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Fensterscheiben sind eine von diesen Sachen, die wie Tarnkappenbomber, subtiler Sarkasmus und Introvertierte per Design nicht auffallen sollen. Umso spannender sind sie aber, wenn man sich dann doch mal mit ihnen beschäftigt. Das habe ich letzte Woche gemacht und zahlreiche Wikipedia-Artikel, Patente, Blog-Einträge und ein Buch später habe ich heute für euch ein paar der interessantesten Fakten und Anekdoten aus der Geschichte des Glases.

Ursprünglich habe ich mich, wie angedeutet, mit Fensterglas beschäftigt; genauer gesagt mit dessen Herstellung. Ich weiß nicht, ob ihr bis jetzt mal darüber nachgedacht habt, aber wenn ja, habt ihr vielleicht wie ich angenommen, dass das Glas auf irgendeine Art und Weise gegossen oder gewalzt wird. Falsch gedacht.¹ Der tatsächliche Prozess ist um einiges spannender und könnte direkt aus einem Steam-Punk Buch stammen.
Fensterglas wird seit den 50er Jahren überwiegend im sogenannten Floatglasverfahren hergestellt. Der Name verrät schon, dass das Glas auf irgendetwas schwimmt, und zwar auf flüssigem Zinn. Richtig gelesen: flüssiges, knapp 1000 °C heißes Glas wird direkt aus einem Ofen auf flüssiges Zinn von ähnlich hoher Temperatur gekippt. Diese Technik, die eigentlich auch aus Mordor² kommen könnte, hat einige sehr praktische Vorteile.
Da das Glas auf dem dichteren Zinn schwimmt, breitet es sich durch die Gravitation auseinandergezogen in eine perfekt planparallele Scheibe (eher in eine Art langes Band, weil es an einem Ende gezogen wird) aus. Durch die Oberflächenspannung des Glases und des Zinns passiert das nicht unendlich lange, sondern es stellt sich eine bestimmte Dicke von etwa 7 mm ein.
Für die meisten Anwendungen ist das allerdings etwas zu viel (Fensterglas ist etwa 4 mm stark). Deswegen macht man das Glas noch dünner, indem man es auseinanderzieht. Damit das Band dadurch aber nicht auch schmaler wird, müssen zusätzlich noch die Ränder festgehalten werden, was mit gekühlten Rollen bewerkstelligt wird.
Jetzt muss das Glas aber noch aus dem Zinnbad heraus. Dazu bedient man sich der Tatsache, dass Glas schon bei viel höheren Temperaturen (ab ca. 600 °C) als Zinn (ca. 230 °C) fest wird. Man senkt also die Temperatur am Ausgang des Zinnbades soweit hinab, dass man das Glas sicher vom noch flüssigem Zinn nehmen kann, ohne es zu beschädigen. Tatsächlich sind über dem gesamtem Zinnbad Temperaturregulierer verbaut, sodass man einen sanften Temperaturabfall vom Ofen zum Ausgang hin gewährleisten kann.
Außerhalb des Bades muss das Glas dann nur noch vorsichtig abgekühlt werden, man nennt das „Glühen“ oder auf englisch „Annealing“. Das ist hier notwendig, damit sich innerer Stress im Material abbauen kann. Bei den verwendeten Temperaturen fließt das Glas an sich zwar nicht mehr, aber einzelne Moleküle im Inneren können sich noch genug bewegen, um sich stress-/spannungsfreier anzuordnen. Überspringt man diesen Schritt und kühlt das Glas zu schnell ab, kann es zerspringen.

Dieser ganze Prozess wirkt vielleicht sehr aufwendig, aber im Vergleich zu den vorigen Verfahren ist er tatsächlich recht einfach. Bevor die Glasherstellung mit dem Floatglas automatisiert wurde, war viel Handarbeit notwendig. Glas wurde zum Beispiel geblasen und durch Zentrifugalkraft in eine Kreisform gebracht, aus der dann kleinere Scheiben geschnitten wurden. Oder man streckte das Glas in Zylinderform, schnitt es auf und faltete es auseinander, um die Mantelfläche verwenden zu können.
Anfang des 20. Jahrhunderts kam man der Automatisierung näher, indem man Glas aus Bädern zog (ein bisschen wie bei Seifenblasen, nur nicht rund und sehr heiß) oder in Formen goss. Hier wurden oft Walzen verwendet, um bestimmte Dicken zu erreichen, weswegen man das Glas danach aufwendig polieren musste, damit man die davor entstandene Irregularitäten wieder los wurde. Außerdem konnte man immer nur stückweise produzieren, soll heißen man erhielt keinen kontinuierlichen „Strom“ aus Glas, sondern große Scheiben fester Größe.
Der Floatprozess löste all das und erlaubte die kontinuierliche Herstellung von Glas ohne Oberflächenstörungen. Lediglich mikroskopische Reste vom Zinn sind auf einer Seite des Glases zu finden, die zwar nicht mit bloßem Auge sichtbar sind, aber dafür unter UV-Licht blau-grau fluoreszieren.

Natürlich kann man Glas nicht nur für Fensterscheiben verwenden. Die frühesten Glasfunde sind Schmuck und Nutzgegenstände und stammen aus dem antiken Ägypten³ von vor etwa 3600 Jahren. Die Ägypter stellten bunte Vasen, Ringe und Perlen her, die jedoch noch nicht durchsichtig waren, sondern eher wie Keramik aussahen. Das Rezept für durchsichtiges Glas wurde erst von den Phönizieren in Syrien erfunden, als diese Braunstein (ein Manganerz) in die Schmelze hinzufügten. In Rom war das Glas der Phönizier sehr beliebt und erlebte eine Explosion aus neuen Produkten, die dann auch gleich selbst von Rom produziert wurden.
Sehr hübsch und selten ist zum Beispiel das von dort stammende Diatretglas. Hier handelt es sich um doppelwandige Trinkgefäße, bei denen die äußere, filigran gearbeitete Hülle, über nicht weniger zerbrechliche Stege mit dem inneren Becher verbunden ist. Bis heute ist man sich nicht komplett sicher, wie die Herstellung funktionierte. Die bisher beste Idee ist, dass das Glas aus dem Inneren durch die Stege in eine äußere Form aus z.B. Quarzsand gepresst wurde, dessen Überreste danach weggeschliffen wurden. Die Technik war wohl so teuer und schwer umzusetzen, dass sich Glasmacher im Voraus oft mit Verträgen der Haftung entzogen, falls etwas kaputt ging.

Nach dem Fall des römischen Reiches wuchs das weit bekannte Muranoglas aus Venedig zu großer Bekanntheit. Murano gehört zwar zu Venedig, ist aber eine eigene Insel. Grund dafür ist tatsächlich Brandschutz; die verwendeten Schmelzöfen stellten ein recht großes Risiko dar. Außerdem konnte so das wohlbehütete Geheimnis der Glasherstellung besser geschützt werden.⁴ Das Geheimnis kam aber eigentlich gar nicht aus Venedig, sondern vermutlich aus Byzanz/Konstantinopel, wo die Glasherstellung den Untergang des restlichen Römischen Reiches überlebte. Von dort gelangten Glasmacher hauptsächlich als Folge des vierten Kreuzzuges⁵ und Byzanz‘ Untergang nach Eroberung durch die Osmanen nach Venedig. Abschließend gesichert ist dies historisch aber nicht; alternative Theorien bringen auch Zuwanderung aus dem arabischen Raum oder nordeuropäischen Gebieten (z.B. Rheingebiet) als Quelle der Expertise an.

Woher auch immer die Venezianer das Wissen hatten, sie waren sehr darauf bedacht, ihr Monopol auf Glaskunst zu schützen. Die Glasmacher wurden in Venedig zwar wie Adlige behandelt, aber es gab häufig Angebote aus dem Rest von Europa, die weitaus lukrativer gewesen sind. Falls sie überliefen, dann entsandte Venedig gerne Auftragsmörder hinterher, die die „Verräter“ dann oft auf offener Straße meuchelten. Klappte das nicht, dann wurden zurückgelassene Familienmitglieder und Freunde eingesperrt, um so Druck auszuüben.
Trotzdem schaffte Venedig es nicht, sein Monopol auf ewig aufrecht zu erhalten. Mitverantwortlich dafür ist König Ludwig XIV. von Frankreich, der unbedingt mehr Glas in seinem Palast haben wollte, aber nicht bereit war den Preis dafür an Venedig zu zahlen. Er beauftragte Jean-Baptiste Colbert, der dann über eine mehrere Jahre lang andauernde Aktion Glas- und Spiegelhersteller mittels Geheimagenten aus Venedig anwarb, um in Frankreich eine Manufaktur zu öffnen. Die Venezianer wirkten dem entgegen, indem sie für Unruhen in den Werkstätten sorgten und die Arbeiter über gefälschte Briefe von Verwandten beeinflussten. Es gab auch zwei mysteriöse Todesfälle deren Ursache ungeklärt bleibt. Schlussendlich waren Venedigs Bemühungen aber vergebens; die Spiegel im Spiegelsaal von Versailles stammen alle aus Frankreich und die von Colbert gegründete Manufaktur existiert als „Compagnie de Saint-Gobain“ noch heute.

Nachdem so die Glasherstellung langsam in ganz Europa Fahrt aufnahm, wurde sie laut Felix R. Paturi, dessen Buch zur Glasgeschichte ich nur empfehlen kann, zu einem Wegbereiter der industriellen Revolution. Zumindest indirekt. Tatsache ist, dass die Glasherstellung sehr viel Holzkohle benötigte. In Großbritannien führte das zu Problemen, weil das Holz auch zum Schiffsbau gebraucht wurde bzw. der Waldbestand generell zur Neige ging. Paturi argumentiert nun, dass man daher vermehrt angefangen habe, im Bergbau Steinkohle abzubauen, was zum Beispiel die Entwicklung der Dampfmaschine zu Folge gehabt haben soll. Das stimmt zwar grob mit den Ansichten von Historikern überein, aber Glas alleine ist sicher nicht der einzige Grund für den Holzmangel und die Industrialisierung.

Egal ob Glas die Industrialisierung ausgelöst hat oder nicht, zumindest brachte der technische Fortschritt auch einige Innovationen in der Glasherstellung und Optik. Gerade aus Deutschland kamen vom Trio Otto Schott, Carl Zeiss und Ernst Abbe zahlreiche revolutionäre Erfindungen.
Zeiss war ein Unternehmer, der sich auf optische Geräte spezialisierte. Er gründete 1846 eine Firma (Carl Zeiss), die unter seiner Führung schnell wuchs und vor allem Umsatz mit Mikroskopen machte. Diese waren damals vor allem bei Biologen recht beliebt, weil die Zelltheorie gerade entwickelt wurde und man dafür möglichst viel Vergrößerung brauchte. Problematisch war nur die Herstellung der Optiken. Es gab damals tatsächlich quasi keine theoretische Grundlage für Linsenformen und Abbildungstheorie; man probierte schlicht so lange mit verschiedenen Schliffen und Abständen herum, bis man etwas brauchbares erhielt⁶.

Zeiss wollte das ändern und stellte den Physiker Ernst Abbe ein, der daraufhin über mehrere Jahre hinweg die Abbildungstheorie entscheidend weiter entwickelte, und so die Optik revolutionierte ⁷. Die mit den neuen Gesetzmäßigkeiten entwickelten Mikroskope waren der Konkurrenz weit voraus und machten Zeiss zum Marktführer.
Das Unternehmen wuchs also weiter und wollte nun auch das verwendete Glas selber herstellen, da das importierte Glas in Qualität nicht ausreichte. Aushilfe schaffte der Chemiker Otto Schott, der neue Glasmixturen mit besseren optischen Eigenschaften entwickelte. Außerdem erfand er temperaturbeständige Gläser, die in Lampen und Laboren Anwendung fanden.
Neben der Glas- und Optik-Geräteherstellung war Zeiss (und später Abbe, der die Firma nach Zeiss‘ Tod 1988 zum Teil übernahm) übrigens auch ein Revolutionär in der sozialen Unternehmensführung. Mitarbeiter arbeiteten damals unübliche 8-Stunden-Tage und erhielten eine firmeneigene Krankenversicherung. Das Eigentum am Unternehmen wurde außerdem unter Abbe an eine Stiftung übergeben, was soziale Sicherheit der Arbeiter und Förderung von Innovationen an Universitäten bewirkte.

So. Ganz zum Schluss möchte ich noch einen Mythos aufklären: Glas fließt nicht!
Oft hört man, dass altes Fensterglas unten dicker sei und daher über die Jahre nach unten geflossen sei. Das stimmt nicht. Die Viskosität (also Zähflüssigkeit) von Glas ist bei Raumtemperatur tatsächlich mehrere Größenordnungen höher als die von z.B. Blei, und das sieht man auch nie zerfließen. Glas ist zwar anders als die meisten Metalle amorph, also ohne Kristallstruktur, aber die Moleküle sind trotzdem stark aneinander gebunden, anders als bei Flüssigkeiten. ⁸
Das Dickegefälle in altem Fensterglas kommt von der damaligen Herstellungstechnik. Ich habe oben erwähnt, dass Glas durch schnelles Drehen in Kreisform gebracht wurde, woraus man dann kleine Scheiben ausgeschnitten hat. Weil die Kreise am Rand dünner waren, übertrug sich das auch auf die Fenstergläser. Diese wurden dann mit der dicken Seite nach unten eingebaut, damit das Glas gleichmäßiger wirkte, als wenn das Gefälle von rechts nach links verlaufen würde. Wäre das Fließgerücht wahr, wären außerdem die ägyptischen Artefakte von vor 3500 Jahren heute höchstens noch unförmige Murmeln.

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Das war es auch schon mit einem kleinen Ausflug in die Geschichte des Glases. Wie immer hoffe ich, ihr hattet Spaß beim Lesen und habt den ein oder anderen Fakt neu gelernt. Unten sind noch Quellen und Links für euch; falls ihr Fragen habt, oder der Meinung seid ich habe mich irgendwo fatal vertan, schreibt mir gerne einen Kommentar!

• Frankreich bricht das Spiegel Monopol – im Spektrum (von den GaG-Menschis)
• Die Geschichte vom Glas – Felix R. Paturi
• Ein Review von Alastair Pilkington über Floatglas
• Does Glass Flow? – Corning Museum of Glass (hier auch noch ein wissenschaftlicher Artikel zum Thema)

Footnotes

1. Naja, fast. Dazu gleich und später mehr.
2. Tatsächlich Großbritannien, aber wie auch immer…
3. Die, die am sichersten zu datieren sind. Die Mesopotamier sind den Ägyptern vielleicht zuvorgekommen.
4. Okay, vielleicht war auch das der Hauptgrund
5. Falls ihr noch nie etwas über den vierten Kreuzzug gelesen habt (dann tut es), hier eine Kurzfassung: Venedig stellte mit gigantischem finanziellen Risiko Schiffe zur Eroberung von Jerusalem zur Verfügung, die Schiffe waren zu spät fertig, man entschied sich Konstantinopel einzunehmen und zu plündern um Kosten zu decken (am Ende etwa 1000% Profit). Ganz Venedig wurde daraufhin exkommuniziert, weil der Papst Krieg gegen Christen statt Muslime nicht lustig fand.
6. Der Fachbegriff ist „pröbeln“. Übrigens waren dadurch z.B. Brillen oft unbrauchbar oder nicht ausreichend gut, weswegen man „Brillenverkäufer“ lange als Synonym für Betrüger verwendet hat.
7. Wen es interessiert: Er hat den Wellencharakter des Lichtes mitberücksichtigt und daraus Gesetze zu Abbildungsfehlern und Auflösungsgrenzen hergeleitet sowie die Bildentstehung neu erklärt.
8. Ich habe ein paar Artikel dazu gelesen, und im Endeffekt ist die Viskosität selbst bei 400 °C so hoch, dass auch nach 1000 Jahren keine signifikante Veränderung wahrnehmbar wäre. Bei Zimmertemperatur kann man also geologische Zeitspannen auf Veränderung warten.