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Die Erfindung betrifft einen Gegenstand, der ein feinkörniges Material und ein Bindemittel enthält, in dem das feinkörnige Material verteilt vorliegt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gegenstandes sowie eine Verwendung eines solchen Gegenstandes.
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Ein solcher Gegenstand und ein solches Verfahren sind dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt. So sind beispielsweise am Markt Kohlebriketts mit Holzkohlestaub erhältlich, in denen ein gepresstes Bindemittel verteilt angeordnet ist. Die feinkörnige oder mit anderen Worten staubförmige Holzkohle fällt als Abfallprodukt bei der Holzkohleherstellung an und ist daher kostengünstig erhältlich.
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Aus
DE 199 61 325 C2 ist ein Brikett bekannt, das aus Braunkohlekoks, Stärke oder Weizenmehl als Bindemittel und Weizenstroh besteht. In der
EP 1 978 076 A1 wird zusätzlich ein Oxidationsmittel zugesetzt, das das Anzünd- und Brennverhalten des Briketts verändert.
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Aus der
EP 0 385 665 A2 ist ein Brikett bekannt, das eine Mischung aus Feinkohlen verschiedenster Inkohlungsgrade und diversen Zusätzen enthält. Dieses Brikett kann jedoch ausschließlich als Brennstoffprodukt verwendet werden.
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Brennstoffbriketts auf Kohlenstoffbasis weisen eine geringe Abriebfestigkeit auf. Der meist staubförmige Abrieb dieser Briketts verteilt sich daher leicht über die Luft und färbt ab, was als unangenehm empfunden wird.
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Die
US 5,421,836 beschreibt ein Brikett, das aus Kokosnussschalenkohle, Borax, Kalksteinpulver, Cassava-Stärke und weiteren Inhaltsstoffen besteht.
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Herkömmliche Holzkohlebriketts aber auch Briketts auf der Basis anderer Kohlearten, die beispielsweise in der
DE 199 61 325 C2 und daran anknüpfend in der
EP 1 978 076 A1 und
EP 1 277 272 offenbart sind, werden ausschließlich mit Hilfe eines Pressverfahrens hergestellt. Bei dieser Art der Herstellung ist es nicht möglich, einen Gegenstand mit Hinterschneidungen herzustellen, was den Formenschatz relevant einschränkt.
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Der limitierte Formenschatz und die geringe Abriebfestigkeit werden als Grund dafür gesehen, dass keine anderen Anwendungen als die Herstellung von Brennstoffbriketts für einen Werkstoff, der überwiegend aus gebundener Kohle besteht, bekannt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gegenstand der eingangs genannten Art bereitzustellen, der nicht nur zur Verbrennung sondern darüber hinaus auch für andere Zwecke eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Gegenstand dadurch gelöst, dass das Bindemittel abriebfest ausgehärtet ist und wenigstens eine Hinterschneidungen und/oder wenigstens einen Hohlraum ausbildet.
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Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass ein feinkörniges Material, ein Bindemittel und Wasser unter Ausbildung einer Ausgangsmischung miteinander vermischt werden, die Ausgangsmischung in eine Gussform gegeben und die Gussform anschließend über eine Vernetzungszeitdauer hinweg unter Gewinnung eines formstabilen Gegenstandes einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Der so erhaltene Gegenstand kann anschließend getrocknet werden.
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Ausgehend von der eingangs genannte Verwendung löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass der Gegenstand als Brennstoff und insbesondere Grillbrikett oder Grillkohle eingesetzt wird.
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Erfindungsgemäß ist ein Gegenstand bereitgestellt, der eine Hinterschneidung aufweisen kann. Unter einer Hinterschneidung ist im Rahmen der Erfindung ein Abschnitt des Gegenstandes zu verstehen, der frei am Gegenstand hervorsteht. Um eine Hinterschneidung am Gegenstand auszubilden, kann dieser nicht wie bislang üblich, durch ein Pressverfahren hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Gegenstand ist beispielsweise durch ein Gießverfahren oder ein additives Fügeverfahren - wie den 3-D-Druck - hergestellt. Neben oder anstelle einer Hinterschneidung weist der erfindungsgemäße Gegenstand wenigstens einen Hohlraum oder wenigstens eine Ausnehmung auf. Auch hier gilt, dass der erfindungsgemäße Gegengenstand nicht durch übliche Pressverfahren hergestellt werden kann, sondern auf andere Fertigungsverfahren wie das Gießverfahren oder den 3-D-Druck ausgewichen werden muss.
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Auf Grund der Möglichkeit, Hinterschneidungen und/oder Hohlräume auszubilden, kann der Gegenstand im Rahmen der Erfindungen beliebig ausgestaltet werden. So kann der erfindungsgemäße Gegenstand beispielsweise kranzförmig, als Tannenbaum, Spielfigur, Dekoartikel wie beispielsweise als Lampenschirm, Totenkopf, Urne oder dergleichen ausgestaltet sein.
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Im Rahmen der Erfindung wird der erfindungsgemäße Gegenstand auch als Brennstoffprodukt und beispielsweise beim Grillen oder im Kaminfeuer eingesetzt.
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Im Rahmen der Erfindung wird der erfindungsgemäße Gegenstand auch als biologisch abbaubares Gefäß und beispielsweise als Urne eingesetzt.
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Darüber hinaus ist das Bindemittel abriebfest ausgehärtet. Mit dem Begriff abriebfest ist im Rahmen der Erfindung gemeint, dass das Bindemittel und damit der gesamte erfindungsgemäße Gegenstand eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer mechanischen Beanspruchung aufweist. So weist der erfindungsgemäße Gegenstand beispielsweise gegenüber einer mechanischen Reibung eine hohe Widerstandfähigkeit in dem Sinne auf, dass bei einer Verwendung im Haushalt kein Abrieb mit Kohlenstaub im Gefolge entsteht. Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Gegenstand die Abriebfestigkeitsklasse 2 oder höher auf.
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Das Bindemittel wird im Rahmen der Erfindung mit dem feinkörnigen Material vermengt und anschließend ausgehärtet. Ist das Bindemittel beispielsweise ein Monomer wird dessen Polymerisation so ausgeführt, dass eine ausreichend hohe Vernetzung der Monomere oder Reaktionsstellen erreicht ist, um die gewünschte Abriebfestigkeit bereit zu stellen.
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Vorteilhafterweise enthält das feinkörnige Material brennbare Kohle oder brennbaren Kohlenstoff. Kohle besteht aus organischen Substanzen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff und dergleichen. Darüber hinaus kann Kohle auch Mineralien und Wasser aufweisen. Im Wesentlichen enthält Kohle jedoch brennbaren Kohlenstoff.
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Der brennbare Kohlenstoff ist vorzugsweise durch Holzkohle, Bambuskohle, Kokosnussschalenkohle oder eine ähnliche Kohlenart oder aus einer Mischung dieser Kohlearten bereit gestellt. Die genannten Kohlearten sind kostengünstig am Markt erhältlich.
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Vorteilhafterweise weist das feinkörnige Material eine Körnung zwischen 0 mm und 12 mm und insbesondere zwischen 0 mm und 2 mm auf. Mit dem Begriff „Körnung“ ist die Größe der Partikel des feinkörnigen Materials mit anderen Worten dessen Korngröße gemeint. Das feinkörnige Material liegt beispielsweise als feiner Staub mit einer Körnung von weniger als 1 mm vor. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch eine gröbere Körnung bis zu 40 mm oder eine Mischung verschiedener Körnungen möglich. Zu bevorzugen ist eine möglichst feine Körnung.
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Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung variiert der Anteil des feinkörnigen Materials bezogen auf den wasserfreien Gegenstand insgesamt zwischen 50 Gew.-% und 85 Gew.-% und beträgt insbesondere 70 Gew.-%. Ein solcher Anteil des feinkörnigen Materials sorgt dafür, dass das feinkörnige Material dem Gegenstand die von ihm bereit gestellten Eigenschaften aufprägt. Ist das feinkörnige Material beispielsweise eine Kohlenart und variiert der Anteil der Kohlenart in dem oben angegeben Bereich, ist für eine ausreichende Brennbarkeit des erfindungsgemäßen Gegenstandes gesorgt.
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Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Bindemittel ein organisches Bindemittel. Als organisches Bindemittel kommt bevorzugt Mehl, insbesondere Getreidemehl oder Weizenmehl, oder Stärke, insbesondere Weizen-, Mais- oder Kartoffelstärke, in Betracht. Durch die Auswahl eines organischen Bindemittels kann der erfindungsgemäße Gegenstand bedenkenlos in einer Wohnung oder einem Wohnhaus beispielsweise als Dekoartikel verwendet, kann anschießend im Kamin verbrannt oder kompostiert werden.
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Vorteilhafterweise variiert der Anteil des organischen Bindemittels bezogen auf den wasserfreien Gegenstand insgesamt zwischen 15 Gew.-% und 50 Gew.-% und beträgt insbesondere 30 Gew.-%. Ein solcher Anteil des organischen Bindemittels hat sich als vorteilhaft heraus gestellt.
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Bei einer Variante der Erfindung variiert die Restfeuchte des erfindungsgemäßen Gegenstandes zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-% und liegt insbesondere unter 5 Gew.-% bezogen auf den wasserfreien Gegenstand insgesamt. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass das vorteilhafterweise aus einem organischen Polymer bestehende Bindemittel ausreichend durchpolymerisiert oder mit anderen Worten vernetzt ist, um die gewünschte Abriebfestigkeit bereit zu stellen.
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Der erfindungsgemäße Gegenstand ist vorteilhafterweise als Dekoartikel insbesondere als Lampenschirm ausgebildet. Abweichend davon ist der erfindungsgemäße Gegenstand ein Totenkopf oder eine Urne.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist der erfindungsgemäße Gegenstand biologisch abbaubar. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Gegenstand einfach entsorgt werden.
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Ein optimales Mischungsverhältnis ergibt sich bei einer Zusammensetzung von 70 Gew.-% kohlenstoffhaltiges Material aus Holzkohle und 30 % Weizenmehl.
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Das erfindungsmäße Verfahren sieht vor, dass die Ausgangsstoffe, also ein feinkörniges Material und ein organisches Bindemittel, in eine Mischanlage oder Knetmaschine gegeben und mit dieser vermischt werden. Dabei entsteht als Ausgangsmischung je nach Wassergehalt eine pastöse bis dünnflüssige, homogen durchmischte Masse, die bevorzugt einen Feuchtigkeitsgehalt von 40-60 Gew.-% aufweist.
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Diese Ausgangsmischung wird in eine Gussform beispielsweise eine Backformen gefüllt. Die Gussform ist bevorzugt formstabil und ist beispielsweise aus Blech gefertigt. Im Rahmen der Erfindung kann die Guss- oder Backform jedoch auch elastisch ausgeführt sein und beispielsweise aus einem Elastomer wie Silikon bestehen. Bevorzugt verhindert die Backform aufgrund ihres Materials wie zum Beispiel Silikon ein Anbacken der Ausgangsmischung an ihrer Innenwandung. Alternativ kann jedoch die Gussform innen mit einer abweisenden Schicht wie beispielsweise Teflon beschichtet sein.
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Die Gussform ist vorteilhafterweise zur Ausbildung von wenigstens einer Hinterschneidung und/oder wenigstens eines Hohlraums eingerichtet.
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Das Ausbacken erfolgt bei Temperaturen zwischen 80°C und 250°C, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 130°C und 220°C. Optimal ist eine Backtemperatur von 160 ° bis 200°C.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei die
- Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch verdeutlicht.
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1 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 schematisch.
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Zur Herstellung eines Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung wird pulverförmige Holzkohle 2 als feinkörniges Material mit einer mittleren Partikelgröße oder mit anderen Worten einer Körnung von 0,8 Millimeter mit Weizenmehl 3 als Bindemittel und etwas Leitungswasser 4 in einen Mixer 5 als Mischanlage gegeben. Der Mixer 5 vermengt die besagten Ausgangsstoffe 2, 3 und 4 zu einer Ausgangsmischung, wobei der Anteil der Holzkohle an der trockenen Gesamtmasse 70 Gew.-% und der entsprechende Anteil des Weizenmehls 30 Gew.-% beträgt. Der trockenen Mischung von Mehl und Holzkohle werden 100 Gew.-% Wasser bezogen auf die trockene Mischung aus Holzkohlestaub und Weizenmehl zugesetzt. Der Mixer 5 verarbeitet diese Ausgangsmischung zu einer pastösen Masse. Diese pastöse Masse wird in eine aus Silikon gefertigte Gussform 6 gegeben, die zum Abformen eines Gegenstandes mit Hinterschneidungen und Hohlräumen in Gestalt eines menschlichen Schädels eingerichtet ist. Anschließend wird die Ausgangsmischung in einen Ofen 7 bei Temperatur von 200°C gegeben, bis die Mischung eine Restfeuchte von 5 % erreicht. Man erhält schließlich einen abriebfesten Totenkopf 8 aus Mehl und Holzkohle, der somit biologisch abbaubar ist.
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Der Totenkopf 8 kann optional in einen Trocknungsofen 10 gegeben, oder direkt einer Verpackung 9 zugeführt werden. Die Trocknung im Trocknungsofen 10 erfolgt bei 40°C über einen Zeitraum von 120 Minuten hinweg.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19961325 C2 [0004, 0008]
- EP 1978076 A1 [0004, 0008]
- EP 0385665 A2 [0005]
- US 5421836 [0007]
- EP 1277272 [0008]
