Tätigkeitsbericht der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V. für das 94. Geschäftsjahr 2014

Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V.

Siemensstraße 45, 63071 Offenbach

Tel.: +69 97 58 61-0, FAX: +69 97 58 61-99, Mail: [email protected] Webseite: www.hvg-dgg.de

Inhaltsverzeichnis

Vorwort 1 Forschungsinstitut 2 Vorstand 2 Beirat 2 Verzeichnis der Mitgliedshütten der HVG 3

1. Interna 4

2. Sitzungen der Gremien der HVG 5 2.1 Mitgliederversammlung 5 2.2 Sitzungen des Vorstandes der HVG 6 2.3 Sitzung des Beirates der HVG 6 2.4 Gemeinsame Sitzung des HVG-Beirates, des DGG-Vorstandsrates 7 und des Beirates des NCNG

3. Veranstaltungen der HVG 8 3.1 HVG-Kolloquium 8 3.2 Expertentreffen der HVG auf der glasstec 2014 8 3.3 HVG-Fortbildungskurs 8 3.4 Fortbildungsseminare 9

4. Veröffentlichungen und Vorträge 11 4.1 HVG-Mitteilungen 11 4.2 HVG-Newsletter 11 4.3 Publikationen der HVG 11 4.3.1 HVG-Fortbildungskurs 11 4.3.2 Bezugsquellen 11 4.4 Veröffentlichungen von HVG-Mitarbeitern 11 4.5 Posterpräsentationen von HVG-Mitarbeitern 11 4.6 Vorträge von HVG-Mitarbeitern 12 4.7 Lehrtätigkeit 14

5. Untersuchungen im Auftrag 15 5.1 Umweltschutz 15 5.2 Glastechnologie 18

6. Beratungstätigkeit und Mitarbeit in Ausschüssen 19 6.1 Arbeit in übergeordneten Organisationen 19 6.2 Umweltschutz 19 6.3 Glastechnologie 23

7. Eigene Forschungsvorhaben 25 7.1 Mit öffentlichen Mitteln geförderte Forschungsvorhaben 25 7.2 Eigenfinanzierte Forschung 27 7.3 Forschungsplanung 29

8. Forschungsförderung 31

A. Anhang: Weitere Forschungstätigkeit auf dem Glassektor 35

VORWORT

Das Jahr 2014 wurde immer noch durch eine Die Aktivitäten im Bereich der Umweltmessungen relativ schwache Umsatzentwicklung im Bereich haben sich im Berichtsjahr auf hohem Niveau der Flachglashersteller und Veredler geprägt, fortgesetzt und daher wurden die Planung und wohingegen die Umsatzzahlen für die Hohlglas- Anschaffung eines neuen Messanhängers als Er- produzenten eine Steigerung im Prozentbereich satz für das nun zwanzigjährige mobile Messlabor zeigten. Die Auswirkungen für die HVG liegen in das folgende Jahr verschoben. nicht nur auf dem finanziellen Beitragssektor, sondern auch die personelle Verfügbarkeit für Die HVG dankt ihren Mitgliedern für die vertrau- diverse Veranstaltungen stößt an Grenzen. Auf- ensvolle und erfolgreiche Zusammenarbeit. grund der angespannten finanziellen Situation der HVG und DGG mussten personelle Maßnahmen eingeleitet werden, die sich aber erst im Folgejahr auswirken werden. Die Generierung von neuen Forschungsvorhaben hat weiter zugenommen, wird sich aber erst im nächsten Jahr sichtbar auf . den Haushalt auswirken können.

Ulrich Roger Offenbach am Main, im Mai 2015

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Forschungsinstitut Vorstand

63071 Offenbach/M. Vorsitzender: Siemensstraße 45 Dr. H.-J. KONZ, Schott AG, Mainz Telefon: 069/97 58 61-0 Telefax: 069/97 58 61-99 Schatzmeister: E-Mail: [email protected] Dipl.-Volkswirt G. WOLF, Schott AG, Mainz Internet: http://www.hvg-dgg.de

Geschäftsführer: Mitglieder: Dr.-Ing. U. ROGER Dipl.-Ing. A. KOHL, Gerresheimer Lohr GmbH, Lohr Technische Mitarbeiter: Dipl.-Ing. R. UNFRIED, Dipl.-Ing. J. BAUER Saint-Gobain Oberland AG, Bad Wurzach Dipl.-Ing. G. BERGMANN Dr. N. WRUK, Dipl.-Ing. P. BOEHM Pilkington Deutschland AG, Gelsenkirchen Dipl.-Ing. B. FLEISCHMANN Dipl.-Ing. (FH) K.-H. GITZHOFER Chemielaborantin F. JACOBS Beirat Dipl.-Ing. (FH) T. KRÖBER (bis 31.12.2014) Dipl.-Ing. C. FRÖBA, Cham Dipl.-Math. N.-H. LÖBER Dr.-Ing. R. JESCHKE, Nienburg Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. H. MÜLLER-SIMON Dr. A. KATZSCHMANN, Speyer Dipl.-Ing.(FH) U. PETERMANN Dipl.-Ing. F. KLÖSEL, Gladbeck Dipl.-Ing.(FH) F. RÜHL Dr. J. KÜSTER, Mainz Techniker H. WITT Dr. M. LINDIG, Lohr Dipl.-Ing. W. LINZ, Mainz Dipl.-Ing. K. LUDWIG, Kremsmünster Dr. R. MACKH, Augsburg Dr. L. PIERROT, Chalon/Saône Dr. H. RÖMER, Mainz Dipl.-Phys. S. ROSNER, Mitterteich Dipl.-Ing. J. SCHAEFER, Nienburg Dipl.-Ing. H. ZIMMERMANN, Bad Wurzach Dr. P. ZIPPE, Wertheim

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VERZEICHNIS DER MITGLIEDSHÜTTEN DER Ardagh Glass GmbH, Werk Obernkirchen, HVG (Stand 31. März 2015) Obernkirchen Ardagh Glass GmbH, Werk Wahlstedt, a) Stammwerke Wahlstedt EME Maschinenfabrik Clasen GmbH, Erkelenz* Ardagh Glass GmbH, Nienburg Gerresheimer Essen GmbH, Essen Barberini GmbH, Grünenplan Gerresheimer Lohr GmbH, Lohr BASF Personal Care and Nutrition GmbH, Gerresheimer Tettau GmbH, Tettau Düsseldorf Heye International GmbH, Obernkirchen Borax Europe Ltd., London* Horn Bau und Service GmbH, Plößberg* Bucher Emhart Glass SA, Cham* P-D Refractories GmbH, Puschwitz* Dennert PORAVER GmbH, Schlüsselfeld* Pilkington Automotive Deutschland GmbH, Doctor Optics Components GmbH, Neustadt Werk Witten, Witten DURAN Produktions GmbH & Co. KG, Mainz Pilkington Bauglasindustrie GmbH, Schmelz GEA Bischoff GmbH, Essen* Pilkington Deutschland AG, Werk Gladbeck, Gla- Gerresheimer AG, Düsseldorf dbeck Glasfabrik Lamberts GmbH & Co. KG, Wunsiedel Pilkington Deutschland AG, Werk Weiherhammer, Glashütte Freital GmbH, Freital Weiherhammer Glashütte Limburg Gantenbrink GmbH & Co. KG, Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Werk Limburg Herzogenrath, Herzogenrath GMB Glasmanufaktur Brandenburg GmbH, Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Werk Tschernitz Mannheim, Mannheim Guardian Flachglas GmbH, Bitterfeld-Wolfen Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Werk HNG Global GmbH, Gardelegen Köln-Porz, Köln Horn Glass Industries AG, Plößberg* Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Werk Interprojekt GmbH, Essen* Stolberg, Stolberg Linde AG, Werksgruppe Technische Gase, Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Werk Pullach* Torgau, Torgau Lühr Filter GmbH & Co KG, Stadthagen* Saint-Gobain Isover G+H AG, Ludwigshafen Nikolaus Sorg GmbH & Co. KG, Lohr* Saint-Gobain Isover G+H AG, Werk Bergisch Noelle + von Campe Glashütte GmbH, Boffzen Gladbach, Bergisch Gladbach OSRAM GmbH, Werk Augsburg, Augsburg Saint-Gobain Isover G+H AG, Werk Ladenburg, P-D refractories GmbH Dr. C. Otto, Bochum* Ladenburg Pilkington Deutschland AG, Gelsenkirchen Saint-Gobain Isover G+H AG, Werk Lübz, Lübz Retorte GmbH Selenium Chemicals & Metals, Saint-Gobain Isover G+H AG, Werk Speyer, Röthenbach* Speyer RHI Glas GmbH, Wiesbaden* Saint-Gobain Oberland AG, Werk Bad Wurzach, Ritzenhoff AG, Marsberg Bad Wurzach Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Aachen Saint-Gobain Oberland AG, Werk Essen, Essen Schott AG, Mainz Saint-Gobain Oberland AG, Werk Neuburg, Solvay Chemicals GmbH, Rheinberg* Neuburg a.d. Donau Spezialglashütte Kugler Colors GmbH, Saint-Gobain Oberland AG, Werk Wirges, Wirges Kaufbeuren Schott AG, Standort Grünenplan, Grünenplan Vetropack Holding AG, Bülach Schott AG, Standort Mitterteich, Mitterteich Weck Glaswerk GmbH, Bonn Schott Technical Glass Solutions GmbH, Jena Woellner GmbH & Co. KG, Ludwigshafen Ullrich GmbH, Zwiesel Zippe Industrieanlagen GmbH, Wertheim* UniMould GmbH, Obernkirchen Zwiesel Kristallglas AG, Zwiesel Vetropack Austria GmbH, Werk Kremsmünster,

Kremsmünster

Vetropack Austria GmbH, Werk Pöchlarn, b) Zweigwerke und Tochterunternehmen Pöchlarn Ardagh Glass GmbH, Werk Bad Münder, Vetropack SA St.-Prex, St.-Prex Bad Münder Ardagh Glass GmbH, Werk Drebkau, Drebkau Ardagh Glass GmbH, Werk Germersheim, Germersheim Ardagh Glass GmbH, Werk Lünen, Lünen Ardagh Glass GmbH, Werk Neuenhagen, * assoziierte Mitglieder Neuenhagen

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1. INTERNA

Am 31. März 2015 gehörten der HVG 23 Glas stoffe“. Damit sind weitere Bausteine geschaffen, herstellende Mitgliedsfirmen mit 38 angeschlos- die das Angebot an Weiterbildungsmaßnahmen senen Zweigwerken und Tochterunternehmen für Beschäftigte aus verschiedenen Bereichen der sowie 14 Firmen als assoziierte HVG-Mitglieder Glasindustrie vergrößern sollen. mit 2 angeschlossenen Zweigwerken an. Die unter Federführung der Projektgruppe ent- Als neues Mitglied trat Docter Optics Components standene neue elektronische Präsentation der GmbH in Neustadt an der Orla der HVG zur Mitte Vereine kann nun jederzeit bei öffentlichen Anläs- des Jahres bei. Zum September des Jahres hat sen einen Einblick in die Arbeit von HVG und die Guardian Flachglas GmbH in Thalheim ihre DGG geben und das entsprechende Angebot ruhende Mitgliedschaft wieder aktiviert. Ausgetre- vorstellen. Anregungen der Projektgruppe wurden ten sind zum Jahresende das Vetropack Zweig- auch in der Zusammenarbeit mit dem BV Glas werk Moravia Glass a.s. in Kyjov, Tschechien, aufgegriffen. Dabei stand die interne Projektgrup- DERU Glaswarenvertrieb GmbH in Bamberg, van pe regelmäßig in Verbindung mit der Strategie- Baerle, Chem. Fabrik GmbH & Co in Germershein gruppe Beirat, um langfristig notwendige Verände- und die DTEC Engineering & Consulting GmbH in rungen zu diskutieren. Gelsenkirchen.

Im Rahmen der Mitgliederversammlung am 26.05.2014 in Aachen wurden als Mitglieder des HVG-Beirates Frau H. Römer und die Herren R. Mackh, R. Jeschke und H. Zimmermann für weite- re drei Jahre gewählt. Herr Bernd-Holger Zippe stand nicht mehr zur Wiederwahl zur Verfügung. An seiner Stelle wurde sein Sohn Philipp Zippe als neues Mitglied in den HVG-Beirat gewählt.

Arbeiten der Projektgruppe im Jahr 2014 Ein wesentliches Ergebnis der Beiratssitzung des vergangenen Jahres war, dass eine Verbesse- rung der Netzwerkaktivitäten von HVG und DGG gewünscht wurde. In diesem Zusammenhang lag der Schwerpunkt der Arbeit der HVG/DGG- internen Projektgruppe im Jahr 2014 in der Ver- besserung der Außendarstellung der Vereine. Dies war nur durch einen extra dafür zur Verfü- gung gestellten finanziellen Posten möglich. Aus diesen Mitteln konnten Werbeartikel wie Bleistifte, Kugelschreiber, Notizblöcke und USB-Sticks an- geschafft werden. Diese Werbemittel mit länger- fristigem Gebrauchswert sollen helfen, das Ange- bot von HVG und DGG in den Köpfen von Mitglie- dern und (noch) Nichtmitgliedern, insbesondere heranwachsenden Führungspersonen, präsenter zu machen. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil verbesserter Öffentlichkeitsarbeit war die teilweise Neugestaltung des Messeauftrittes beider Verei- ne. Hier hatten Interessierte erstmals die Möglich- keit, sich in 2 offenen Expertentreffen über aktuel- le Themen (Maschinenrichtlinie vs. Ökodesign, Gasbeschaffenheit) informieren zu lassen und die Diskussion bei einem Imbiss am Stand zu vertie- fen.

Eine weitere Neuerung im Angebot waren die HVG-Seminare „Temperaturmessung in der Glas- industrie“, „Redoxreaktionen“ und „Refraktärwerk-

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2. SITZUNGEN DER GREMIEN DER HVG

2.1 Mitgliederversammlung sammlung zugeschickt. Die von Herrn Wolf bean- tragte Entlastung des Vorstands und der Ge- Die 84. ordentliche Mitgliederversammlung der schäftsführung wurde einstimmig erteilt. Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie fand am 26. Mai 2014 im Rahmen Ein weiterer Tagesordnungspunkt waren die Wah- der Glastechnischen Tagung in Aachen statt. Die len zum HVG-Vorstand und HVG-Beirat. Im HVG- Sitzung wurde vom Vorsitzenden der HVG, Dr. Vorstand waren die Wahlperioden der Herren Dr. Konz, geleitet. Im ersten Tagesordnungspunkt Konz und Dr. Wruk abgelaufen. Beide erklärten erstattete der Geschäftsführer der HVG, Dr. U. ihre Bereitschaft zur Wiederwahl und wurden ein- Roger, den Tätigkeitsbericht für das Jahr 2013. stimmig für die nächsten 3 Jahre als Mitglieder Der Tätigkeitsbericht war den Mitgliedern vor der des HVG-Vorstandes bestätigt. Mitgliederversammlung per Mail zugeschickt wor- den. In seinem Bericht gab Dr. Roger einen Über- Im HVG-Beirat waren die Wahlperioden von Frau Dr. Römer und der Herren Zimmermann, Dr. blick über die zur Zeit über die HVG geförderten Mackh, Dr. Jeschke und Dr. Zippe abgelaufen. IGF/AiF-Forschungsprojekte. Die Förderung er- Herr Dr. Bernd-Holger Zippe stand für eine Wie- folgt hierbei mit Mitteln des Bundesministeriums derwahl nicht mehr zur Verfügung. Als Nachfolger für Wirtschaft und Technologie (BMWi). Im Nor- wurde sein Sohn, Herr Dr. Philipp Zippe, Zippe malverfahren wurden die Projekte „Effiziente Ab- Industrieanlagen GmbH, vorgeschlagen und ein- gasreinigung von Borosilicat-Schmelzanlagen“, stimmig als neues Mitglied in den HVG-Beirat Prof. R. Conradt, RWTH Aachen, Dipl.-Ing. K. gewählt. Frau Dr. Römer sowie die Herren Zim- Gitzhofer, HVG Offenbach, „Aktive Änderung der mermann, Dr. Mackh und Dr. Jeschke standen für Glasverteilung in Glasbehältern durch thermische eine Wiederwahl zur Verfügung und wurden eben- Maßnahmen im System der Verteilerrinnen“, PD falls einstimmig für die nächsten 3 Jahre als Mit- Dr. H. Müller-Simon, Dipl.-Ing. G. Bergmann, bei- glieder des HVG-Beirates bestätigt. de HVG Offenbach, „Reinigung von Produkten und Halbzeugen aus Glas“, Prof. E. Rädlein, TU Darüber hinaus erwähnte Herr Zimmermann die Ilmenau, Dipl.-Ing. P. Boehm, HVG Offenbach Bedeutung der HVG-Ansprechpartner in den je- und „Analyse und Strategien zum Verringern von weiligen HVG-Mitgliedsfirmen. Es ist vorgesehen, Anbackungen bei der Lagerung von Mehrstoffsys- die Liste der Ansprechpersonen zu aktualisieren temen insbesondere Glasgemenge im Rohstoffsi- und darauf zu achten, dass der Informationstrans- lo“, Prof. H. Hessenkemper, Prof. U. Peuker, bei- fer in beide Richtungen aufrecht erhalten wird. Die de TU Freiberg. 2013 abgeschlossen wurden die Arbeitsgruppe „Strategie“ des HVG-Beirates und Projekte „Auslegung, Optimierung und Nachweis des DGG-Vorstandrates will eine Aufgabenstel- der Anwendbarkeit der Verdünnten Verbrennung lung für die benannten Kontaktpersonen zusam- an regenerativ befeuerten Glasschmelzwannen menstellen, die dann entsprechend verteilt wer- den soll. zur NOx-Minderung und Energieeinsparung“, Dr. A. Giese, GWI Essen, Dipl.-Ing. B. Fleisch- mann, HVG Offenbach und „Biogasbefeuerung in Zum Ende der Mitgliederversammlung gab Dr. Roger einen Überblick über die wichtigsten natio- der Glasproduktion zur Reduzierung der CO - 2 nalen und internationalen Veranstaltungen in den Emissionen - Untersuchung der Auswirkungen auf Jahren 2014 und 2015. Der 2. Glashüttentag der die Glasqualität, das Feuerfestmaterial und die Jungen DGG in Mainz wurde neu in den Veran- Schadstoffemissionen“, Dr. A. Giese, GWI Essen, staltungskalender aufgenommen. Außerdem wur- Dipl.-Ing. B. Fleischmann, HVG Offenbach, Dipl.- de darauf hingewiesen, dass die kommende Min. H. Wuthnow, FGF Höhr-Grenzhausen. Beide DGG-Jahrestagung zusammen mit der ACers- Abschlussberichte konnten krankheitsbedingt erst GOMD im Mai 2015 in Florida, USA, stattfinden Anfang 2014 vorgelegt werden. Das Vorhaben wird. Aus diesem Grund wird die nächste HVG- „Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherun- Mitgliederversammlung, abweichend vom norma- gen kritischer Verunreinigungen durch Recycling len Zeitplan, am 1. Oktober 2015 in Verbindung in der Glasindustrie“, PD Dr. H. Müller-Simon, mit dem FA I und dem Glasforum der DGG in Dipl.-Ing. G. Bergmann, beide HVG Offenbach, Fulda stattfinden. Der HVG-DGG-Veranstaltungs- wurde positiv begutachtet und konnte 2014 ge- kalender ist jederzeit über die HVG/DGG- startet werden. Webseite abrufbar.

Im Tagesordnungspunkt 2 stellte der Schatz- meister der HVG, Herr Wolf, den Jahresabschluss 2013 vor. Eine Kurzfassung des Jahresabschlus- ses wurde allen Mitgliedern vor der Mitgliederver-

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2.2 Sitzungen des Vorstandes der HVG erfest e. V. Bonn. Hier kann der Abschlussbericht Mitte 2014 über die HVG/DGG-Webseite abgeru- Die Vorstände von HVG und DGG traten am fen werden. Das Vorhaben „Effiziente Abgasreini- 9.5.2014 und am 12.12.2014 in Offenbach zu- gung von Borosilicatglas-Schmelzanlagen (Bor sammen. III)“, Prof. R. Conradt, RWTH Aachen, Dipl.-Ing. K. Gitzhofer, HVG Offenbach wird 2014 beendet werden. Weiterhin genannt wurden die fortlaufen- 2.3 Sitzung des Beirates der HVG den Vorhaben „Aktive Änderung der Glasvertei- lung in Glasbehältern durch thermische Maßnah- Am 12. März 2014 trafen sich die Mitglieder des men im System der Verteilerrinnen“, PD Dr. H. Beirates der HVG und des Vorstandsrates der Müller-Simon, Dipl.-Ing. G. Bergmann, beide HVG DGG zu ihrer jährlichen gemeinsamen Sitzung. Offenbach, „Reinigung von Produkten und Halb- Diese Sitzung fand traditionell im Rahmen des zeugen aus Glas“, Prof. E. Rädlein, TU Ilmenau, Treffens mit dem Nationaale Comité van de Ne- Dipl.-Ing. P. Boehm, HVG Offenbach und „Analy- derlandse Glasindustrie (NCNG) statt. Die Ver- se und Strategien zum Verringern von Anbackun- anstaltung wurde im Berichtsjahr auf Einladung gen bei der Lagerung von Mehrstoffsystemen von Herrn Michael Fuchs im Technologie Anwen- insbesondere Glasgemenge im Rohstoffsilo“, der Zentrum Spiegelau ausgerichtet. Geleitet wurde die Sitzung vom Geschäftsführer der Prof. H. Hessenkemper, Prof. U. Peuker, beide HVG/DGG, Dr. Roger. TU Bergakademie Freiberg.

Herr Hammer, Universität Heidelberg, begann mit Anschließend berichtete Dr. Roger über den einer Präsentation seiner Ergebnisse im Rahmen Stand der nach der letzten Beiratssitzung einge- der Netzwerkanalyse Krea·nets. Es folgte ein reichten Projektanträge: Die Vorhaben „Maßnah- Workshop zum Thema „Erarbeitung von Themen men zur Vermeidung von Anreicherungen kriti- für Forschungsprojekte der industriellen Gemein- scher Verunreinigungen durch Recycling in der schaftsforschung AiF“. Die Leitung hatte der Glasproduktion“, PD Dr. H. Müller-Simon, Dipl.- Fachmann für Organisationsentwicklung, Prof. Dr. Ing. P. Böhm, beide HVG Offenbach und „Schnell J. Ryschka, Mainz. Nach Ablauf einer interessan- kristallisierende Lotsysteme und Verfahrenspara- ten Diskussionsrunde wurde am Ende des Work- meter für Laseranwendungen“, Prof. C. Rüssel, shops eine Arbeitsgruppe gebildet, die Herr Zim- OSIM Jena, Dr. S. Sändig, ifw Jena, wurden prin- mermann von Saint-Gobain Oberland als Spre- zipiell positiv aber zum Zeitpunkt der Sitzung noch cher vertreten wird. Weitere Arbeitsgruppenmit- nicht abschließend begutachtet. Das Projekt „Ein- glieder sind die Damen Römer und Bergmann und fluss der Schmierung auf die Enthaftungs- die Herren Kasper, Hessenkemper, Zippe und vorgänge in der Fertigform“, Dipl.-Ing. G. Berg- Fröba. Herr Zimmermann bot an, die Interessen- mann, PD Dr. H. Müller-Simon, beide HVG Offen- lage von HVG-Beirat und DGG-Vorstandsrat in bach, konnte leider nicht befürwortet werden. Der der nächsten Vorstandssitzung von HVG und Forschungsantrag „Analyse und Visualisierung DGG im Mai 2014 darzustellen. der Energieeffizienz von Glasschmelzwannen“, Prof. R. Conradt, GHI, RWTH Aachen, wurde Der Stand der über die AiF im Rahmen der IGF zurückgezogen und wird zurzeit in einem bilitera- mit Mitteln des BMWi geförderten und weiteren len Auftragsprojekt durchgeführt. Forschungsprojekte wurde bereits am Vortag bei der Mitgliederversammlung mitgeteilt. Zu den Folgende Vorschläge für neue AiF-Projekte lagen einzelnen Projekten gab es folgende Ergänzun- vor: „Entwicklung eines hybriden Glasfaserzieh- gen: Das Vorhaben „Auslegung, Optimierung und prozesses mit integrierter Fasermetallisierung“, Nachweis der Anwendbarkeit der Verdünnten Dr. A. Pfuch, Innovent, Jena, „Zerstörungsfreie Verbrennung an regenerativ befeuerten Glas- Festigkeitsprüfung von Glas“, Prof. H. Hessenk- schmelzwannen zur NO -Minderung und Energie- x emper, TU Bergakademie Freiberg, „Maßnahmen einsparung“, Dr. A. Giese, GWI Essen, Dipl.-Ing. zur Vermeidung schlierenförmiger Farbfehler in B. Fleischmann, HVG Offenbach wurde 2013 Glasprodukten“, PD Dr. H. Müller-Simon, HVG beendet. Der Abschlussbericht ist über die Offenbach sowie „Erdgasbeschaffenheit und die HVG/DGG-Webseite abrufbar. Ebenfalls 2013 daraus resultierenden Probleme in der Glasin- beendet wurde das Projekt „Biogasbefeuerung in dustrie“, Dipl.-Ing. B. Fleischmann, HVG Offen- der Glasproduktion zur Reduzierung der CO - 2 bach, Dr. A. Giese, GWI Essen. Emissionen - Untersuchung der Auswirkungen auf die Glasqualität, das Feuerfestmaterial und die Herr Dr. Roger verwies noch einmal auf den aktu- Schadstoffemissionen“, Dr. A. Giese, GWI Essen, ellen Stand der Veranstaltungstermine. Im Be- Dipl.-Ing. B. Fleischmann, HVG Offenbach, Dipl.- sonderen nannte er für 2014 die internationale Ing. H. Wuthnow, Forschungsgemeinschaft Feu- Tagung in Aachen und die HVG-Seminare „Indus-

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trielle Glasherstellung“ und „Festigkeit von Glas“ 2.4 Gemeinsame Sitzung des HVG-Beirates, sowie das HVG-GWI-Seminar zur Erdgasbeschaf- des DGG-Vorstandsrates und des fenheit. Alle Veranstaltungen können jederzeit Beirates des NCNG über die HVG/DGG-Internetseite unter www.hvg- dgg.de/veranstaltungen abgerufen werden. Am 11. März 2014 fand das jährliche Treffen von HVG-Beirat und DGG-Vorstandsrat mit dem nie- Themenvorschläge für das HVG-Kolloquium und derländischen NCNG statt. Die Gremien waren im den HVG-Kurs 2015 wurden nicht diskutiert. Die Berichtsjahr zu Gast im Technologie Anwender HVG wird bis zur nächsten Beiratssitzung Titel- Zentrum Spiegelau. Nachdem Michael Fuchs alle Vorschläge für beide Veranstaltungen zusammen- Anwesenden begrüßt hatte, berichteten Dr. U. tragen. Roger und Prof. R. Beerkens über die For- schungsaktivitäten von HVG und TNO. In den nachfolgenden Vorträgen wurden einige dieser Weiterhin wurde auf die im Jahr 2014 anstehen- Aktivitäten im Detail vorgestellt: S.-R. Kahl, den Wahlen im HVG-Beirat und DGG-Vorstands- Ardagh Group NCNG und J. van der Woude, PPG rat hingewiesen. Hierbei handelte es sich um Industries NCNG, begannen mit einem Vortrag Amtsperioden der HVG-Beiratsmitglieder Frau Dr. über „Roadmap NL glass industry 2010 – 2030“. Römer, Herr Dr. Mackh, Herr Zimmermann, Herr Es folgte der Beitrag von G. Bergmann, HVG Of- Dr. Jeschke und Herr Dr. B. Zippe. Herr Dr. B. fenbach, zu „Temperaturmessungen und Hochge- Zippe stand nicht mehr zur Verfügung, schlug schwindigkeitsaufnahmen in der Glasindustrie“. aber seinen Sohn, Herrn Dr. Philipp Zippe, als Der Vormittag endete mit dem Referat von Prof. Nachfolger vor. Die verbleibenden vier Beiratsmit- R. Beerkens, A. Lankhorst, J. van der Dennen, L. glieder standen alle zur Wiederwahl zur Verfü- Thielen, alle CelSian Glass & Solar, Eindhoven, gung. Auch im DGG-Vorstandsrat liefen die „Progress in application of energy balance mo- Amtsperioden aller fünf Mitglieder aus. Herr delling for glass furnaces to quantify energy Schuster würde Herrn Runte im DGG-Vorstand saving potentials“. Nach der Mittagspause berich- ablösen und stand daher für eine Wiederwahl teten J. Goossens, H. van Limpt und Prof. R. nicht mehr zur Verfügung. Auch Herr Prof. Deu- Beerkens, ebenfalls alle CelSian Glass & Solar, bener stellte sich nicht mehr zur Wiederwahl. Frau Eindhoven, über „Benchmarking of energy- Prof. Rädlein und Herr Prof. Corves standen zur efficiency of industrial glass furnaces – website Wiederwahl zur Verfügung. Herr Prof. Wondra- based inventory & ranking“. B. Fleischmann, HVG czek wollte sich bis zur DGG-Mitglieder- Offenbach, schloss sich mit seinem Bericht über versammlung entscheiden. die Forschungsvorhaben der HVG mit den The- men „Verbrennungstechnik bei der Glasherstel- Es wurde beschlossen, dass die nächste Beirats- lung: AiF-Nr. 397 ZN, ‚Biogas-Glas‘“, „AiF-Nr. 16851 N ‚Verdünnte Verbrennung‘“ und „DVGW sitzung am 3./4. März 2015 im GWI Gas- und G1/06/10 ‚Gasbeschaffenheit Industrie‘“ an. Den Wärme-Institut auf Einladung von Frau Dr. Giese Abschluss der Vortragsreihe bildete der Beitrag in Essen stattfinden soll. von J. Goossens und A. J. Faber, beide CelSian Glass & Solar, Eindhoven, „Demonstration of new Abschließend wies Herr Dr. Roger auf den kartell- introductory e-learning module for the Internatio- rechtlichen Leitfaden des BV Glas hin. Dieser nal CelSian-NCNG Glass Technology“. Am Leitfaden sollte auf der nächsten HVG/DGG- Nachmittag bestand die Möglichkeit, die Firma Vorstandssitzung diskutiert werden. Für die HVG Zwiesel Kristallglas AG in Zwiesel zu besichtigen. und DGG wurde eine modifizierte Variante erstellt.

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3. VERANSTALTUNGEN DER HVG

3.1 HVG-Kolloquium Beneke vom VDMA Frankfurt zum Thema „Anfor- derungen der Maschinenrichtlinie und der Ökode- Das HVG-Kolloquium zum Thema „Gemenge, sign-Richtlinie und deren Auswirkungen auf Schmelze und Formgebung“ fand am 21.10.2014 Thermoprozessanlagen“. Am Donnerstag stellte auf der glasstec in Düsseldorf statt. Die Veranstal- Herr Dr. Jörg Leicher vom GWI in Essen sehr tung war zum ersten Mal ganztägig und mit 50 bis informativ den Themenkomplex „Schwankungen 100 Zuhörern sehr gut besucht. in der Gasbeschaffenheit“ dar. Im Anschluss standen beide bei einem gemütlichen Beisam- Herr Dr. Roger moderierte das Kolloquium bei mensein mit Getränken und einem kleinen Imbiss dem folgende Vorträge gehalten wurden: Dipl.- für weitere Fragen, Anregungen und Diskussionen Ing. H. Eirich, Maschinenfabrik Gustav Eirich, zur Verfügung. Hardheim, begann mit einem Vortrag über das „Potenzial Gemengeaufbereitung“. Es folgte ein Die im Vergleich zu den vergangenen Jahren Beitrag von M. Füger, Zippe Industrieanlagen höhere Anzahl an HVG-Mitarbeitern als An- GmbH, Wertheim, über die „Aktuellen Gemenge- sprechpartner wurde sehr gut angenommen. Häu- einlegekonzepte für spezifische Anwendungen“. fige Gesprächsthemen waren z.B. die Fachaus- Dr. M. Lindig, Nikolaus Sorg GmbH, Lohr, referier- schüsse der DGG, Publikationen, Ergebnisse te zum Thema „Technische und wirtschaftliche aktueller Forschungsvorhaben, das spezielle Betrachtung zur Wärmerückgewinnung an Glas- Dienstleistungsangebot der Abteilung Emissions- schmelzöfen“. Der Vortrag von Ph. D. Uyi Iyoha, messtechnik, aber auch die neuen Seminarange- Praxair Inc., Danbury/USA, schloss sich an. Dipl.- bote der HVG oder die Diskussion sehr spezifi- Ing. J. Fischer, VEA Beratungs-GmbH, Hannover, scher Technologieprobleme. Insgesamt kann die berichtete zunächst über „Energiekosten sparen HVG auf eine erfolgreiche Messe zurückblicken. durch Eigenerzeugung: Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen“ und direkt anschließend über „Zer- tifizierte Energieeffizienz: Energiemanagement- systeme und Energieaudits“. Nach der Mittags- pause begann L. Diehm, Bucher Emhart Glass, Cham/Schweiz, mit seinem Beitrag über „IS ma- chines innovation – Best fit for my business?“. Der Vortrag von W. Seidensticker, Heye International GmbH, Obernkirchen, „Heye Speedline-Evolution der IS-Maschine“ schloss sich an. Rolf Themann, Sklostroj Turnov CZ s.r.o., Turnov/Tschechien, berichtete über „Industrial ISS, Serial Servo IS machines under glass“. Es folgte der Beitrag von S. Follis, Bucher Emhart Glass, Cham/Schweiz, „FlexRadar - Hot End infrared inspection“. Den Abschluss bildete der Vortrag von G. Schütz, Heye International GmbH, Obernkirchen, „Produk- 3.3 HVG-Fortbildungskurs tionsoptimierung mit dem Heye Plant Manage- ment System“. Der HVG-Fortbildungskurs 2014 fand am 24. und 25. November 2014 in Offenbach im Deutschen Die Teilnehmer des Kolloquiums können die Foli- Ledermuseum statt. Thema des Kurses war die en der freigegebenen Vorträge als PDF-Dateien „Formgebung und Veredelung von Flachglas“. im Download-Bereich der HVG-DGG-Webseite Insgesamt wurde der zweitägige Kurs von 37 herunterladen. Mitarbeitern aus HVG-Mitgliedsfirmen, 16 Perso- nen aus der Industrie ohne direkte Anbindung an die HVG und 10 Personen aus dem Bereich Lehre und Forschung besucht. 3.2 Expertentreffen der HVG auf der glasstec 2014 Dipl.-Ing. M. Fraaß, Enviglass GmbH, Gelsenkir- Auch 2014 beteiligten sich HVG und DGG wieder chen, begann mit einem Beitrag über die „Form- an der glasstec. Neben der gewohnten Informati- gebung von Flachglas“. Es folgte der Vortrag von Priv.-Doz. Dr. A. Kasper, Saint-Gobain Sekurit, on zu den Forschungsaktivitäten und Dienstleis- tungen beider Vereine gab es 2014 jedoch eine Herzogenrath, über die „Chemie des Floatbads Neuerung. Die HVG lud zu ihren ersten Experten- und Floatbad bedingte Glasfehler“. Nach der Mit- treffen auf dem eigenen Messestand ein. Am tagspause referierte Dr. J. Bretschneider, JBR Mittwoch, dem 22. Oktober, referierte Herr Dr. Glass Consulting UG, Weiden, über „Kühlkanal und kaltes Ende“. Der Vortragsteil des ersten 8

Tages endete mit dem Beitrag von Prof. H. Hes- hördenvertreter, aber auch an Studenten von senkemper, TU Bergakademie Freiberg, über Fachhochschulen und Universitäten, die eine „Oberflächenveredlungsverfahren für Flachglas“. konzentrierte Einführung in den Glasherstellungs- Abgerundet wurde dieser Tag mit einer Abend- prozess erwarten. veranstaltung, die wie bisher, gut angenommen wurde. Am zweiten Tag der Veranstaltung trug Folgende Themen wurden erörtert: Herr Dr. Rüffer, Innovent e. V., Jena, über „On- line-Beschichtungsverfahren“ vor. Es folgte der Einführung Beitrag von Dipl.-Ing. F. Klösel, Pilkington Priv.-Doz. Dr.-Ing. H. Müller-Simon Deutschland AG, Gladbeck, über die „Qualitätssi-  Eigenschaften cherung im Floatprozess“. Nach einer abschlie-  Produkte ßenden Diskussion endete der HVG-Fortbil- Formgebung von Glas dungskurs 2014. Dipl.-Ing. G. Bergmann  Konditionierung Das Kursmanuskript „Formgebung und Verede- lung von Flachglas“ kann bei der Geschäftsstelle  Behälterglas der HVG/DGG bestellt, über die Webseite der  Wirtschaftsglas HVG/DGG angefordert oder per E-Mail über send-  Rohrglas [email protected] geordert werden.  Faserglas Formgebung von Flachglas 3.4 Fortbildungsseminare Dipl.-Ing. P. Boehm  Gussglas Die Ingenieure der HVG beschäftigen sich seit vielen Jahren mit ihren jeweiligen Fachgebieten.  Floatglas Das dabei erworbene Wissen kann für viele An- Veredelung wender in der Glasindustrie nützlich sein. Auf der Priv.-Doz. Dr.-Ing. H. Müller-Simon anderen Seite kann die Ausbildung der Ingenieure  Vergütung in der Glasindustrie nicht auf alle Detail-Bereiche eingehen. Vielmehr ist die Glasindustrie auf ein  Beschichtung entsprechendes Angebot von Weiterbildungs-  Mattierer maßnahmen angewiesen. Die HVG erarbeitet zur Vorgänge beim Erschmelzen von Glas Zeit ein Angebot entsprechender Fortbildungsse- Priv.-Doz. Dr.-Ing. H. Müller-Simon minare, die auch als inhouse Seminare angeboten werden.  Rohstoffe, Altglasrecycling, Gemengesatz, Gemengebereitung  Gemengereaktion, Schmelzvorgang, Läuterung Qualitätssicherung Priv.-Doz. Dr.-Ing. H. Müller-Simon  Qualitätsmerkmale  Erkennen und Ursachen von Glasfehlern  Regelwerke zur Qualitätssicherung Glasschmelzöfen Dipl.-Ing. B. Fleischmann

 Ofenbau Die Basis des Angebots stellt eine Einführung in  Konstruktionsmerkmale die Technologie der Glasherstellung dar. Diese Refraktärwerkstoffe wurde im Berichtsjahr als zweitägiges Seminar in Dipl.-Ing. B. Fleischmann Offenbach angeboten und fand am 13./14. Mai  Korrosion unter dem Titel „Industrielle Glasherstellung - Von den Rohstoffen zum Qualitätsprodukt“ in der  Testmethoden und ihre Aussagekraft HVG/DGG-Geschäftsstelle statt. Es gab einen Energieeinsatz und Messtechnik umfassenden Überblick über die Verfahren und Dipl.-Ing. B. Fleischmann Techniken, die in der modernen Glasproduktion  Energieträger, Verbrennung, eingesetzt werden. Es richtet sich an alle Mitarbei- ter der Glasindustrie, Zulieferfirmen und weiter- Brennertechnik verarbeitenden Betriebe, insbesondere auch an  vollelektrische Schmelzen solche ohne fachspezifische Ausbildung, an Be-  Messtechnik am Glasschmelzofen

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Emissionen von Glasschmelzöfen Dipl.-Ing. K. Gitzhofer  Emissionskomponenten  Minderungsmaßnahmen  Emissionsbegrenzungen (TA-Luft/Glass BREF)  Emissionsüberwachung

Das Seminar besuchten 15 Teilnehmer und wird 2015 aufgrund der positiven Resonanz wiederholt werden. Das letzte HVG-Seminar im Jahr 2014 fand am 26. November zum Thema „Redoxreaktionen in Am 6. November 2014 fand ein weiteres HVG- Glasschmelzen und Gläsern“ statt. Hierbei han- Seminar zum Thema „Temperaturmessmethoden delte es sich ebenfalls um ein eintägiges Vertie- für die Glasproduktion“ statt. Dieses eintägige fungsseminar, das die grundlegenden Reaktionen Vertiefungsseminar sollte helfen, Methoden der und Zusammenhänge vorstellte und ihre Anwen- Messung von Temperaturen für die entsprechen- dung aus der industriellen Glasherstellung erläu- den Anwendungsbereiche besser beurteilen zu terte. Es wendete sich an Ingenieure und Tech- können, Fehler in der Durchführung der Messung niker aus der Glasindustrie, der Zuliefer- und zu erkennen und die Interpretation der Ergebnisse Weiterverarbeiterindustrie, die im Rahmen ihrer effizienter umsetzen zu können. Die Schwerpunk- Tätigkeit häufig mit der Problematik von Redoxre- te des Seminars waren: aktionen konfrontiert werden. Thermodynamischen Grundlagen Referent war Herr Priv.-Doz. Dr. H. Müller-Simon. Dipl.-Ing. B. Fleischmann Folgende Akzente wurden gesetzt:  Temperaturskalen  Temperatursensor Mensch Grundlagen  Definitionen  Reaktionen polyvalenter Elemente Temperaturmessverfahren  Charakterisierung von Redoxreaktionen Dipl.-Ing. B. Fleischmann o Sensoren  berührende Messungen o Redoxzahl o Widerstandsthermometer  Wechselwirkung zwischen Paaren o Thermopaare polyvalenter Elemente  optische Messmethoden Eigenschaften o Pyrometer  Farben o IR-Kamera o Entfärbung  typische Fehler bei der Temperatur- o Braunchromophor messung  Wärmeleitung o Berührungsthermometer  Benetzung o optische Messung Läuterung Praxis der Temperaturmessung  Sauerstoffläuterung Dipl.-Ing. B. Fleischmann  Schwefelläuterung  bei der Glasschmelze Dipl.-Ing. G. Bergmann Redoxbedingte Produktionsstörungen  bei der Formgebung  Altglasrecycling Alterung, Kalibrierung, Überwachung  Filterstaubrecycling Dipl.-Ing. B. Fleischmann Das Seminar besuchten 16 Teilnehmer und fand wie die beiden vorangegangenen Seminare in der Das Seminar besuchten 9 Teilnehmer. Auch die- HVG/DGG-Geschäftsstelle statt. Auch dieses ses Seminar fand in der HVG/DGG-Geschäfts- Seminar wird aufgrund der positiven Resonanz stelle statt und wird aufgrund der positiven Reso- 2015 wiederholt werden. nanz 2015 wiederholt werden. Weitere Informationen zum Seminarangebot der

HVG erhalten Sie unter mueller-simon@hvg- dgg.de.

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4. VERÖFFENTLICHUNGEN UND VORTRÄGE

4.1 HVG-Mitteilungen buecher bestellt werden. Eine Liste aller Publika- tionen der HVG ist unter www.hvg-dgg.de, Publi- Seit 2013 werden die HVG-Mitteilungen innerhalb kationen zusammengestellt. des HVG-Newsletters veröffentlicht. Sie können auch als Download über die Webseite der HVG 4.4 Veröffentlichungen von abgerufen werden. Im Berichtsjahr erschienen HVG-Mitarbeitern folgende HVG-Mitteilungen: Bergmann, G.: 2162 Einfluss von Gasbeschaffenheitsände- Temperaturmessungen in der Glasindustrie – rungen auf den Glasherstellungsprozess. Messung der Abgas- und Lufttemperatur im Teil 3: Gasbeschaffenheitsregelungen in Kammerkopf. Deutschland und Europa: Eine Übersicht dgg journal 13 (2014) Nr. 2, S. 51 - 53

2163 Einfluss von Gasbeschaffenheitsände- Fleischmann, B.: rungen auf den Glasherstellungsprozess. Gemeinsam für die Glasindustrie - Teil 4: Gasbeschaffenheitsänderungen und HVG und DGG. ihre Auswirkungen auf industrielle Feue- gwi gaswärme international 63 (2014) Nr. 4, rungsprozesse S. 80 - 84

2164 Einfluss von Gasbeschaffenheitsände- Fleischmann, B.; Leicher, J.; Giese, A.: rungen auf den Glasherstellungsprozess. Einfluss von Gasbeschaffenheitsänderungen auf Teil 5: Wasserstoff im Erdgas – Auswirkun- den Glasherstellungsprozess – Teil 5: Wasserstoff gen auf Verbrennungsvorgänge und die im Erdgas – Auswirkungen auf Verbrennungsvor- Glasherstellung gänge und die Glasherstellung. HVG-Mitteilung Nr. 2164 2165 Erfahrungen beim industriellen Einsatz eines Sensors für die Schwefelmessung im Boehm, P.; Müller-Simon, H.: Floatglasprozess (IGF/AiF-FV-Nr. 15986 Erfahrungen beim industriellen Einsatz eines BG sowie eigenfinanzierte Forschung) Sensors für die Schwefelmessung im Floatglas- prozess. 4.2 HVG-Newsletter HVG-Mitteilung Nr. 2165

Der HVG-Newsletter ist im Jahr 2014 im Abstand Gitzhofer, K.: von 2 Monaten 7 Mal erschienen. Er berichtet Effiziente Abgasreinigung von Borosilicatglas- über Aktivitäten der HVG und DGG und stellt so Schmelzanlagen (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). ein Bindeglied zwischen den Glastechnologen vor Schlussbericht der Forschungsstellen HVG Ort und den auf dem Server der HVG zum Down- und GHI der RWTH Aachen. load bereitstehenden Informationen dar. Der kos- Offenbach, 20. November 2014 tenlose Newsletter kann mittlerweile nur noch nach einer einmaligen Anmeldung erhalten wer- 4.5 Posterpräsentationen von den und wird nicht mehr automatisch zugesandt. HVG-Mitarbeitern Nähere Informationen sind auf unserer Homepage oder über [email protected] erhältlich. Boehm, P.; Müller-Simon, H.: Application of a sulfur-sensitive sensor in the protective atmosphere of float chambers 4.3 Publikationen der HVG (IGF/AiF-FV Nr. 15986 BG). Ausstellung, 88. Glastechnische Tagung, 4.3.1 HVG-Fortbildungskurs Aachen, 25. – 30. Mai 2014

Zum Fortbildungskurs "Formgebung und Verede- Fleischmann, B.; Boehm, P.: lung von Flachglas" erschien ein gleichnamiger Erste Ergebnisse der Untersuchungen von Manuskriptband (ISBN 978-3-921089-63-7). Gasen und Gläsern durch die HVG im Rahmen des IGF/AiF-FV Nr. 397 ZN „Biogas-Glas“. 4.3.2 Bezugsquellen Ausstellung, 88. Glastechnische Tagung, Aachen, 25. - 30. Mai 2014 Alle genannten Publikationen können über den Buchhandel, bei der Geschäftsstelle der HVG- DGG (E-Mail: info @hvg-dgg.de) oder online unter http://www.hvg-dgg.de, Publikationen, Fach- 11

Löber, N.-H.; Bergmann, G.; Simon, J.; Löber, N.-H.: Müller-Simon, H.: Workshopkonzept zum Aufbau eines Seminars The influence of spout and delivery characteristics auf der Basis der Ergebnisse des IGF/AiF- on the gobs – results of measurements and Forschungsvorhabens Nr. 16547 N modelling – Part 2. „Speiserkopf“. Ausstellung, 88. Glastechnische Tagung, Fachausschuss IV der DGG, Aachen, 25. – 30. Mai 2014 Spiegelau, 13. März 2014

Urban, S.; Boehm, P.; Jacob, K.; Rädlein, E.: Fleischmann, B.: Glass surface analyses and cleaning methods Ergebnisse des GWI-HVG-Forschungsvor- on different glass surfaces habens „Biogas-Glas“ (AiF-Nr. 397 ZN). (IGF/AiF-FV Nr. 17881 BG). Fachausschuss II/VI der DGG, Ausstellung, 88. Glastechnische Tagung, Halle, 19. März 2014 Aachen, 25. – 30. Mai 2014 Fleischmann, B.: Vorstellung eines Projektantrages zum Thema 4.6 Vorträge von HVG-Mitarbeitern „Gasbeschaffenheit“. Fachausschuss II/VI der DGG, Fleischmann, B.: Halle, 19. März 2014 Messung der Temperatur gasförmiger Medien in Flammen und Feuerräumen von Prozess- Müller-Simon, H.: feuerungen. Schwerpunktthema: Fluor-, Chlor- und Schwefel- VDI-Forum „Messung hoher Temperaturen“, emissionen: Ursache, Wechselwirkungen und Düsseldorf, 21. Februar 2014 Minderungsmaßnahmen. Fachausschuss II/VI der DGG, Bergmann, G.: Halle, 19. März 2014 Temperaturmessungen und Hochgeschwin- digkeitsaufnahmen in der Glasindustrie. Fleischmann, B.: HVG-Beiratssitzung, Prozessbedingte und verbrennungstechnische Spiegelau, 11. März 2014 Emissionen. 5. gwi-Praxistagung, Fleischmann, B.: Essen, 31. März 2014 Bericht über Forschungsvorhaben der HVG zum Thema Verbrennungstechnik bei der Glasher- Gitzhofer, K: stellung: AiF-Nr. 397 ZN „Biogas-Glas“, AiF-Nr. Brief information about SO measurement 16851 N „Verdünnte Verbrennung 2“ und DVGW 3 G1/06/10 „Gasbeschaffenheit Industrie“. systems and current measurement results HVG-Beiratssitzung, from emission measurements. Spiegelau, 11. März 2014 TC 13 „Environment“ der ICG, Budapest, 6. Mai 2014 Bergmann, G.: Temperaturmessungen und Hochgeschwin- Bergmann, G.: digkeitsaufnahmen in der Glasindustrie. Formgebung von Glas. Arbeitsgruppe 124 („Rinne 2“), HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Spiegelau, 12. März 2014 Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, Offenbach, 13. Mai 2014 Fleischmann, B.: Erdgasbeschaffenheit und die daraus resultie- Boehm, P.: renden Probleme in der Glasindustrie. Formgebung von Flachglas. Interne HVG-Beiratssitzung, HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Spiegelau, 12. März 2014 Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, Offenbach, 13. Mai 2014 Müller-Simon, H:. Maßnahmen zur Vermeidung schlierenförmiger Gitzhofer, K.: Farbfehler in der Glasproduktion. Emissionen von Glasschmelzöfen. Interne HVG-Beiratssitzung, HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Spiegelau, 12. März 2014 Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, Offenbach, 13. Mai 2014

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Müller-Simon, H.: Bergmann, G.: Glasprodukte und Glaseigenschaften. The influence of spout and delivery HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - characteristics on the gobs – Results of Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, measurements and modelling: Part 1. Offenbach, 13. Mai 2014 1st Joint Meeting of DGG - ACerS GOMD, Aachen, 28. Mai 2014 Müller-Simon, H.: Veredelung von Glas. Boehm, P.: HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Use of a sulfur sensor in the float glass process Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, (IGF/AiF-FV Nr. 15986 BG). Offenbach, 13. Mai 2014 1st Joint Meeting of DGG - ACerS GOMD, Aachen, 29. Mai 2014 Müller-Simon, H.: Vorgänge beim Erschmelzen von Glas. Fleischmann, B.: HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Schwankungen der Gasbeschaffenheit und Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, deren Einfluss auf industrielle Verbrennungs- Offenbach, 13. Mai 2014 prozesse am Beispiel der Glasindustrie. Fraunhofer IPM, Fleischmann, B.: Freiburg, 26. Juni 2014 Glasschmelzöfen und ihre Konstruktions- merkmale. Gitzhofer, K.: HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Effiziente Abgasreinigung von Borosilicatglas- Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, Schmelzanlagen (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). Offenbach, 14. Mai 2014 Arbeitsgruppe 122 („Bor“), Offenbach, 4. Juli 2014 Fleischmann, B.: Refraktärwerkstoffe für die Glasherstellung. Müller-Simon, H.: HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - Redox and sulfur chemistry in glass melts. Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, ICG Summer School, Offenbach, 14. Mai 2014 Montpellier, 8. Juli 2014 Fleischmann, B.: Gitzhofer, K.: Energieeinsatz und Messtechnik bei der Emissionen von Glasschmelzöfen - Grundlagen Glasherstellung. der Emissionsmesstechnik. HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - HORN Glass Industries AG, Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, Plössberg, 22. Juli 2014 Offenbach, 14. Mai 2014 Gitzhofer, K.: Müller-Simon, H.: Effective emission control technology for boron Qualitätssicherung von Glas. HVG-Seminar „Industrielle Glasherstellung - containing glass melts (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). Von den Rohstoffen zum Qualitäts-Produkt“, st Offenbach, 14. Mai 2014 1 Workshop “Boron emissions”: Standardiza- tion of boron emission measuring methods. Gitzhofer, K.: Offenbach, 4. September 2014 Effective emission control technology for boron containing glass melts Gitzhofer, K.: (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). Emissionen von Glasschmelzöfen. 1st Joint Meeting of DGG and ACerS-GOMD, Bundesverband Glasindustrie e. V., Aachen, 27. Mai 2014 Düsseldorf, 10. September 2014

Müller-Simon, H.: Gitzhofer, K.: Sulfur refining in industrial glass melts. Industrielle Versuchsergebnisse zur Minderung 1st Joint Meeting of DGG and ACerS-GOMD, gasförmiger Boremissionen Aachen, 27. Mai 2014 (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). Fachausschuss II/VI der DGG, Mainz, 16. September 2014

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Müller-Simon, H.: Roger, U.: Schwerpunktthema: Fluor-, Chlor- und Schwefel- Der Weg von der Speiserrinne bis zur Vorform: emissionen: Ursache, Wechselwirkungen und Der thermische Einfluss des Feedersystems und Minderungsmaßnahmen. die Transportcharakteristika auf den Glasposten Fachausschuss II/VI der DGG, bei der Behälterglasproduktion – Messungen Mainz, 16. September 2014 und Modellierungen. Institut für Werkstofftechnik der TU Ilmenau, Boehm, P.: Ilmenau, 27. November 2014 A sulfur sensitive sensor for the float process (IGF/AiF-FV Nr. 15986 BG). th 4.7 Lehrtätigkeit 12 ESG Conference, Parma, 22. September 2014 Herr Dr.-Ing. U. ROGER hielt im Wintersemester 2013/2014 im Rahmen seiner Bestellung zum Bergmann, G.: From Spout to Blank – The influ- Gastprofessor für Formgebungsprozesse in der ence of spout and delivery characteristics on the Glasindustrie am Institut für Keramik, Glas- und gobs - measurements and modelling. th Baustofftechnik der TU Bergakademie Freiberg, 12 ESG Conference, Vorlesungen zum Thema „Formgebungsprobleme Parma, 23. September 2014 in der Behälterglasindustrie“. Die Sondervorle- sung wurde mit einer eintägigen Exkursion zu Gitzhofer, K.: dem Spezialglashersteller TGI Technische Glas- Effective emission control technology for boron werke Ilmenau und zum Behälterglashersteller containing glass melts Thüringer Behälterglas in Schleusingen abgerun- (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N). det. TC 13 „Environment“ der ICG, Istanbul, 14. Oktober 2014 Herr Priv.-Doz. Dr.-Ing. H. MÜLLER-SIMON hielt im Sommersemester 2014 am Institut für Ge- Bergmann, G.: steinshüttenkunde der RWTH Aachen Vorlesun- Praxis der Temperaturmessung bei der gen zur "Chemie der Glasschmelze – Redoxreak- Formgebung von Glas. tionen". HVG-Seminar „Temperaturmessmethoden für die Glasproduktion“, Offenbach, 6. November 2014

Fleischmann, B.: Thermodynamische Grundlagen. HVG-Seminar „Temperaturmessmethoden für die Glasproduktion“, Offenbach, 6. November 2014 Fleischmann, B.: Temperaturmessverfahren beim Glasherstel- lungsprozess. HVG-Seminar „Temperaturmessmethoden für die Glasproduktion“, Offenbach, 6. November 2014

Fleischmann, B.: Praxis der Temperaturmessung bei der Glasschmelze – Ergänzende/alternative Messmethoden. HVG-Seminar „Temperaturmessmethoden für die Glasproduktion“, Offenbach, 6. November 2014 Müller-Simon, H.: Redoxreaktionen in Glasschmelzen und Gläsern.

HVG-Seminar „Redox-Reaktionen in Glas- schmelzen und Gläsern“, Offenbach, 26. November 2014

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5. UNTERSUCHUNGEN IM AUFTRAG

5.1 Umweltschutz werden an Anlagen durchgeführt, an denen neue Wärmetauscher im Reingas der Filteranlage in- Die Abteilung EMT (EmmissionsMessTechnik) der stalliert wurden. HVG, auch Umwelt-Abteilung genannt, ist nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 akkreditiert und als Außerdem wurde 2014 eine Schwefelbilanzmes- amtlich benannte Messstelle für glasspezifische sung durchgeführt. Bei Schwefelbilanzmessungen Emissionen bekanntgegeben. Sie führt im Rah- werden neben den Emissionsmessungen im Roh- men ihrer Tätigkeiten Untersuchungen im gesetz- und Reingas auch alle Einsatzstoffe und das pro- lich geregelten Bereich durch (z.B. Emissions- duzierte Glas auf ihren Gehalt an Schwefel analy- messungen nach § 28 BImSchG oder Kalibrierun- siert. gen automatischer Messsysteme) aber auch Messungen auf Wunsch des Betreibers. Außer- Bei den jährlichen Funktionsprüfungen ist die dem finden Tätigkeiten im Zuge der Forschung Kalibrierfunktion des Analysators durch mindes- und Qualitätssicherung statt. tens 5 Vergleichsmessungen mit Standardrefe- renzverfahren (SRM) zu überprüfen. Dies ge- Im Jahr 2014 wurden 33 Emissionsmessungen schieht anhand einer Variabilitätsprüfung und nach § 28 BImSchG durchgeführt. Bei diesen einer zusätzlichen Überprüfung der Einhaltung Emissionsmessungen handelt es sich um Mes- maximal zulässiger Messunsicherheiten. Falls die sungen, die nach den Bestimmungen der Techni- Qualitätsanforderungen nicht erfüllt werden, müs- schen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) sen die Ursachen umgehend behoben oder inner- alle drei Jahre an Emissionsquellen genehmi- halb eines halben Jahres eine neue Kalibrierung gungsbedürftiger Anlagen zu wiederholen sind. durchgeführt werden. 2014 wurden 19 Funktions- Als Emissionskomponenten werden überwiegend prüfungen inkl. Vergleichsmessungen durchge- Gesamtstaub und der partikelförmige und filter- führt. gängige Anteil der Staubinhaltsstoffe sowie NOx, SO , CO, CO , HCl und HF gemessen. Bei Anla- Im Berichtsjahr wurde eine Kalibriermessung 2 2 durchgeführt. Kalibriermessungen müssen nach gen zur Minderung von Stickstoffoxiden (SCR- den Vorgaben der aktuellen VDI-Richtlinie 3950 bzw. SNCR-Anlagen) wird auch NH bestimmt. 3 bzw. der TA-Luft alle 3 Jahre durchgeführt wer- den. Im Regelfall müssen bei Kalibriermessungen Die Messungen dienen der Überwachung von mindestens 15 Halbstundenmittelwerte im Regel- Emissionsgrenzwerten. Diese wurden von der betrieb der Anlage, verteilt über 3 Messtage, zuständigen Behörde im Genehmigungsbescheid durchgeführt werden. Bei zurückliegenden Kali- fixiert und orientieren sich an den Vorgaben der briermessungen wurden Anlagenparameter be- TA-Luft. Die TA-Luft ist allerdings nur eine Ver- wusst verändert, um große Spreizungen der waltungsvorschrift und keine Gesetzesvorgabe, Messwerte und damit einen großen Kalibrier- so dass in der Praxis auch Grenzwerte zu finden bereich abzudecken. Dabei sind Beeinflussungen sind, die von den Vorgaben der TA-Luft (meist der Feuerführung der Schmelzwannen oder der nach unten) abweichen. Im Allgemeinen handelt Filteranlage notwendig. Diese bewährte Vorge- es sich bei den Emissionsquellen um die Abgase hensweise muss nach den Anforderungen der aus den Schmelzwannen. In einigen Fällen sind neuen Regelwerke mit der zuständigen Genehmi- auch Nebenanlagen zu überwachen, z.B. Filter- gungsbehörde im Vorfeld der Kalibriermessungen anlagen im Gemengehaus, Abgasreinigungsanla- abgestimmt werden. Bislang wurde diese Vorge- gen in der Weiterverarbeitung, Wäschersysteme hensweise von den Behördenvertretern unter- bis hin zu Notstromaggregaten. Der Messrhyth- stützt. mus von 3 Jahren kann von Behördenseite unter- brochen werden, wenn z.B. im Zuge einer Wan- Bei allen Emissionsmessungen müssen vom nenhauptreparatur, bei Brennstoffwechsel oder Messinstitut und dem Anlagenbetreiber die Vor- bei beantragter Lasterhöhung bzw. beim Neubau gaben der neuen DIN EN 15259 "Luftbeschaffen- einer Wanne eine Änderung der Emissionssitua- heit – Messung von Emissionen aus stationären tion zu erwarten ist. Quellen – Anforderungen an Messstrecken und Messplätze und an die Messaufgabe, den Mess- 3 Messungen wurden auf Wunsch des Betreibers plan und den Messbericht; Deutsche Fassung EN im Ausland durchgeführt. Hier stehen oft Minde- 15259:2007" beachtet werden. Dieses Dokument rungsraten von Filteranlagen im Vordergrund, so ersetzt die VDI-Richtlinie 4200:2000 "Durchfüh- dass in vielen Fällen auch die Emissionssituation rung von Emissionsmessungen an geführten im Rohgas von Interesse ist. Quellen". Die konsequenten Umsetzungen der neuen Anforderungen beanspruchen einen Mehr- Im Berichtszeitraum wurde eine Säuretaupunkt- aufwand bei der Vorbereitung der Messungen messung durchgeführt. Säuretaupunktmessungen 15

sowie bei der Probenahme vor Ort. Insbesondere pelbestimmungen ermittelt, d.h. Parallelmessun- der Nachweis der Homogenität des Abgases an gen mit zwei unabhängigen, baugleichen Mess- der Messstelle ist zeitaufwendig. einrichtungen durchgeführt. Man benötigt 20 Dop- pelbestimmungen pro Komponente. Unterteilt In der DIN EN 15259:2007 werden konkrete An- man die Konzentrationshöhe in verschiedene forderungen an Messstrecken, Messöffnungen Messbereiche, müssen u.U. 60 oder mehr Dop- und Messplätze gestellt. Am Probenahmeort pelbestimmungen als Halbstundenmittelwert je muss für die Durchführung einer repräsentativen Emissionskomponente durchgeführt werden. Über Probenahme ein geordnetes (turbulentes) Strö- eine statistische Auswertung erhält man die mungsprofil ohne Drall und Rückströmung vorlie- Messunsicherheiten. Diese Methode ist gegen- gen. Lokale negative Strömungen dürfen nicht über dem indirekten Ansatz unverhältnismäßig auftreten. Erfahrungsgemäß sind die Anforderun- aufwendiger, berücksichtigt aber nicht kalkulier- gen im Allgemeinen in geraden Kanalabschnitten bare Einflüsse bei der Probenahme, dem Proben- mit einer Einlaufstrecke von fünf hydraulischen transport oder bei Umfüllvorgängen. Durchmessern vor der Probenahmestelle und zwei hydraulischen Durchmessern hinter der Pro- Tangieren Messergebnisse von Emissionsmes- benahmestelle erfüllt. Es sind in der Regel min- sungen +/- Messunsicherheit die Emissionsbe- destens zwei Messöffnungen (3“ Größe) auf zwei grenzung, dann können (müssen) die Behörden zueinander senkrecht stehenden Achsen einzu- Prüfschritte einleiten. Dabei werden sowohl das richten (Durchführung von Netzmessungen). Zu- Messverfahren, das Messinstitut, die Art der sätzlich sind eventuell weitere Messöffnungen Messdurchführung und die ermittelten Messunsi- (z.B. 2“ Größe) für die Messung weiterer Mess- cherheiten durchleuchtet, als auch die Produkti- größen (z. B. Strömungsgeschwindigkeit, Tempe- onsanlage, die Betriebsdaten und die Funktions- ratur, Feuchte) in der gleichen Probenahmeebene tüchtigkeit der Abgasreinigungsanlage in Augen- einzurichten. Alle Probenahmeöffnungen müssen schein genommen. Bei Mängelfeststellung wer- ohne Behinderungen zugänglich sein und das den Nachbesserungen oder Nachmessungen Einbringen von längeren Probenamesonden er- gefordert. Wichtig: Die Messunsicherheiten wer- möglichen. Messbühnen müssen über eine aus- den zu Gunsten des Betreibers abgezogen, wenn reichende Arbeitsfläche verfügen. Für die Durch- keine Mängel festgestellt werden. Die Forderung führung von Probenahmen sind ausreichend be- weiterer Maßnahmen wäre in diesem Fall unver- messene und abgesicherte Elektroanschlüsse zu hältnismäßig. Liegen die Messwerte abzüglich der installieren. Messunsicherheit über dem Grenzwert, sind zu- sätzliche Maßnahmen notwendig (z.B. Ertüchti- Bei der Durchführung und Auswertung von Emis- gung der Produktions- oder Abgasreinigungsan- sions- oder Kalibriermessungen wird dem Thema lage – Sekundärmaßnahmen – Nachmessungen). Messunsicherheit eine hohe Wertstellung zuge- wiesen. Emisssionsmessstellen müssen zur Noti- Aktuelle Mustermessberichte über Emissions- fizierung (amtliche Bekanntgabe) über ein Quali- messungen nach § 28 BImSchG fordern auf der tätsmanagementsystem verfügen und eine Akkre- ersten Seite nach dem Deckblatt die Angabe des ditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 mit höchsten Messwertes jeder Emissionskompo- dem Modul Immissionsschutz nachweisen. Im nente +/- Messunsicherheit. Damit wird schon Zuge dieser Akkredtitierung müssen die Messstel- beim Aufschlagen des Messberichtes erkennbar, len über ein System der Ermittlung von Messunsi- ob von Seiten der Behörde Prüfschritte notwendig cherheiten verfügen und dieses auch dokumentie- sind. ren und anwenden. Neben einer Reihe von natio- nalen und internationalen Normen spielt die VDI- Auch bei Kalibriermessungen automatischer Richtlinie 4219: 2009 dabei eine herausragende Messsysteme spielen Messunsicherheiten eine Rolle. Dort sind zwei Verfahren beschrieben, nach Rolle. Mit den normierten Konzentrationen des denen Messunsicherheiten bestimmt werden kön- Standardreferenzmessverfahrens des Messinsti- nen. tutes und den normierten Werten der sich erge- benden Kalibrierkurve des Betreibers wird eine Der indirekte Ansatz beschreibt eine Methode, die Variabilitätsprüfung durchgeführt. Man erhält eine überwiegend auf Berechnungen basiert. Es wer- Messunsicherheit als Standardabweichung. Die- den Unsicherheitsbeiträge der relevanten Ein- ser Wert muss unterhalb einer gesetzlich gefor- gangsgrößen abgeschätzt, Empfindlichkeitskoeffi- derten Messunsicherheit liegen. Im Messwert- zienten durch partielle Differentiation berechnet rechner wird die Messunsicherheit vom normier- und die Varianzen über Fehlerfortpflanzung be- ten Messwert, der sich aus der Kalibrierkurve stimmt. ergibt, abgezogen. Dieser sog. validierte Halb- stundenmittelwert wird klassiert. Vertrauens- und Beim direkten Ansatz (HVG-Methode) werden die Toleranzbereiche gibt es nicht mehr. Diese Vor- Messunsicherheiten im Wesentlichen über Dop- gehensweise bringt bei Messwerten im Grenz-

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wertbereich Vorteile für den Betreiber, bei gerin- schutzgesetz (BImSchG) müssen nach DIN EN gen Staubkonzentrationen besteht allerdings die ISO/IEC 17025:2005 akkreditiert sein. Der Akkre- Gefahr, dass der validierte Messwert mit “0,0 ditierungszeitraum umfasst 5 Jahre. Die Erstak- mg/m3“ ausgewiesen wird. kreditierung der HVG erfolgte im Jahr 2006. Die aktuelle Akkreditierung durch die Deutsche Ak- 2014 wurde ein Bericht über den ordnungsgemä- kreditierungsstelle (DAkkS) endet im Juni 2016. ßen Einbau eines automatischen Messsystems (AMS) erstellt. Hier ist die Dokumentation in Be- Die Bekanntgabe als Messstelle nach § 29b BIm- richtsform vorgeschrieben. SchG stellt hohe Anforderungen an das Personal sowie das Qualitätsmanagementsystem (QS- Es wurden im Berichtsjahr zusätzlich 9 gutachtli- System). Sämtliche Tätigkeiten müssen in detail- che Stellungnahmen ausgearbeitet. Schwerpunkt- lierten Arbeitsanweisungen bzw. dem Qualitäts- themen gutachterlicher Stellungnahmen sind in managementhandbuch verankert sein. Die mess- vielen Fällen die Emissionen an Stickstoffoxiden. technische Ausstattung muss dem Stand der Bei der Ableitung von Emissionsbegrenzungen für Technik entsprechen. Alle Messgeräte werden Oxy-Fuel-Wannen kann der Fundus der HVG ge- turnusmäßig entsprechend einer Prüfmittelüber- nutzt werden, um anhand einer sehr guten kon- wachungsdatei auf ihre Funktionstüchtigkeit hin ventionell befeuerten Vergleichswanne Emissi- untersucht. onsgrenzwerte als spezifische Emissionswerte z.B. in Form von kg /t abzuleiten. Wei- Die Pflege, Einhaltung und Überwachung der Schadstoff Glas Vorgaben des QS-Systems erfolgt in der täglichen tere Themen gutachtlicher Stellungnahmen sind Arbeit, beispielsweise bei Justier- und Kalibrier- Emissionsprognosen, Schornsteinhöhenberech- vorgängen im Labor und während der Probenah- nungen, Bilanzbetrachtungen oder Schwermetall- me vor Ort, aber auch durch interne Audits bzw. emissionen. durch Managementreviews. Innerhalb der 5- Jahresfrist einer Akkreditierungsperiode führt die Ein zusätzliches Aufgabengebiet waren Messun- Akkreditierungsstelle außerdem sog. Überwa- gen im Rahmen von Forschungvorhaben. Die chungsaudits durch. Ein Audit widmet sich dem Untersuchungen widmeten sich z.B. dem Thema System, das andere Audit befasst sich mit dem „Emissionsminderung gasförmiger Borverbindun- Prozess. Beim Systemaudit werden die im Hand- gen“. buch dokumentierten Themen wie z.B. Dienstleis- tungen für den Kunden, Lenkung fehlerhafter In vielen Fällen können Ergebnisse aus Emissi- Prüf- und Kalibrierarbeiten, Lenkung der Doku- onsmessungen auch zur Wissensförderung im mente, Beschwerden, Verbesserungen und Kor- Rahmen von Forschungsaktivitäten genutzt wer- rekturmaßnahmen durchleuchtet. Beim Pro- den. Aktuell werden beispielsweise parallel zu den zessaudit steht beispielsweise die Sicherung der turnusmäßig durchzuführenden Emissionsmes- Qualität von Mess- und Prüfergebnissen, die Pro- sungen an einer Anlage Filterstaub- und Glaspro- benahme oder die messtechnische Rückführung ben gesammelt und analysiert. Die Analysener- auf dem Prüfstand. gebnisse werden zusammen mit den Messwerten der Emissionsmessungen dazu genutzt, um das Abweichungen von den Vorgaben der Regelwerke Forschungsvorhaben IGF/AiF-FV Nr. 18270 N werden vom Gutachter als Korrekturmaßnahmen „Maßnahmen zur Vermeidung von Anreiche- in gewichteter Form formuliert und müssen inner- rungen kritischer Verunreinigungen durch Recyc- halb einer vorgegebenen Frist behoben werden. ling in der Glasproduktion“ zu bearbeiten. Gravierende Fehler oder Missachtungen der Vor- gaben von Regelwerken können die Aberkennung Außerdem wurden 2014 NH3-Vergleichsmes- der Akkreditierung nach sich ziehen. Ein Arbeiten sungen im Ramen der Arbeitsgruppe zur Erstel- als amtlich benannte Messstelle ist dann nicht lung der VDI-Richtlinie 3878 durchgeführt. Zu- mehr möglich. sammen mit drei weiteren Messinstituten wurden im Reingas eines Zementwerkes Vergleichsmes- Akkreditierte Messstellen müssen regelmäßig an sungen bei verschiedenen Betriebszuständen Ringversuchen teilnehmen. In Deutschland finden durchgeführt. Die Messwerte aller Teilnehmer Ringversuche an der Emissionssimulationsanlage lagen auf einem vergleichbaren Niveau und kön- des Hessischen Landesamtes für Umwelt und nen zur Ermittlung von Verfahrenskenngrößen Geologie (HLUG) in Kassel statt. Es werden herangezogen werden. Ringversuche zur Bestimmung von Staub- und Staubinhaltsstoffen angeboten, wobei der Staub- Weitere wichtige Themen der Abteilung Umwelt- gehalt zwischen 1 und 10 mg/m3 schwankt. Die schutz sind die Qualitätssicherung und die Be- Konzentrationen an Staubinhaltsstoffen sind zum kanntgabe als Messstelle. Amtlich benannte Teil sehr gering und gehen bis in die Nähe der Messstellen nach § 29b Bundesimmissions- Bestimmungsgrenze hinein. Auch bei den gas-

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förmigen Komponenten werden Konzentrationen Kompetenz für anorganische Stoffe bestätige soll. angeboten, die nicht in den Bereich glasspezifi- Innerhalb des nächsten Akkreditierungszeitrau- scher Emissionen passen. Das untere Konzentra- mes (Jahr 2016 bis Jahr 2021) ist vorgesehen, die tionsniveau für SO2 kann 10 ppm betragen. Bei Probenahme und Analytik von organischen Kom- einer Abweichung von mehr als 1 ppm gilt der ponenten zu erarbeiten und die HVG für diesen Ringversuch als nicht bestanden. Das angebote- Bereich ebenfalls akkreditieren zu lassen. ne Niveau bei den Stickstoffoxiden liegt ebenfalls sehr niedrig und bewegt sich zwischen 20 und Dafür müssen eine Vielzahl von Vorleistungen 150 ppm. erbracht werden, z.B. die Erweiterung der Labor- räumlichkeiten und der analytischen Ausstattung, Im Jahr 2014 wurde der Ringversuch Nr. RV 315S die Aufrüstung von Probenahmeeinrichtungen, die (Staub und Staubinhaltsstoffe) erfolgreich bestan- Durchführung von mindestens drei Emissions- den. Ringversuche bei der HLUG können einmal messungen zur Bestimmung organischer Kompo- wiederholt werden. Bei erneutem Nichtbestehen nenten, die Teilnahme an einem Ringversuch, die droht der Entzug der Bekanntgabe. Bestimmung von Verfahrenskenngrößen für die neuen Stoffe usw. Bislang wurden Ringversuche für gasförmige und partikelförmige Emissionen getrennt durchgeführt. Die HVG möchte auch zukünftig ihre Erfahrung Zukünftig werden beide Aggregatzustände in ei- ausschließlich in den Bereich der Glasindustrie nem Ringversuch zusammengefasst. Die Teil- einbringen. Mit der Bekanntgabe zur Ermittlung nahme an Ringversuchen ist kostenpflichtig. In organischer Komponenten ist sie darauf angewie- einem Akkreditierungszeitraum von 5 Jahren sen, für diesen Bereich auch Emissionsmessbe- müssen 2 erfolgreiche Ringversuche absolviert richte vorzulegen. Falls es innerhalb der Glasin- werden. Außerdem müssen akkreditierte Mess- dustrie keine Messaufträge gibt, müssen u.U. stellen einen Ringsversuchsplan vorweisen, bei Emissionsmessungen in anderen Industriezwei- dem auch Komponenten wie HCl oder HF einge- gen durchgeführt werden. schlossen sind. 5.2 Glastechnologie Bereits im Mai 2013 ist die 41. BImScHV (Bun- des-Immissionsschutzverordnung) in Kraft getre- Der Bereich Glastechnologie umfasst die Fachge- ten. Sie regelt u.a. die Bekanntgabe und Pflichten biete Ofenbau und -betrieb, Schmelzprozess und von Stellen und Sachverständigen gemäß § 29b, Formgebung. Der überwiegende Teil der Messun- Absatz 1 des BImSchG sowie den Widerruf ent- gen findet im Rahmen von Forschungsvorhaben sprechender Bekanntgaben. Die Tätigkeiten der statt. Über diese wird im Abschnitt 7 ausführlich HVG im Rahmen der Bekanntgabe als Messstelle berichtet. nach § 29b konzentrierten sich auf die Emissio- nen von Glasschmelzöfen, d.h. ausschließlich an- Die HVG war auch im Berichtsjahr 2014 beratend organische Emissionskomponenten. Beim Hoch- und unterstützend für verschiedene Unternehmen temperaturprozess der Glasschmelze spielen or- tätig. Dabei wurden Untersuchungen und Mes- ganische Komponenten im Abgas keine Rolle. Mit sungen zur Suche nach Ursachen zu Glasfehlern Inkrafttreten der 41. BImSchV wurde die Bekannt- und zur Optimierung von Produktionsprozessen in gabe von Messstellen neu geregelt. Unter Anlage verschiedenen Sparten der Glasherstellung 1 der Verordnung werden bei den Prüfbereichen durchgeführt. unter “B. Stoffbereiche / Kennung G“ gasförmige anorganische und gasförmige organische Stoffe Sensoren für die Schwefelmessung in der Float- gemeinsam aufgeführt. Beide Stoffgruppen wer- kammer wurden im Rahmen der Eigenforschung den also nicht mehr differenziert betrachtet. Alle in industriellen Anlagen installiert und konnten als amtlich bekannt gegebenen (notifizierte) Mess- Langzeitmesskampagne weiter betreut werden. stellen müssen also die Probenahme und Analytik Eingehende Informationen sind unter Pkt. 7.2 „Ei- von anorganischen und organischen Komponen- genforschung“ zu finden. ten beherrschen. In den vergangenen Jahren wurden für die Arbei- Für die HVG bedeutet dies, dass die bisherige ten an Forschungsvorhaben zunehmend mathe- Regelung einer ausschließlich für den Bereich der matische Modellrechnungen zu Hilfe genommen. Glasindustrie bekanntgegebenen Messstelle (nur Bei der HVG werden hierfür die freien Software- anorganische Stoffe) zukünftig nicht mehr möglich pakete Calculix, Elmer und Fenics eingesetzt. Zur sein wird. In Absprache mit der zuständigen Be- Anwendung kommen die Modellrechnungen hörde (HLUG) und der DAkkS wird anvisiert, bei hauptsächlich für Festigkeitsabschätzungen durch der anstehenden Reakkreditierung bzw. der Noti- Spannungsanalysen. Im Berichtsjahr wurden Mo- fizierung eine Ausnahmeregelung zu erzielen. dellrechnungen zur Formgebung unter speziellen Das bedeutet, dass die DAkkS zunächst die Randbedingungen durchgeführt. 18

6. BERATUNGSTÄTIGKEIT UND MITARBEIT IN AUSSCHÜSSEN

Neben dem Angebot von Serviceleistungen wer- - Regional Editor von Glass Technology - den von HVG-Mitarbeitern telefonische und European Journal of Glass Science schriftliche Anfragen aus den unterschiedlichsten and Technology, Part A Bereichen der Industrie oder von Behörden be- antwortet. Aufgrund ihres Fachwissens sind die Mitarbeiter der HVG auch beratend in Gremien 6.2 Umweltschutz wissenschaftlicher und öffentlicher Einrichtungen tätig. An dieser Stelle nochmals der Hinweis, dass am 08. März 2012 im Amtsblatt der Europäischen Eine besonders enge Zusammenarbeit verbindet Union die sog. Glass-BREF (Best Available Tech- die HVG satzungsgemäß mit der Deutschen Glas- niques (BAT) Reference Document for the Manu- technischen Gesellschaft (DGG). So betreuen die facture of Glass - Industrial Emissions Directive Mitarbeiter der HVG einen Teil der Fachaus- 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and schüsse der DGG durch die Vorbereitung der Control)) veröffentlicht wurde. Die Glass-BREF, Tagesordnung. Ebenso wird die Arbeit der Redak- auch BVT-Merkblatt genannt, umfasst Anlagen tion der Zeitschriften „European Journal of Glass zur Herstellung von Glas, einschließlich Glasfa- Science and Technology“ und „dgg journal“ fach- sern und Anlagen zum Schmelzen mineralischer lich unterstützt. Stoffe (Behälterglas - Flachglas - Endlosglasfa- sern - Wirtschaftsglas - Spezialglas (ohne Was- Aufgrund der Mitgliedschaft in der Arbeitsgemein- serglas) - Mineralwolle (Glaswolle und Steinwolle) schaft industrieller Forschungsvereinigungen "Ot- - Hochtemperaturwolle - Glasfritten). In der BREF to von Guericke" e.V. (AiF) begleitet die HVG werden die bestverfügbaren, nach dem derzeiti- auch die Durchführung von Forschungsarbeiten gen Stand der Technik ökologisch und ökono- an den externen Forschungseinrichtungen. Neben misch vorteilhaftesten Technologien und Verfah- der Mitarbeit in den projektbegleitenden Arbeits- rensweisen zur Glasherstellung für Anlagen ober- gruppen wird die Abhaltung von Arbeitsgruppen- halb einer Tagestonnage von 20 t/d beschrieben sitzungen organisatorisch unterstützt. und bewertet. Die BREF wurde zunächst unter den Vorgaben der sog. IVU-Richtlinie erarbeitet HVG und DGG widmen sich traditionell in beson- (Richtlinie 2008/1/EG des Europäischen Parla- derem Maße der internationalen Zusammenarbeit. ments und des Rates vom 15. Januar 2008 über So gehört die DGG sowohl zu den Gründungsmit- die integrierte Vermeidung und Verminderung der gliedern der International Commission on Glass Umweltverschmutzung). Die Europäische Kom- (ICG) als auch der European Society of Glass mission überprüfte zwischen 2005 und 2007 die Science and Technology (ESG). In beiden Orga- IVU-Richtlinie hinsichtlich von Klarstellungen und nisationen sind Mitarbeiter der HVG in die Organi- der Erweiterung des Geltungsbereichs sowie der sation und Arbeit der technischen Arbeitsgruppen Integrierung weiterer Richtlinien. Die BVT- eingebunden. Merkblätter sollten eine stärkere Verbindlichkeit erhalten, damit EU-weit ähnliche Anforderungen an Industrieanlagen gestellt werden. Am 21. De- 6.1 Arbeit in übergeordneten zember 2007 legte die EU-Kommission einen Organisationen Vorschlag zur Novellierung vor, der nach Diskus- sion und Änderungen vom EU-Parlament und Durch die Mitgliedschaft der HVG bzw. DGG in vom Europäischen Rat im Jahr 2010 verabschie- übergeordneten Organisationen wie AiF, ICG oder det wurde. Die neue Richtlinie 2010/75/EU ESG ist die Geschäftsführung auch in deren Gre- ("Industrieemissionsrichtlinie") trat am 6. Januar mien tätig. Der Geschäftsführer der HVG, 2011 in Kraft und ist von den Mitgliedstaaten bis Dr. U. ROGER, ist Mitglied in den folgenden Gre- zum 6. Januar 2013 in nationales Recht umzuset- mien: zen.

- Mitglied des Councils der ICG Die in Kapitel 5 der BREF aufgeführten Emissi- onsbegrenzungen für luftverunreinigende Stoffe - Mitglied des Councils und des Steering wurde zur Umsetzung in deutsches Recht im sog. Committees der ESG TALA (TA-Luft Ausschuss) diskutiert und als Vo- tum dem Umweltministerium vorgeschlagen. - Wahlberechtigter für den Wissenschaftlichen Stimmberechtigt im TALA waren insgesamt 10 Rat der AiF Vertreter (vier Behördenvertreter, zwei Vertreter von Umweltverbänden, zwei unabhängige Profes- soren und zwei Wirtschaftsvertreter).

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Die HVG war als Gutachter für den Verband der An dieser Stelle sei auf einen Durchführungsbe- DIHK beratend tätig. Grundsatz bei der Festle- schluss der Kommission vom 28. Februar 2012 gung von Emissionswerten war, dass die Werte hingewiesen: der TA-Luft aus dem Jahr 2002 nicht aufgeweicht werden dürfen und dass kein Votum oberhalb der Emissionsspannen der einzelnen Emissionskom- ponenten der Glass-BREF liegt.

Während die Umsetzung der BVT-Merkblätter in der Stahlindustrie beispielsweise schnell vollzo- gen war, musste sich der TALA-Ausschuss “Glas“ dreimal treffen, um nach zum Teil heftigen Dis- kussionen Emissionswerte für die einzelnen Emissionskomponenten der verschiedenen Glas- Demnach können von den Genehmigungsbehör- branchen abzustimmen. Einen großen Einfluss den u.U. auch höhere Emissionsgrenzwerte ge- 3 auf die neuen Emissionswerte der TA-Luft hatten nehmigt werden. Der Wert für NH3 von 30 mg/m die Vertreter der Umweltverbände, die bei jeder bleibt bestehen. Abweichung zur BREF mit rechtlichen Konse- quenzen drohten. Die Behördenvertreter, die der Die Problematik der Emission borosilicathaltiger Argumentation der HVG, durch viele Praxisbei- Glasschmelzen wird in der BREF an vielen Stellen spiele untermauert, zunächst folgen konnten, sind erwähnt, allerdings wird kein Wert für eine Emis- anschließend dennoch umgekippt. Die meisten sionsbegrenzung genannt. Obwohl die Umwelt- Abstimmungsergebnisse des TALA wurden mit verbände heftig protestierten und eine Prüfung den beiden Gegenstimmen der Industrievertreter der Boremissionen durch das UBA forderten, abgesegnet. wurde der Beschluss gefasst, Boremissionen nicht auf die Tagesordnung zu setzen. Für die Glasindustrie wird es zukünftig eine Emis- sionsbegrenzung für Kohlenmonoxid (CO) in Hö- Die Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immis- he von 100 mg/m3 geben. Nach langer Diskussion sionsschutz (LAI) hat am 12.11.2013 die Vollzugs- wurde vereinbart, dass bei Unterschreitungen von empfehlungen zur Festlegung von Emissionsbe- grenzungen für die Glasindustrie veröffentlicht. NOx-Emissionsbegrenzungen auch höhere Werte zugestanden werden können. Die Vorschläge des TALA wurden quasi 1:1 über- nommen. Eine Umsetzung steht damit unmittelbar bevor. Bei den Staubinhaltsstoffen wird es keine Ände- rungen in der Konzentrationshöhe geben. Beim Nachfolgend ist die erste Seite des 53-seitigen Gesamtstaub wird bei Neuanlagen ein Konzentra- Dokumentes abgelichtet. tionswert von 10 mg/m3 und bei Altanlagen ein Wert von 20 mg/m3 gefordert. Bei den sauren Abgasbestandteilen wie HCl und SO2 wird es eine Absenkung geben, beispielsweise 700 mg/m3 SO2 bei gasbeheizten Behälterglaswannen mit vollständiger Filterstaubrückführung bzw. 1400 mg/m3 bei schwerölbeheizten Wannen. HCl wird (trotz stichhaltiger Argumente der HVG für den Erhalt des bisherigen Wertes von 30 mg/m3, z.B. im Falle der Einleitung von Heißendvergütungs- abgasen) auf 20 mg/m3 abgesenkt.

Bei den Stickstoffoxiden gibt es für konventionell befeuerte Wannen keine Änderungen für Altanla- gen. Die Volumenstromschwelle von 50000 m3/h, ab denen Neuanlagen den NOx-Grenzwert von 500 mg/m3 einhalten müssen, wurde gestrichen, d.h. auch “kleine Neuanlagen“ müssen u. U. Se- kundärtechniken zur NOx-Minderung einplanen.

Einzelfallregelungen für Wannen mit einer Tonna- ge von weniger als 100 t/d sind möglich.

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Bild 1: Emissionsbegrenzungen (Quelle: BV-Glas).

Die Beratungstätigkeit im Bereich Umweltschutz PETERMANN: umfasst neben der Mitwirkung an Genehmigungs- - Mitglied im Fachausschuss VI "Umweltschutz" verfahren auch die Beantwortung von Anfragen der DGG von Behörden und Verbänden. Mitarbeiter der HVG sind in den folgenden Gremien im Bereich ROGER: Umweltschutz tätig:

GITZHOFER: - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17069 “Effiziente Abgasreinigung von Bo- - Mitglied im Fachausschuss VI "Umweltschutz" rosilicatglas-Schmelzanlagen“ der DGG RÜHL: - Mitglied des TC 13 "Environment" der ICG - Mitglied im Fachausschuss VI "Umweltschutz" - Mitglied im Umweltausschuss des Bundes- der DGG verbandes der Glasindustrie e. V. BV Glas

- Mitglied der Arbeitsgruppe "Messen von NH3“ der Kommission Reinhaltung der Luft im

VDI und DIN

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben

Nr. 17069 “Effiziente Abgasreinigung von Bo- rosilicatglas-Schmelzanlagen“

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6.3 Glastechnologie - Mitglied im Fachausschuss IV "Glasformge- bungstechnologie und Qualitätssicherung" Im Jahr 2014 wurden wieder über 192 Anfragen der DGG sowohl von HVG-Mitgliedern als auch von Glas- herstellern (Hohlglas, Wirtschaftsglas, Faserglas) - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- und Zulieferfirmen (Rohstoffe, Maschinen), die gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben nicht der HVG als Mitglied angehören, sowie von Nr. 17881 BG "Reinigung von Halbzeugen Hochschulinstituten, Behörden und Privatperso- und Produkten aus Glas“ nen beantwortet. Naturgemäß befasst sich ein großer Teil der Anfragen mit den Eigenschaften FLEISCHMANN: von Glas oder mit technologischen Problemstel- lungen. Viele Fragen lassen sich direkt im Ge- - Mitglied im Fachausschuss II "Glasschmelz- spräch beantworten. Gegebenenfalls werden die technologie" der DGG Anfragen an Experten in anderen Verbänden, Instituten oder Industriebetrieben weitergeleitet. - Mitglied des TC 11 „Materials of Glass Werden im Zusammenhang mit Schadensfällen Manufacturing“ der ICG Gutachter gesucht, so können in der Regel geeig- nete Personen benannt werden. In diesem Zu- - Mitglied des TC 09 „Energy Efficiency“ sammenhang sind auch Anfragen aus dem Kun- der ICG denkreis der Glasindustrie zur Festigkeit von Glas zu sehen, bei denen meist mit der Angabe der - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- einschlägigen Literatur weitergeholfen werden gruppe “O -Brenner“ des GWI kann. Bei Anfragen aus der Architektur und dem 2 Bauglasbereich kehrt das Thema Festigkeit immer LÖBER: wieder im Zusammenhang mit der Machbarkeit von Projekten. - Mitglied im Fachausschuss IV "Glasformge- bungstechnologie und Qualitätssicherung" Breiten Raum nehmen die Anfragen aus dem der DGG Hochschulbereich ein, meist im Zusammenhang mit der Erstellung von Studien- oder Diplomar- - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- beiten. Solche Anfragen kommen nicht nur von gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben technisch-wissenschaftlichen Fakultäten, sondern Nr. 16693 N "Aktive Änderung der Glasvertei- auch aus dem Bereich Wirtschaft. Nach Herstel- lung in Glasbehältern durch thermische Maß- lern spezieller Glasprodukte oder Spezialgläser nahmen im System der Verteilerrinne“ wird ebenfalls regelmäßig gefragt. MÜLLER-SIMON: Mitarbeiter der HVG sind im Bereich Glastechno- logie in den folgenden Gremien tätig: - Mitglied im Fachausschuss II "Glasschmelz- technologie" der DGG

BERGMANN: - Mitglied im Fachausschuss IV "Glasformge- bungstechnologie und Qualitätssicherung" - Mitglied im Fachausschuss IV "Glasformge- der DGG bungstechnologie und Qualitätssicherung" der DGG - Obmann des Unterausschusses "Sauerstoff- aktivitätsmessung" des Fachausschusses II - Mitglied im Fachausschuss VI "Umweltschutz" "Glasschmelztechnologie" der DGG der DGG - Mitglied im Unterausschuss "Glasrecycling" - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- der Fachausschüsse II "Glasschmelztechno- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben logie" und IV "Glasformgebungstechnologie Nr. 16693 N "Aktive Änderung der Glasvertei- und Qualitätssicherung" der DGG lung in Glasbehältern durch thermische Maß- nahmen im System der Verteilerrinnen“ - Mitglied des TC 14 "Gases in Glass" der ICG - Mitglied des TC 18 "Properties of Glass - Mitglied im TC 25 "Glass Forming and Forming Melts" der ICG Modelling" der ICG - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- BOEHM: gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 16693 N „Aktive Änderung der Glasvertei- - Mitglied im Fachausschuss II "Glasschmelz- lung in Glasbehältern durch thermische Maß- technologie" der DGG nahmen im System der Verteilerrinnen“

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- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 18270 N "Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigun- gen durch Recycling in der Glasproduktion“

ROGER:

- Mitglied im Unterausschuss "Glasrecycling" der Fachausschüsse II "Glasschmelztechno- logie" und IV "Glasformgebungstechnologie und Qualitätssicherung" der DGG

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr.17069 "Effiziente Abgasreinigung von Bo- rosilicatglas-Schmelzanlagen“

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr.16693 N "Aktive Änderung der Glasvertei- lung in Glasbehältern durch thermische Maß- nahmen im System der Verteilerrinne“

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 479 ZBR "Bewertung der Einflussparame- ter auf Anbackungen im Gemengesilo“ - Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17881 BG "Reinigung von Halbzeugen und Produkten aus Glas“

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 18270 N "Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigun- gen durch Recycling in der Glasproduktion“

- Mitglied der projektbegleitenden Arbeits- gruppe zum IGF/AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17751 "Schnell kristallisierende Lotsyste- me und Verfahrensparameter für Laseran- wendungen“ - Mitglied im Technischen Ausschuss der For- schungsgemeinschaft Technik und Glas e. V. (FTG)

- Mitarbeit in der Bundesvereinigung "Material- wissenschaft und Werkstofftechnik" (BV Mat Werk)

- Mitarbeit in der Arbeitsgruppe zur Gründung „Studientag Materialwissenschaft und Werk- stofftechnik“ (SMW)

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7. EIGENE FORSCHUNGSVORHABEN

Die HVG ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Im für die Abgasreinigung relevanten Temperatur- industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von bereich zwischen 325°C und 160°C liegen Alkali- Guericke" e. V. (AiF). Die AiF fördert mit Mitteln borate als feste Phase vor. Bor, das nicht an Alka- des Bundesministeriums für Wirtschaft und Tech- lien gebunden ist, passiert diesen Temperaturbe- nologie (BMWi) die vorwettbewerbliche industriel- reich jedoch gasförmig und kondensiert unterhalb le Gemeinschaftsforschung (IGF). Die der HVG einer Temperatur von 87°C zu H3BO3. In Ab- hierdurch zur Verfügung stehenden Mittel werden hängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit treten zum Einen für Forschungsvorhaben verwendet, bei allen Laborversuchen Temperaturbereiche die bei der HVG durchgeführt werden. Diese For- auf, bei denen keine Kondensate nachweisbar schungsvorhaben sind in Abschnitt 7.1 zusam- waren. Es wurden verschiedene Mechanismen mengestellt. Zum Anderen werden Fördermittel, aufgezeigt, die zu einer Rekombination der abge- die die HVG über die AiF erhält, für die in Ab- schiedenen Borate führen, z.B. die Reaktion mit schnitt 8. zusammengestellten an Hochschulen gasförmigen, sauren Komponenten im Abgas und anderen Forschungsinstituten durchgeführten (NaBO2(s) + HF(g) → NaF(s) + HBO2(g)). Projekte aufgewendet. Aus den Ergebnissen kann geschlossen werden, Neben den öffentlich geförderten Forschungsvor- dass die Abgaszusammensetzung und die Ver- haben werden bei der HVG auch Forschungspro- weilzeit des Filterstaubs einen großen Einfluss auf jekte mit Eigenmitteln durchgeführt (Abschnitt die Effizienz der Abgasreinigung haben. Eine 7.2). In Abschnitt 7.3 wird über Vorarbeiten zu ge- optimale Abgasreinigung kann nicht nur durch die planten Projekten berichtet. Zugabe alkalischer Reaktionspartner erreicht werden. Zur Vermeidung der Festkörperreaktio- 7.1 Mit öffentlichen Mitteln geförderte nen und des Verdampfens der Borsäure sollte der Forschungsvorhaben Filterstaub schnell aus dem Abgassystem ent- nommen werden. Eine weitere Möglichkeit zur Effiziente Abgasreinigung von Borosilicatglas- Optimierung der Abgasreinigung ist die Herabset- Schmelzanlagen (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N) zung der Filtertemperatur von Gewebefilteranla- gen, da die Verdampfung entstandener Borsäure Das Forschungsvorhaben wurde 2014 abge- stark temperaturabhängig ist. Elektrofilteranlagen schlossen und im Schlussbericht vom November werden auf höherem Temperaturniveau betrieben. 2014 dokumentiert. Hier wirkt sich eine Temperaturabsenkung u.U. negativ auf die Konzentrationshöhe an gasförmi- Bei der Schmelze von Borosilicatgläsern findet gen Borverbindungen aus. man im Abgas vor Eintritt in die Abgasreinigungs- anlage neben den klassischen Emissionskompo- Mit den gewonnenen Erkenntnissen des Tempe- nenten auch mehr oder weniger hohe Konzentra- ratureinflusses konnten z.B. im Bereich der Glas- tionen an staub- und gasförmigen Borverbindun- frittenproduktion deutliche Verbesserungen in der gen. Gasförmige Borverbindungen lassen sich mit Abscheidung gasförmiger Borverbindungen mit- der traditionellen Abgasreinigungstechnik oft nur tels filterndem Abscheider dauerhaft erzielt wer- unzureichend abscheiden, passieren mit Tro- den. Bei einigen Gewebefilteranlagen im Spezial- ckensorptionsstufen ausgerüstete Elektrofilter glasbereich wurden stabile signifikante Ver- bzw. Gewebefilteranlagen und verursachen sicht- besserungen bei der Abscheidung gasförmiger bare Abgasfahnen. Borverbindungen erreicht. Durch den Austausch des Sorptionsmittels (Ca(OH)2 gegen NaHCO3) In Zusammenarbeit mit dem Institut für Gesteins- ist es im Spezialglasbereich gelungen, anhand hüttenkunde (GHI) der RWTH Aachen und der von mehrtägigen bzw. mehrwöchigen Industrie- Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen versuchen die Emissionen an gasförmigen Bor- Glasindustrie (HVG) wurden intensive Unter- verbindungen auf Konzentrationswerte bis in den suchungen zur effizienten Abgasreinigung von Bereich der analytischen Nachweisgrenze zu Abgasen aus Borosilicatglas-Schmelzanlagen drücken. Dennoch waren die Versuche mit der durchgeführt. Die Minderungsaktivitäten der HVG gleichen Strategie nicht an allen Anlagen erfolg- zur Reduzierung gasförmiger Borverbindungen an reich. verschiedenen Industrieanlagen wurden am GHI durch Experimente im Labormaßstab mittels einer Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde weit- Kondensationsstrecke und thermochemischen gehend erreicht. Die gewonnenen Erkenntnisse Berechnungen verifiziert und die verschiedenen tragen dazu bei, die Anomalie von Borverbindun- Mechanismen bei der Abgasreinigung identifiziert. gen im Abgas besser zu verstehen, Maßnahmen zur dauerhaften Verbesserung der Abscheidung einzuleiten und, falls es zukünftig zu Festlegun- 25

gen von Borkonzentrationen im Abgas kommen Öfen die Verbrennung in Richtung sauerstoffar- sollte, entsprechend hohe Emissionsbegrenzun- mer Verbrennung bewegt. Beide Betriebsweisen gen ins Auge zu fassen. Eine Weiterführung der bewirken eine fundamental andere Wechselwir- Forschungsaktivitäten ist vorerst nicht geplant. kung zwischen der Ofenatmosphäre und den ein- schmelzenden Rohstoffen bzw. der Glasschmel- Nähere Informationen über [email protected] ze. Aufgabe des geplanten Forschungsvorhabens ist es, eine geschlossene Beschreibung der Ab- hängigkeiten auszuarbeiten, eine repräsentative Reinigung von Halbzeugen und Produkten Be standsaufnahme des Ist-Zustandes vorzu- aus Glas (IGF/AiF-FV Nr. 17881 BG) nehmen und bei gegebenem Gefährdungspoten- Dieses Forschungsvorhaben wird gemeinsam von tial Strategien für Gegenmaßnahmen aufzuzei- dem Fachgebiet Glas- und Keramiktechnologie gen. der TU Ilmenau (Prof. Dr. E. Rädlein) und der HVG bearbeitet. Die Federführung für das im Die Arbeiten am Forschungsprojekt verteilen sich Oktober angelaufene Projekt hat die TU Ilmenau. auf zwei Ebenen. Zum Einen werden für die rele- Eine Projektskizze ist in Kapitel 8 zu finden. vanten Elemente die Stoffströme analysiert. Dabei werden die Stoffströme im Schmelzprozess, am Nähere Informationen über [email protected] Standort und auf der Ebene des Produkt- Recyclings betrachtet. Daten aus ersten Industrie- Messungen liegen vor und werden aufbereitet. Maßnahmen zur Vermeidung von Auf einer zweiten Ebene werden Modelle entwi- Anreicherungen kritischer Verunreinigungen ckelt, mit denen die Stoffströme und ihre Abhän- durch Recycling in der Glasproduktion gigkeiten beschrieben werden können. Das Ver- (IGF/AiF-FV Nr. 18270 N) halten von Anreicherungen in Recycling- Kreisläufen lässt sich dabei gut durch gewöhnli- Alle Industriezweige sind heute gefordert, ihre che Differentialgleichungen beschreiben. Für die Produktionsabläufe nachhaltig zu gestalten. Glas Abläufe im Schmelzprozess ist die Anwendung besitzt hier seit vielen Jahren eine Vorreiterrolle. von partiellen Differentialgleichungen erforderlich, So werden in vielen Ländern beim Behälterglas die Diffusion, Konvektion und chemische Reaktio- Recyclingquoten von mehr als 90 % erreicht. nen einbeziehen. Dadurch sind in erheblichem Maße Rohstoff- und Energieeinsparungen möglich. Nachhaltiges Wirt- Nähere Informationen über mueller-simon@hvg- schaften ist immer eng verbunden mit Stoffkreis- dgg.de läufen wie dem Produktrecycling oder dem Recyc- ling von Filterstäuben. In den dadurch aufgebau- ten Kreisläufen können sich Substanzen, die übli- Aktive Änderungen der Glasverteilung in cherweise in vernachlässigbaren Mengen in den Glasbehältern durch thermische Maßnahmen Prozess eingetragen werden, anreichern und so im System der Verteilerrinnen zu Qualitätsstörungen führen. Das gilt ganz be- (IGF/AiF-FV Nr. 16693 N) sonders für Verunreinigungen in Altglasscherben. Viele der relevanten Stoffe unterliegen in industri- In den letzten Monaten wurde u.a. daran gearbei- ellen Abläufen oder in Produkten behördlichen tet, eine passende Modellierung für die plastische Auflagen, z.B. durch die TA-Luft oder die Verpa- Verformung von Glastropfen im Rinnensystem ckungsverordnung. Durch Anreicherung bei der aufzubauen. Aus verschiedenen Gründen wurde Verwendung von recycelten Produkten oder Fil- bisher nur auf frei verfügbare Software zurückge- terstäuben können sich auch geringe Mengen griffen. Die im Rahmen dieses Projektes zu lö- solcher Stoffe aufkonzentrieren und die Einhal- sende Aufgabenstellung stellt ein sehr spezielles tung vorgegebener Grenzwerte gefährden. Problem dar, so dass für diesen Anwendungsfall bisher keine einsatzfertigen Module zur Verfügung In der Vergangenheit haben sich eine Reihe von standen. Daher wurden verschiedene Software- Forschungsprojekten und Publikationen mit den pakete, die bereits in anderen FV erfolgreich zum verschiedenen Aspekten des Recyclings beschäf- Einsatz kamen, bezüglich ihrer Anwendbarkeit tigt. Diese beziehen sich jedoch auf einen Zu- geprüft. Der aktuelle Stand wird in einer dem- stand mit geringerer Recyclingquote und geringer nächst er-scheinenden HVG-Mitteilung dargelegt. Recyclingdauer, dementsprechend waren Verän- derungen durch Anreicherungen (z. B. Chrom im Im Rahmen der Messung im Jahr 2014 wurden Weißglas) noch nicht feststellbar. Außerdem hat einige Versuche zur Abschätzung der Mess- sich in den vergangenen Jahren die Schmelztech- genauigkeit durchgeführt, um beispielsweise auch nik infolge sich verschärfender Emissionsgrenz- personenabhängige Unterschiede zwischen den werte stark verändert. Neben neuen Schmelzag- Messergebnissen zu untersuchen. Die bisherigen gregaten wie Brennstoff-Sauerstoff-beheizten Untersuchungsergebnisse wiesen Streubreiten Wannen hat sich auch in konventionell beheizten auf, die es notwendig machten, zu überprüfen, 26

wie groß der Anteil der Streubreite der Eingangs- In diesem Projekt wurde bisher überwiegend an daten im Vergleich zu den Fehlern der Stoffdaten Braunglasanlagen gearbeitet. Im vergangenen und weiterer Näherungen ist. Es wurde der Zu- Jahr wurde deshalb auch wieder eine Grünglas- sammenhang zwischen winkelbezogenen Mess- produktion in die Versuche integriert. Es wurden ergebnissen unterhalb der Schere einerseits und gezielte Untersuchungen zum Wärmetransport- am Ende der Deflektoren andererseits diskutiert. verhalten dieses Glases gemacht. Auch diese Weiterhin wurden Aufnahmen mittels High Speed- Daten stehen zukünftig für die modelltechnische Kamera vorgestellt, die als Eingangsgrößen für Abbildung mit zur Verfügung. Im Frühjahr 2015 die Modellierung der plastischen Verformung die- werden die letzten industriellen Versuche für die- nen sollen. Für einen durchgeführten Versuch der ses Projekt durchgeführt. Schmierung der Mittelrinne im Aufschlagbereich wurden als Ergebnisse der Highspeed aufnahmen Nähere Informationen über bergmann@hvg- Tropfenlängen und Geschwindigkeiten am Ende dgg.de der Mittelrinne vorgestellt.

7.2 Eigenfinanzierte Forschung

Bewertung der Ergebnisse aus Emissionsmessungen

Emissionsmessungen und Kalibriermessungen sind wichtige Bestandteile des Tätigkeitsfeldes der HVG. Die Informationen und Erkenntnisse aus den Messtätigkeiten dienen als unverzichtbare Datenbasis beispielsweise für Gespräche mit den zuständigen Genehmigungsbehörden, bei der Ableitung von Emissionsbegrenzungen für Elek- trowannen oder Oxy-Fuel-Wannen in Form von Bild 1: Tropfengeschwindigkeit am vorderen gutachtlichen Stellungnahmen und bei der Bera- und hinteren Ende in der Mittelrinne tung von Fachleuten aus der Glasindustrie. Der eines Tropfenverteilersystems einer Erfahrungsschatz der HVG stellt ebenfalls eine IS-Maschine. herausragende Grundlage für Diskussionen dar, etwa bei Richtlinienarbeiten auf nationaler und Außerdem wurde daran gearbeitet, Einflussgrö- europäischer Ebene, bei den Aktivitäten des ßen auf das Gleitverhalten der Tropfen und die Technical Comittee TC 13 “Environment“ der In- resultierende Wandstärkenverteilung durch unter- ternational Commission on Glass (ICG) sowie der schiedliche Rauigkeiten der Rinnenbeschichtung Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt oder Eingriffe auf die Oberflächentemperatur des (UBA), z.B. bei der Richtlinie 2001/81/EG vom Tropfens durch externe Wärme/Kältequellen zu 23.10.2001 (NEC-Richtlinie) bzw. der Umsetzung untersuchen. Dabei scheint sich zu zeigen, dass der Glas BREF in deutsches Recht. die Geometrie der Rinne und die Reibungsbedin- gungen einen nachweisbaren, signifikanten Ein- Bei der HVG wird stets versucht, die Ergebnisse fluss auf die Wandstärkenverteilung haben, auch von Emissionsmessungen in einen Gesamtzu- wenn die Auswirkungen auf die Tropfengeometrie sammenhang zu stellen, um dadurch Abhängig- nach kurzer Zeit nicht mehr sichtbar sind. keiten der verschiedenen Emissionskomponenten von der Vielzahl der Betriebsparameter ableiten zu können. In vielen Fällen werden in Verbindung mit den Messungen nach § 28 BImSchG ergän- zende Messungen mit dem Ziel durchgeführt, die Sorptionsstufen im Hinblick auf die benötigte Ab- sorptionsmittelmenge zu optimieren. Dies bedeu- tet, dass in Abhängigkeit von den Betriebsbedin- gungen in der Absorptionsstufe und der Schmelz- wanne diejenige Absorptionsmittelmenge ermittelt werden muss, die einerseits die Unterschreitung

der Emissionsgrenzwerte sicher gewährleistet, Bild 2: Temperaturen der Mittelrinne und des andererseits zu einem minimalen Filterstaubauf- Tropfens (Oberfläche und unterhalb der kommen führt. Bei Altglasscherbeneinsatz kommt Oberfläche) unmittelbar nach Verlassen der Minimierung der Filterstaubmenge eine be- der Mittelrinne im Versuchszeitraum. sonders große Bedeutung zu.

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Als Absorptionsmedium bei den Massengläsern Die Glashütten bemühen sich nach wie vor die kommt nach wie vor in erster Linie Calciumhydro- NOx-Emissionen durch primäre Minderungsmaß- xid (Ca(OH)2) zur Anwendung. Dieses Absorbens nahmen weiter abzusenken. Im Oktober 2010 besitzt die besten Absorptionsraten gegenüber traten die bereits im Jahr 2002 festgelegten Emis- SO2, HCl und gasförmigem Selen bei Abgastem- sionsbegrenzungen der TA-Luft in Kraft. Danach peraturen zwischen 350 und 400°C; bei geringe- müssen alle fossil beheizten Glasschmelzwannen ren Abgastemperaturen gehen die Absorptions- mit Brennstoff-Luft-Feuerung den Wert von 800 raten dagegen deutlich zurück. Die Reaktivität mg/m3 NOx einhalten. Neue Anlagen mit mehr als gegenüber HF und SO3 ist im Gegensatz dazu 50000 m3/h Abgas müssen den NOx-Wert von über den gesamten Temperaturbereich von 180 500 mg/m3 unterschreiten. Beim Einsatz von Nit- bis 400°C fast unverändert hoch. In einzelnen raten aus Gründen der Produktqualität dürfen Fällen werden auch leichte Soda oder Natrium- 1000 mg/m3, bzw. 1200 mg/m3 bei Volumenströ- bicarbonat als Sorptionsmittel eingesetzt - insbe- men unterhalb von 5000 m3/h, nicht überschritten sondere wenn die Abscheidung von SO2 im Vor- werden. Bei Oxy-Fuel-Wannen und Elektrowan- dergrund steht, HF als Emissionskomponente nur nen muss der äquivalente Grenzwert, z.B. in Form eine untergeordnete Rolle spielt und geringere einer spez. Emission in kg/tGlas unterschritten Abgastemperaturen (kleiner 300°C) vorliegen. Der werden. Der Zielwert der TA-Luft ist nach wie vor möglichen Bildung von Natriumbisulfat ist im Hin- 500 mg/m3 für alle Wannen. blick auf die Einsatztemperatur und auf die Stöch- iometrie entsprechende Beachtung zu schenken. Nach den vorliegenden Messberichten und dem Dies gilt auch für den Fall, dass eine Mischung Kenntnisstand der HVG können nahezu alle von Calciumhydroxid und leichter Soda eingesetzt Schmelzwannen die Anforderungen erfüllen. Bei wird, um die Vorteile beider Sorptionsmittel mitei- einigen wenigen Anlagen wurde jeweils von der nander zu verbinden und damit die Filterstaub- zuständigen örtlichen Behörde eine Übergangs- mengen im Interesse einer vollständigen Filter- frist bis zur Einhaltung der Grenzwerte gewährt. staubrückführung auch bei hohem Scherbenanteil Dabei orientiert man sich an der Restlaufzeit der zu minimieren. Wanne bis zur nächsten Hauptreparatur.

Zur Abgasreinigung in der Spezialglasindustrie In der Behälterglasindustrie wird seit 2 Jahrzehn- werden oft filternde Abscheider eingesetzt, deren ten eine SCR-Anlage mit Erfolg betrieben und 3 staubförmige Emissionskomponenten nicht selten eine normierte NOx-Konzentration von 500 mg/m im Bereich der messtechnischen Nachweisgrenze sicher eingehalten. Eine weitere Anlage ist im liegen. In vielen Fällen kann auch auf den Einsatz Jahr 2010 in Betrieb gegangen. Alle anderen von Sorptionsmitteln verzichtet werden. Beim Hohlglashütten nutzen Primärmaßnahmen zur Einsatz von Arsen muss ein besonderes Augen- Reduzierung der Stickstoffoxide. Mit ent- merk auf das Temperaturregime der Filteranlage sprechendem Aufwand für primäre Minderungs- gelegt werden, damit gasförmige Verbindungen technologien können insbesondere ölbeheizte U- die Filteranlage nicht passieren und staubförmig Flammenwannen mit regenerativer Luftvorwär- mung dem NOx-Zielwert von 500 mg/m3 nahe abgeschieden werden können. SOx-Emissionen spielen in der Spezialglasindustrie nur eine unter- kommen. Aber auch bei gasbeheizten Wannen 3 geordnete Rolle. Die Konzentrationen liegen meist wurden schon dauerhaft Werte unter 700 mg/m im Bereich der Messunsicherheiten der ange- nachgewiesen. Ein wichtiges Hilfsmittel bei NOx- wandten Messverfahren. Bei Spezialglaswannen Minderungsmaßnahmen ist eine kontinuierliche mit Kochsalzläuterung treten im Rohgas teilweise Emissionsmesseinrichtung. Damit lassen sich sehr hohe HCl-Gehalte auf. Bei entsprechender eingeleitete Maßnahmen direkt und langfristig Dosierung und Auswahl des Sorptionsmittels ist beobachten. Auf resultierende CO-Konzentrati- auch an diesen Anlagen eine Unterschreitung des onen muss geachtet werden. Emissionsgrenzwertes gewährleistet. Alle übrigen Anlagen der Spezialglasindustrie haben mit der Bei den Floatglaswannen werden ausschließlich HCl-Emission keine Probleme. In der Regel ist die regenerativ beheizte Querbrennerwannen zur HF-Emission für die Spezialglasindustrie unprob- Glasschmelze eingesetzt. Die Qualitätsanforde- lematisch - insbesondere wegen der überwiegend rungen an das geschmolzene Glas sind gegen- eingesetzten sehr reinen Rohstoffe. Bestimmte über der Hohlglasindustrie deutlich höher. Selbst- Teilbereiche benötigen jedoch den Einsatz fluor- verständlich nutzen alle Betreiber unter Beach- haltiger Rohstoffe. Dann müssen unter den vor- tung der Qualitätsanforderungen die bekannten gegebenen Abgasrandbedingungen und Filter- Möglichkeiten der primären Maßnahmen zur NOx- technologien entsprechende Sorptionsmittel ein- Reduzierung. Dennoch sind die eingesetzten pri- gesetzt werden, um den Emissionsgrenzwert ein- mären Verfahren zur Reduzierung der Stickstoff- zuhalten. oxidemissionen unterschiedlich. Bekannt ist, dass

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effektive Maßnahmen zur Reduzierung der NOx- Im Spezialglasbereich ist seit 1989 im Abgas von Emissionen durch aufwendige Wannenkonstrukti- konventionell befeuerten Schmelzwannen eine onen mit geteilten Kammern begünstigt werden. SCR-Anlage installiert. Zur Einhaltung des gefor- Damit lassen sich an den einzelnen Brennerports derten NOx-Grenzwertes muss der Katalysator mit exakte Brennstoff-Luft-Verhältnisse einstellen und einer Minderungsrate von 80 % betrieben werden. über Zirkondioxidsonden zur O2-Messung in den zugehörigen Kammerköpfen kontrollieren und Weitere Informationen über [email protected] regeln. An Anlagen, die meist mit Schweröl bzw. einer Mischung aus Schweröl und Erdgas betrie- 7.3 Forschungsplanung ben werden, lassen sich 800 mg/m3 in der Regel gesichert einhalten. Insbesondere bei offenem Kammersystem und Standardbrenner- und Rege- Einfluss des stochastischen Bruchverhaltens lungssystemen kann die Installation sekundärer von Automobilverglasungen auf das Crash- verhalten beim Kopfaufpralltest für den Minderungsmaßnahmen u. U. notwendig werden. Fußgängerschutz Wannenkonstruktionen mit offenem Kammersys- tem engen den Spielraum zu effektiven Primär- Dieses Projekt soll federführend von der Techni- maßnahmen zur Stickstoffoxidreduzierung ein. schen Hochschule Mittelhessen in enger Zusam- Die Luftverteilung auf die einzelnen Brennerports menarbeit mit der TU Darmstadt und der HVG ist konstruktionsbedingt vorgegeben, der Brenn- eingereicht und bearbeitet werden. stoff muss entsprechend der Luftmenge ange- passt werden. Regelungsmechanismen zur Luft- Der Fußgängerschutz ist mittlerweile der gesell- aufteilung sind schwierig und lassen sich in gerin- schaftlich relevanteste Bereich der passiven Si- gem Umfang z.B. durch sog. Sperrluftlanzen im cherheit im Automobilbereich. Im Lastfall Kopfauf- Kammerfuß realisieren. Alle SCR-Anlagen nutzen prall wird ein spezieller Impaktor auf Strukturbe- eine 25-prozentige Ammoniaklösung als Redukti- reiche des PKW geschossen und dabei die Be- onsmittel. Ende 2014 waren nach dem Kenntnis- schleunigung gemessen und als Verletzungskrite- stand der HVG in Deutschland mindestens sieben rium ausgewertet. Trifft dieser Impaktor auf die SCR-Anlagen im Reingas erdgasbefeuerter Float- Windschutzscheibe, so ist das Bruchverhalten des wannen in Betrieb. Glases entscheidend für den Beschleunigungs- verlauf und damit für das Verletzungsrisiko des Mit der Oxy-Fuel-Feuerung lassen sich bekann- Fußgängers. Der Zeitpunkt des Versagens und termaßen die Stickstoffoxide ebenfalls auf einem damit der Beschleunigungsverlauf sind allerdings niedrigen Niveau halten. In Deutschland werden aufgrund der stochastischen Verteilung der den zwei Brennstoff-Sauerstoff-beheizte Gussglas- Bruch auslösenden Mikrorisse nicht vorhersagbar. wannen betrieben. Ein wichtiges Instrument in der Fahrzeugausle- Die Stickstoffoxide stellen im Wirtschaftsglasbe- gung ist die numerische Simulation. Die Berech- reich, insbesondere wenn nitrathaltige Gemenge- nungen werden in der Automobilindustrie hierbei sätze vorliegen, die größte Herausforderung dar. fast ausschließlich von KMU durchgeführt. Eine Die Umstellung auf Oxy-Fuel-Technologie ist teil- Methodik, wie man mit der Streuung der Ergeb- weise erfolgt. nisse beim Kopfaufprall auf Windschutzscheiben in der Berechnungspraxis umgeht, liegt allerdings Im Faserglasbereich und beim Wasserglas wer- nicht vor. den in den meisten Fällen die geforderten NO - x Ziel des Projektes ist es, für die KMU eine Be- Emissionsgrenzwerte eingehalten. Im Abgas von rechnungsmethodik zur Berücksichtigung des Wasserglaswannen werden teilweise SNCR- stochastischen Bruchverhalten von Glas in der Anlagen eingesetzt, im Faserglasbereich gibt es Crashsimulation zu entwickeln, um damit Streu- auch Oxy-Fuel-Wannen. ungen im Versuch verstehen und sicher bewerten zu können. Hierfür wird zunächst das stochasti- In der Spezialglasindustrie fand eine weitgehende sche Bruchverhalten von Glas sowohl auf Proben- Umstellung von konventioneller Feuerungstechnik ebene als auch im Bauteiltest an der Windschutz- hin zur Oxy-Fuel-Feuerung statt. Mit der Umstel- scheibe untersucht und mittels statistischer Vertei- lung auf Oxy-Fuel-Feuerung konnten die NOx- lung beschrieben. Die Ansätze unterscheiden Emissionen drastisch gesenkt werden. Durch dabei das unterschiedliche Verhalten von Fläche ständige Optimierungsprozesse ist es außerdem und Kante sowie die Vorschädigung der Scheiben gelungen, die installierten SNCR-Anlagen ohne und werden jeweils über Bruchursprungsanalysen Ammoniak-Eindüsung zu betreiben, um die gefor- überprüft. derten Emissionsbegrenzungen einzuhalten.

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Mit den gewonnenen Verteilungsfunktionen wer- ringe Mengen solcher Schwermetalle aufkon- den stochastische Crashsimulationen durchge- zentrieren und vorgegebene Grenzwerte errei- führt. Die Anzahl der erforderlichen Simulationen chen. wird final optimiert, um eine effiziente Berech- nungsmethodik für die tägliche Praxis der KMU in Dieses Phänomen ist für das Behälterglasrecyc- der Crashsimulation zu erhalten. ling durch Bleiverunreinigungen aus der Kristall- glas- und Fernsehglasproduktion aus der Vergan- Weitere Informationen über bergmann@hvg- genheit bekannt. Aktuell stehen Quecksilber aus dgg.de Energiesparleuchten und Arsen aus importieren Solarmodulen und Verpackungsgläsern im Ver- dacht ebenfalls das Potential zu einer solchen Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherung zu besitzen. In der Vergangenheit Anreicherungen kritischer Verunreinigungen haben sich eine Reihe von Forschungsprojekten in der Glasproduktion und Publikationen mit den verschiedenen Aspek- Alle Industriezweige sind heute gefordert, ihre ten des Recycling beschäftigt. Diese beziehen Produktionsabläufe nachhaltig zu gestalten. Glas sich jedoch auf einen Zustand mit geringerer Re- besitzt hier seit vielen Jahren eine Vorreiterrolle. cyclingquote und geringer Recyclingdauer, dem- So werden in vielen Ländern beim Behälterglas entsprechend waren Veränderungen durch Anrei- Recyclingquoten von mehr als 90 % erreicht. cherungen (z. B. Chrom im Weißglas) noch nicht Dadurch sind in erheblichem Maße Rohstoffein- feststellbar. Weiter hat sich in den vergangenen sparungen und Energieeinsparungen möglich. Jahren die Schmelztechnik infolge sich verschär- Nachhaltiges Wirtschaften ist eng verbunden mit fender Emissionsgrenzwerte stark verändert. Ne- Recyclingkreisläufen, sei es im Prozess selber ben neuen Schmelzaggregaten wie Brennstoff- durch die Wärmerückgewinnung nach dem Sie- Sauerstoff-beheizten Wannen hat sich auch in mens-Martin-Prinzip, das in der Glasindustrie konventionell beheizten Öfen die Verbrennung in bereits seit den Anfängen der industriellen Richtung sauerstoffarmer Verbrennung bewegt. Glasherstellung Ende des 19. Jahrhunderts ein- Beide Betriebsweisen bewirken eine fundamental gesetzt wird, oder das Produktrecycling, das ins- andere Wechselwirkung zwischen der Ofenatmo- besondere im Behälterglasbereich seit den sphäre und den einschmelzenden Rohstoffen 1970er Jahren sehr erfolgreich ist. In den dadurch bzw. der Glasschmelze. Aufgabe des geplanten aufgebauten Kreisläufen können sich Substanzen, Forschungsvorhabens ist es eine geschlossene die in den Rohstoffen üblicherweise in vernach- Beschreibung der relevanten Abhängigkeiten aus- lässigbaren Mengen vorhanden sind, anreichern zuarbeiten, eine repräsentative Bestandsauf- und so zu Qualitätsstörungen führen. nahme des Ist-Zustandes vorzunehmen und bei gegebenem Gefährdungspotential Strategien für Im Bereich der Glasherstellung sind das z.B. fär- Gegenmaßnahmen aufzuzeigen. bende Elemente oder auch toxische Schwerme- talle. Auch produktfremde Stoffströme wie Blei- Ein Projektantrag wurde im Berichtsjahr bei der kristallgläser im Behälterglas können zu Proble- AiF eingereicht und positiv begutachtet. Der An- men führen. In diesen Fällen nimmt die Verweil- trag auf Förderung wird im laufenden Jahr gestellt zeit der Verunreinigungen im Recyclingkreislauf werden. mit zunehmender Recyclingrate, d. h. zunehmen- dem Erfolg des Systems zu. Zur Zeit ist das Re- Weitere Informationen über mueller-simon@hvg- cycling in der Glasindustrie ein funktionierender dgg.de Zustand. Durch die Anstrengungen zur Stickoxid- und Schwefeloxidminderung haben sich die Schmelzbedingungen bei der Glasherstellung in den vergangenen Jahren drastisch verändert und dadurch das Einbindungsverhalten einzelner Stof- fe. Auch der massive Ausbau von Recyclingkreis- läufen hat zu massiven Veränderungen geführt, die in den meisten vorhandenen Untersuchungen. nicht berücksichtigt sind. Die meisten Schwerme- talle sind toxisch. Ihr Vorkommen in industriellen Abläufen oder in Produkten unterliegt deshalb behördlichen Auflagen, z.B. durch die TA-Luft oder die Verpackungsverordnung. Durch Anrei- cherung bei der Verwendung von recycelten Pro- dukten oder Filterstäuben können sich auch ge-

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8. FORSCHUNGSFÖRDERUNG

Neben den eigenen, im Forschungsinstitut der Die Ergebnisse der Arbeiten werden bei Veran- HVG bearbeiteten Forschungsarbeiten und Unter- staltungen der Deutschen Glastechnischen Ge- suchungen werden von verschiedenen Instituten sellschaft, im "European Journal of Glass Science und Forschungsstellen im Bundesgebiet glas- and Technology" und dem "dgg journal" vorge- technische Arbeiten durchgeführt. Für alle öffent- stellt. Hinzu kommen die Zwischenberichte in den lich geförderten Forschungsvorhaben erfolgt die Fachausschüssen der DGG. Aus technologischer Themenauswahl, die fachliche Beratung und Be- Sicht besonders interessante Ergebnisse werden gleitung der Arbeiten sowie die Vermittlung der über die HVG-Mitteilungen bereits vor der endgül- Ergebnisse in der Regel in den Fachausschüssen tigen Veröffentlichung zugänglich gemacht (siehe der DGG und in dafür eingerichteten, projektbe- hierzu auch Kapitel 4.1). Im Folgenden sind die gleitenden Arbeitsgruppen. glaswissenschaftlichen und glastechnischen Ar- beiten zusammengestellt, die an externen For- Die finanziellen Mittel werden über die Beiträge schungsstellen über die HVG/AiF mit Mitteln des der HVG-Mitgliedshütten und durch Zuschüsse BMWi im Rahmen der industriellen Gemein- der öffentlichen Hand bereitgestellt. Die öffentli- schaftsförderung (IGF) gefördert werden. chen Mittel werden in der Regel über die Arbeits- gemeinschaft industrieller Forschungsvereinigun- gen "Otto von Guericke" e. V. (AiF) vom Bundes- minister für Wirtschaft und Technologie (BMWi) zur Verfügung gestellt.

Institut für Gesteinshüttenkunde, RWTH Aachen (2. Forschungsstelle) Prof. Dr. R. CONRADT

Effiziente Abgasreinigung von Borosilicatglas- reinigung sicher erkannt werden. Ebenso werden Schmelzanlagen (IGF/AiF-FV Nr. 17069 N) die abgeschiedenen Stäube und ggf. Gemenge- bestandteile auf ihre relevanten Inhaltsstoffe ana- 1. Forschungsstelle: lysiert. Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V. (HVG), Offenbach Dipl.-Ing. K. Gitzhofer

Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens ist es, unter Zuhilfenahme der bisher gewonnenen For- schungsergebnisse vorhandene Abgasreinigungs- anlagen im Borosilicatglasbereich zu optimieren und über Langzeitversuche bei stationären Be- triebsbedingungen nachzuweisen, dass die Emis- sionen an gasförmigen Borverbindungen dauer- haft auf ein Minimum reduziert werden können. Parallel muss darauf geachtet werden, dass ge- setzlich geforderte Emissionsbegrenzungen für

Staub, HCl, HF oder SO2 ebenfalls eingehalten werden. Die messtechnischen Aktivitäten der HVG an ausgewählten Glasschmelzanlagen wer- den über die gesamte Versuchsdauer an den ein- zelnen Anlagen jeweils intensiv durch thermoche- mische Berechnungen sowie Versuche mit abge- stimmter Abgaszusammensetzung an der Kon- densationsstrecke durch die RWTH Aachen be- gleitet, da ein Auftreten flüssiger aggressiver Kon- densate in den Abgasreinigungsanlagen in jedem Fall vermieden werden muss. Mit Hilfe der Be- rechnungen und Kondensationsversuche sollen die Prozessbedingungen für eine stabile Abgas-

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Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik (IKGB), TU Bergakademie Freiberg, Fachbereich Glas- und Emailtechnik Prof. Dr.-Ing. C. Aneziris

Analyse und Strategien zum Verringern von Soda und Feuchtigkeit sind für die Anbackung im Anbackungen bei der Lagerung von Mehr- Gemengesilo hauptverantwortlich. Dabei ist die stoffsystemen insbesondere Glasgemenge Kinetik der Hydratationsvorgänge ein bestimmen- im Rohstoffsilo (IGF/AiF-FV Nr. 479 ZBR) der Faktor für die Festigkeit, die sich anschlie- ßend ausbilden kann. In diesem Zusammenhang 2. Forschungsstelle: wurden kalorimetrische Messungen bei 20°C Institut für mechanische Verfahrenstechnik und durchgeführt, die zeigen, dass die Sodahydratati- Aufbereitungstechnik (MVT/AT), on nach ca. 20 min abgeschlossen ist. XRD- TU Bergakademie Freiberg Messungen wiesen auch bei diesen geringen Prof. Dr.-Ing. U. Peuker Temperaturen und entgegen des bisherigen Kenntnisstandes einzig Monohydrat nach. Der Ziel des Projekts ist die Entwicklung alternativer Einfluss der Kristallform des verwendeten Sodas prozesstechnischer Konzepte für die dauerhafte (würfel- bzw. nadelförmig) auf das Auftreten von Vermeidung von Anbackungen. Mit einem Mo- Anbackungen wurde untersucht und konnte aus- dellbehälterglasgemenge aus Quarzsand, Soda, geschlossen werden. Kalkstein, Dolomit und Feldspat wurden umfang- reiche Scherversuche und Zeitverfestigungsmes- Für die Verhinderung von Anbackungen im Ge- sungen (20°C, 50 % Luftfeuchte) zur Ermittlung mengesilo ist eine Gemengevorwärmung und der Fließeigenschaften durchgeführt. Dabei wurde Lagerung oberhalb 40°C hilfreich. Ist die Lage- eine Variation der Parameter Lagerdauer (bis zu rung des Gemenges oberhalb 40°C nicht möglich, 24 h) und Gemengefeuchte (0…8 %) untersucht. dann ist eine Beschleunigung der Sodahydratati- Im Fokus weiterer Messungen stand das Misch- on (z.B. durch Rohstoffvorwärmung, Zugabe von prozedere der Komponenten, wobei insbesondere heißem Wasser, sukzessives Mischen, Verlänge- der Einfluss der Mischdauer, des sukzessiven rung der Mischzeit oder der Einsatz leichter Soda) Mischens, der Vorwärmung der Rohstoffe sowie und anschließend ein erneutes Mischen des Ge- die Zeit zwischen Mischen und Lagern der Roh- menges vor der Lagerung denkbar. Wichtig sind stoffe geprüft wurde. Ergänzend kam analog der außerdem eine optimale Siloauslegung und ein einaxiale Drucktest als Schnelltest zur Ermittlung regelmäßiger Abzug des Materials aus dem Silo. der Fließfähigkeit zur Anwendung. Erste Messun- Das thermische Verhalten von Soda gilt es in gen mit erhöhter Lagertemperatur zeigen einen jedem Fall zu berücksichtigen und wird nachfol- großen Einfluss des Temperaturregimes, da bei- gend genauer untersucht werden. spielsweise bei 40°C und 80°C wesentlich gerin- gere Festigkeiten des Gemenges ermittelt wurden als bei 20°C.

Institut für Werkstofftechnik, TU Ilmenau, Fachgebiet: Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe Prof. Dr.-Ing. E. RÄDLEIN

Reinigung von Halbzeugen und Produkten aus Ziel des Forschungsprojektes ist, Glasalterung Glas (IGF/AiF-FV Nr. 17881 BG) frühzeitig zu detektieren und entsprechende Schutzmaßnahmen zu evaluieren, um den Funk- 2. Forschungsstelle: tionserhalt der Glasoberfläche vor und während Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen der Veredelung sowie im Gebrauch zu gewähr- Glasindustrie e. V. (HVG), Offenbach leisten. In Abhängigkeit von den Witterungs- Dipl.-Ing. P. Boehm bedingungen sollen notwendige Reinigungszyklen definiert und schonende Reinigungsmethoden Das Forschungsvorhaben wird mit Mitteln des evaluiert werden. Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Im Rahmen des Projekts werden mehrere Photo- Forschungsvereinigungen (AiF) unter dem Förder- voltaik-Module sowie 10 x 10 cm2 große Float- kennzeichen 17881 BG gefördert und gemeinsam und Walzglasscheiben mit unterschiedlichen von der Hüttentechnischen Vereinigung der Deut- Glaszusammensetzungen an mehreren Standor- schen Glasindustrie e.V. (HVG) in Offenbach und ten in Deutschland bewittert und gereinigt. Die dem Fachgebiet Anorganisch-nichtmetallische Charakterisierung der Glasoberflächen bzw. die Werkstoffe der Technischen Universität llmenau Beurteilung der Reinigungserfolge erfolgt mittels bearbeitet. verschiedener Analysemethoden bspw. Mikrosko- 32

pie, Rauheit, Kontaktwinkel, Transmission. Durch Die lichtmikroskopischen Aufnahmen der teils mobile Messgeräte ist es dabei möglich die 10 x 10 cm2-Gläser vor und nach der Reinigung PV-Module im Betrieb zu analysieren. Die zeigen unterschiedliche Effekte: 10 x 10 cm2-Gläser werden aufgrund der vielfälti- gen Einflüsse im Realsystem und der weiten  Adsorbierter Bewitterungsschmutz wie Reste Schwankungsbreiten der Witterungsbedingungen von Pflanzen und Tieren, Pollen, Minerale durch Laboruntersuchungen charakterisiert. werden meist rückstandsfrei entfernt.  Trocknungsringe hervorgerufen durch Regen Am Standort Ilmenau werden die PV-Module seit oder Tauniederschlag werden nicht vollstän- 2 Juni 2013 und die 10 x 10 cm -Gläser seit März dig entfernt (Bild 1). 2014 bewittert und wurden bisher drei Mal gerei- nigt. Der Reinigungsprozess besteht aus drei  Stadien der Glasalterung wie Delaminationen, Teilschritten: Waschen, Spülen und Trocknen. Plättchen, dendritische Kristallite sind nur Das Waschen erfolgt mit einem Mikrofaser-Tuch teilweise entfernbar (Bild 1). unter Verwendung verschiedener Reinigungs- Die Forschungen werden im Jahr 2015 fortge- flüssigkeiten: setzt. Zusätzlich zu den erwähnten Untersuchun-  Leitungswasser gen sind u.a. ATR-Analysen der Adsorbate von verschiedenen Standorten sowie tiefenaufgelöste  vollentsalztes (VE) - Wasser Elementanalysen zur Beurteilung von Diffusions- vorgängen geplant.  pH-neutrales Glasreinigungsmittel  pH-saures Glasreinigungsmittel

Für den Spülvorgang wird entweder Leitungs- oder VE-Wasser verwendet. Der Trocknungspro- zess erfolgt durch einen Fensterabzieher.

Die bisherigen Untersuchungen zeigen weder signifikante Unterschiede zwischen den unter- schiedlichen 10 x 10 cm2-Gläsern noch zwischen den verschiedenen Reinigungsmethoden.

In Witterungsphasen ohne Regen oder Taunieder- schlag kann durch die beschriebenen Reini- 2 gungsprozesse die Transmission der 10 x 10 cm - Gläser im relevanten Spektralbereich im Vergleich zu nicht gereinigten Glasscheiben um bis zu 7 % gesteigert werden. Bild 1: Lichtmikroskopische Aufnahme eines eisenarmen 10 x 10 cm2-Floatglases direkt nach Reinigung: nicht entfernbarer Trocknungsring mit Dendriten.

Otto-Schott-Institut, Jena Prof. Dr. C. RÜSSEL

Schnell kristallisierende Lotsysteme und Ver- schlusstechnologien beispielsweise für Sensoren fahrensparameter für Laseranwendungen können aufgrund der Systemeigenschaften oft (IGF/AiF-FV Nr. 17751 Br) nicht angewendet werden, da eine kurzzeitige, lokale Energieeinbringung in der Fügezone gefor- 2. Forschungsstelle: dert wird. Verfügbare kristallisierende Glaslote Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik existieren bisher nicht für Kurzzeitprozesse, müs- und Werkstoffprüfung GmbH (ifw) sen entwickelt und mit produktgerechten Verfah- rensparametern zur Verfügung gestellt werden. Dr. S. KASCH Zunächst werden Lotsysteme für laserbasierte Kristallisierende Glaslote finden beispielsweise Prozesse mit kurzen Kristallisationszeiten entwor- dort ihren Einsatz, wenn artgleiche, hochtempera- fen, deren Anwendungstemperatur den Bereich turfeste sowie vakuumdichte Verbindungen für konventionell gelöteter Ofenprozesse (TO = Gehäuse oder Versiegelungen aus Glas, Keramik 1100°C) erreichen. Gleichzeitig wird die Prozess- oder Saphir benötigt werden. Konventionelle Ver- entwicklung zum Laserlöten in Abhängigkeit der 33

Fügeaufgabe (rotationssymmetrische Bauteile) betrachtet. Es werden Möglichkeiten geschaffen, temperaturempfindliche Funktionsbauteile bzw. Medien durch Laserlöten einzuschließen und an- dererseits Bauteile miteinander zu verbinden, deren Dimensionen eine Ofenkammer überschrei- ten.

Gegenwärtig wird eine Lotzusammensetzung er- arbeitet, die es erlaubt, Al2O3 Werkstoffe bei Pro- zesstemperaturen T≤ 1050°C zu fügen. Weiterhin werden verschiedene Möglichkeiten der Laserein- strahlung und Prozessführung (Temperatur-Zeit- Regime) untersucht, damit alle notwendigen Ver- bindungsmechanismen gesichert und spannungs- frei ablaufen können. Weiterhin werden die Mate- rialeigenschaften vor und nach der Einwirkung verschiedener Laserwellenlängen charakterisiert, ebenfalls die Fügeverbindung. Ausgehend von den Interessen des projektbegleitenden Aus- schusses soll eine rasche Anpassung und Über- nahme der Forschungsergebnisse in neue Pro- dukte und Verfahren erfolgen.

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A. Anhang: WEITERE FORSCHUNGSTÄTIGKEIT AUF DEM GLASSEKTOR

Die mit der HVG kooperierenden Institute führen hütten durchgeführt und die Ergebnisse in den neben den von der AiF geförderten Forschungs- DGG-Fachausschüssen vorgetragen. Um das Bild vorhaben eine Vielzahl weiterer Untersuchungen der Forschungsaktivitäten im Glasbereich zu ver- im Glasbereich durch. Diese Projekte werden zum vollständigen, sind diese Forschungsvorhaben im Teil in enger Zusammenarbeit mit HVG-Mitglieds Folgenden zusammengestellt.

Institut für Gesteinshüttenkunde, RWTH Aachen Prof. Dr.rer.nat. R. CONRADT

Modell zur Vorhersage thermomechanischer Gläser zu ermöglichen. Als „viel“ im Sinne des Volumeneigenschaften vielkomponentiger Projektes werden > 5 funktionale Oxidkompo- oxidischer Gläser auf der Basis eines nenten angesehen, wie man sie in den meisten kombinierten quantenmechanischen und Industrieprodukten antrifft. Als Ausgangsbasis thermodynamischen Ansatzes - dient das System MgO-CaO-Al2O3-SiO2-P2O5. Die Entwicklung, experimentelle Verifikation, geplanten experimentellen Arbeiten zielen als Einsatz bei der Werkstoffentwicklung Erstes ebenfalls auf die phänomenologische Be- stimmung der Unterschiede zwischen einkompo- Es handelt sich hierbei um das DFG Schwer- nentigen Gläsern und Kristallen. Da diese sich punktprogramm 1594-Co 249/11-1, welches ge- besonders sensibel in den Wärmekapazitäten bei meinsam mit dem Lehrstuhl für Festkörper- und tiefen T widerspiegeln, sollen an ausgewählten Quantenchemie und dem Institut für anorganische Proben entsprechende mikrokalorimetrische Mes- Chemie der RWTH Aachen University durchge- sungen (in externer Kooperation) durchgeführt führt wurde. werden. Die Messung elastischer Modulen ein- komponentiger Gläser dient dem gleichen Ziel. Anstoß für das vorliegende Thema ist der Hier soll eine akustische Methode eingesetzt wer- Wunsch, ein tiefes wissenschaftliches Verständnis den. Mit derselben Technik werden auch die mo- des Zusammenhanges zwischen der chemischen dellmäßigen Vorhersagen für die Vielkomponen- Zusammensetzung, der Struktur und den thermo- tensysteme intensiv überprüft. Die Eignung des mechanischen Eigenschaften von Gläsern zu er- Modells für den Einsatz in der Werkstoffentwick- zielen. Ziel ist die Entwicklung eines Modells, das lung soll am Ende des Projektes für einige Fälle es erlaubt, den Zusammensetzungsraum auf Be- demonstriert werden. reiche mit herausragenden mechanischen Eigen- schaften hin quantitativ zu erkunden, sowie die Anwendung dieses Modells bei der Werkstoffent- Bioaktive Gläser wicklung. Das Modell ist für die Vorhersage me- chanischer Volumeneigenschaften vielkomponen- Hierbei handelt es sich um das gemeinschaftliche tiger oxidischer Gläser angelegt. Ausgangspunkt DFG-Projekt Co 249/14-1, welches mit dem Lehr- ist die Arbeitshypothese der Entsprechung von und Forschungsgebiet „Zahnärztliche Werkstoff- Nahordnungs-Strukturen in solchen Gläsern und kunde und Biomaterialforschung“ (ZWBF), Univer- Strukturen, die in den isochemischen kristallinen sitätsklinikum RWTH Aachen und dem Gießerei- Systemen vorkommen. Diese Hypothese ist im Institut der RWTH Aachen durchgeführt wurde. Bereich der thermochemischen Eigenschaften gut bestätigt. In Bezug auf mechanische Eigen- Ziel des Vorhabens ist es, die komplexen Wech- schaften ist sie jedoch noch ungenutzt, zum Teil selwirkungen, die zwischen einer resorbierbaren aufgrund des fehlenden Verständnisses der Zu- Implantatoberfläche und angrenzenden Zellen be- sammenhänge, zum Teil wegen fehlender Daten stehen, anhand von speziell synthetisierten und der Kristalle. Die Brücke von den Einkristallen zu anschließend gezielt strukturierten, bioaktiven den vielkomponentigen Gläsern wird durch einen Gläsern zu erforschen. Da die Wechselwirkungen kombinierten Ansatz geschlagen. Das ist erstens sowohl von der Glaszusammensetzung als auch ein quantenmechanischer (ab initio) Ansatz; er von der Oberflächenstrukturierung abhängen, zielt auf die Eigenschaften und Strukturen der werden beide Aspekte parallel untersucht. Dabei Kristalle sowie auf das Verständnis des Zusam- geht es vorrangig um die Anlagerung knochenbil- menhanges zwischen beiden Kategorien ab. Es dender Zellen und deren osteogenen Stimulation ist zweitens ein thermodynamischer Ansatz; er mittels gezielt eingestellter Mikrostrukturen. Die zielt darauf ab, die Unterschiede zwischen ein- Gläser werden aus den bereits anerkannten Sys- komponentigen Kristallen und Gläsern durch phä- tem Na2O-CaO-SiO2-P2O5 synthetisiert und mit nomenologische Größen zu quantifizieren und die ebenfalls biokompatiblen Elementen wie Kalium Superposition solcher Daten für vielkomponentige oder Strontium legiert, um die physikalischen und

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chemischen Eigenschaften zu optimieren. Dabei welches mit dem Beton kompatibel ist (T, Dauer- werden die Einflüsse der Zusammensetzung auf haftigkeit, Verarbeitungstemperatur). Parallel wird die Viskosität, das Korrosionsverhalten und die ein Applikationsprozess für Floatglas entwickelt. Biokompatibilität untersucht. Die Ziele und Ar- Die Schicht wird durch Flammenspritzen, Flam- beitspakete der Projektpartner ergänzen sich menglasur oder eine Kombination dieser Verfah- dabei bezüglich der wissenschaftlichen Fragestel- ren aufgebracht. Ein wesentlicher Untersu- lungen als auch der jeweiligen Kompetenzen. Das chungsgegenstand ist hier für beide Gläser die Institut für Gesteinshüttenkunde fokussiert sich Findung geeigneter Applikationsparameter (Art hierbei auf drei Schwerpunkte. Im ersten Bereich und Eigenschaften des Wärmeeintrags, Korngrö- gilt es, in Zusammenarbeit mit dem ZWBF und GI, ße der Fritte), die zu einer kleinstmöglichen Schä- eine geeignete Werkstoffauswahl zu treffen, wenn digung der Betonrandzone führen. Zur besseren auch im Hinblick auf die spätere medizinische An- Anbindung der Glasschicht an den Beton werden wendung sich eine Zusammensetzung auf den Primer auf Basis von Wasserglas und Kalk- quaternären Bereich von Na2O-CaO-P2O5-SiO2 Natron-Silicatsystemen entwickelt, die jedoch beschränkt (sog. Hench-Bereich). Es gilt geeigne- keine Rissüberbrückungsfähigkeiten mitbringen. te „bio properties“ mit relevanten Gieß- und Rela- Ein weiterer Untersuchungsgegenstand ist daher, xationseigenschaften zu vereinbaren. Der zweite in wieweit vorhandene Risse im Beton vom Glas Schwerpunkt beschäftigt sich mit den Grenzflä- gefüllt und versiegelt sowie neue Risse im Glas chenreaktionen. Für eine erfolgreiche Durchfüh- nachträglich verschlossen werden können. Die rung des Formgebungsprozesses ist das Ver- Eigenschaften der Glasschichten und der Beton- ständnis der Grenzflächenreaktionen zwischen randzone werden durch mikroskopische und me- Schmelze und Formmaterial entscheidend. Pro- chanische Methoden ermittelt. Darüber hinaus zesse, die beherrscht werden müssen, sind das werden die Wasserdampf- und Kohlendioxid- Füllen feiner konkaver Strukturen sowie das spä- Diffusionsstromdichte ermittelt. Die neuen Glas- tere Ablösen des Glases von der Form. Das dritte schichten versprechen vielfältige Anwendungs- Arbeitspaket beinhaltet ganz allgemein die Korro- möglichkeiten zum Schutz des Betons und des- sionsmechanismen. Bei der Untersuchung des sen Bewehrung vor chemischen Angriffen, z. B. Langzeitkorrosionsverhaltens trifft man auf das im Abwasserkanal durch Chlorid, vor Frost-Tau- prinzipielle Problem, dass Versuche über reale Angriffen und Carbonatisierung. Einsatzzeiträume nicht durchführbar sind, Versu- che über „Zeitrafferexperimente“ aber abzulehnen sind. Zeitrafferexperimente sind stets problema- Gemengeschmelze tisch, weil sich nicht nur die Geschwindigkeits- konstanten (etwa durch Temperaturerhöhung) der Der Gemengeschmelzprozess ist von entschei- Reaktionen, sondern auch die Art der angestreb- dender Bedeutung für den gesamten Glas- ten Gleichgewichte (Löslichkeitsprozesse etc.) schmelzprozess. In kurzer Zeit ist ein hoher Wär- ändern. Deshalb werden in Ergänzung zu den meumsatz gefordert. Nur eine höhere Abschmelz- empirisch biologisch ausgelegten Korrosionsver- rate bei gleicher oder verbesserter Qualität des suchen am ZWBF zusätzlich grundlegende Unter- Endproduktes kann zu einer Verbesserung des suchungen zu den Wirkmechanismen durchge- Gemengeschmelzprozesses führen. führt. Für eine umfassende Charakterisierung des Ge- mengeschmelzprozesses sind die Verknüpfungen Phasentheoretische Entwicklung von Gläsern zwischen lokalen und weiträumigen Vorgängen und Methoden zur Erzeugung kontinuierlicher von größter Bedeutung. Die eingesetzten Metho- Schutzschichten aus Glas auf Betonober- den umfassen DTA-TG, DSC, Massenspektro- flächen metrie, thermooptische Methoden (Probengröße bis zu 30 cm3) sowie mit verschiedenen Sensoren Hierbei handelt es sich um das DFG-Vorhaben Co ausgestattete Schmelzöfen bis zum 10 kg-Be- 249/15-1, welches gemeinsam mit dem Institut für reich. Dadurch werden die wesentlichen Vorgän- Bauforschung der RWTH Aachen durchgeführt ge (Wärmeaufnahme, Gasfreisetzung, Auflösung wurde. kristalliner Relikte, Wärmetransport) sicher er- fasst. In Ergänzung zur Messung im 200-g Be- Ziel dieses Forschungsantrags ist die Erzeugung reich wurde im Institut ein Ofen für eine Probeauf- einer für Gase und Flüssigkeiten undurchlässigen nahme bis 10 kg gebaut. In diesem Maßstab wer- und mechanisch gut haftenden Glasschicht auf den 4 kg Gemenge auf eine bei 1200 °C vorge- Betonoberflächen. Diese Schicht soll toxikologisch schmolzene Scherbenschmelze (7 kg) aufgelegt unbedenklichen und unter den Einsatzbedingun- und unter einer 1400 °C heißen Strahlungsquelle gen, z. B. in Abwasseranlagen, chemisch resis- (SiC-Heizelemente) gezielt aufgeschmolzen. Die tent sein. Schwerpunkt des Antrags ist die pha- verschiedenen Sensoren (Thermoelemente, elekt- sentheoretische Entwicklung eines geeigneten rische Leitfähigkeit- und Temperaturleitfähigkeits- Glases auf Basis von CaO, MgO, Al2O3, SiO2, sonde) sind über die gesamte Höhe des Gemen- 36

geteppichs positioniert und erfassen online das auf den Grundwerkstoff wird das Verfahren des Aufschmelzverhalten des Gemenges. Als neue Flammspritzens verwendet. Option wurde ein Strahlenflussmeter erfolgreich erprobt. Dabei wurde der zeitliche Verlauf der Wärmestrahlungsdichte in aufschmelzende Ge- Thermochemie des Glases, der Glasschmelze menge von der Einlage bis zum Stadium der und der flüchtigen Spezies bei Gemenge- Rauhschmelze verfolgt. und Glasschmelze Zur Bestimmung von Glasbildungswärmen (der Entwicklung von Glasloten und Enthalpiedifferenz zwischen Glas und kristallinem Verbundwerkstoffen für laserinduziertes Löten Referenzzustand), Mischungswärmen (z. B. der und Oberflächenbeschichtungen Reaktionswärme bei der Gemengeschmelze) einschließlich partieller Wärmen, rein thermische Keramische Werkstoffe haben vor allem im Hoch- Wärmen (z.B. der benötigten Wärmemenge zum temperaturbereich und bei Einsatz in aggressiven reinen Aufheizen von Glas oder von Gemenge- Medien einige Vorteile gegenüber herkömmlichen komponenten bei der Glasschmelze) stehen am Materialien. Bei ihrer Verwendung werden hohe Institut für Gesteinshüttenkunde diverse Kalorime- Ansprüche an Dichtigkeit und Festigkeit gestellt. ter (Einwurf-, Lösungs- und dynamische Kalorime- Im Rahmen eines BMBF-Verbundforschungs- ter) zum Teil bis 1500 °C zur Verfügung. vorhabens wurden Glaslote sowie glaskeramische Verbundwerkstoffe entworfen, die einen Fügepro- Zur Untersuchung von thermochemischen Aktivi- zess durch laserinduziertes Löten ermöglichen täten einzelner oxidischer Komponenten in der sollen. Dabei wurden verschiedene Glaslote an- Glasschmelze, als Grundlage jedes Korrosions- hand eines definierten Eigenschaftsprofils entwi- und Emissionsvorganges, stehen diverse Mess- ckelt, deren Eigenschaften zunächst mit Hilfe von zellen mit ionenselektiven Feststoffelektrolyten kommerzieller und selbstentwickelter Software (z.B. für Sauerstoff, Natrium, Silber oder Calcium) simuliert wurden. Die Gläser wurden dann im in Ofeneinrichtungen bis zu einer Temperatur von Hause erschmolzen und eingehend analysiert. 1250°C zur Verfügung. Das laserinduzierte Löten stellt einen neuen, bis- her kaum genutzten Weg dar, Keramikbauteile zu Der Stoffübergang von Glasschmelzen verschie- verbinden. Der Vorteil gegenüber der konventio- dener Typen aufgrund von Verdampfung, reakti- nellen Ofenlötung liegt vor allem in der höheren ver Verdampfung und Blasenbildung wird als Lötgeschwindigkeit, sowie in der Möglichkeit, das Funktion von Temperatur, Druck und Expositions- Bauteil nur partiell zu erhitzen. Das Ziel des Pro- zeit untersucht. Nach der Mitführungsmethode, jektes war die Entwicklung eines Modellierungs- unter zum Teil reaktiven Atmosphären, werden und Simulationswerkzeuges zur Unterstützung die Reaktionsprodukte aufgefangen und analy- der gesamten Prozesskette: Von der Werkstoff- siert. Blasen- und Schaumbildung können in Ab- und Geometrieauslegung der Fügeteile über die hängigkeit von Druck, Temperatur und Atmosphä- maßgeschneiderte Zusammensetzung des Lot- re online in einem speziellen Ofen mit Abschreck- materials bis hin zur optimierten Laserstrahlfüh- vorrichtung bis max. 1600°C beobachtet, aufge- rung. Dies bleibt weiterhin ein Schwerpunkt in zeichnet und Proben präpariert werden. kleinen bilateralen Projekten als auch in einem neuen F&E-Vorhaben im Rahmen des Mit einer speziellen Kopplung von Normaldruck - Ziel2.NRW-Programms beim Projektträger ETN. DTA/TG bis 1600 °C mit einem Quadrupol- Massenspektrometer (Messbereich bis 1024 Oberflächen / Beschichtungen AMU) können Gewichtsänderungen und effundie- rende Gasspezies bei der Glas- und Gemenge- schmelze zur Korrelation gebracht werden. In Ergänzung zur Entwicklung von Lotsystemen wurde auch das Arbeitsgebiet um Beschichtungen weiter ausgebaut. Es umfasst sowohl reine Glas- Die Arbeiten werden unterstützt durch die hausin- schichten als auch Glas-Metall-Schichten. Sie terne Entwicklung thermodynamischer Modelle bieten neue Möglichkeiten, Oberflächen von Me- und Algorithmen. Es wurde eine auf kommerziel- tallen oder Keramiken gezielt in ihren Eigenschaf- ler Software lauffähige Synthese des hauseigenen ten wie Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähig- konstitutionellen Modells und des quasi- keit oder Widerstand zu verändern und sie chemischen Modells für Systeme mit bis zu 20 dadurch an einen vorher festgelegten Einsatzbe- Oxidkomponenten etabliert. reich anzupassen. Zum Auftragen der Schichten

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BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, Fachbereich 5.6 Glas Dr.rer.nat. R. MÜLLER

Mechanische Spektroskopie an mals konnte bei diesen Messungen bei hohen wasserhaltigen Oxidgläsern Wassergehalten an der Tieftemperaturflanke der -Relaxation ein weiterer Effekt beobachtet wer- S. REINSCH den, der mit steigendem Wassergehalt intensiver wird. Dieser Effekt wird einer -Relaxation zuge- Im Rahmen eines DFG-Forschungsvorhabens schrieben, an der in der Glasstruktur gelöstes aus dem DFG-Schwerpunktprogramm „Ultra- molekulares Wasser beteiligt ist [1]. strong Glasses“ (SPP1594), das gemeinsam mit der TU Clausthal (Prof. J. Deubener) und der Leibnitz Universität Hannover (Prof. H. Behrens) bearbeitet wird, werden Untersuchungen zum Einfluss von Volatilen auf das mechanische Ver- halten von Oxidgläsern durchgeführt. In diesem Vorhaben werden in Hannover verschiedene Oxidgläser mit erhöhten Wassergehalten herge- stellt und hinsichtlich ihrer Wasserspeziation cha- rakterisiert. Während in Clausthal Untersuchun- gen zum unterkritischen Risswachstum dieser Gläser durchgeführt werden, werden die Gläser in Berlin mit Hilfe der mechanischen Spektroskopie auf sub-Tg Relaxationsphänomene untersucht, die im Zusammenhang mit dem unterkritischen Riss- wachstum stehen könnten und mit den Ergebnis- sen aus Clausthal korreliert werden sollen.

Für die mechanische Spektroskopie wird ein Ge- Bild 1: Mechanischer Verlust tan des trockenen rät zur dynamisch mechanischen Analyse (DMA) NCS-Grundglases 1 und hydratisierter verwendet, welches die Methode der erzwunge- Gläser 2 – 5 in Abhängigkeit von der nen Schwingung verwendet. Bei den Messungen Temperatur bei eine Frequenz f=7,125 s-1. wird sowohl die Temperatur von Raumtemperatur Zur besseren Sichtbarkeit der sub-Tg Re- bis nahe Tg als auch die Schwingungsfrequenz laxationen ist der den tan dominierende von 1 Hz bis 55 Hz variiert. In diesem Tempera- Anteil der -Relaxation für jedes Glas ab- turbereich können verschiedene Relaxationsmodi gezogen worden, was im Inlet für Glas 1 gemessen werden. So können die gemessenen illustriert ist. Jede Kurve stellt das Mittel Effekte der Bewegung von Alkaliionen bei tiefen mehrerer DMA-Messungen dar. Gepunk- Temperaturen (-Relaxation) oder einer koopera- tete und gestrichelte Kurven: Gauss-Fits tiven Bewegung von gleichen oder ähnlichen mo- zur Bestimmung der Peaktemperaturen bilen Spezies wie z.B. Alkaliionen oder Alkali- und und -intensitäten der OH und H2O Re- Erdalkaliionen (-Relaxation) zugeordnet werden. laxationen in den wasserreichen Gläsern Beide sub-Tg Relaxationen werden stark vom 4 und 5. Wassergehalt der Gläser beeinflusst und davon, welches Kalk-Natron-Silicatglas (NCS) im Bild [1] Reinsch, S.; Mueller, R.; Deubener, J.; Beh- dargestellt ist. Während die -Relaxation mit stei- rens, H.: Internal friction of hydrated soda- gendem Wassergehalt an Intensität zunimmt und lime-silicate glasses. J. Chem. Phys. 139 sich zu tieferen Temperaturen verschiebt, verliert (2013) 174506 die -Relaxation an Intensität, verschiebt sich zu etwas höheren Temperaturen und ist bei hohen Wassergehalten nicht mehr nachweisbar. Erst-

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Institut für Werkstoffwissenschaften der Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen Lehrstuhl für Biomaterialien Prof. Dr.-Ing. habil. A. R. BOCCACCINI

Zein-Bioglass® Komposite 0,1 MPa. Zusätzlich konnte durch die Zugabe von Bioglass® Partikeln das bioaktive Verhalten von J. HUM, A. R. BOCCACCINI reinem Zein deutlich erhöht werden. Die Entwick- lung dieser Scaffolds brachte eine neue Material- Im Gegensatz zu Proteinen mit tierischem Ur- kombination zum Vorschein, die auf Grund seiner sprung zeigen Proteine, die aus Pflanzen gewon- Charakteristika durchaus Anwendung im Knochen nen werden, eine Reihe von Vorteilen für den Tissue Engineering finden kann. Einsatz als Biomaterial. Vor allem die leichte Ver- fügbarkeit und die biologische Abbaubarkeit ste- hen dabei im Vordergrund. Zein, ein Protein, wel- Development of silica-based mesoporous bio- ches aus der Maispflanze gewonnen werden active glass scaffolds for drug delivery kann, wurde auf Grund hoher Biokompatibilität schon mehrfach in biotechnologischen Bereichen A. PHILIPART, A. R. BOCCACCINI eingesetzt, u.a. als Drug Delivery System oder auch in der Lebensmittelbranche für antimikrobiel- Bioactive glasses are a type of materials widely le Verpackungen. Angesichts der guten biologi- used in bone tissue engineering (BTE) due to their schen Eigenschaften von Zein ist daher auch die ability to develop strong bonds with bone through Anwendung im Tissue Engineering denkbar. Aus the formation of a hydroxyapatite (HA) layer. In diesem Grund wurden in einer Studie mit Hilfe der the last decade, mesoporous bioactive glasses sogenannten „salt-leaching“ Technik poröse (MBGs) have emerged within this group of bio- Schaumstrukturen auf der Basis von pflanzlichem materials, which are attractive due to their large Zein und bioaktivem Glaspulver (45S5 Bioglass®) surface area and their capacity of being function- hergestellt, um potenzielle Anwendung im Kno- alised with a large variety of moieties. These last chen Tissue Engineering zu finden. Für die Cha- characteristics provide a therapeutic functionality rakterisierung dieser Komposite (Bild 1) kamen to the material, being able to directly be load with active biomolecules. This project (funded by the EU ITN consortium “GLACERCO”) aims at devel- oping new MBGs for 3D porous scaffolds fabrica- tion with drug delivery capabilities.

Bild 1: Overview of mesoporous bioactive glass Bild 1: Zein-Bioglass(R)-Komposite. scaffolds with drug delivery capability. unterschiedliche Techniken zum Einsatz. Durch The selected glass composition, synthesized by Rasterelektronenmikroskopie wurden Mikrostruk- sol-gel method and replication technique, was (in tur und Morphologie analysiert, wohingegen ATR- mol) 60%SiO2-30%CaO-5%Na2O-5%P2O5. The FTIR Spektroskopie und Röntgendiffraktion ver- scaffolds are loaded with a model drug, and a wendet wurden um die Zusammensetzung zu comparison with standard materials is being car- untersuchen. Ergebnisse zeigten die erfolgreiche ried out. MBGs have been successfully prepared, Herstellung von porösen Zein-Bioglass® Kompo- and the fabricated scaffolds, presenting the re- siten mit Druckfestigkeiten im Bereich von 1,9 ± quired macropore size (~750 μm) and intercon- 39

nectivity for BTE, according to Scanning Electron bone tissues or to regenerate new bone. Porous Microscopy and micro-CT studies, proved to de- 45S5 Bioglass® (BG) scaffolds prepared by foam velop a thick HA layer in Simulated Body Fluid replication method [1] are promising candidates (Fourier Transform Infrared Spectroscopy analy- for bone tissue engineering due to their high po- sis). The mesoporous structure of the material has rosity (>90 %), interconnected pore structure, been evaluated by Transmission Electron Micros- excellent bioactivity, biocompatibility, osteogenic and angiogenic effects. In order to improve the copy and N2 adsorption porosimetry using the Brunauer-Emmett-Teller approach. The load and mechanical properties and to incorporate a drug release of the drug are being investigated by UV- delivery function, such as antibacterial effects, in Vis spectrometry. this project the BG scaffolds were coated with an antibacterial agent loaded polymer. The mechani- cal properties (compressive strength, toughness Bioactive glass containing coatings by and elastic modulus) of the scaffolds were signifi- electrophoretic deposition cantly improved by natural polymer (gelatin, cellu- lose) as well as by synthetic polymer (PHBV) Q. CHEN, A. R. BOCCACCINI coatings. It was also found that the polymer coat- ings did not hinder the bioactivity of the scaffolds. Direct current (DC) and alternating current (AC) electrophoretic deposition (EPD) approaches involving different number of EPD cycles were developed for the fabrication of alginate- Bioglass® (BG) composite coatings from water- based suspensions. The comparative analysis between coatings produced by DC- and AC- EPD was discussed according to compositional and microstructural and mechanical analysis. This investigation indicates that composite coatings with different porosities, surface roughness and thickness can be easily obtained by selecting proper EPD parameters and number of EPD cy- cles [1]. Furthermore, It was found that the addi- tion of polyvinyl alcohol, which is widely used in pharmaceutical and biomedical applications for its acceptable mechanical properties, biocompatibil- ity, low toxicity and low cost, will significantly im- prove the adhesion strength of alginate-BG com- Bild 1: Drug containing PHBV microspheres posite. While at the same time, the degradation coated strut of a bioactive glass scaffold. rate of the fabricated coatings could be minimized and the superior bioactivity imparted by the bioac- The loaded antibacterial agent was released in a tive glass component, for example rapid hydroxy- more sustained manner, especially when PHBV apatite formation after 1 day of incubation in simu- microsphere coating was applied (Bild 1) [2], as lated body fluid, was not affected [2]. compared to the rapid release of antibacterial agent directly adsorbed on the uncoated scaf- [1] Chen,Q.; Cordero-Arias, L.; Roether, J. A. et folds. The obtained polymer coated scaffolds al.: Titel nicht bekannt. Surf. & Coat. Technol. showed antibacterial effects, and they were 223 (2013) 49-56 shown to be biocompatible to MG-63 osteoblast- like cells constituting thus attractive scaffold sys- tems for bone tissue engineering. [2] Chen, Q.; Cabanas-Polo, S.; Goudouri, O. M. et al.: Titel nicht bekannt. Mater. Sci. Eng. C [1] Chen, Q. Z.; Thompson, I. D.; Boccaccini, A. 40 (2014) 55-64 R.: 45S5 Bioglass®-derived glass-ceramic scaffolds for bone tissue engineering. Bio- Bioactive glass based scaffolds for drug materials 27 (2006) 2414-2425 delivery and bone tissue engineering [2] Li, W.; Ding, Y.; Rai R.; Roether, J. A.; Schu- W. LI, A. R. BOCCACCINI bert, D. W.; Boccaccini, A. R.: Preparation and characterization of PHBV micro- Bone is one of the most commonly transplanted sphere/45S5 bioactive glass composite scaf- tissues as bone failure could widely result from folds with vancomycin releasing function. Ma- trauma, tumor, bone related diseases or aging. ter. Sci. Eng. C 41 (2014) 320–328 Scaffolds made from engineered biomaterials are often required to restore function of damaged .

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Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, TU Bergakademie Freiberg, Fachbereich Glas- und Emailtechnik Prof. Dr.-Ing. H. Hessenkemper

Verschiedene Arbeitsgebiete des der Entwicklung spezieller Emails sowie deren Lehrstuhls Glas Oberflächenveredelung. Im Gebiet Schaumglas werden Arbeiten im Zusammenhang mit neuen Es werden unterschiedliche Arbeiten (Comp Solarthermiekonzepten und Meerwasserentsal- Glass, CoReCon) im Bereich der Baustoffopti- zung durchgeführt. Dies steht in Verbindung mit mierung (Faserverstärkung und Korrosionsschutz) der Verglasung mineralischer Reststoffe, wo bei durchgeführt. Im Bereich der Wanne werden in der Bleirückgewinnung aus Konusgläsern, neben ZIM-Projekten Bilanzmodelle weiter entwickelt der Schwarzglasherstellung und metallischem und neue Coatings entwickelt, die die Alkaliresi- Blei, auch noch seltene Erden aus Flachbild- stenz von Silikamaterial bei erhöhten Emmisions- schirmen und anderen wertvollen Reststoffen aus koeffizienten preisgünstig gewährleisten sollen. Zuschlagsmaterialien kostengünstig zurück ge- Neue Methoden des chemischen Härtens, die im wonnen werden können. Verschiedene ZIM- Minutentakt arbeiten, werden entwickelt, wobei Projekte beschäftigen sich mit der Walzglasher- die Stabilisierung der Salzschmelze bezüglich der stellung von Gläsern unter 2 mm Dicke, dem Na-Anreicherung zur Qualitätssicherung in die- Ultraschalltransport von Glas, neuen Flächen- sem Zusammenhang ein weiteres Arbeitsfeld ist. brennern und der Oberflächenveredelung von Arbeiten im Emailbereich beschäftigen sich mit Gläsern

Institut für Physik, Martin-Luther-Universität Halle – Wittenberg, Fachgruppe: Anorganisch Nichtmetallische Materialien Prof. Dr.-Ing. H. ROGGENDORF

Untersuchungen an Wasserglas Untersuchungen an Eisenhüttenschlacken

H. ROGGENDORF H. ROGGENDORF

Unter dem Begriff Wasserglas versteht man zum Schlacken sind Nebenprodukte der Metallherstel- einen binäre Alkalisilicatgläser und zum anderen lung und haben häufig – auch abhängig vom Ab- die Flüssigkeiten, die durch Auflösen dieser Glä- kühlprozess – eine glasige Struktur. Eisenhütten- ser in Wasser entstehen. Die konzentrierten flüs- schlacken werden angenähert durch das Drei- sigen Wassergläser sind strukturell gesehen Alka- stoffsystem CaO – Al2O3 – SiO2 beschrieben, als lisilicatsole, eine Dispersion silicatischer Kolloide weitere Komponenten sind MgO, FeO/Fe2O3, in silicatischen Lösungen. Die Untersuchungen zu MnO, TiO2, K2O, Na2O und S zu nennen. Schla- diesem Gebiet wurden auch 2014 fortgesetzt und cken werden als Sekundärrohstoffe unter ande- befassen sich mit folgenden Themen: rem in der Bindemittelindustrie eingesetzt. Beim  Herstellung von Wasserglas aus Abbinden werden die Schlacken partiell aufgelöst, alternativen Rohstoffen, etwa der Asche es ist letztlich ein Korrosionsprozess. Untersucht von Reisstroh. wird, ob die Herstellungsbedingungen oder eine Variation der Schlackenchemie die Abbindeeigen-  Keimbildung bei der hydrothermalen schaften verbessern können und ob eine Korrela- Herstellung von Wasserglas. tion zwischen den Abbindeeigenschaften und der chemischen Beständigkeit der Schlackengläser  Charakterisierung der Struktur besteht. getrockneter Wassergläser mittels Raster-Kraftmikroskopie (AFM), Die Untersuchungen werden zusammen mit dem Streuverfahren und Thermoanalyse. FEhS - Institut für Baustoff-Forschung des Fach- verband Eisenhüttenschlacken (Duisburg, An- sprechpartner ist Dr. Andreas Ehrenberg) durch-

gefüht. Dort werden im Technikumsmaßstab Schlacken unter Variation von Abkühlbedingun- gen und chemischer Zusammensetzung erzeugt

und hinsichtlich Mahlverhalten sowie Abbinde- eigenschaften als Zementzusatz untersucht. In Halle werden die dort erzeugten Schlacken hin-

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sichtlich Struktur, thermischem Verhalten und Untersuchungen zu Natrium-Borosilicat- chemischer Beständigkeit charakterisiert. gläsern

Im Vordergrund der Arbeiten standen dabei: H. ROGGENDORF

 Thermoanalytische Charakterisierung der Natrium-Borosilicatgläser besitzen aufgrund ihrer Hüttensande, chemischen und physikalischen Eigenschaften ein  strukturelle Charakterisierung mittels sehr breites Anwendungsspektrum. Das System Elektronenmikroskopie und NMR - Na2O - B2O3 - SiO2 weist eine Mischungslücke Spektroskopie (Messungen durch auf, die den Weg zu porösen Gläsern nach dem Th. Bräuniger, LMU München), Vycor - Verfahren erschließt. Schmelzen mit Zu- sammensetzungen im Kern der Mischungslücke  Untersuchung von Relationen zwischen entmischen bei geeigneten Temperaturen spino- Zusammensetzung, Struktur, Abkühlver- dal in eine silicatreiche Phase und eine natrium- fahren und chemischer Reaktivität der reiche Boratphase und können Durchdringungs- Hüttensande. strukturen ausbilden. Im Vordergrund neuerer Ar- beiten steht der Versuch, durch Zusammenset- Die Arbeiten zu den Eisenhüttenschlacken wer- zungsvariation, durch Einbringen neuer chemi- den von der AIF gefördert. scher Komponenten oder durch Verfahrensopti- mierung die Porendurchmesser zu vergrößern.

Weiterhin wurden Natrium-Borosilicatgläser ther- moanalytisch charakterisiert. Dabei konnten in entmischten Gläsern zwei Glasübergänge identifi- ziert werden, die den beiden Phasen der Entmi- schung zugeordnet werden können. Alternativ wurden anorganische Sol-Gel-Prozesse mit Was- serglas und kolloidalem SiO2 als Ausgangsmate- rialien eingesetzt, um Natrium-Borosilicatmate- rialien zu erzeugen. Dabei wurden auch Materia- lien im Entmischungsbereich erzeugt und ihre Po- rosität charakterisert.

Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Dirk Enke, Institut f. Technische Chemie, Uni- versität Leipzig. Bild 1: Oberfläche eines industriellen Hüttensandes vor der Korrosion im Rasterelektronenmikroskop (ESEM).

Institut für Werkstofftechnik, TU Ilmenau, Fachgebiet: Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Prof. Dr.-Ing. E. RÄDLEIN

ANIMON: Anisotrope hierarchisch strukturier- te poröse Glasmaterialien (AIF/ZIM, VP 2184719 CK)

S. RÄDLEIN, S. KRENKEL D. POßNER

Innerhalb des Kooperationsprojektes ANIMON, zusammen mit der Universität Leipzig und fünf weiteren Partnern, werden hochporöse, hierarchi- sche Monolithe für Sensoranwendungen entwi- ckelt.

Die Bilder 1 und 2 zeigen REM-Aufnahmen eines entsprechenden Monolithen mit Transportporen im µm- und Funktionsporen im nm-Bereich. Bild 1: Extrahierter Monolith nach dem Verziehen mit Transportporen (Zwickel & Rohrinnendurchmesser). 42

Bild 2: Vergrößerte Zwickel-Darstellung des Mo- Bild 3: Hg-Intrusionsauswertung des Monolithen nolithen (Bild 1) mit nm Poren. (Bild 1). Des Weiteren ist es möglich diese Funktionsporen Die Herstellung des Glasmonolithen erfolgt durch (nm-Poren) während des zweiten Prozessschrit- Kombination des Vycor-Prozesses mit dem Multi- tes zu orientieren. Dazu wurden erste Streckver- kapillar-Rohrziehverfahren. Als Preform werden suche an Stäben durchgeführt. Hierbei zeigte Natriumborosilicat-Glasrohre und -stäbe genutzt. sich, dass vorentmischte Proben nach dem Re- Diese werden entsprechend der Zielgeometrie cken während der Extraktion zerbrechen, wäh- gebündelt und anschließend verzogen. Ein we- rend Proben, die während des Prozesses entmi- sentliches Problem während des Verziehens ist schen, erhalten bleiben und eine Vorzugsorientie- die Boratabdampfung, wodurch die Oberfläche an rung besitzen (Bild 4). Borat verarmt. Dadurch entstehen kleinere nm- Poren an der Oberfläche als im Bulk, was eben- falls zu einer ungewollten Oberflächenversiege- lung führen kann. Um der Boratabdampfung ent- gegenzuwirken wird die Oberfläche mit einer Bo- raxlösung beschichtet. Anschließend werden die Bündel verzogen. Die Entwicklung des nm- Porensystems erfolgt über die spinodale Entmi- schung in einem Temperaturbereich zwischen 500°C bis 720°C. Dabei separiert das Glas in eine boratreiche und silicatreiche Phase. Die Borat- phase wird durch eine nachfolgende Extraktion herausgelöst.

Die Ausprägung der Boratphase ist von der Tem- peratur, als auch von der Zeitdauer abhängig. Die Untersuchungen belegen, dass eine gezielte Bild 4: Orientierte nm-Poren in der Glasmatrix. Steuerung der spinodalen Entmischung während des Ziehprozesses möglich ist. Jedoch ist die µm- Geometrie nicht unabhängig von der nm-Poren- 3D Mikro- und Nanostrukturierung photosen- struktur einstellbar. Um eine größere Vielfalt an sitiver Gläser mit Hilfe von NIR-Femtosekun- Geometrien unabhängig von der nm-Porenstruk- denlaserstrahlung für Zellträgerstrukturen in tur zu realisieren, wurden die Ziehprozesse bei Mikrofluidikchips (DFG-Projekt/RA 706/6-1) Prozesstemperaturen von 740°C durchgeführt. E. RÄDLEIN, U. BROKMANN Bei dieser Temperatur lösen sich die separierten Phasen ineinander. Die nm-Porenentwicklung er- folgt in einem zweiten Prozessschritt. Dadurch ist Das Ziel des Projektes ist die photochemische Gefügemodifizierung eines photosensitiven Gla- es möglich Monolithe mit Transportporen im Be- reich von 30 – 500 µm sowie Funktionsporen im ses FS21 mittels fs gepulster Laserstrahlung zur Bereich von 10 - 150 nm herzustellen. Bild 3 zeigt Erzeugung von 3D Mikrostrukturen für Anwen- die Hg-Intrusions-Auswertung des Monolithen aus dungen im Tissue-engineering. Im zurückliegen- Bild 1. den Projektabschnitt wurden grundlegende Unter- suchungen zum Laser-Photostrukturierungspro- zess durchgeführt.

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zierung wesentlich auf der Erzeugung von Strah- lenschäden an Verunreinigungen (nicht entwiche- ner Läutermittel, gebundenes Wasser), Dotierun- gen (Sn, Sb, Ag, Ce) und Sauerstoffspezies ba- siert. Die thermische Behandlung führt neben der Bildung der Kristallphase Lithiummetasilicat auch zur Bildung verschiedener Gasphasen. Es wurden erste vergrabene Fluidikstrukturen in Form von Kanälen und Kreuzungen hergestellt. Das Ätzra- a) tenverhältnis beträgt im Durchschnitt 1:30 für gro- ße Kanaltiefen < 1 mm. Davon abweichend, wur- de für Kanaltiefen zwischen 1 µm und 50 µm ein erhöhtes Ätzratenverhältnis von 1:45 ermittelt. Als wesentliche Einflussgröße wurde der Ätzmittel- austausch im Ultraschall unterstützten Prozess mit 5 %iger HF-Lösung identifiziert. Zur Charakte- risierung des Gefügezustandes des Ausgangsgla- ses im unbehandelten Zustand und in verschie- denen, anwendungsrelevanten Prozessstufen wurde das im Projekt neu angeschaffte Raster- b) kraftmikroskop „Dimension edge“ der Fa. Bruker eingesetzt. Erstmalig konnte das Gefüge von FS21 nach Belichtung und Keimbildung hochauf- gelöst durch Bestimmung von Abreiskräften mit- tels peak force tapping im adhesion mode darge- stellt werden (Bild 1). Dadurch steht ein leistungs- fähiges Werkzeug für die Gefügeanalyse fs-Laser bestrahlter Gläser mit veränderter chemischer Zu- sammensetzung im beabsichtigten dritten Pro- jektjahr zur Verfügung.

c) Investigation of the influence of Kelvin forces on aqueous solutions with paramagnetic ions

Bild 1: AFM Aufnahmen (peak force tapping, G. LUCERO, U. SCHADEWALD, B. HALBEDEL adhesion mode) der frischen Bruchspiegel eines unbehandelten Ausgangsglases Important physical properties of fluids, such as FS21 (a), eines Maskaligner belichteten aqueous solutions or glass melts, depend on the Glases nach Temperung bei T = 500°C distribution of their ionic components. The ion mit t = 1 h (b) bzw. t = 2 h (c). Die Abbil- distribution can be influenced by the action of dungen in (b) und (c) entsprechen nicht magnetic gradient (Kelvin-) forces. mehr dem typischen Glasmuster. Zu er- kennen sind regellos angeordnete, Parti- These forces generated in an inhomogeneous kel ähnliche Bereiche mit einer Größe von magnetic field - unlike other forces are used to < 50 nm (b) bzw. < 300 nm (c), die auf modify the distribution of the components - offer vorkristalline Stadien bzw. beginnendes the advantage of acting on fluids without being in Kristallwachstum schließen lassen. direct contact with them.

Die minimale Bestrahlungsdosis liegt bei Dc = In these experiments the effect of Kelvin forces on -6 3,45·10 J/cm², wobei durchschnittlich vier Photo- the mass transport of paramagnetic ions in homo- nen an der photochemischen Gefügemodifizie- geneous aqueous solutions of Dy+3 is evaluated. rung beteiligt sind. The paramagnetic species used are Dy+3 ions due to their high magnetic susceptibility (for a 0.1 M Unter den Gesichtspunkten der Optimierung von aqueous solution). Schreibgeschwindigkeiten und der Erzeugung hoher Formgenauigkeit von geometrischen Mus- In the experiments a cell with two compartments tern wurde ein Parameterfenster ermittelt, das um divided by a PVDF membrane is used. Both com- den Faktor 4000 oberhalb der minimalen Belich- partments contain Dy+3 solutions and/or water and tungsdosis liegt. Aus spektralphotometrischen one of the compartments additionally contains Untersuchungen und einer massenspektrosko- platinum electrodes for the measurement of the pischen Analyse fs-Laser bestrahlter Proben geht conductivity. hervor, dass die photochemische Gefügemodifi- 44

The required magnetic field is provided by a cryo- gen - free high magnetic system. The variables to be considered in these experiments are the direc- tion and magnitude of the Kelvin force and the concentration of the paramagnetic ions. The influ- ence of the magnetic forces on the ions transport is researched through in situ conductometric measurements in one of the compartments. Due to the experimental setup the influence of thermal convection and Lorentz forces on the mass transport will be negligible. The mass transport by the osmotic pressure will be determined in depen- dence of the concentration difference of the Dy+3 ions in both compartments without a magnetic field and then removed from the measurement re- sults with magnetic field. Bild 2: Results of the measurement of the con- ductivity  dependent on the time t in the cell with platinimum electrodes (Bild 1).

Improving the residence timed distribution in glass melting tanks using additionally gener- ated Lorentz forces S. SOUBEIH, U. LÜDTKE, B. HALBEDEL Continuous glass melting tanks are thermo- chemical reactors with very complex flow patterns. Bild 1: Cell with 2 compartments containing Dy+3 Controlling the flow patterns within the glass melt- solution (right) and water (left) positionat- ing tanks with the aim of improving their perfor- ed in a cryogen-free magnet system on mance is one of the glass industry’s primary chal- different positions. lenges. The tank performance is basically deter- Pos. 1: The flux density is B = 0 T. No mined by the residence time distribution (RTD) of paramagnetic gradient force is acting. On- the glass melt, which directly impacts the glass ly the natural capillary forces in the mem- quality and energy distribution. brane and diffusion occur. In the PhD project, numerical simulations are car- Pos. 2: The flux density is B = 2.5 T and ried out to investigate how well the flow can be the resulting paramagnetic gradient force controlled by externally generated magnetic fields density amounts f׏B = +30 N/cm3.The that are added to the glass melting tanks which gradient force is acting against diffusion are equipped with supplementary electric heating and capillary forces. The transport systems called “electric boosters”. Such electro- through the membrane is strongly decel- magnetic flow control is called “electromagnetic erated (Bild 2, red curve). boosting” (Bild 1). Pos. 3: The flux density is B = 2.5 T and the resulting paramagnetic gradient force density amounts f׏B = - 30 N/cm3. The gradient force is acting in direction of dif- fusion and the capillary forces. The ion transport is strongly increased (Bild 2, blue curve).

Bild 1: Physical principle of the electro-magnetic boosting with artificial Lorentz force fLa against the glass flow J - electric current density, Bc - magnetic flux density gener- ated by the coil.

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high viscosity and the low electrical conductivity of the glass melt. These forces are created with an

Bild 2: Comparison of the cumulative RTD F(t) without and with electromagnetic boosting. Bild 1: Schematic of the forehearth cross section at the electrode and coil system location The numerical study with the commercial tool (x,755,z), FLUENT on a simplified model of a large glass 1 - electrodes, 2 - coil systems and melt tank shows that it is possible to use external- 3 - feed tubes. ly generated Lorentz forces to improve the RTD, (Bild 2).

Improving the RTD essentially improves the distri- bution of the consumed energy, thus yielding a more homogeneous and efficient melting process. The ultimate consequence is an enhanced quality of the final glass product.

Installing an electromagnetic boosting system can be a viable investment in order to improve the operational flexibility of the glass tank.

High-performance forehearth coloring using Lorentz forces J.O. TORRES, B. HALBEDEL In the production of colored glasses with the high- performance forehearth glass color is added in the Bild 2: Simulated particle trajectories with initial melting zone of the forehearth by means of metal positions located at (0,0,82), (40,0,82) oxides which are embedded in a glass matrix and (300,0,82) without and with the Lo- = (frits). These frits drop through feed tubes on the rentz forces at an electrode current of IE 217 A and coil current of I = 1500 A. surface of the glass melt, melting and diffusing C progressively. But, this diffusion is not sufficient to arrangement of electrodes and a coil system achieve the desired color homogenization, there- (Bild 1) generating a time- and space-dependent fore rows of stirrers are located at the end of the distribution which prevents the sinking process melting zone to realize a good homogenization at with a push-up effect (Bild 2) and thereby improve the end of the stirrer zone. the input flow conditions of the stirrers. It was observed that frits with large oxide concen- The simulation of the coupled hydrodynamic, trations for dark glass colors tend to sink as well thermodynamic and electromagnetic problem was as contaminate the bottom of the forehearth in the done with the temperature-dependent physical melting zone and a homogeneous glass coloration properties of the glass melt, the physical proper- is hindered. ties of the frits, refractory and insulation material of the forehearth dependent on their operating The numerical simulations illustrate that it is pos- conditions (pull rate, burner gas flow) and was sible to modify the sinking of the frits with electro- validated with in-situ temperature measurements magnetic forces called Lorentz forces despite the on a real forehearth. The investigations were sup-

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ported by FERRO France S.A.R.L. Saint-Dizier, Um ein hinreichendes Auflösungsvermögen die- FERRO GmbH Frankfurt a. M. and O-I GLASS- ser Strömungsmessmethode (Lorentzkraftanemo- PACK GmbH & Co. KG Rinteln. metrie) auch bei schwach leitfähigen Fluiden, wie z.B. Salz- und Glasschmelzen, zu realisieren, ist es notwendig, mit der am Kanal angeordneten Innovative Magnetsysteme auf Basis Magnetfeldquelle hohe magnetische Flussdichten von Hochtemperatur-Supraleitern bei Einhaltung vorgegebener Magnetsystemmas- M. WEIDNER, B. HALBEDEL sen zu erzeugen. Hierfür sollen die Hochtempera- tur-Supraleiter (HTSL) als Bulkmaterialien aus Dieses Projekt ist Teil des Graduiertenkollegs YBCO eingesetzt und diese auf Temperaturen „Elektromagnetische Strömungsmessung und von 45 bis 50 Kelvin gekühlt werden. Die hierfür Wirbelstromprüfung mittels Lorentzkraft“ (GRK notwendigen Vorbetrachtungen ergaben als einzi- 1567/1, Förderperiode: 2013-2015), gefördert ge für diese Anwendung mögliche Kühlmethode durch die Deutsche Forschungsgesellschaft. Im die Verwendung eines Helium-Bad-Kryostaten. Rahmen dieses Kollegs wird eine neuartige Me- Des Weiteren wurden die durch die Supraleiter thode (Prinzip siehe Bild 1) zur kontaktlosen auf den Kryostaten wirkenden sehr großen Kräfte Durchflussmessung für elektrisch leitfähige, heiße durch numerische Simulation bestimmt und in der und aggressive Fluiden entwickelt. Konstruktion berücksichtigt. Mit Hilfe dieser neuen Möglichkeit der Untersu- chung und der geometrischen Optimierung soll dann ein optimales Magnetsystem auf HTSL- Basis an einen Testkanal adaptiert und die theo- retisch bestimmten Werte überprüft werden.

Ebenfalls wird im Rahmen von materialwissen- schaftlichen Untersuchungen nach Möglichkeiten der Verbesserung der supraleitenden Eigenschaf- Bild 1: Prinzip der elektromagnetischen ten von Supraleitern gesucht. kontaktlosen Strömungsmessung in elektrisch leitfähigen Fluiden.

Otto-Schott-Institut, Jena Prof. Dr. C. RÜSSEL

Glaslote folgt. Hierbei ist zunehmend das Verhalten bei hohen Temperaturen, oft nahe an der zulässi- C. RÜSSEL gen Fügetemperatur von Bedeutung. Weitere Arbeiten beschäftigen sich mit hoch cobalt- und Glaslote, insbesondere kristallisierende Glas- nickelhaltigen Glasloten. lote, werden am Lehrstuhl im Rahmen von Fir- menaufträgen für die verschiedensten Anwen- Schwerpunkt der Arbeiten sind alkalifreie Glä- dungen entwickelt. Zumeist stehen hier Hoch- ser, oftmals in Erdalkali-Alumosilicatsystemen temperaturanwendungen, z. B. in der Elektro- mit zahlreichen weiteren Komponenten zur Ein- technik oder im Anlagenbau, im Vordergrund. stellung der Keimbildungsrate und Kristallisati- Oftmals sollen Metalle miteinander oder mit onsgeschwindigkeit. Hierbei sind insbesondere Keramiken verbunden werden. Hierbei ist die Lote mit hohen linearen thermischen Ausdeh- primäre Aufgabenstellung den thermischen nungskoeffizienten von 12 - 15·10-6·K-1 hervor- Ausdehnungskoeffizienten des kristallisierten zuheben. Viele Arbeiten beschäftigen sich mit Glases an die zu fügenden Komponenten an- zupassen. Gleichzeitig muss die Kristallwachs- alkalifreien Loten, insbesondere auf Erdalkali- tumsgeschwindigkeit so eingestellt werden, und Zinksilicate. Gegenwärtig werden Hoch- dass während des Fügeprozesses ein Sintern temperaturlote dahingehend optimiert, dass sie der Glaspartikel möglich ist bevor Kristallisation eine bessere Anhaftung an Hochtemperatur- erfolgt. Nach Beendigung des Verdichtungspro- stähle wie Nicrofer und Crofer gewährleisten. zesses soll dann Kristallisation eintreten, indem Phasen mit entsprechenden Ausdehnungskoef- Da in der Literatur nur wenige Daten zur ther- fizienten gebildet werden. Oftmals ist die Glas- mischen Ausdehnung von relevanten Kristall- zusammensetzung auch dahingehend zu modi- phasen zu finden sind, werden ergänzend fizieren, dass eine optimale Anbindung des grundlegende Untersuchungen zum Ausdeh- Glases an die zu fügenden Komponenten er- nungsverhalten kristalliner silicatischer Phasen 47

mit Hilfe der Hochtemperaturdiffraktometrie und • Untersuchungen zum Frühstadium der Kris- der Dilatometrie durchgeführt. tallisation mit Hilfe der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie inkl. Daneben werden in den letzten zwei Jahren mit EELS werden in Zusammenarbeit mit dem zunehmender Intensität niedrig dehnende Glas- IFW Halle (Prof. T. Höche) durchgeführt. lote mit linearen thermischen Aus-dehnungs- Weitere Arbeiten werden mit Hilfe von SAXS -6 -1 koeffizienten zwischen -2 bis +2·10 K entwi- und ASAXS in Zusammenarbeit mit dem ckelt, wie sie zum Fügen von SiO2 Glas oder Helmholtz Zentrum Berlin (Dr. A. Hoell) niedrig dehnenden Glaskeramiken benötigt durchgeführt. werden.

• Kristallisation von Quarz aus MgO/Al2O3/- Nanokristalline Glaskeramiken SiO2-Gläsern Hierbei wird das Verhalten von Keimbildnern C. RÜSSEL auf das Kristallisationsverhalten und die Phasenbildung untersucht. Ebenso wird in Die Ausscheidung von Kristallphasen mit mittle- Modellsystemen die Bildung von Barriere- ren Partikelgrößen im Bereich von 5 bis 100 nm schichten, die zur Nanokristallinität führt, un- und gleichzeitig enger Partikelgrößenverteilung tersucht. ermöglicht eine Vielzahl von neuen Anwendun- gen. Nanokristalle lassen sich aus Gläsern in Angewandte Untersuchungen beziehen sich höheren Konzentrationen nur auskristallisieren, auf die Verwendung kochfester Glaskerami- wenn sich die Kristallisation selbst einfriert. ken für Harddisk Substrate und in der Bio- Dies ist normalerweise der Fall, wenn Tg der medizin als hochfeste Zahnersatzmateria- Restglasphase während der Kristallisation an- lien. steigt. • Fluoreszenzverhalten nanokristalliner Glas- Neben der Herstellung von Nanopartikeln enger keramiken Kristallitgrößenverteilung durch Kristallisation und nachfolgender Auflösung der Glasmatrix Es werden nanokristalline Selten Erd dotier- aus Boratgläsern werden vor allem Untersu- te Glaskeramiken hergestellt. Das Fluores- chungen zu optisch transparenten Glaskerami- zenzverhalten wird als Funktion der Kristalli- ken durchgeführt. Hierbei stehen gegenwärtig sationsbedingungen bestimmt. Hierbei wer- folgende Systeme im Vordergrund: den lange Fluoreszenzlebensdauern ange- strebt. • Im Rahmen grundlegender Untersuchungen wurden CaF2, SrF2, BaF2 sowie komplexe • Andere Arbeiten beschäftigen sich mit der Seltenerdfluoride aus Gläsern im System Kristallisation von Gläsern, die Tröpfchen- entmischungen zeigen. Hierbei können un- Na2O/K2O/Al2O3/SiO2 (+ CaF2, SrF2, SEF3, ter bestimmten Bedingungen innerhalb der NaGdF4 oder BaF2) kristallisiert. Bei ent- sprechenden Kristallisationsbedingungen Tröpfchen „Multi Core Particle“ ausgeschie- bewegen sich die mittleren Kristallitgrößen den werden. Diese haben beispielweise im nm-Bereich von 8 - 20 nm. Hierbei zeigte sehr interessante magnetische Eigenschaf- sich, dass die Temperbedingungen (Tempe- ten oder auch Fluoreszenzeigenschaften. ratur, Haltezeit) kaum Einfluss auf die Kri- stallitgrößen haben. Allerdings kann die Kri- Glaskeramik durch gerichtete Kristallisation stallitgröße durch die chemische Zusam- von Glas mensetzung stark beeinflusst werden. Kürz- lich konnten Kern/Hülle Strukturen nachge- C. RÜSSEL wiesen werden, die das Wachsen der Kris- talle verhindern. So sind auch die Kristallit- Bei Metallen und Polymeren sind heute gerich- größenverteilungen schmäler als es der tete Werkstoffe als Stand der Technik anzuse- LSW-Theorie entspricht. hen und bieten in vielen Anwendungsbereichen beachtliche Vorteile. Im Gegensatz hierzu sind • Kristallisation von Eukryptit aus Lithiumalu- polykristalline gerichtete Nichtmetallisch- Anorganische Werkstoffe bisher kaum beachtet mosilicatgläsern worden. Die gegenwärtigen Arbeiten konzen- Auch hier konnten Kern/Hülle-Strukturen um trieren sich auf die Herstellung gerichteter ZrTiO4-Kristalle nachgewiesen werden. Hier Glaskeramiken durch Anlegen von elektrischen werden auch grundlegende Arbeiten zur Feldern und durch Oberflächenkristallisation. Keimbildung durchgeführt.

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In einer Reihe von Untersuchungen werden rung-Mapping erstellt und so die Ausrichtung Glasschmelzen unter Einwirkung eines elektri- jedes einzelnen Kristalls beurteilt werden. Bei- schen Feldes kristallisiert. Derzeit stehen Zu- spielsweise zeigt sich bei durch elektroche- sammensetzungen, die die Bildung von Mullit, misch induzierte Kristallisation hergestellter Fresnoit und Lithiumdisilicat erlauben, im Vor- Fresnoit Glaskeramik, dass über 98 % der Kris- dergrund. Durch dieses Verfahren lassen sich talle eine nahezu perfekte Ausrichtung besit- sehr hohe Ausrichtungsgrade erzielen. Es ist zen. nahezu universell verwendbar. Die Schmelze wird mit Elektroden kontaktiert und eine Gleich- spannung von 1-2 V zwischen den Elektroden Ziehen von Glasfasern aufgelegt. Zunächst wird durch die Elektrolyse C. RÜSSEL eine Änderung in der Schmelzzusammenset- zung hervorgerufen. Diese führt an der Kathode Es wurde eine Anlage aufgebaut, um einzelne zu einem starken Abfall der Viskosität. Dies Glasfasern aus einer Schmelze zu ziehen. ermöglicht eine lokalisierte Keimbildung an der Hierbei wird ein Platintiegel mit einem Auslauf Kathode. Die anschließend von der Kathode verwendet. Bei dieser Gelegenheit kann die weglaufende Kristallisationsfront führt zu Glas- Temperatur sowie die Ziehgeschwindigkeit keramiken mit sehr hohem Ausrichtungsgrad. variiert werden. Gemessen werden kann wäh- rend des Ziehvorganges der Faserdurchmesser Oberflächenkristallisierte Fresnoit Glaskeramik sowie die an der Faser anliegende mechani- zeigt unmittelbar an der Oberfläche eine Aus- sche Kraft. richtung der Kristalle in [101]-Richtung, an- schließend eine Ausrichtung in [001]-Richtung Gegenstand der Untersuchungen sind zum und schließlich eine statistische Orientierung, einen Phosphatglasfasern, die als Verstär- welche durch Volumenkristallisation hervorge- kungselement für bioresorbierbare Komposite rufen wird. Bei Oberflächenkristallisation von verwendet werden sollen und zum anderen Bariumalumoboratkristallen zeigt sich unmittel- hochkorrosionsbeständige alkalifreie und borat- bar an der Oberfläche eine [001]-Orientierung, freie Glasfasern. Die Arbeiten laufen parallel während im Volumen die c-Achse parallel zur zur Entwicklung von Fasergläsern mit verbes- Oberfläche ausgerichtet ist. Weiterhin wurde sertem Korrosionsverhalten, verbesserten rheo- auch die Oberflächenkristallisation von Cor- logischen Eigenschaften und verminderter Kris- dierit, Diopsid, Strontiumfresnoit, SiO2-Glas, tallisationstendenz. Es können Doppelbre- Yttriumaluminiumgranat und Bariumzinkalumo- chungsmessungen an Glasfaserbündeln und silicat untersucht. Festigkeitsmessungen an einzelnen Glasfasern durchgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Bei den meisten bisher untersuchten Oberflä- Untersuchungen werden mit den Zusammen- chen kristallisierenden Systemen liegen bereits setzungen und den Ziehbedingungen korreliert. direkt an der Oberfläche gerichtete Kristalle vor. Dies bedeutet, dass gerichtete Strukturen hier Weiterhin wurde eine Anlage aufgebaut, mit der nicht nur durch Wachstumsselektion, sondern es möglich ist, Glasfasern aus Stäben zu zie- auch durch gerichtete Keimbildung entstehen. hen. Hierbei wird ein Glasstab in einen Ofen Wenn die Kristalle in das Volumen wachsen, abgesenkt, ähnlich wie es beim Ziehen von ändert sich in vielen Fällen die Orientierung; optischen Glasfasern üblich ist. Die Anlage was einerseits auf Wachstumsselektion, ande- erlaubt auch das Ziehen von Glasfasern aus rerseits auf Dipol-Dipol Wechselwirkung zu- Stab/Rohr Kombinationen. Hierbei werden auch rückzuführen ist. mit Seltenerdionen dotierte Glasfasern gezo- gen. Diese sollen ihre Anwendung als Faserla- Es ist weiterhin möglich, polare Glaskeramiken ser finden. herzustellen, d. h. die Kristalle in einer bevor- zugten Richtung zu kristallisieren. Dies wird Gläser für die Optik und Photonik dazu genutzt, piezoelektrische Materialien, auch sogenannte Bimorphe, herzustellen. Das C. RÜSSEL Phänomen „gerichtete Keimbildung“ soll in den Die Forschung auf dem Gebiet der Gläser für nächsten Jahren näher untersucht werden. Optik und Photonik konzentrierte sich auf fol- gende Gebiete: Gegenwärtig steht die Charakterisierung gerich- teter Glaskeramik mit dem Rasterelektronen- • Herstellung und Eigenschaften von Tellurit- mikroskop und Electron Backscatter Diffraction gläsern (EBSD) sowie eines Laser Scanning Mikro- skops mit automatischer Bildauswertung im Hierbei werden Struktur/Eigenschaftskorre- Vordergrund. Durch EBSD kann ein Orientie- lationen von Telluritgläsern ermittelt. Im

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Moment stehen lineare und nicht lineare op- Zerstörschwellen als herkömmliche Laser- tische Eigenschaften im Vordergrund. gläser auf Phosphat oder Fluoridphosphat- basis.

• Neue Gläser für Faseroptiken und Faserver- • Lumineszenz Materialien stärker Im Moment stehen Konversionswerkstoffe Das Glas für optische Fasern der ersten für weiße Leuchtdioden im Vordergrund. Generation ist Kieselglas. Allerdings ist die Gegenwärtig werden hierfür anorganische Löslichkeit von Selten Erden Ionen in die- Leuchtstoffe, die in eine Polymermatrix ein- sem Glas nur sehr gering, sodass sie für gebettet sind, verwendet. Wegen ihrer ge- Faserverstärker nur bedingt geeignet sind. ringen Wärmeleitfähigkeit und Korrosions- Im Moment werden am Institut Gläser entwi- beständigkeit kann dieses Konzept aber ckelt, die hinsichtlich ihrer Löslichkeit für nicht für Hochleistungsanwendungen ange- Selten Erden und ihres rheologischen Ver- wendet werden. Unser Konzept ist es, die haltens für den jeweiligen Anwendungs- Leuchtstoffe direkt aus Gläsern auszukristal- zweck maßgeschneidert sind. lisieren. Hierbei werden gegenwärtig Ba- riumsilicate, Yttriumaluminiumgranat sowie • Up Conversion Gläser Erdalkali bzw. Selten Erden Fluoride favori- siert. Für den jeweiligen Anwendungszweck Up Conversion ist die Umwandlung von wird dabei die Lichtstreuung maßgeschnei- Licht großer Wellenlänge in Licht kleinerer dert. Wellenlänge. In der Vergangenheit unter- suchten wir die Kristallisation von Gläsern • Neue Gläser für Hochleistungslaser im System Al2O3/PbO/CdO/PbF2CdF2- Es werden neue Gläser auf Alumosilicat- /YbF3/ErF3. Die Kristallisation ist grenzflä- basis untersucht, die nicht nur herausragen- chenkontrolliert, d. h. die Viskosität steigt de Fluoreszenzeigenschaften besitzen, son- während des Kristallisationsprozesses an. dern auch niedrige thermische Ausdeh- Die Kristalle bestehen aus (Pb, Yb, Er,) Fx nungskoeffizienten sowie hohe Festigkeiten. festen Lösungen. Dies wurde kürzlich durch Hierbei werden die mechanischen, die ther- ASAXS Messungen am Helmholtz-Zentrum mischen und die optischen Eigenschaften Berlin für Energien und Materialien (Sylvio umfangreich charakterisiert. Letzteres ge- Haas, Armin Hoell) ermittelt. Die Gläser zei- schieht in Zusammenarbeit mit dem Institut gen ausgezeichnete Up-Conversion Eigen- für Optik und Quantenelektronik der Univer- schaften. sität Jena. Die Gläser zeigen sehr gute Fluo- reszenzeigenschaften und haben höhere

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Würzburg Prof. G. SEXTL

ORMOCER®e als Schutzschichten für Faser- auch in starken elektromagnetischen Feldern, in Bragg-Gitter-Sensoren Strahlungsbereichen, in chemisch aggressiver

G. SEXTL Umgebung und bei höheren Temperaturen einge- setzt werden können. In die Glasfaser einge- An die Überwachung von Industrieanlagen, Ma- schriebene Bragg-Gitter-Strukturen reflektieren schinen, Bauwerken und Transportmitteln werden Licht innerhalb der Glasfaser, wobei die Reflexi- zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Durch onswellenlängen sehr empfindlich auf Temperatur integrierte Überwachungssysteme sollen Schäden und äußere mechanische Einflüsse reagieren. Die und Katastrophen verhindert, eine optimale Be- weit entwickelte Glasfasertechnologie ermöglicht triebsführung ermöglicht und die Lebensdauer er- die Herstellung dieser Bragg-Gitter-Faser-Senso- höht werden. Besonders wichtig bei der Bauteilü- ren, die leicht in Verbundstrukturen von Bauteilen berwachung ist die Erfassung von mechanischer integriert werden können. Allerdings müssen sie Belastung wie Dehnung, Verformung und Vibra- auch gegen mechanische Beschädigung, Einfluss tion. von Chemikalien und Feuchtigkeit mit einer Be- schichtung geschützt werden. Faseroptische Sensoren haben im Gegensatz zu elektrischen Sensoren hier den Vorteil, dass sie

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Im Fraunhofer ISC wurde auf Basis der Sol-Gel- Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung Technologie ein ORMOCER®-Beschichtungsma- wirtschaftlicher Verfahren (Ökobilanz, LCA). terial entwickelt, das von der Firma FBGS Tech- nologies speziell für Faser-Bragg-Gitter-Sensoren Vorgestellt werden elektrochemische und (elek- eingesetzt wird. Aufgrund der folgenden besonde- tro)-magnetische Verfahren mit denen Eisen und ren Eigenschaftskombinationen ist das ORMO- Schwermetalle wie Blei aus der Glasschmelze CER®-Fasercoating anderen Coating-Materialien restlos entfernt werden können. Weiterhin werden weit überlegen: Schmelzversuche vorgestellt, die zum Ziel haben, Eisen möglichst quantitativ in den Oxidationszu-  UV-Härtbarkeit, stand +3 zu überführen. Die Absorptionsbanden von Fe3+ Ionen liegen in einem so niedrigen Wel-  sehr gute Haftung zur Glasfaser, lenlängenbereich, dass die Transmission im für  Temperaturbeständigkeit, die Energiegewinnung besonders relevanten Wel- lenlängenbereich von PV-Modulen nur wenig ge-  gute Verarbeitbarkeit der beschichteten Faser stört wird.  exzellenter Übertragung von mechanischer Belastung auf die Faser. Mit dem Projekt »Molecular Sorting for Ressource Efficiency« förderte die Fraunhofer-Gesellschaft Das Fraunhofer ISC ist exklusiver Hersteller und im Rahmen ihres Programms »Märkte von Über- Lieferant für das Coating-Material für FBGS Sen- morgen« konsequentes Recycling und Produzie- soren der Firma FBGS Technologies. Neben dem ren in Kreisläufen. Dabei wird der Ansatz verfolgt, Standardcoating wird jetzt auch als weiteres Coa- den Einsatz neuer Rohstoffe in der Produktion so ting der Typ ORMOCER®-T speziell für faseropti- gering wie möglich zu halten. Indem Sekundär- sche Temperaturmessanwendungen eingesetzt. rohstoffe in Kaskaden immer weiterverwertet und Für die Anwendung von ORMOCER®en als Be- in den Produktionsprozess zurückgeführt werden, schichtungsmaterial für Faser-Bragg-Gitter-Sen- lassen sich natürliche Ressourcen in großem soren hat das Fraunhofer ISC eine exklusive Li- Umfang einsparen. zenz an die Firma FBGS Technologies in Jena vergeben. Automatisierte Bestimmung der Glaskristallisation mittels Herstellung hochtransparenter Gläser durch Thermooptischer Messungen (TOM) Molecular Sorting G. SEXTL Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, Alzenau Gläser sind thermodynamisch nicht stabil. In Ab- hängigkeit von der thermischen Behandlung gibt G. SEXTL es mindestens zwei Kristallisationstemperaturen, die obere und die untere Kristallisationstempera- Die Reinigung von Altglasscherben soll durch tur (OEG und UEG). Dabei wird die UEG im Labo- Stofftrennungsverfahren in einer bisher nicht ratorium mittels DTA bestimmt, die OEG wird da- adressierten Größenordnung erfolgen. „Molecular gegen üblicherweise optisch detektiert. Am Fraun- Sorting“ ist definiert als Trennung auf kleinster er- hofer ISC wurde dazu eine Methode entwickelt, forderlicher Ebene, um eine Wiederverwertung als um die OEG mittels thermooptischer Messverfah- hochtransparentes Flach- und Displayglas zu ren automatisiert zu bestimmen. ermöglichen. Es ist für Solartechnologien (Photo- voltaik, Solarthermie), energieeffiziente Häuser Dazu wurde eine Probenentnahme-Apparatur (Dreifachverglasung), elektronische Anwendun- entwickelt, bei der mittels eines Roboters ein spe- gen (Displaytechnik), Beleuchtungstechnik ziell konstruierter Probenhalter in eine Glas- (OLED, LED) sowie für Informations-/Kommuni- schmelze getaucht wird und anschließend in die kationstechnologien (Glasfaser) unverzichtbar. TOM-Anlage transferiert wird. Der Probenhalter Durch diesen innovativen Ansatz soll der bisheri- besteht im Wesentlichen aus einem optimierten ge Recycling-Standard „Bulk sorting“ erweitert Platin-Netz, das in einen Aluminiumoxid-Träger werden, um „Downcycling“ bei diesen Gläsern zu montiert ist. In der TOM-Anlage wird dann der reduzieren bzw. zu vermeiden. Beginn der Kristallisation automatisch über das Einsetzen einer Änderung der Opazität detektiert. Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung von Verfah- ren, mit denen Verunreinigungen aus dem Glas Zur Qualifizierung der Methode wurden verschie- auf molekularer Ebene entfernt werden können. dene Gläser unterschiedlicher Kristallisationsnei- gung mittels herkömmlicher Methoden und mittels

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thermooptischer Messverfahren untersucht, wobei Grundglassystem SiO2-TiO2-ZnO untersucht. Zur die grundsätzliche Eignung der Methode gezeigt Anpassung der oben genannten Eigenschaften werden konnte. wurden die Alkalielemente Li2O, Na2O, K2O zur Verringerung der Verarbeitungstemperatur, die Erdalkalielemente CaO, MgO, BaO, SrO zur Ver- Lichtstreuende Schichten auf Flachglas besserung der Wärmedehnung (WAK) und Al2O3, TiO und ZrO zur Verbesserung der chemischen G. SEXTL 2 2 Beständigkeit zugegeben. Die chemische Bestän- digkeit konnte auf Werte, wie sie für bleihaltige Flachglas wird in der Dünnschichtphotovoltaik als Glasfarben üblich sind, hochgesetzt werden. sogenanntes Superstrat für den Zellaufbau ge- nutzt. Zur Steigerung der Effizienz kann der effek- Für Borosilicat-basierte Grundgläser wurden Glä- tive Lichtweg im dünnen Absorber durch licht- ser im System ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2 untersucht. streuende Schichten verlängert werden. Hierzu Dabei konnten Gläser gefunden werden, die auf- wurde ein nasschemisches Verfahren entwickelt, grund eines mit 4-6 ppm deutlich kleineren WAK bei dem streuende SiO2-Partikel in einer Binder- sehr gut auf Borosilicatglas haften. Die gefunde- matrix großflächig und kostengünstig auf Float- nen Gläser weisen eine für Einmalanwendungen glas appliziert werden. Auf diesen Substraten wie Spritzen oder Ampullen akzeptable chemi- erfolgt der weitere Zellaufbau (Frontkontakt und sche Beständigkeit auf. Für Anwendungen wie Absorberschicht) über Vakuumtechniken. Laborgläser, die regelmäßig gereinigt werden, muss die chemische Beständigkeit noch verbes- sert werden.

Bild 1: Schematische Darstellung der Lichtstreuung in einer Si-Dünnschichtsolarzelle.

Entwicklung bleifreier anorganischer Glasfarben

G. SEXTL Ziel des von der AiF geförderten Projekts ist die Entwicklung bleifreier keramischer Glasfarben, die bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden können. Die gewünschten Verarbeitungstempera- turen liegen im Bereich von 500-550°C bei einer Einbrennzeit von ca. 5 min. Schwerpunktmäßig werden bleifreie Glasbinder entwickelt, die - ne- ben anorganischen Farbpigmenten und organi- schen Bindern bzw. Lösungsmitteln - den Haupt- bestandteil (60-80 % Massengehalt) der Farbe bilden. Diese Farben müssen nach dem Ein- brennvorgang, bei dem die organischen Bestand- teile entfernt werden und das flüssige Glas die festen anorganischen Binder umschließt, sehr gut auf handelsüblichen Gläsern haften. Dabei sollen sowohl Glasfarben für Kalknatronglas als auch für Borosilicatgläser entwickelt werden. Als Glasbin- der zum Einsatz auf Kalknatrongläsern wurde das

52 Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V. Siemensstraße 45, 63071 Offenbach Tel. +69 9758610, FAX +69 97586199, Mail [email protected] Website www.hvg-dgg.de