Der lange Weg zum modernen Glas

Es gäbe noch mehr Definitionsmöglichkeiten. Keine davon wäre alleinig richtig oder völlig falsch. Beispielsweise könnte man nichtkristallin erstarrte Metall-Legierungen oder Vulkangesteine aufgrund ihrer Transparenz ebenso als Glas bezeichnen – oder natürlich transluzente Materialien wie Bernstein.

Die große Masse aller Gläser hat jedoch einen silikatischen Ursprung, weshalb wir uns im weiteren Textverlauf etwas auf sie fokussieren werden.

Dazu noch eine kurze Begriffskunde:

Wie der Mensch zum Glas fand und es über Jahrtausende herstellte

Der moderne Mensch verwendet Glas bereits seit der Jungsteinzeit – allerdings nicht im heutigen Sinn. Über viele Jahrtausende hinweg zogen unsere Vorfahren ausschließlich natürlich entstandene Gläser (hauptsächlich Obsidian) heran, die sie aufgrund ihrer Härte und scharfen Kanten als Schneidwerkzeuge verwendeten.

Jedoch ist die Nutzung als wenigstens transluzentes Wandmaterial (etwa Fensterglas) ebenfalls sehr alt – selbst wenn erst ab der Antike eine derartige Nutzung von Glimmer oder spaltbaren Kristallen wie Selenit wirklich nachgewiesen ist.

Als Zeitstrahl sieht das folgendermaßen aus:

Speziell im alten Rom hatte sich bereits eine überraschend diversifizierte Glasindustrie mit Primär- und Sekundärherstellung etabliert. Das Material war überaus gängig, wurde in sämtlichen Bevölkerungsschichten genutzt. Damals wurden zudem Glasperlen zu einem hochbeliebten Gegenstand. Er konnte sich noch bis in die Renaissance in vielen Ecken Europas als Zahlungsmittel und Handelsware behaupten.

Nach dem Untergang des (West-)Römischen Reiches übernahmen nachfolgenden Kulturen viele Praktiken. Aufgrund der Rohstoffsituation wurde aber noch bis ins frühe Mittelalter Römisches recycelt – durch das Ende der römischen Handelswege mangelte es in Mitteleuropa lange Zeit an Flussmitteln. Dann erkannte man jedoch die Möglichkeit, dafür Bleioxid und Kalziumkarbonat aus Holzasche nutzen zu können.

In dieser Zeit bildete sich in Europa eine erste eigenständige Glasart heraus, das sogenannte Waldglas*: Buchenholzasche und Sand wurden getrocknet und vermischt und anschließend zu Glas verschmolzen. Erkennbar ist dieses Glas an seiner eisenbedingt grünlichen Verfärbung. Aufgrund limitierter Möglichkeiten zur Herstellung von größeren Flachgläsern wurde es häufig bei der Produktion von Butzenscheiben genutzt – also größere Glasscheiben, die aus mehreren kleinen, flachen Glaszylindern zusammengesetzt sind.

Nach heutigem Wissensstand führte dies zu einer frühen Form von Raubbau: Da sowohl für die Asche als auch die Hitze enorme Holzmengen nötig waren, wurden innerhalb weniger Jahrhunderte große Waldflächen Mitteleuropas gerodet.

Die wichtigsten Bestandteile der Glasherstellung

Gläser lassen sich, wie im ersten Kapitel erwähnt, aus unterschiedlichsten Materialien herstellen. Rein mengenmäßig stellen allerdings silikatische Gläser die mit Abstand wichtigste Gruppe dar. Sie sind amorph, nicht kristallin und basieren mehrheitlich auf Siliziumdioxid. Genauer werden solche Gläser Kalk-Natron-Glas genannt.

Diese drei Bestandteile werden pulverisiert und zu einer homogenen Masse vermischt. Erhitzt auf mehr als 1.200°C entsteht ein je nach Reinheitsgrad transluzentes bis transparentes Silikat.

Je nach gewünschtem Ergebnis können weitere Bestandteile ergänzt oder ersetzt werden. Einige Beispiele hierzu:

Diese vier Glassorten gehören zu den mit Abstand wichtigsten und geläufigsten im Bereich der anorganischen, nichtmetallischen Gläser. Allein schon aufgrund der hochinteressanten Zusammensetzung seien im Folgenden allerdings auch kurz metallische Gläser näher erläutert.

Normalerweise besitzen Metalle bzw. Metalllegierungen eine kristalline Struktur. Werden jedoch sogenannte Netzwerk- bzw. Glasbildner in ausreichender Menge beigegeben (etwa Bor) und die Schmelze sehr schnell abgekühlt, wird eine Kristallisation verhindert. Es entsteht ein Metall mit amorpher Struktur und einer überlegenen Härte und Korrosionsbeständigkeit.

Bislang allerdings existieren keine transluzenten oder gar transparenten Gläser dieser Art. Metallische Gläser sind mit bloßem Auge nicht von herkömmlichen Metallen zu unterscheiden.

Das Floatglasverfahren: Das heute wichtigste Verfahren zur Flachglasproduktion

Über Jahrtausende hinweg musste die Menschheit mit zwei Limitierungen leben:

Erst im Verlauf des 19. Jahrhunderts entstanden Verfahren, die zu vertretbaren Preisen dünnes, vollständig transparentes Flachglas gestatteten – sogenanntes Spiegelglas. Seit den 1960er Jahren überwiegt jedoch bei der industriellen Großserienfertigung eine andere Methode, das Floatglasverfahren.

Der Name ist hier buchstäblich Programm: Die Glasschmelze schwimmt (engl. float) im flüssigen Zustand. Genutzt werden hierbei Becken, die mit flüssigem Zinn gefüllt sind.

Die Glasschmelze wird kontinuierlich in hintereinandergeschaltete Zinnbecken gegeben. Diese sind in allmählich geringer werdende Temperaturbereiche unterteilt. Die Glasschmelze verteilt sich darauf, wodurch eine einheitliche (und sehr geringe) Dicke möglich wird. Derart wird das „Glasband“ über mehrere Becken geleitet, bis es erstarrt ist und keine unkontrollierten Spannungen mehr drohen.

Was die geringstmögliche Dicke sowie die allgemeine Glasgüte und die Produktionskosten pro Flächeneinheit anbelangt, ist das Floatglasverfahren aktuell die mit Abstand beste Herangehensweise. Das Ergebnis ist so überzeugend, dass heutzutage weit über 90 Prozent aller weltweit hergestellten Gläser so gefertigt werden.

Pro Stunde lassen sich damit in einer durchschnittlich großen Anlage pro Stunde mehrere tausend Quadratmeter Glas in einer typischen „Fensterglasdicke“ von etwa 4 bis 5 mm herstellen – die hernach in beliebige Formen geschnitten werden können.

Zwischen Verbund-Sicherheitsglas und ALON: Spezialgläser im Portrait

Herkömmliche Gläser haben zwei ausgeprägte Eigenschaften, die je nach Nutzung starke Nachteile sein können:

Für verschiedene Anwendungen fallen herkömmliche Gläser deshalb (heutzutage) aus oder sind sogar gesetzlich verboten.

Ein wichtiges Beispiel hierfür sind Fahrzeuge. Egal ob PKW, LKW oder Sonderfahrzeug: Hier darf nur sogenanntes Sicherheitsglas verwendet werden. Das kann zu Situationen führen, in denen ein schneller Austausch selbst für Spezialvarianten zwingend nötig ist, um einen (gesetzeskonformen) Weiterbetrieb zu gewährleisten – denn selbst Sicherheitsglas ist definitiv nicht unzerstörbar. Es hat jedoch diesbezüglich deutlich bessere Eigenschaften. Sie entstehen durch eine spezielle Produktionsweise:

Grundsätzlich handelt es sich dabei um „herkömmliches“ Flachglas. Wo es, unter anderem für Fahrzeuge, nötig ist, dieses zu biegen, so geschieht dies, indem die plane Glasscheibe wieder erhitzt wird, bis sie sich durch ihr eigenes Gewicht über eine Form biegt. Dann erfolgt der eigentliche Prozess:

Das Kalk-Natron-Glas wird nach dem Erhitzen sehr rasch auf kontrollierte Werte abgekühlt. Dadurch entstehen Spannungen zwischen Außenseite und innerem Kern der Scheibe. Das Ergebnis ist ein Glas, das

Wohl haben diese Bruchstücke immer noch scharfe Kanten und können spitz sein. Durch das geringere Gewicht ist ihr Verletzungspotenzial, insbesondere beim Herabfallen, jedoch deutlich verringert.

Ein solches Basis-Sicherheitsglas ist im deutschsprachigen Raum als Einscheibensicherheitsglas (ESG) bekannt. Es ist für viele Fahrzeugverglasungen ebenso Standard wie bei gläsernen Regalböden, Duschverkleidungen und vielem mehr.

Dort allerdings, wo es bei Schäden möglichst gar keine Absplitterungen geben bzw. die Scheibe als Ganzes erhalten bleiben soll, wird ein darauf aufbauendes Glas genutzt: Mehrscheibensicherheitsglas, besser bekannt als Verbundsicherheitsglas (VSG).

Solche Scheiben entstehen, indem zwei dünne ESG-Scheiben mit einer besonders belastbaren Kunststofffolie als Kern zu einem Sandwich-Verbund laminiert werden. Indem der Brechungsindex von Gläsern, Folien und Klebern aufeinander abgestimmt wird, wirken diese Scheiben dennoch wie „aus einem Guss“.

Kommt es zu einer Beschädigung, hält die Folie die Bruchstücke beider Seiten weitgehend zusammen. Die Scheibe bietet daher noch einen Restschutz. In Deutschland ist VSG im Fahrzeugbau zumindest für die Windschutzscheibe gesetzlich vorgeschrieben. Je nach Fahrzeugklasse bestehen jedoch ebenso andere Scheiben daraus.

Ferner wird Verbundsicherheitsglas überall dort genutzt, wo die Integrität der ganzen Scheibe selbst in ungünstigsten Fällen gewahrt bleiben muss, das sind etwa:

Allerdings ist VSG aktuell nicht mehr die Antwort auf alle Fragen. Beispielhaft für eine völlig andere Herangehensweise ist Aluminiumoxynitrit, besser bekannt unter seinem Handelsnamen ALON.

Dabei handelt es sich ebenfalls um einen transparenten Werkstoff, jedoch kein Glas herkömmlicher Prägung. Vielmehr ist ALON ein keramischer (und daher im Gegensatz zu Glas kristalliner) Werkstoff. Er basiert auf einer Verbindung von

Die Herstellung ist ebenfalls anders. Die pulverförmigen Bestandteile werden verpresst und dann gesintert (nicht wie herkömmliches Glas aufgeschmolzen). Dennoch entsteht ein vollständig transparenter Werkstoff.

Seine große Stärke liegt in der enormen Härte, die nahe an diejenige des Saphirs heranreicht. Dadurch ist ALON unter anderem sehr interessant für eine weitere Anwendung, bei der bislang primär ganz spezielle VSG genutzt werden:

Extrem hart im Nehmen: Panzerglas

Bei verschiedenen Anwendungen gibt es keine Alternative zu einem transparenten Material. Gleichsam darf dieses jedoch aufgrund des Einsatzzwecks selbst bei extremen kinetischen Belastungen zumindest keinen vollständigen Bruch erleiden.

Was diese Faktoren anbelangt, ähneln sich Gläser vor bedeutenden Kunstwerken, Bankschaltern, in unterschiedlichsten Panzerfahrzeugen und im Frontbereich von verschiedenen Flugzeugen sowie weiteren Installationsorten bemerkenswert.

Denn bei jedem davon drohen unter anderem Impakte mit hoher kinetischer Energie auf einer ziemlich kleinen Fläche: Der Pflasterstein eines Randalierers, der Hammer eines Einbrechers, eine auftreffende Gewehrkugel, ein großes Hagelkorn oder Druckwellen und Splitter von Detonationen.

Für einen überraschend großen Einsatzbereich werden deshalb Panzergläser benötigt.

Bei VSG-Panzerglas wird zudem häufig auf der „sicheren“ Seite eine finale Schicht aus einem besonders widerstandsfähigen Polykarbonat aufgebracht. Dessen Hauptzweck ist es, als sogenannter Spall Liner zu dienen. Werden durch den Impakt auf der letzten Glasschicht Bruchstücke herausgelöst, werden sie dadurch aufgefangen, bevor sie womöglich eine Person oder den zu schützenden Gegenstand treffen.

Dabei bestimmen drei Faktoren die Wahl des Panzerglases:

Naturgemäß gehört Panzerglas pro Flächeneinheit zu den kostspieligsten Gläsern überhaupt.

Glas und das Thema Nachhaltigkeit

Für das abschließende Kapitel erinnern wir kurz an die enormen Glasmengen, die alljährlich produziert werden. Angesichts dessen ist es zwingend nötig, auf die Positiva und Negativa von Gläsern hinsichtlich des breiten Nachhaltigkeitsthemas zu blicken. Das gestaltet sich bei „traditionellen“ Gläsern auf Silikatbasis folgendermaßen:

Zudem muss noch eines bedacht werden: Ähnlich wie Metalle kann Glas nahezu unbegrenzt oft aufgeschmolzen, dadurch in seine Bestandteile zerlegt und somit recycelt werden. Das einzige, was diese Wiederverwertung buchstäblich „eintrüben“ kann, sind Farbstoffe – weshalb farbige Gläser streng getrennt werden sollten.

Zusammengefasst

Von Obsidian, mit dem unsere steinzeitlichen Vorfahren überlegene Werkzeuge herstellen konnten, über Waldglas, das zu einer frühen Form von Raubbau beitrug, bis zu modernen Verbundsicherheitsgläsern war es nicht nur in kalendarischer Hinsicht ein weiter Weg.

Glas hat sich längst von seinen primären Einsatzzwecken ebenso weit entfernt wie von seinen wenigen Rezepturen und Herstellungsverfahren. Dennoch ist ebenso vieles heute noch exakt so, wie vor vielen Jahrhunderten – egal ob beim Trinkglas oder bloß einer dekorativen Kette aus Glasperlen.

Glas ist daher im besten Sinn ein zeitloses Material, das vor allem im technischen Bereich selbst in fernster Zukunft zweifellos eine enorme Bedeutung beibehalten wird.

*Wegen des Holzbedarfs standen derartige Glashütten inmitten von Wäldern in Gewässernähe, daher der Name.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…