DE102004023295B4

DE102004023295B4 - Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen Lehm-Faserverbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE102004023295B4
Application number: DE200410023295
Authority: DE
Inventors: Moritz Reifferscheid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-05-04
Also published as: DE102004023295A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen Lehm-Faserverbundwerkstoffen, die im wesentlichen aus Lehm bestehen sowie zellulosehaltige Partikel, Leichtzuschlagstoffe und ein natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, enthalten, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) die Ausgangstoffe werden in vorbereitenden Schritten, wie Mahlen des Lehms und teilweises Zerfasern zellulosehaltiger Ausgangsstoffe vorbehandelt,
b) diese vorbereiteten Ausgangsstoffe werden in einem definierten Mischungsverhältnis mittels eines Knetwerks intensiv miteinander zu einer ersten, streufähigen Fraktion vermischt, die sich hauptsächlich aus Lehm zusammensetzt und im übrigen vorwiegend zellulosehaltige Partikel, Leichtstoffe und Wasser enthält,
c) eine zweite Fraktion, deren Hauptbestandteile Lehm, Wasser und natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, sind, wird mittels eines Mischwerks zu einer sprüh-, fließ- oder streichfähigen Suspension intensiv vermischt und eine Zeit lang ruhen gelassen,
d) das aus der ersten Fraktion entstandene streufähige Schüttgut wird mittels einer oder mehrerer Streuvorrichtungen auf ein langsam bewegtes endloses Transportband derart aufgebracht, dass aus dem Schüttgut ein definiertes Faservlies entsteht,
e) das...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen Lehm-Faserverbundwerkstoffen, die im Wesentlichen aus Lehm bestehen sowie zellulosehaltige Partikel, Leichtzuschlagstoffe und ein natürliches Bindemittel enthalten.
Lehm als Baustoff hat durch seine Verfügbarkeit und einfache Verarbeitung eine jahrhundertealte Tradition, die ihn zu einem der wichtigsten Baustoffe macht. Seit den 1980er Jahren entwickelt sich in Deutschland, Europa sowie weltweit wieder ein Bewusstsein für energiesparendes, ressourcen- und umweltschonendes Bauen mit gesundheitlich unbedenklichen, wiederverwendbaren Baustoffen. Lehm verbindet in einzigartiger Weise diese Attribute in einem einzigen Baustoff. Eine ausgesprochen positive Eigenschaft von Lehm ist seine Sorptionsfähigkeit bei gleichzeitig hoher kapillarer Leitfähigkeit. Durch diese Eigenschaft, den in der Luft enthaltenden Wasserdampf schnell aufzunehmen und ihn bei Veränderungen des Raumklimas wieder schnell abzugeben, schafft der Lehm ein gesundes Raumklima und verhindert Schimmelbildung. Dadurch wird das Raumklima nachhaltig begünstigt.

Platten aus Lehm und zellulosehaltigen Partikeln sind bereits bekannt und werden als handelsübliche Baustoffe angeboten. In der Regel werden diese durch das Bilden und Verdichten eines aus einer pastösen Suspension bestehenden Presskuchens gefertigt. Anschließend werden diese Platten durch hohen zeitlichen, hohen technischen oder hohen finanziellen Aufwand getrocknet und konditioniert. Alle diese Platten kennzeichnet ein aufwendiges Produktionsverfahren, wofür eigene Anlagen konzipiert werden müssen. Zudem benötigen die herkömmlichen Platten eine Dicke von 2 cm oder mehr, um geforderte Festigkeitseigenschaften zu erfüllen.

Nach DE 40 17 057 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Lehmbauplatten bekannt. Hierbei wird eine doppelte Schilfrohrgeflechtlage beidseitig mit Lehm in feuchtem bzw. pumpfähigem Zustand auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband umhüllt und auf den Außenseiten mit einem aus Jute bestehenden Armierungsgewebe beschichtet. Anschließend

Nach DE 102 08 859 A1 und DE 102 08 837 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen in Form von Platten oder Formsteinen, im Wesentlichen bestehend aus Lehm, Holz und einem natürlichen Bindemittel, bekannt. Die einzelnen Komponenten haben dabei eine prozentuale Messeverteilung von ca. 30 % Lehm, ca. 18 % Holzspäne, ca. 40 Wasser und 12 % Getreidestärke. Die Komponenten werden mittels eines Rührwerkes zu einem homogenisierten Lehmbrei gemischt. Die so vorbereitete Mischung wird auf ein endloses Transportband mit Seitenbegrenzung gleichmäßig aufgetragen und anschließend kalt durch eine oder mehrere Anpressvorrichtungen bis zu einer definierten Schichtdicke von ca. 2 cm komprimiert. Hierbei wird ein aus Jute bestehendes Armierungsgewebe auf die Außenseiten aufgebracht. Es schließt sich eine thermische Behandlung der komprimierten Mischung auf dem Transportband durch Mikrowellenstrahlung mit anschließender Konditionierung an.

Nach DE 42 25 193 A1 ist ein Nassverfahren bekannt, bei dem eine aus mineralischen Stoffen, Zuschlagstoffen, Bindemittel und Wasser bestehende Suspension gebildet, entlang einer Entwässerungsstrecke auf einem endlos laufenden Siebband zu einer breiigen Schicht vorgebbarer Dicke ausgeformt und nachfolgend durch eine Trockenzone hindurchgeführt wird und zu mindestens feuerhemmenden, schall- und wärmeisolierenden Deckenplatten verarbeitet wird.

Nach DE 100 49 422 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit Fasern bewehrten anorganischen Bauplatte bekannt. Hierbei wird ein Gemisch aus Lehm, Bindemittel, Wasser und Fichtenholzspänen 30 Minuten lang gerührt und anschließend nach einer Entwässerungsstufe im Gegenstromtrockner auf einen Wassergehalt von ca. 4,5 % heruntergetrocknet und gemahlen. Dieses Gemisch wird dann mit gleichmäßiger Vliesdicke auf ein Endlosfilterband gestreut. Das Endlosfilterband ist hierbei mit einer zum Abbinden notwendigen Wassermenge benetzt. Anschließend wird das so entstandene Vlies gewickelt und durch nachfolgende Trocknung zu Rohren oder durch nachfolgendes Pressen zu Platten weiterverarbeitet.

Diese Verfahren sind als letzter Stand der Technik anzusehen.

Besonders nachteilig ist die hohe Produktionsfeuchtigkeit der Ausgangsmischungen aller Verfahren, die einen sehr hohen Trocknungsaufwand zur Folge hat.

Neben dem energetisch aufwendigen oder zeitintensiven Produktionsverfahren (hoher Trocknungsaufwand) sind

1. der relativ geringe Lehmanteil,
2. die große Dicke,
3. die Außenbeplankung mit Armierungsgewebe,
4. die geringen Flächenabmessungen
5. sowie die zeitaufwendige und komplizierte Verarbeitung der fertigen Produkte als Nachteile anzuführen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren setzen sich zum Ziel, die angeführten Nachteile auszuschließen. Die Produktionsfeuchtigkeit soll möglichst gering sein, damit unnötig lange Trocknungszeiten vermieden werden. Ferner soll der Anteil an nicht-lehmspezifischem, natürlichem Bindemittel möglichst gering gehalten werden und eine mit herkömmlichen Gipskartonplatten vergleichbare Dichte erzielt werden. Außerdem sollen für die zu produzierende Platte Abmessungen, Verarbeitungs- sowie Festigkeitseigenschaften ermöglicht werden, die mit einer herkömmlichen Gipskartonplatte zu vergleichen sind. Dabei soll der Lehm immer Hauptbestandteil sein, um dessen positive umweltrelevante Eigenschaften zu nutzen. Des Weiteren soll eine Dicke von 8 bis 12 mm realisiert und auf das Aufbringen eines Armierungsgewebes verzichtet werden. Die Produktion soll dabei auf herkömmlichen kontinuierlichen Presssystemen beruhen, um Entwicklungs- und Produktionskosten so gering wie möglich zu halten.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Verfahren gelöst.

Wesentlich an diesen Verfahren sind folgende Schritte: Ein definiertes Faserlehmvlies wird mit einer definierten fließ- oder sprühfähigen Lehmsuspension auf der Ober- und Unterseite dünn beschichtet und anschließend bei hoher Temperatur gepresst. Die Erwärmung der Außenflächen verursacht ein Verdampfen des in der Suspension enthaltenen Wassers. Dadurch wird eine schnelle und gleichmäßige Durchfeuchtung der Mittelschicht erreicht, die zu einer höheren Bindung der Tonminerale führt. Nach dem Pressvorgang sind keine weiteren Trocknungsprozesse notwendig. Die Platte ist nach einer entsprechenden Konditionierung gebrauchsfertig.

Neben der praktischen Ausrichtung der nach den erfindergemäßen Verfahren hergestellten Lehm-Faserverbundwerkstoffen am Bewährten (gleicher Anwendungsbereich, vorzugsweise Innenwandbereich, wie die Gipskartonplatte, gleiche Kriterien der Verarbeitbarkeit, also kein Sägen o.ä. zur Bearbeitung nötig, einfaches Schneiden mit einem Messer genügt; der Lehm-Faserverbundwerkstoff knüpft damit an bereits bestehende Erfahrungen des Verbrauchers an) stellt ihre ausschließliche Zusammensetzung aus Naturprodukten (Holzfasern, Lehm, Wasser, natürliche Bindemittel wie Stärke sowie natürliche Zuschlag- bzw. Leichtstoffe) eine konsequente Entscheidung zu ökologischer Verantwortung dar und bietet diese zu vergleichbaren Preisen wie die der Gipskartonplatte an.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den Unteransprüchen 3 bis 10 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt (1 zeigt einen möglichen Verfahrensablauf) und wird im Folgenden näher beschrieben.
Nach einer entsprechenden Vorbehandlung der Ausgangsstoffe, wie Mahlen des Lehms und Aufbereiten zellulosehaltiger Ausgangsstoffe, werden vorgenannte Komponenten sowie die Leichtzuschlagstoffe mittels eines geeigneten Knetwerkes intensiv mit variierbaren Geschwindigkeiten miteinander vermischt. Die so entstandene Fraktion setzt sich hauptsächlich aus Lehm und zu überwiegenden Teilen aus Wasser, Leichtstoffen und zellulosehaltigen Partikeln zusammen.
Parallel dazu werden zu ungefähr gleichen Teilen Lehmpulver und Wasser mit einer geringen Menge Stärke in einem geeigneten Mischwerk zu einer fließfähigen Suspension intensiv vermischt. Diese Mischung wird wenige Minuten lang ruhen gelassen.
Nun wird ein sich langsam bewegendes endloses Transportband 1 mittels einer Walze 2 mit einer nur einige Millimeter dünnen Schicht einer aus dem Behälter 7 stammenden Suspension beschichtet. Darauf wird dann das aus der ersten Fraktion entstandene streufähige Schüttgut mittels mehrerer Streuvorrichtungen 3 und 4 derart auf die dünne Suspensionsschicht aufgebracht, dass ein geordnetes Faservlies mit einer definierten Dicke entsteht. Auf das so entstandene Faservlies wird zuletzt wieder durch Gießen eine obere, aus einem zweiten Suspensionsbehälter 5 stammende einige Millimeter dünne Suspensionsschicht aufgebracht. Das so beschichtete Vlies fährt nun in eine handelsübliche beheizbare kontinuierliche Plattenpresse 6 ein und wird dort mit über 100°C wenige Minuten lang gepresst. Die geforderte Schichtdicke wird dabei entweder mittels elektronischer Steuerung oder einfacher, seitlich angebrachter Distanzleisten gewährleistet. Hierbei können Entlüftungsstufen eingebaut sein. Dabei kann das Transportband profiliert sein, um geformte Kantenabschlüsse während der Plattenbildung einzuarbeiten. Das führt zu höheren Kantenfestigkeiten und besseren Plattenübergängen bei der Verwendung von Stoßbändern.
Nach dem Austritt aus der Heißpresse erfolgen ein maßgerechter Kantenzuschnitt und das Abkühlen in Regalsystemen oder einem Sternwender.
Die fertig konditionierten Platten können mit einer Verpackungsmaschine als Gebinde abgepackt werden. Alternativ ist eine Zwischenlagerung zum Zwecke der Abkühlung möglich.
Der Baustoff Lehm ermöglicht eine Rückführung des Verschnitts in den Produktionskreislauf, somit kann der Verschnitt zerkleinert und dem Mischprozess wieder zugeführt werden. Abfälle werden damit vermieden und die ökologische Komponente des Produkts abgerundet.

Claims

Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen Lehm-Faserverbundwerkstoffen, die im wesentlichen aus Lehm bestehen sowie zellulosehaltige Partikel, Leichtzuschlagstoffe und ein natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, enthalten, mit folgenden Verfahrensschritten: a) die Ausgangstoffe werden in vorbereitenden Schritten, wie Mahlen des Lehms und teilweises Zerfasern zellulosehaltiger Ausgangsstoffe vorbehandelt, b) diese vorbereiteten Ausgangsstoffe werden in einem definierten Mischungsverhältnis mittels eines Knetwerks intensiv miteinander zu einer ersten, streufähigen Fraktion vermischt, die sich hauptsächlich aus Lehm zusammensetzt und im übrigen vorwiegend zellulosehaltige Partikel, Leichtstoffe und Wasser enthält, c) eine zweite Fraktion, deren Hauptbestandteile Lehm, Wasser und natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, sind, wird mittels eines Mischwerks zu einer sprüh-, fließ- oder streichfähigen Suspension intensiv vermischt und eine Zeit lang ruhen gelassen, d) das aus der ersten Fraktion entstandene streufähige Schüttgut wird mittels einer oder mehrerer Streuvorrichtungen auf ein langsam bewegtes endloses Transportband derart aufgebracht, dass aus dem Schüttgut ein definiertes Faservlies entsteht, e) das Faservlies wird mit der in der zweiten Fraktion entstandenen Suspension auf seiner Ober- und Unterseite in definierter Schichtdicke beschichtet, z.B. durch Sprühen, Streichen, Gießen oder Spachteln, f) das beschichtete Faservlies fährt auf dem Transportband in eine beheizbare kontinuierliche Presse ein, g) das beschichtete Faservlies wird dort mit einer definierten Temperatur eine definierte Zeit lang mit definiertem Druck gepresst, h) die geforderte Schichtdicke wird dabei entweder mittels elektronischer Steuerung oder einfacher, seitlich angebrachter Distanzleisten gewährleistet, i) es schließt sich eine Nachbehandlungsphase wenigstens zur Konditionierung und Bereitstellung an, j) anfallende Produktionsrückstände werden gesammelt, zerkleinert und dem Produktionskreislauf wieder zugeführt.
Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen Lehm-Faserverbundwerkstoffen, die im wesentlichen aus Lehm bestehen sowie zellulosehaltige Partikel, Leichtzuschlagstoffe und ein natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, enthalten, mit folgenden Verfahrensschritten: a) die Ausgangstoffe werden in vorbereitenden Schritten wie Mahlen des Lehms und teilweises Zerfasern zellulosehaltiger Ausgangsstoffe vorbehandelt, b) diese vorbereiteten Ausgangsstoffe werden in einem definierten Mischungsverhältnis mittels eines Knetwerks intensiv miteinander zu einer ersten, streufähigen Fraktion vermischt, die sich hauptsächlich aus Lehm zusammensetzt und im übrigen vorwiegend zellulosehaltige Partikel, Leichtstoffe und Wasser enthält, c) eine zweite Fraktion, deren Hauptbestandteile Lehm, Wasser und natürliches Bindemittel, z.B. Stärke, sind, wird mittels eines Mischwerks zu einer sprüh-, fließ- oder streichfähigen Suspension intensiv vermischt und eine Zeit lang ruhen gelassen, d) auf ein langsam bewegtes endloses Transportband wird eine dünne Schicht der in der zweiten Fraktion entstandenen Suspension aufgetragen, z.B. durch Walzen, Gießen oder Sprühen, e) auf diese dünne Schicht wird das aus der ersten Fraktion entstandene streufähige Schüttgut mittels einer oder mehrerer Streuvorrichtungen auf das langsam bewegte endlose Transportband derart aufgebracht, dass aus dem Schüttgut ein definiertes Faservlies entsteht, f) dieses wird von oben mit einer dünnen Schicht der in der zweiten Fraktion entstandenen Suspension beschichtet, z.B. durch Gießen oder Sprühen, g) das beschichtete Faservlies fährt auf dem Transportband in eine beheizbare kontinuierliche Presse ein, h) das beschichtete Faservlies wird dort mit einer definierten Temperatur eine definierte Zeit lang mit definiertem Druck gepresst, i) die geforderte Schichtdicke wird dabei entweder mittels elektronischer Steuerung oder einfacher, seitlich angebrachter Distanzleisten gewährleistet, j) es schließt sich eine Nachbehandlungsphase wenigstens zur Konditionierung und Bereitstellung an, k) anfallende Produktionsrückstände werden gesammelt, zerkleinert und dem Produktionskreislauf wieder zugeführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ ein diskontinuierlicher Verfahrensablauf gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl feuchte als auch trockene zellulosehaltige Partikel verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Leichtzuschlagstoffe z. B. Schlacke, Blähtonerzeugnisse, getrocknete Obstkerne, getrocknete Hülsenfrüchte, ökologische Ausgleichsschüttungen oder andere druckfeste Leichtstoffe verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die kontinuierliche Presse führende Transportband profiliert ist, um entsprechend geformte Kantenabschlüsse während der Plattenbildung einzuarbeiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heißpressvorgangs Entlüftungsstufen eingebaut sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Austritt aus der Heißpresse sich eine Formatierung anschließt und ein Abkühlen in Kühlsystemen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenlagerung zum Zwecke der Abkühlung vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fraktion zellulosehaltige Partikel enthält.