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Wärmeausdehnung

Dem Tonbergbaumuseum Westerwald in Siershahn ist ein besonders Exponat zugegangen: ein Leitz Universal-Dilatometer Modell UDB aus den 1960er Jahren. Es stand früher im Labor des Westerwälder Mosaikfliesenhersteller Jasba in Ötzingen.

Universal-Dilatometer UBD nach Bollenrath

Es handelt es sich um ein gut erhaltenes und funktionsfähiges Exemplar der Firma Leitz, Wetzlar, die führend war in der Herstellung optischer Präzisionsinstrumente. Optische Dilatometer wurden dort ab 1953 gebaut. Lediglich das Leitz Museum in Wetzlar erinnert heute (auch) an die Firmengeschichte (www. ernst-leitz-museum.de).

Dilatometer, insbesondere das Leitz UDB nach Bollenrath zur Messung der Wärmeausdeehnung, waren in der Keramikindustrie verbreitet und ebenfalls in den Labors der Tonbergbauunternehmen anzutreffen. Es war ein unverzichtbare Instrument zur Ermittlung wichtiger Eigenschaften an Tonen. Heute sind wesentlich kleinere, digitale Messgeräte für thermische Analysen im Einsatz.

Im Tonlabor

Die Wärmedehnung (und -schwindung) ist eine wichtige Eigenschaften Materialeigenschaft und spielt eine wesentliche Rolle in der Technik und Materialwissenschaften. Da sie  allen festen, flüssigen und gasförmigen Materialien zu eigen ist, kommt ihrer Kenntnis eine bedeutende Rolle bei der Beurteilung z.B. von Rohstoffen und Tonen zu.

Der Effekt jedem bekannt: mit steigender Temperatur dehnt sich ein Körper aus und bei fallender zieht er sich wieder zusammen. So sitzt bei sommerlichen Temperaturen z.B. die Uhr mit Armband wesentlich fester am Handgelenk als bei niedrigen Temperaturen. Auch jede Flüssigkeit ändert ihr Volumen bei Temperaturänderung, was sich mit einer einfachen Markierung z.B. an einer Flasche jederzeit überprüfen lässt. Meist sind die Veränderungen nur gering, können sich aber in der Summe stark auswirken. Eine Eisenbahnschiene von 30 m Länge hat bei einer Temperaturerhöhung von -10 Grad C auf +30 Grad C eine Längenausdehnung von 14 mm, d.h. auf einer Strecke von 3 km dehnt sich der Schienenstrang um 1,4 m aus. Der Vorgang ist reversibel (zahlreiche Beispiele zur Wärmeausdehnung findet man im Internet).

Quelle:
Lehnhäuser W. (1966) Dilatometer-Prüfungen im Keramischen Bereich. Sprechsaal-Verlag, Coburg

Dies ist insbesondere bei glasierten keramischen Artikeln wie Fliesen oder Porzellan von entscheidender Bedeutung. Da der Grundkörper einer Fliese oder einer Tasse aus anderen Rohstoffen besteht als die Glasur, muss deren jeweiliges Dehnungs- und Schwindungsverhalten bekannt sein und auf einander abgestimmt werden. Hierbei ist der WAK, der lineare Wärmeausehnungskoeffizient bedeutend. Er ist der Quotient aus der Differenz der linaren thermischen Ausdehnung zwischen zwei Temperaturen und der Temperaturdifferenz selbst. Sind z.B. der WAK des Scherbens und der der Glasur nicht aufeinander abgestimmt, können Risse, Abplatzer oder Abrollen auftreten und den Artikel damit unbrauchbar machen.

Dilatometerkurven von Kaolin-Quarz-Mischungen mit unterschiedlichen Korngrößen, vorgebrannt bei 800°C
Quelle: Schüller, K. &  Stindl, P. (1964) A Study of Thermal Expansion of Ceramic Materials. IXth International Ceramic Congress, Brussels.

Dehnung-Schwindung, Dilatometer, Tonbergbaumuseum, WAK, Wärmeausdehnung

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