Bologneser Träne
kleine Glastropfen mit einem Kopf, der sich zu einem Schwanz verjüngt
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Bologneser Tränen (auch Bologneser Glastränen oder Batavische Tropfen oder Prinz-Rupert-Tropfen) sind kleine Glastropfen mit einem Kopf, der sich zu einem Schwanz verjüngt. Sie stehen durch die Art ihrer Herstellung derart unter Eigenspannung, dass der Kopf der Träne stark mechanisch belastbar ist und Hammerschläge aushält, der komplette Tropfen aber beim Abbrechen seines Schwanzes zu Glasstaub zerspringt.[1]
Sie sind nicht zu verwechseln mit den natürlich entstehenden und gewöhnlich nicht unter Spannung stehenden Pele-Tränen.
Geschichte
Zu den Ursprüngen der Bologneser Tränen finden sich unterschiedliche Angaben.[2][3][4] Bereits im Antiken Rom unter Kaiser Tiberius könnten unter Glasbläsern die Tränen bekannt gewesen sein.[4]
Im Mittelalter wurde Glas erhitzt, lang ausgezogen und anschließend schnell abgekühlt, sodass es in sehr feinen Glasstaub zersprang. Manche Ärzte und Apotheker gaben ihren Patienten Wasser vermischt mit diesem Glasstaub unter dem Namen Glaswasser als Medizin, was jedoch keinerlei medizinische Wirkung hatte.[3]
1625 wurde das Phänomen, dass Glas plötzlich „in tausend winzige Stücke zerspringt“, erstmals genauer betrachtet und 1642 wurden die Batavischen Tropfen zusammen mit der Bologneser Glasflasche in Bologna neu erfunden.[2]
Dass sich diese Glastränen ungewöhnlich verhalten, entdeckte im frühen 17. Jahrhundert auch Prinz Ruprecht von der Pfalz. Er brachte dem englischen König Karl II. fünf dieser Tropfen mit und sorgte damit bei Hofe für beträchtliches Aufsehen. Nach ihm werden die Tränen im Englischen Prinz-Rupert-Tropfen genannt.[1]
Herstellung
Thermomechanische Begründung
Das dicke Ende einer Bologneser Glasträne kann mit beachtlichem Druck belastet werden. Die Druckfestigkeit an seiner Oberfläche beträgt bis zu 700 Megapascal, also rund dem 7000-Fachen des Atmosphärendrucks.[5] Sobald man aber das dünne Ende auch nur etwas beschädigt, bringt die starke innere Spannung die Träne zum Zerspringen. Die Zerfallsfront breitet sich dabei in hoher Geschwindigkeit durch das Glas aus. Unterschiedliche Quellen berichten von etwa 1600 Metern pro Sekunde (5760 Kilometern pro Stunde)[6] oder 1,9 Kilometern pro Sekunde,[1] was über der Abbrandgeschwindigkeit von Schwarzpulver liegt.
Die starken Spannungen innerhalb der Träne resultieren aus der schnellen Abkühlung bei der Herstellung, da der Tropfen von außen nach innen erhärtet.[5] Die durch die inhomogene Abkühlung induzierten thermischen Spannungen können weiter innen oberhalb der Vitrifikation noch relaxieren, wohingegen nach der Vitrifikation keine Relaxierung mehr möglich ist.[7] Die daraus resultierende extrem harte Schale ist sehr dünn und macht zehn Prozent des Kopfdurchmessers aus.[5] Dieses inhomogene Verhalten führt zu Zugeigenspannungen im Inneren und Druckeigenspannungen außen.[7]
Literatur
- H. Aben. J. Anton, M. Õis, K. Viswanathan, S. Chandrasekar, M. M. Chaudhri: On the extraordinary strength of Prince Rupert's drops. In: Applied Physics Letters. Band 109, Nr. 23, 2016 (doi:10.1063/1.4971339).
- Laurel Brodsley, Frederick Charles Frank, John Wickham Steeds: Prince Rupert’s drops. In: Notes and Records of the Royal Society. Band 41, 1986, S. 1–26 (doi:10.1098/rsnr.1986.0001).
