Warum die 0,1°C-Differenz bei der Entfernung von Spannungen im Glas so wichtig ist
Haben Sie schon einmal erlebt, dass ein Stück Laborglas einfach plötzlich zerbricht? Ohne Vorwarnung, ohne äußeren Einfluss – einfach nur ein plötzliches Zerspringen während einer Routinesterilisierung oder eines chemischen Prozesses. Das ist wirklich ein Albtraum.
In der Regel kommt das durch innere Spannungen zustande. Wenn man Borosilikatglas zu schnell oder ungleichmäßig abkühlt, entstehen im Material Spannungen. Es ist wie eine gespannte Feder, die nur auf einen Anlass wartet, um zu reißen.
Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir präzises Glühverfahren. Wir erhitzen das Glas wieder auf seine Glümpunkttemperatur und senken anschließend die Temperatur sehr langsam ab.
Die Herausforderung durch Temperaturgradienten
Wenn man mit komplex geformten Gegenständen arbeitet, wird es schwierig. Wenn eine Stelle der Glasschicht auch nur 1°C wärmer ist als eine andere, entsteht ein Temperaturgradient. Ironischerweise entstehen dadurch neue Spannungen, während man versucht, die alten Spannungen zu beseitigen.
Deshalb nutzen wir Infrarot-Elemente. Herkömmliche Konvektionsöfen heizen nur die Luft – was langsam und unpräzise ist. Infrarot hingegen sendet direkte Strahlungsenergie direkt auf die Glassurface. Das ist eine viel präzisere Art der Erwärmung.
Aber es gibt ein Problem: Um thermische Schocks zu vermeiden, muss der Kontrollkreis bis auf 0,1°C genau sein. Nur so bleibt das Glas lange genug in dem optimalen Zustand, damit die Moleküle sich beruhigen können – ohne dass das gesamte Glas schmilzt.
Die notwendige Ausrüstung
Man kann das nicht mit billiger Hardware bewältigen. Man braucht hochwertige Infrarot-Emittenten sowie einen PID-Controller, der sofort reagiert.
Wir verwenden meist Kurzwellen-Infrarot, weil es schneller ist. Aber Vorsicht: Hochintensive Infrarotstrahlen benötigen viel Energie. Wenn man eine große Kammer verwendet, darf man die Verkabelung nicht vernachlässigen. Wenn die Leitungen zu dünn sind, entstehen Spannungsabfälle – und die Temperaturmessungen liefern dann keine zuverlässigen Werte mehr.
Praktische Umsetzung
Man kann das Glas nicht einfach mit Hitze bestrahlen und darauf hoffen, dass alles klappt. Wir verwenden ein mehrstufiges Abkühlverfahren. Die Infrarot-Elemente passen ihre Leistung in Echtzeit an, basierend auf den Signalen der Platinschmelztemperatursensoren.
Falls ein Sensor fehlerhaft wird oder ein Element verschleißt, entstehen „Kaltstellen“ am Glas. Das ist eine große Gefahr für die Qualitätssicherung. Deshalb kalibrieren wir die Infrarot-Elemente regelmäßig. So kann man sicherstellen, dass die Wärmeverteilung über die gesamte Fläche des Glases gleichmäßig ist – jedes Mal.