Behälterglas - lvt.wzw.tum.de fileStruktur. H.-C. Langowski Verpackungstechnik - Systeme Glas Rohstoff und Energieeinsparung durch Glas-Recycling. H.-C. Langowski Verpackungstechnik
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H.-C. Langowski Verpackungstechnik - Systeme Glas
Vor- und Nachteile von Glas
Vorteile− große mechanische Festigkeit− Reinheit und mechanische Beständigkeit− vollkommene Undurchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase− Inertheit− Transparenz− häufige Verwertbarkeit durch Recycling− Wiederbefüllbarkeit (für Mehrweg)− heimische Rohstoffe
Nachteile− großes Gewicht (hohe Dichte und hohe erforderliche Dicke)− Sprödigkeit des amorphen Glases (Stoßempfindlichkeit)− Härte− Empfindlichkeit gegen Temperaturdifferenzen >50 K
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Zusammensetzung von Behälterglas(Kalk-Natron-Silikat-Glas)
Zusammensetzung, Anteile in Massenprozent Glasart SiO2 Na2O CaO MgO K2O Al2O3 B2O3 Sonstige Natronkalkglas 70-74 11-13 10-11 1-2 0,5-1 1-4 - Farbe 0,5-<3
Borosilicatglas 70-80 4-15 1-10 - - 3 13 -
Bleisilicatglas 54-58 Σ etwa 14 - - PbO 20-30
Quelle: Verband der BehälterglasindustrieStruktur
H.-C. Langowski Verpackungstechnik - Systeme Glas
Rohstoff und Energieeinsparung durch Glas-Recycling
H.-C. Langowski Verpackungstechnik - Systeme Glas
Nicht alles Glas wird über den Container recycelt
Glas, das in den Container darf:
− Alle Getränkeflaschen sowie alle
− Konservengläser (Gemüse-, Obst- und Sauerkonserven, Marmelade, Mayonnaise, Ketchup, Babynahrung) und
− Glasbehälter von Pharma, Kosmetik und Parfüm
Glas, das nicht in den Container darf:
− Kochgeschirr aus Glas− Glühlampen,
Beleuchtungskörper− Spiegelglas, Fensterglas
und− Kochplatten aus Glas
haben einen höheren Schmelzpunkt als das normale Behälterglas
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Glasrecycling in Deutschland
Quelle: Verband der Behälterglasindustrie
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Glasformung
Die Behälterglasproduktion ist ein Hochtemperaturprozess -bei 1590 °C werden die Rohstoffe zu Glas geschmolzen und über ein Rinnensystem zur Glasformungsmaschine geführt.
Oberland Glas AG
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Glasformung: Press-Blas-Verfahren
Oberland Glas AG
Vor der Glasformungs-maschine werden einzelne Tropfen aus dem Glasfluss portioniert und den einzelnen Verarbeitungs-stationen zugeführt.
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Oberflächenvergütung
Heißendvergütung− Oberflächenglättung (vorhandene Mikrorisse werden weniger leicht zu
makroskopischen Oberflächenverletzungen)− Haftgrund für Kaltendvergütung− Bei 500-700 °C wird eine Zinn- oder Titanoxidschicht aus Zinnchlorid
oder Titantetrachlorid aufgebracht− Überschuss verbrennt(Chlorfreisetzung!)
Kaltendvergütung− Bei 80-150 °C wird eine PE-Suspension aufgesprüht− Bei Mehrweg wird Schicht nach wenigen Umläufen abgetragen
→ ggf. Nachvergütung erforderlichAufgaben
− Erniedrigung der Gleitreibung Erhalt der Innendruckfestigkeit− Transportschutz Äußeres Erscheinungsbild
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Heißendvergütung
Behältertemperatur 500–700 °CAuftrag Zinn- oder Titanoxid (aus Zinn- oder Titantetrachlorid) Schichtdicke 1 nm bis < 1 µm
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Kaltendvergütung
Behältertemperatur 80–150 °Cwässrige Dispersionen von PP, PS
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Kennzeichnen von Glasmarken nach DIN 6121
1. Nennvolumen in ml, cl oder l unter Anfügung der Volumeneinheit oder ihres Einheitenzeichens. (Im Beispiel ein halber Liter)
2. Sonstige Angaben (z. B. Verbandszeichen DIN oder Braupfanne des Deutschen Brauerbundes)3. Soll-Randvolumen in Zentiliter ohne Anfügung der Volumeneinheit oder ihres Einheitenzeichens; oder Abstand
zwischen der dem Nennvolumen entsprechenden Füllhöhe und der oberen Randebene in Millimetern unter Anfügung des Einheitenzeichens. (Im Beispiel würden in eine randvolle Flasche 52 Zentiliter bzw. 0,52 l passen, d.h. 20 ml mehr als dem Nennvolumen von 0,5 l entspricht.)
4. Produktionsschlüssel5. Glasmarken. Die Herstellerzeichen sind von der Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) ausgestellt und
können dort beantragt werden.6. Kennzeichen für Maßbehältnisse7. Herstellungsjahr (die letzten beiden Ziffern), z. B.: 1999 / 998. Quartalsbezeichnung z. B. für das Jahr 1999
1. Quartal 99 - 2. Quartal 99. - 3. Quartal 99: - 4. Quartal 99:.9. Codierung: Maschinenlesbarer Code des Produktionsschlüssels in Form einer Reihe von Punkten
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Deutsche Glashütten und ihre Glasmarken
Saint-Gobain Oberland AG Bad Wurzach/Allgäu Werk Neuburg/Donau (1 Punkt neben O) Werk Essen (2 Punkte neben O) Werk Wirges (3 Punkte neben O)
Rexam Glass Nienburg Nienburg/Weser Werk Wahlstedt Werk Schleiden Werk Neuenhagen
Hermann Heye Germersheim Obernkirchen
PLM Glashütte Münder GmbH Bad Münder am Deister
Gerresheimer Glas AG Düsseldorf
Glashütte Achern GmbH Achern/Baden
Bayerische Flaschen-Glashüttenwerke Wiegand&Söhne GmbH & CO. KG Steinbach am Wald
Quelle: www.hvg-dgg.de/behaelterkennzeichnung.html
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Flaschenausstattung
Bedrucken− Siebdruck− Transferdruck− Tampondruck
Beschichten− Pulverbeschichtung− Nasslackbeschichtung
Etikettieren− Papier-Etiketten− No-Label-Look-Etiketten
Schrumpfetikettierung− Folien-Sleeves
Mattieren− Sandstrahlen− Säuremattierung
Oberland Glas AG
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Hohlglasbehälter: Technische Eigenschaften,
Anforderungen
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Eigenschaften des Glases
ViskositätWärmedehnungDichteOptische Eigenschaften
− Lichtbrechung− Lichtdurchlässigkeit
Mechanische Eigen-schaften
− Elastische Eigenschaften− Festigkeit− Spannungen− Härte
Elektrische Eigenschaften
− Elektrische Leitfähigkeit− Dielektrizitätskonstante− Dielektrische Verluste
Oberflächenspannung
Chemische Beständigkeit
Thermische Eigenschaften
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Festigkeit
Unterscheidung in− theoretische Festigkeit σ
Festigkeit wird durch Stärke der Bindungen zwischen einzelnen Komponenten festgelegt
σ = 0,7 - 3,0 1010 N/m2
− praktische Festigkeit σp
Die theoretische Festigkeit wird durch das Vorliegen von Fehlstellen herabgesetzt.
⇒ Oberflächenfehler, Rissbildung⇒ Ermüdung (nur in Gegenwart von H2O und erhöhter Temperatur)
Zeitabhängigkeit der Festigkeit⇒ Abhängig von Glaszusammensetzung
σp = 5 - 20 107 N/m2
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Scuffinggrad S, die visuelle Beurteilung sowie die manuell gemessene, max. Reibringhöhe in mm der Scuffingklassen (0)-(6) für 0,7-l-GDB-Flaschen
Scuffing- klasse
S in mm2
Visuelle Beurteilung des Scuffings maximale Reibring-höhe in mm
(0) 0 hüttenneue Flaschen, kein Scuffing sichtbar - (0*) 0 hüttenneue Flaschen, einmal gereinigt, kein Scuffing
sichtbar -
(0') 0 hüttenneue Flaschen, ausschließlich chemisch bean-sprucht, kein Scuffing sichtbar
-
(1) 0,0-10,0 unterbrochene Reibringe 1,0 (2) 10,1-20,0 sehr schwache, teilweise oben und unten ausgefranste,
durchgehende Reibringe 1,5
(3) 20,1-30,0 stärkere, teilweise oben und unten ausgefranste, durch-gehende Reibringe
3,0
(4) 30,1-40,0 durchgehende, stark weiß erscheinende Reibringe 4,0 (5) 40,1-50,0 durchgehende, stark weiß erscheinende Reibringe
zusätzlicher zweiter nur schwacher, nicht durch-gehender Reibring unterhalb des ersten
5,0 (4,0)
(6) >50,1 durchgehende, stark weiß erscheinende Reibringe >5,0
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Messverfahren für die Innendruckfestigkeit von Glasflaschen
Kurzzeit-Innendruckfestigkeit− Druckanstiegs- und Druckabfall-Geschwindigkeit 4 bar/s ± 1 bar/s, Prüfdruck muss
60 s ± 1 s lang innerhalb ± 3 % des Druck-Sollwertes konstant sein (DIN 52 320). Jeweils einminütige Druckbelastung und danach schlagartige Drucksteigerung in Schritten von 1 bar bis zum Berstdruck.
Gebrauchs-Innendruckfestigkeit− Man rechnet oft mit etwa 50 % der Kurzzeit-Innendruckfestigkeit.
1-Minuten -Innendruckfestigkeit− wird mit dem Ramp-Pressure-Tester entsprechend der amerikanischen Norm
ASTM C 147-86 bestimmt. Angegeben wird der Druck, dem die Flasche über eine Belastungszeit von 1 min widersteht.
Dauer-Innendruckfestigkeit− Mehrstündige bis mehrwöchige Druckbelastung bei einem bestimmten Druck wird
gehalten.
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Prüfgeräte für die Innendruckfestigkeit von Glasflaschen
Bottle-Pressure-Tester von American Glass Research (AGR)
− Zur Prüfung eines vorzuwählenden 1-Minuten-Prüfdrucks. Die Prüfflaschen werden dabei in der Regel nicht zerstört.
Ramp-Pressure-Tester von American Glass Research (AGR)
− Drucktest von Flaschen bis zum Platzen. Der Berstdruck wird auf einen äquivalenten 1-Minuten-Berstdruck umgerechnet.
Prüfgerät nach Haffmans− Der Innendruck wird mittels einer Wasserpumpe bis zum Bersten
erhöht. Nachteilig bei diesem Gerät ist es, dass man keine gleichbleibende Druckanstiegsgeschwindigkeit erreicht.
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Prüfgeräte für Innendruckfestigkeit
AGR Ramp-Pressure-Tester Prüfgerät nach Haffmans
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Schlagfestigkeit von Glasflaschen
1 Einsatz für Widerlager
2 Messing-Widerlager
3 Schlagkörper
4 Kugellager
5 Höheneinstellung Pendel6 Seitliche Einstellung Pendel
Schlagpendelmessgerät
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Schlagfestigkeit von Euroflaschen mit unterschiedlichem Zerkratzungsgrad
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Schlagfestigkeit von NRW-Flaschen
0
20
40
60
80
100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Schlagimpuls in kg m/s
Sum
men
häuf
igke
it in
%
(1-6)
oben oben
obenunten unten unten
(0*) (0)
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Schlagfestigkeit von NRW-Flaschen
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 10 20 30 40 50 60
Zerkratzungsgrad in mm2/(20mm)
Schl
agim
puls
in k
g m
/s
21 3 4 5 5 6
0
0*
unterer Reibring
oberer Reibring
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Lichtdurchlässigkeit
Die Lichtdurchlässigkeit eines beliebigen Stoffes beruht auf unterschiedlichen Mechanismen der Wechselwirkung mit Licht:
− Bei Gläsern sind die Elektronen von Nebengruppen-elementen (Fe, Mn, Cr, Co) in bestimmten Wellenlängenbereichen leicht anregbar: Gläser sind dann gefärbt, aber immer noch transparent.
− Reflexion: Reflexionsverluste an beiden Flächen (Lichteintritt, Lichtaustritt)
− Streuungsverluste durch Inhomogenitäten. Die Trübung hat ihr Maximum, wenn die Korngröße eines Partikels im Bereich der Wellenlänge des Lichts liegt.
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Farbkationen
Kupfer− CuIIO6 schwach blau
Titan− TiIIIO6 violett
Vanadium− VIIIO6 grün
Chrom− CrIIIO6 grün− CrIVO4 gelb
Mangan− MnIIIO6 violett
Eisen− FeIIO6 blau− FeIIIO4 gelb
Kobalt− CoIIO4 blau− CoIIIO4 rosa− CoIIIO4 grün
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Strahlung
Ultraviolettstrahlung− UV-C 100 - 280 nm− UV-B 280 - 315 nm− UV-A 315 - 380 nm
Sichtbare Strahlung, Licht− 380 - 780 nm
Infrarotstrahlung− IR-A 780 - 1400 nm− IR-B 1400 - 3000 nm− IR-C 3000 nm - 1 mm
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Durchlässigkeiten in verschiedenen Strahlungsbereichen
Durchlässigkeit im ultravioletten Bereich− Absorption durch Wechselwirkung von Licht mit Sauerstoffionen des
Glases− Je schwächer die Sauerstoffionen gebunden sind, desto größer die
Absorption− Bei eingefärbten Gläsern treten auch im UV-Bereich starke
Absorptionsbanden auf. Besonders gute Absorption bereits bei wenigen ppm Fe3+-Ionen.
Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich− Für das Einfärben von Glas sind die Nebengruppenelemente der 4.
Reihe (Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co und Ni) wichtig.− Auftreten von Färbungen durch selektive Absorption− Färbung ist abhängig von der Elektronenanordnung und
Anwesenheit von Sauerstoff
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Optische Eigenschaften
Φ
ΦR
ΦT
ΦA
ΦR1 ΦR2
L L: Schichtdicke
ΦR = Reflektiertes Licht
ΦA = Absorbiertes Licht
ΦT = Transmittiertes Licht
Φ = ΦR + Φ A+ Φ T
1 = R + A + T mit
Reflexionsvermögen R =Φ R/ Φ
Absorptionsvermögen A = ΦA/ Φ
Transmissionsvermögen T = ΦT / Φ
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Durchlässigkeitmessungen
Lambertsches Gesetz
− In jedem Volumenelement dl des Materials wird der gleiche Bruchteil der Strahlung absorbiert
− a = Absorptionskoeffizient− Die Transmission nimmt mit zunehmender Schichtdicke
exponentiell ab
Φ = Φ0• e -a l
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Lichtbrechung
Brechungsgesetz
Reflexionsvermögen Rfür senkrechten Lichteinfall Schichtdicke L
n1 n2 n3
α
βγ
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