Untersuchungen zum Klebe- und Abriebverhalten von Formenwerkstoffen für die Glasheißverarbeitung
Projektbegleitende Arbeitsgruppe AG 107

Kurzbeschreibung
Von März 2003 bis Februar 2005 wurde am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM Freiburg das AiF-Forschungsvorhaben mit dem Thema 'Untersuchungen zum Klebe- und Abriebverhalten von Formenwerkstoffen für die Glasheißverarbeitung' (Nr. 13508 N) bearbeitet.
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, Unterschiede im Klebeverhalten von verschiedenen Formenwerkstoffen und Formenbeschichtungen beim Pressen von heißen zähflüssigen Glasschmelzen unter kontrollierten Laborbedingungen und bei praxisähnlichen Beanspruchungsbedingungen messtechnisch zu erfassen und für die industrielle Produktion von Glasartikeln praxisrelevant zu bewerten. Die experimentellen Untersuchungen wurden mit der Laborapparatur durchgeführt, die im AiF/HVG-Forschungsvorhaben Nr. 11953 N entwickelt worden ist.
Die durchgeführten Untersuchungen zum Verschleiß erbrachten folgende Ergebnisse: Verschiedene Formenwerkstoffe verschleißen im Kontakt mit derselben Glasart quantitativ unterschiedlich stark. Es konnte eine annähernd exponentielle Abhängigkeit des Verschleißes von der Glastemperatur instantan vor dem Verpressen ermittelt werden. Bei allen untersuchten Formenwerkstoffen und Beschichtungen wurde ein prinzipiell gleichartiges Klebeverhalten mit allen Glasarten beobachtet. Der Verlauf der Klebekurve (Haftdauer vs. Formentemperatur) der einzelnen Formenwerkstoffe mit der jeweils verpressten Glasart kann durch zwei ausgezeichnete Temperaturwerte beschrieben werden: die 'untere' und 'obere' Klebetemperatur. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Materialien mit sehr unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und thermophysikalischen Eigenschaften, sowohl gebräuchlichen Formenwerkstoffen als auch Modellwerkstoffen und durch eine theoretische Betrachtung der komplexen Wärmetransportprozesse in der Kontaktzone konnte gezeigt werden, dass das erste Anhaften des heißen Glases an den Formenwerkstoffen ('untere' Klebetemperatur) genau dann einsetzt, wenn die Glasschmelze in der Grenzfläche Werkzeug-Glas die kritische Viskosität von h = 108,8 Pa s unterschreitet.
Mit diesem zentralen Ergebnis der Untersuchungen ist es erstmals gelungen, eine Brücke zwischen den bislang als gänzlich widersprüchlich angesehenen Aussagen aus Laboruntersuchungen verschiedener Autoren bzw. aus den Praxiserfahrungen der Glashütten zu schlagen. Erste Untersuchungen an verschiedenen Formenwerkstoffen im Bereich der 'oberen' Klebetemperatur deuten darauf hin, dass hier wesentlich komplexere physikalische Vorgänge ablaufen. Zum besseren Verständnis sind hier weitergehende Untersuchungen notwendig. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.
Die Forschungsarbeiten wurden durchgeführt mit der freundlichen Unterstützung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), Köln (AiF-Nr. 13508 N) und der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach/Main. Finanziert wurde das Projekt mit Mitteln des Bundesministers für Wirtschaft und Arbeit, Berlin. Wir danken allen genannten Institutionen.
Laufzeit: 01.03.03 - 28.02.05
Forschungsstelle:
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik - IWM, Freiburg