Normschliff

Grundprinzip und Bedeutung

Der Normschliff ist die häufigste Verbindung zwischen zwei Glasgeräten in der Chemie. Beim üblichen Kegelschliff besitzt ein Gerät eine Hülse und das andere einen passenden Kern. Beispielsweise kann sich die Hülse an einem Rundkolben befinden, während Rückflusskühler oder Tropftrichter den Kern tragen. Die genau bearbeitete Kontaktfläche zwischen beiden Teilen heißt Schliff. Auch Glasstopfen zum Verschließen unbenutzter Öffnungen gehören zu den Kerngeräten.

Während der Benutzung wird die Verbindung leicht mit hochviskosem Schlifffett gefettet oder durch eine Schliffmanschette, einen Dichtring beziehungsweise ein Band aus PTFE (Teflon) ergänzt. Eine Schliffklemme verhindert, dass Kern und Hülse durch Zug oder Druckstöße auseinanderweichen. Übergangsstücke verbinden Geräte mit unterschiedlichen Schliffgrößen.

Maße, Kennzeichnung und Normen

Alle Kegelschliffe besitzen eine Kegelsteigung von 1:20. Der Durchmesser verjüngt sich damit entlang der Achse im Verhältnis 1:10. Eine Normgröße wird durch ein Zahlenpaar wie NS 14/23 bezeichnet: Die erste Zahl gibt den größten Durchmesser, die zweite die Länge der geschliffenen Innenseite an; beide Angaben stehen in Millimetern. Unterschiedliche Größen können mitunter zusammenpassen, wenn ihre erste Zahl übereinstimmt.

DIN 12 242 nennt die Größen NS 5/13, 7/16, 10/19, 12/21, 14/23, 19/26, 24/29, 29/32, 34/35, 45/40, 60/46, 71/51 und 85/55. Außerhalb dieser Norm, aber an sie angelehnt, sind 40/38, 50/42 und 55/44 erhältlich. International können sich die Längen unterscheiden: ASTM E 676-02 unterscheidet Full-, Medium- und Short-length, ISO 383 führt International-length. Weitere Bezeichnungen sind NS für Normschliff, Standard Taper, SJ bei Büchi sowie die Normen ASTM E 676, DIN 12 242 und ISO 383. Der frühere Commercial Standard CS-21 ist obsolet und ließ deutlich größere Maßtoleranzen zu.

ASTM E676-02 gibt die Verjüngung einschließlich Toleranz mit 1 ± 0,006 mm Durchmesser je 10 mm Länge an. Die Norm enthält außerdem Durchmessertoleranzen und eine Methode zur Vakuumleckmessung.

Langschliffe besitzen größere Dichtflächen und werden deshalb vorwiegend für Vakuumarbeiten eingesetzt. Ihre Größen sind NS 5/20, 7/25, 10/30, 12/32, 14/35, 19/38, 24/40, 29/42, 34/45, 40/50, 45/50, 50/50 und 55/50. Kernschliffe gibt es außerdem mit Verengung, Verlängerung, Abtropfring oder Abtropfspitze. Tropftrichter können keilförmige Einschleifungen zur feineren Dosierung besitzen.

Übergänge und Verschlüsse

Übergangsstücke nach DIN 12257 ermöglichen den Wechsel zwischen unterschiedlichen Größen; genormt sind nur Übergänge für Kegelschliffe. Führt das Stück von einem großen Kern zu einer kleinen Hülse, heißt es Reduzierstück. Die umgekehrte Richtung heißt Expansionsstück. Genormte Kombinationen verbinden 14/23 mit 19/26, 14/23 mit 29/32, 19/26 mit 29/32 und 29/32 mit 45/40, teilweise auch in umgekehrter Richtung. Daneben gibt es zahlreiche ungenormte Bauformen, darunter Übergänge zwischen Kegel- und Kugelschliffen sowie zwischen verschieden großen Kugelschliffen. Bei den Größenangaben eines Übergangsstücks beziehen sich Kern und Hülse auf die Teile am Übergang selbst.

Schliffstopfen verschließen offene Hülsen. Verbreitet sind Achtkantdeckelstopfen, verschiedene Sechskanthohlstopfen mit spitzem oder flachem Boden, Ausführungen aus Braunglas, Varianten mit kleinem Griffdurchmesser sowie Deckelstopfen aus Polyethylen. Achtkantstopfen sind bis NS 24/29 teilweise massiv und ab NS 29/32 meist halbhohl.

Massivstopfen entstehen aus einem erhitzten Glasstab, der zu einem Rohling mit Kern und Griff formgepresst wird. Anschließend wird der Normschliff am Kern erzeugt. Hohlstopfen werden aus erhitztem Rohrglas manuell in eine Form eingeblasen. Sie sind deutlich leichter, aber aufwendiger und teurer herzustellen; auch ihr Außenschliff wird anschließend in der Schleiferei gefertigt.

Kegelschliffe mit Querbohrung kommen außerdem in Ventilen von Glasapparaturen wie Büretten vor. Der drehbare Innenkegel besteht aus gefettetem Glas oder Kunststoff; auch Dreiwegventile sind möglich. Bei kleinen Glas-Tropfflaschen bilden Rillen im Flaschenmund und im gedrehten Stopfen zusammen einen Ausflusskanal und einen gegenüberliegenden Lufteinlasskanal. Dadurch lässt sich Flüssigkeit ungefähr dosieren.

Weitere Schliffformen

Neben Kegelschliffen sind Kugel-, Zylinder- und Planschliffe gebräuchlich.

Beim Kugelschliff tragen die Geräte Kugelschichten: eine Kugel ersetzt den Kern, eine Schale die Hülse. Die bewegliche Verbindung erleichtert flexible und spannungsarme Aufbauten. Sie wird häufig bei großvolumigen Apparaturen, etwa Pilotanlagen, sowie an Auffangkolben von Rotationsverdampfern verwendet. Kugelflansch-Verbindungen aus Kugel und Pfanne gibt es in den Nenngrößen KF 15 und KF 25. Anders als Kegelschliffe können Kugelschliffe und Kugelflansche nicht durch Verkanten oder Verkleben „verbacken“. Sie sind jedoch teurer, benötigen immer eine Klammer und lassen sich nur mit größerem Aufwand gegen Überdruck abdichten.

Kugelschliffe nach DIN 12244 Teil 1 tragen das Kürzel S für „Spherical“. Genannt werden S 13, S 19, S 29, S 35, S 40, S 41, S 51 und S 64. Beispielsweise hat S 19 einen Kerndurchmesser von 19,050 mm mit einer Toleranz von −13 µm und einen Schalendurchmesser von 19,057 mm mit +21 µm. Die zweistellige Bezeichnung lautet 19/9. Die zu S 35 angegebene Bezeichnung (35/20) ist laut Lieferant Lactan nicht DIN-gemäß.

Zylinderschliffe bestehen ebenfalls aus Kern und Hülse. Sie kommen bei Kolbenprobern, KPG-Rührern und Glasspritzen vor. Bei einem KPG-Rührer bildet die Rührwelle den Kern; die Verbindung kann so dicht sein, dass ein Vakuum von 1 mbar erreicht wird. Glasspritzen von 0,5 bis 100 ml können einen eingeschliffenen, meist hohlen Glasstempel besitzen; daneben gibt es Stahlkolben und Elastomerstopfen. Die sehr genaue Paarung harter Materialien ermöglicht eine geringe Presskrafthysterese und damit eine feinfühlige Druckrückmeldung. Kolbenprober beziehungsweise Gasspritzen dienen zur anschaulichen, dosierten Handhabung kleiner Gasvolumina.

Planschliffe finden sich an Exsikkatoren, Dünnschichtchromatographie-Kammern, Glasreaktoren und Vakuumglocken. Runde Planschliffe sind nach DIN 12214 mit Durchmessern von 35, 60, 100, 120, 150 und 200 mm genormt; für größere Geräte existieren ungenormte Sondergrößen.

Abdichten, Lösen und Sichern

Kegelschliffe werden beim Gebrauch leicht gefettet, damit sie nachher wieder lösbar bleiben. Bei modernen, sehr präzise gefertigten Schliffen dient das Fett nicht mehr hauptsächlich dem Abdichten. Ohne Trennschicht können starke Adhäsionskräfte Kern und Hülse so fest verbinden, dass der Schliff „verbackt“; dies kann auch ohne verharzende Verschmutzungen geschehen. Alternativ oder ergänzend werden Dichtringe, Schliffmanschetten und PTFE-Band verwendet.

Ein verbackener Schliff lässt sich in der Regel trennen, indem die Hülse schnell erwärmt und gegebenenfalls gleichzeitig der Kern gekühlt wird. Erfolgt die Trennung nicht rechtzeitig, kann es zu einer Kaltverschweißung kommen, nach der sich die Teile nicht mehr lösen lassen.

Schliffklemmen sichern Kegelschliffe gegen leichte Druckstöße und Zugbelastungen. Einfache Kunststoffklemmen sind weniger hitzefest und meist chemisch weniger stabil als Metallausführungen. Metallklemmen können aus federnd gebogenem Stahldraht oder aus gestanztem, gebogenem und vernickeltem Federstahlblech bestehen. Gabelklemmen greifen mit zwei C-förmigen Aufnahmen radial an beiden Schliffpartnern an und pressen sie durch Federkraft axial zusammen. Eine Feststellschraube kann die Presskraft erhöhen. So gesicherte Kegelschliffe bleiben auch bei einem gewissen inneren Überdruck geschlossen. Kugelschliffe müssen grundsätzlich mit Klemmen gesichert werden; diese besitzen durchweg Schraubensicherungen.