Umgang mit thermischem Stress bei Laborglas
Wer schon einmal Zeit damit verbracht hat, Borosilikatglas zu schneiden oder zu formen, kennt dieses Problem. Man hat ein Stück Glas fertiggestellt – es sieht perfekt aus – und dann passiert es: Es bricht. Das ist das Ergebnis von innerem Stress. Im Grunde handelt es sich dabei um eine „tickende Zeitbombe“ im Inneren des Glases. Wenn man diesen Stress nicht durch einen ordnungsgemäßen Anlassprozess beseitigt, wartet das Glas nur darauf, zerzubrechen.
Um das zu verhindern, verwenden wir hochpräzise IR-Heizelemente. Doch hier liegt das Geheimnis: Es geht nicht nur darum, das Glas einfach heiß zu machen. Es geht vielmehr darum, eine ganz bestimmte Temperatur zu erreichen und dort zu bleiben. Wir sprechen hier von einer Präzision von 0,1 °C.
Warum bricht Glas?
Glas ist empfindlich. Es dehnt sich ungleichmäßig aus und zieht sich zusammen. Wenn die Außenseite schneller abkühlt als der Kern des Glases, entsteht ein dauerhafter Spannungs Zustand innerhalb der Glaswand.
Um das zu beheben, bringen wir das Glas auf seine Anlasstemperatur. Das ist der ideale Punkt, bei dem die Moleküle sich bewegen und entspannen können, ohne dass das Glas seine Form verliert.
Es handelt sich dabei um ein schwieriges Gleichgewicht. Schon eine Abweichung von 1 °C kann dazu führen, dass ein Gefäß zwar lange hält, aber beim ersten Einsatz in einem Autoklav zerbricht.
Die Bedeutung von 0,1 °C
Wir kombinieren unsere IR-Heizelemente mit präzisen PID-Steuerungen – denn herkömmliche Heizgeräte sind zu ungenau. Sie überschreiten oft die gewünschte Temperatur. Wenn ein Heizgerät die Anlasstemperatur überschreitet, besteht die Gefahr, dass das Glas verformt wird. Wenn es hingegen zu wenig Wärme abgibt, bleibt der Stress im Glas erhalten. Durch eine Präzision von 0,1 °C stellen wir sicher, dass die gesamte Glaswand ein gleichmäßiges thermisches Gleichgewicht erreicht. Alles beruhigt sich wieder.
Der Kompromiss
Natürlich kann man diese Art der Kontrolle nicht umsonst haben. Man muss auf eine bestimmte Geschwindigkeit verzichten. Man kann das Glas nicht einfach mit hoher Leistung erwärmen, wenn man möchte, dass es langlebt. Wir verlangsamen die Erwärmungsgeschwindigkeit, je näher wir der Zieltemperatur kommen, um thermische Schocks zu vermeiden.
Und noch eine wichtige Info: Die Sensoren müssen genauso präzise sein wie die Heizelemente. Wenn der Thermoelement falsche Werte anzeigt, kann das IR-Heizelement nur raten. Die Präzision funktioniert nur, wenn auch die „Augen“ des Systems auf denselben Standard von 0,1 °C kalibriert sind.