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IGR Aktuell

Schlierenspannungen und Analyse der Homogenität

Optimierte Methodik – reproduzierbare Berechnung statt visueller Beurteilung

 

tl; dr: Keine Zeit? -> Unsere Pressemeldung hierzu auf deutsch oder englisch einfach downloaden.

 

Zur Ermittlung der Schlierenspannung (cord stress) eines Glases gibt es diverse Möglichkeiten, die teilweise bereits seit über hundert Jahren im Einsatz sind. Nur, weiß der Anwender was er tut? Und noch viel wichtiger: Sind die Systeme untereinander vergleichbar? Oder doch eher von den auswertenden Personen abhängig? Das IGR hat hierfür eine Lösung entwickelt, die unabhängig von Personen ist und eine Homogenität errechnet statt beurteilt.

Für Glasproduzenten ist die Ermittlung von Spannungen und Spannungsunterschieden im Glas enorm wichtig, da diese einen maßgeblichen Einfluss auf die Glasstabilität besitzen und somit als wichtiges Qualitätskriterium gelten. Viele Brauereien fordern daher von ihren Glaslieferanten eine Untersuchung von sogar jedem Tropfen auf mögliche Schlierenspannungen.

Schliere 1


Schlieren innerhalb eines Glases entsprechen Inhomogenitäten in der Zusammensetzung verglichen mit dem umgebenen Glas. Diese Inhomogenitäten sorgen auf Grund ihrer unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bei der Abkühlung für Spannungen innerhalb des Glases, welche die Glasstabilität herabsetzen können.

 

Die IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH bietet daher seit vielen Jahren Spannungsuntersuchungen an. Hierbei wird eine Schlierenbeurteilung unter dem Mikroskop mittels polarisiertem Licht durchgeführt.

 

Hierzu wurde die Beurteilung im europäischen Raum bisher überwiegend in Noten von 4 bis 8 und im südamerikanischen sowie asiatischen Raum nach einem System von A bis E nach Hartford Empire analog zu der ASTM C 978 ausgegeben. Im nord- und südamerikanischen Raum und zunehmend auch im europäischen Raum wird die Be­urteilung der Spannung jedoch häufig in Pfund pro Quadratzoll („psi“) gefordert.


Die IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH ist nun mit ihrer neuen Tech­nologie in der Lage, die Spannung zu vermessen und auf Kundenwunsch auch als be­rechneten lagebezogenen Stress-Index [psi] auszugeben. Auch die Beurteilung des Systems von A bis E wurde mit dieser neuen Technik optimiert.


Schlieren sind aufgrund ihrer Doppelbrechung bereits unter ausschließlich polarisiertem Licht sichtbar. Durch die in das Mikroskop eingebauten Polarisatoren wird das Licht, welches senkrecht durch die Probe strahlt ausgelöscht, während das durch Inhomogenitäten gebeugte Licht sichtbar bleibt. Ist die Beugung hinreichend stark er­scheint das Licht in verschiedensten Farben. In der Praxis ist die Beugung jedoch deut­lich zu gering, weshalb die Schlieren weiß erscheinen. Um sie genauer analysieren zu können, wird daher ein Kompensator verwendet, wie der Kompensator Rot 1. Ordnung, der die Lichtfarbe in einen besser differenzierbaren Bereich verschiebt.

Schliere 2

Bei der Schlierenanalyse ist bereits die Präparation der Ringschnitte ent­scheidend, da es speziell durch die Herstellungsmethode und die Dicke derselben zu unterschied­lichen Messergebnissen kommen kann. Das Sägen mittels Diamant­scheibe oder Sprengen mittels Heiz­draht zur Herstellung der Ring­schnitte führt schon optisch zu einem Unterschied. Hierbei ist zu sehen, dass die Schlieren bei der gebrochenen Probe deutlich besser erkennbar sind. Außerdem führt das Sprengen nicht zu Aus­bruch an den Rändern, weshalb Schlieren, welche näher an den Oberflächen verlaufen, besser er­kennbar sind und es nicht zu ver­fälschten Interferenzfarben an den Ausbrüchen kommt. Dieser Unterschied zwischen den Präparationsmethoden führt dazu, dass Unternehmen für die Analyse ihrer Proben zunehmend ein Sprengen mittels Heizdraht verlangen.

Bei den Untersuchungen mit Notenvergabe von 4 bis 8 (bzw. nach dem alten System von A bis E) durch die IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH werden die Schlieren unter einem Stereomikroskop mit Hilfe eines Kompensators Rot 1. Ord­nung beurteilt. Entscheidend ist hierbei die Zugspannung, die in der Regel für Brüche verantwortlich ist. Druckspannung verursacht diese erst ab sehr hohen Werten von über 2000 psi. Unter Rot 1. Ordnung erscheint Zugspannung die in NO-Richtung (parallel zum γ des Kompensators) liegt, meist bläulich und in NW-Richtung meist rötlich

Schliere 3

Das Sprengen der Proben hat unter den bisherigen Präparationsbedingungen aller­dings den Nachteil, dass die Dicke nicht einheitlich für den gesamten Ringschnitt ist und daher für Beurteilungen in verschiedenen Bereichen der Probe mehrfach vermessen werden muss.


Untersuchungen zeigten, dass ein Dickenunterschied zwar einen Versatz der Interfe­renzfarben der Schlieren bedeutet, aber als solches erst einmal nicht zu einem Ergeb­nisunterschied führt.
Eine sehr oberflächliche Schätzung der Spannung in psi während dieser Unter­suchungen ist bereits über die Interferenzfarben möglich. Zur Ermittlung exakter Werte nutzt die IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH einen Berek-Kompensator, bei welchem es sich um einen Kippkompensator handelt. Dieser lässt sich durch das Interferenzspektrum kippen und kann so eine Auslöschung der Schlieren in polarisiertem Licht erzeugen, vorausgesetzt die Schlieren sind senkrecht zum Kompensator (NW-Richtung) ausgerichtet. Die Kippung ist auf ein Zehntel genau ables­bar, wonach die Brechungen dann über eine Tabelle abgelesen werden können und anschließend in die Einheit psi umgerechnet werden. Dieser Prozess ist bei der IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH mittels EDV weitgehend automatisiert. Die Einteilung von A bis E nach der Ringschnittsammung der Hartford Empire Company erfolgt nun ebenfalls über diese errechneten Werte.


Auf dem Markt existieren noch andere Technologien, welche Schlieren (halb-) automa­tisiert elektronisch vermessen. Abgleiche mit diesen anderen Technologien zeigten je­doch, dass nur durch die Mikroskopie mit einem sehr gut kalibrierten Polarisations­mikroskop mit echten Pol-Okkularen derart exakte Resultate zu erzielen sind.


Die IGR – Institut für Glas- und Rohstofftechnologie GmbH bietet ihren weltweiten Kunden neben diesen Untersuchungen der Schlierenspannungen auf Wunsch auch Schulungen des eigenen Personals an. Diese Schulungen reichen von der Auswahl der Technik bis hin zur Auswertung der Messwerte.

Kategorie: IGR-Publikation