die durch hochelastische Zwischenschichten (Polyvinylbutyral) fest miteinander verbunden sind. Die Einsatztemperatur wird von der Zwischenschicht bestimmt und liegt zwischen ca. -60°C und +80°C.

Natron-Kalk Glas

Die größte Menge aller industriell hergestellten Gläser sind Natron-Kalk-Gläser. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Natron-Kalk-Glas schaffen die Voraussetzung für seine weite Verbreitung. Der relativ hohe Alkaligehalt des Glases erniedrigt zwar die Schmelztemperatur gegenüber reinem SiO2-Glas, bewirkt aber andererseits auch einen Anstieg des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf das rund 20-fache, von 0,5x10-6 auf 9x10-6 /K. Das führt dazu, daß die Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechsel gering ist. Diese Gläser lassen sich gut thermisch vorspannen. Die maximale Anwendungstemperatur liegt bei +150°C (DIN 8902), ohne Einschränkung im Tieftemperaturbereich.

Borosilikatglas

Borosilikatgläser haben einen höheren Anteil an Si02 (70-80%). 7-13% entfallen auf B2O3. Außerdem enthalten sie noch Na2O, K2O und Al2O3. Gläser dieser Gruppe besitzen eine hohe Beständigkeit gegen chemische Einwirkungen und Temperaturunterschiede. Sie finden Anwendung in der chemischen Industrie in Produktionsanlagen aus Glas, in der pharmazeutischen Industrie (Ampullen), hochbelastbare Glühlampengläser und im Haushalt. Borosilikatgläser haben einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizient: <5x10-6/K. Daraus resultiert eine geringe Empfindlichkeit gegen Temperaturwechsel. Sie sind formbeständig bis nahe 550°C, geben in Kontakt mit Flüssigkeiten keine Metalle ab, wirken nicht katalytisch.

Die meisten Laborgeräte sind aus Borosilicatglas.  Die maximale Anwendungstemperatur für thermisch vorgespanntes Borosilikatglas liegt bei 280°C (kurzzeitig 300°C). Bei höheren Temperaturen wird die Vorspannung abgebaut. Nicht vorgespanntes Borosilikatglas kann bis 450°C eingesetzt werden. 

Glaskeramik

Glaskeramik ist, wie der Name schon sagt, ein Werkstoff zwischen Glas und Keramik. Bei der Herstellung wird zunächst ein Glas erschmolzen. Im zweiten Schritt wird durch eine Wärmebehandlung zwischen 800-1200°C eine gesteuerte Kristallisation eingeleitet. Dadurch erhält man einen Werkstoff in dem neben den ausgeschiedenen Kristallen noch eine Restglasphase von 5-50% vorhanden ist. Durch den Verbund kristalliner Anteile welche eine negative Wärmeausdehnung aufweisen, mit der Restglasphase lassen sich Glaskeramiken mit einer Wärmeausdehnung von praktisch Null herstellen Robax ist eine transparente Glaskeramik mit sehr niedriger thermischer Ausdehnung (0,2x10-6/K) und einer für normale Anwendungen ausreichenden mechanischen Festigkeit.

Die Temperaturbelastbarkeit beträgt 700°C bei Dauerbelastung oder 800°C kurzzeitig.

Quarzglas

Quarzglas ist ein Einkomponentenglas (SiO2). Es zeichnet sich durch eine geringe Wärmedehnung (0,5x10-6/K) und eine hohe Temperaturbelastbarkeit, bis nahe 1000°C, aus. Quarzglas ist beständig gegenüber Wasser, Säuren und Salzlösungen. Es wird nur von Flußsäure angegriffen. Empfindlich reagiert Quarzglas auf Alkali- und Erdalkaliverbindungen. Diese können bei Temperaturen über 900°C die Entglasung fördern. Auch Laugen (auch in wässriger Lösung) greifen Quarzglas an.

Saphirglas

Saphirglas besteht aus reinem Al2O3 . Es zeichnet sich durch eine ausserordentliche chemische Beständigkeit aus. Bis 300°C wird es weder von Säuren, noch von Laugen angegriffen. Saphirglas besitzt eine Härte von 9 auf der Mohs Skala, das heißt, es wird nur vom Diamant übertroffen. Die hohe Zugfestigkeit ( 190 N/mm2 gegenüber von 67 N/mm2 für Quarzglas oder 40 N/mm2 für nicht gehärtetes Borosilicatglas) und Druckfestigkeit, sowie seine Härte und Temperaturbeständigkeit (1000°C) machen Saphirglas zu einem Werkstoff für extreme Einsatzbedingungen.

 

Chemische Beständigkeit

Silikatgläser haben eine sehr gute Säurebeständigkeit. Sie werden nur von Flusssäure (HF) und heißer Phosphorsäure (H3PO4) angegriffen. Medien mit hohem pH-Wert (z.B. Laugen) können das Glas angreifen. Dabei spielt die Temperatur und Konzentration eine große Rolle. Bis zu Temperaturen von ca. 100°C ist der Unterschied zwischen den verschiedenen Glasqualitäten gering. Bei höheren Temperaturen wird Natron-Kalk-Glas wesentlich stärker angegriffen als Borosilikatglas oder Quarzglas. Saphirglas hat die beste chemische Beständigkeit.

Bleigläser werden wegen ihrer geringen chemischen Beständigkeit nicht als Schaugläser in der chemischen Industrie eingesetzt.

 

Temperaturwechselbeständigkeit

Die Temperaturwechselbeständigkeit ist abhängig vom thermischen Ausdehnungskoeffizient des Glases. Je höher dieser ist, um so schlechter ist die Temperaturwechselbeständigkeit. Natron-Kalk-Glas, mit dem höchsten Ausdehnungskoeffizient reagiert am empfindlichsten auf Temperaturschocks. Borosilikatglas weist eine gute Temperaturwechselbeständigkeit auf. Quarzglas ist unempfindlich gegenüber Temperaturschocks.

Saphirglas hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Biegezugfestigkeit. Dieses, in Verbindung mit seiner außerordentlichen Härte (wenig Oberflächenfehler), tragen dazu bei, dass die Temperaturwechselbeständigkeit sehr gut ist, obwohl sein thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem von Natron-Kalk-Glas und Borosilikatglas liegt.

 

Betriebssicherheit + Montage

Nicht vorgespannte Schaugläser bieten die geringste Sicherheit. Thermisch oder chemisch vorgespannte Schaugläser bieten eine hohe Sicherheit, versagen aber im Schadensfall schlagartig, ohne Vorwarnung. Mechanisch vorgespannte Schaugläser bieten die höchste Sicherheit, da sie auch im Schadensfall nicht schlagartig versagen, sondern ein Bruch sich frühzeitig durch Risse oder Absplitterungen ankündigt und ein Austausch rechtzeitig möglich ist.