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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung keramischer Gegenstände,
insbesondere von Kacheln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer
Gegenstände, insbesondere von Kacheln, für Wandverkleidungen oder Fußbodenbeläge,
die glasiert oder unglasiert sind, welches Verfahren mindestens eine Wärme behandlung
der genannten Artikel erfordert, die entweder in dem herkömmlichen Kanal- oder Tunnelofen
oder in einem ähnlichen Ofen durchgeführt wird, wobei es möglich gemacht wird, die
genannte Behandlung nicht nur in einem Bruchteil der Zeit, die gegenwärtig für die
gut bekannten Verfahren, die die oben genannten Öfen verwenden erforderlich
ist,
durchzuführen, sondern auch den-AusschuZ desfertigen Produktes auf ein Mindestmaß
zu verringern und andere nachstehend beschriebene Vorteile zu erhalten-.
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Die Tongemische, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt
werden kann, gehören zu den (gemäß der von T.
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Emiliani in seinem Werk "Technology of Cerami.cs", hergusgegeben von
P. Ili Lega, Faenza, Italien,(1957) vorgenommenen Einteilung) Klassen der Tonwaren,
Töpferwaren und Steingutwaren, insbesondere zu den verschiedenen Arten der glasierten
Kunsttonwaren (Terrakotta), die auch als harte ßiskuit-oder Halbsteingutwaren bezeichnet
werden.
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Es ist eine gute bekannte Tatsache, daß die Tongemische wahrend des
Brennvorganges einer Reihe exothermer undendo;r thermer Umsetzungen und allotropischer
Veränderungen der; Grundkomponenten unterliegen, wasschließlich zu dem fertigen
Produkt, das dimensional beständig ist, führt.
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Bisher wurde s-tark an der Meinung festgehalten, dEß es allgemein
gesprochen erforderlich war, die Tongemische längeren Wärmebehandlungen nach besonderen
Wärme- und Kühldiaagrammen zu unterwerfens damit brüche, Verformungen und andere
Unvollkommenheiten bei den fertigen Produkten vermieden werden.
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Nachstehend wird der Einfachheit halber auf die Herstellung von glasierten
Kacheln, die mit den oben bezeichneten Tongemischen hergestellt werden, Bezug genommen.
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Nachstehend werden gut bekannte, typische moderne Verfahren
für
die Massenherstellung, das heißt Verfahren, die mindestens 500 m2 glasierte Kacheln
pro Tag und Förderband herstellen können, beschrieben.
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In der Praxis weichen die Vorgänge, die im Verlaufe des Verfahrens
durchgeführt werden, für die verschiedenen Tongemische nicht voneinander ab, ausgenommen
in Bezug auf die Dauer der Wärmebehandlungen und die erreichte maximale Temperatur,
wobei deren durchschnittliche Werte in der nachfolgenden Tabelle gezeigt werden.
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HauptsächXliche Angaben in Bezug auf die bekannte Wärmebehandlung
Tonwaren Töpfer- Halbstein- Steingutwaren gutwaren waren Wärmebe- (semi-gres) (gres)
handlung Dauer Max. Dauer marx. Dauer Max. Dauer Marx.
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Std. gemp. Std. Wemp. Std0 Wemp. Std. TOemp.
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°C °C °C °C Trocknen 40 120 40 120 40 120 40 120.
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Zweites 60 900 60 900 60 900 48 950 Brennen 1000 1280 1000 1050 Glasieren
17 900 17 850 17 900 15 950 1000 1150 1000 1050
Die gepreßten und
ungebrannten Kacheln werden von Hand auf leichte Wagen mit bereiften Rädern geladen
und-anschließend, immer von Hand, auf die feuerfeste Platte von schweren-Wagen mit
Stahlreifen gebracht. Auf diesen letzteren Wagen werden die Kacheln in Stapaln von
mehrmals zehn Kacheln-, wobei jeder Stapel 10 bis 150 Stück umfaßt, angeordnet.
Es wird zwischen den Stapeln ein entsprechender Raum gelassen, so daß die heißen
Gase leicht zirkulieren können; weiterhin sind die Kacheln oft mit den Vorderseiten
zueinander aufgestapelt, so daß die Erhöhungen (mit denen-die Rückseiten der Kacheln
versehen sind) immer zwischen zwei nebeneinanderliegenden Kacheln einen Buftzwischenraum
von 2 mm bilden, der zum Durchgang der Gase dient.
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Die so beladenen Wagen werden in einen kontinuierlichen Trockenofen
eingeführt, in dem sie 20 bis 40 Stunden je nach der Art des Tongemisches verbleiben,
wobei die Stücke auf- ungefähr-1200C erhitzt werden.
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Die Wagen werden sodann in einen kontinuierlich Brennofen eingeführt,
in dem die Kacheln auf maximale Temperaturen von 9000 bis 12800C erhitzt und anschließend
auf~Temperaturen bis nahe der>Raustemperatur abgekühlt werden; die gesamte Verfahrenszeit
schwankt zwischen 48 und 60 Stunden, Je nach der Art des Tongemisches.
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Die Wagen werden sodann zu den Sortierzähleinrichtungen befördert,-wo
die Kacheln nacheinander geprüft und die beschädigten ausgeschieden werden. Anschließend
werden sie
auf Behältern angeordnet, die durch Gabelwagen in die
Nähe der kontinuierlichen Glasiermaschine befördert und von Hand auf diese verladen
werden.
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Beim Verlassen der Glasiermaschine werden die Kacheln mit der ungebrannten
Glasur (da sie aus offensichtlichen Gründen nicht aufgestapelt.werden kgnnen) waagerecht
auf feuerfesten Gestellen oder Rahmen angeordnet, die zum Beispiel -6 Stücke enthaltenen
können.
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Diese Rahmen, die einfach auf den flachen Flächen der Ofenwagen ruhen
oder daran befestigt sein können, haben die Form einer Schachtel, die weder einen
Boden noch einen Deckel aufweist, deren senkrechten Innenwände mit Klammern ausgestattet
sind, auf denen die Kacheln auf zwei entgegengesetzten Kanten-ruhen, wobei die Klammern
einen entsprechenden Abstand voneinander haben, so daß die Entfernung von der oberen
und der unteren Fläche von zwei aufeinanderfolgenden Kacheln ungefähr 15 mm beträgt.
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Die Wagen mit den in Rahmen untergebrachten Kacheln-werden sodann
ineei-nen kontinuierlichen Ofen, einen Glasiserofen, eingeführt, in in- dem- die
Kacheln auf maximale Temperaturen von 8500 bis 115000 erhit-zt -und anschließend
auf Temperaturen nahe der Raumtemperature abgekühlt werden während umfangreicher
Zeitspannen von 15 bts 17 Stunden je nach der Art des Tongemisches.
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Bei gleicher Fläche und Höhe der sich auf einen Wagen findliwohen
Ladung tragen die Wagen des Glasierofens eine
Stückzahl, die ungefahr
1/3 bis 1/4 der von den Brennofenwagen getragenen Zahl beträgt; mit anderen Worten,
während der Querschnitt und die Länge der Öfen gleich ist, beträgt die Zahl der
im Glasierofen enthaltenen Kacheln ungefähr 1/3 bis 1/4 der Zahl der im BiskuitoSen
enthaltenen Kacheln.
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Die glasierten Stücke werden anschließend aus den Rahmen entfernt,
zum Sortieren weitergeleitet und sodann verpackt.
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Aus den obigen Ausführungen und den allgemeinen Kenntnissen kann entnommen
werden, daß die zuvor bekannten Verfah-ren für die Behandlung und für das Brennen
der oben näher bezeichneten Tongemische - Trocknungszeiten von 20 bis 40 Stunden
und Brennzeiten von 48 bis 60 Stunden erfordern; - sehr mühsam sind, da insbesondere
die gebrannten Kacheln einer genauen Kontrolle vor dem Glasieren bedürfen, die manuell
durchgeführt wird, und da das Laden und Entladen der Rahmen ebenfalls manuell durchgeführt
werden muß; Wir haben übe-rraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, die Brennzeit
der Kacheln und die Trockenzeit d-er Kacheln beträchtlich herabzusetzen, selbst
wenn man-.die gleichen Trockenöfen und-die gleichen Brennöfen und die gleichen üblioharweise
bei den bekannten Verfahren verwendeten -Wagen benutzt,-enn--die Kacheln, anstelle
ihrer Anordnu-ng aus den Wagen in--Stapeln, auf ihre Kanten gestellt werden, das
heißt
in eine senkrechte oder fast senkrechte Lage gebracht werden
und ein entsprechender Abstand zwischen ihnen gelassen wird.
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Im besonderen haben wir gefunden, daß es möglich ist, die Trocken-
und Brennzeiten drastisch zu verkürzen, wenn die entgegengesetzten Flächen von zwei
nebeneinander liegenden senkrecht angeordneten Kacheln nicht weniger als 7 mm, und
passender 1,5 cm, Abstand voneinander haben. Es wurde in der Tat gefunden, daß bei
herkömmlichen Kacheln zum Beispiel, ohne die maximalen Wärmetemperaturen erheblich
zu ändern, die Stücke normal den bekannten Verfahren unterworfen werden und für
die besonderen Tongemische ist es möglich, die Trockenzeit der Kacheln auf 4 Stunden
des ganzen erwähnten Tongemisches zu verringern und die Brennzeiten bei Tongemischen
von Tonwaren, Töpferwaren und Steingutwaren können auf 5 Stunden verringert werden,
während bei harten Biskuits und IIalbsteingutwaren die Brennzeiten auf 7 Stunden
herabgesetzt werden können.
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Die senkrechte oder fast senkrechte Anordnung der Kacheln wird in
der Praxis dadurch erzielt, daß entsprechende Rahmen aus feuerfesten Materialien
verwendet werden. Wir haben insbesondere gefunden, daß es möglich ist, bequermerweise
die gleichen Gestelle oder Rahmen, die bei den schon bekannten Verfahren zum Brennen
der glasierten Kacheln verwendet wurden, zu benutzen, eo lange die Rahmen auf den
Wagen der Trockenöfen und der Brennöfen angeordnet sind, nachdem
sie
um 900 gedreht worden sind, so daß die Kacheln sich in einer senkrechten oder fast
senkrechten Lage befinden; die Rahmen können dann übereinander gestellt werden,
so daß sie einen Stapel Rahmen bilden.
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In Erwägung der Tatsache, daß bei Verwendung der Rahmen die Ladekapazität
des kontinuierlichen Ofens auf 1/3 bis 1/4 im Vergleich zum Aufstapeln der Kacheln
herabgesetzt wird, würde die Kapazität des gleichen Ofens gemäß dem neuen Verfahren
bei Tonwarenkacheln zum Beispiel ungefähr wie folgt betragen 40 x 3 = 3,3 mal normal
zum Trocknen 43 60 1 5 x 3 = 4 mal normal zum Brennen Wir haben auch gefunden, daß
die senkrechte oder fast senkrechte Lage der Kacheln unerläßlich für das Biskuitbrennen
und insbesondere für das Trocknen zur Erhaltung von Produkten ohne "Verzerr"-Schäden
ist.
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Wir haben ebenfalls überraschenderweise gefunden, daß das erfindungsgemäß
Verfahren weitere wichtige Vorteile mit sich bringt - eine praktisch vollständige
Verringerung des Ausschusses, das heißt der Prozentsatz des Ausschussesp der bei
den oben beschriebenen gut bekannten Verfahren je nach der Art der verwendeten Tongemische
zwischen 15 % und 50 % schwankt, erreicht Werte von nur einigen Prozent;
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eine beträchtliche Verringerung der brennstoffanforderungen; - die Möglichkeit,
den Ladevorgang der Brennöfenwagen weitgehendst zu mechanisieren. Wenn auf die Wagen
nicht mehr aufgestapelt wird und gerahmte Kacheln geladen werden, wird die Verwendung
der gut bekannten, im Handel erhältlichen Rahmungsmaschinen (die bisher nur beim
Brennen von mit einer rohen Glasur beschrichteten Kacheln Verwendung fanden) auch
für die Biskuitöfenwagen ermöglicht; - Beseitigung der Arbeitszeit für das Sortieren
der gebrannten Kacheln; - die Möglichkeit, die Rippen oder Erhöhungen auf den Unterseiten
der Kacheln fortzulassen, die bisher erforderlich waren, zumindestens für einige
Tongemische, damit sich in den Kachelstapeln Luft zwischenräume für den Durchgang
der Gase bilden konnten. Es ist bekannt, daß diese Erhöhungen Unterschiede in der
Aufnahme der Glasur und deshalb in der Farbe des fertiggestellten Produktes mit
sich bringen, was bisher nur durch eine größere Dicke der Glasur überwunden werden
konnte.
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Wie bereits erwähnt, ermöglicht das neue Brennverfahren die Mechanisierung
und Vereinfachung des Arbeitszyklus'.
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In den beigefügten Zeichnungen wird in Fig. 1 die für die Modernisierung
einer bestehenden Anlage, die mit einem Tunnelofen und einem Ofen für die Herstellung
der glasierten Kacheln ausgestattet ist, durchgeführte Anordnung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren dargestellt0
Die folgenden Figuren zeigen: Fig.2 und
3 im Grundriß und in einer Draufsicht auf die Schmalseite den Rahmen aus feuerfestem
Material, der gegenwärtig zum Brennen von glasierten Kacheln nach den bekannten
Verfahren verwendet wird; ähnliche Rahmen können bei dem neuen Verfahren nach der
Erfindung verwendet werden, Fig. 4 einen Aufriß der automatischen Maschine, die
in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet ist, Fig. 5 eine Draufsicht der Maschine
der Fig. 4, Fig. 6 im Aufriß eine Seitenansicht der automatischen Maschine, die
in teig. 1 mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet-ist, Fig. 7 eine Vorderansicht im
Schnitt der Fig. 6, Fig. 8 eine Draufsicht der Fig. 6, Fig. 9 das Entladen der Kacheln
aus der in Fig. 1 mit 14 bezeichneten Maschine.
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Die für die bevorzugte Ausführungsform der ErEindung verwendete Anlage
wird nachstehend im einzelnen unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben,
in der gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Vorrichtungen bezeichnen.
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a) Die Pressen l und 11 des automatischen Typs sind mit hochglanzpolierten
Formen ausgestattet, um die schwierigen Arbeitsgänge des Kachelaustrimmens auszuschalten;
diese Pressen, die automatisch und abwechselnd arbeiten, um
ein
Reinigen der Formen zu ermöglichen, sind ebenfalls mit einer bekannten Vorrichtung,
die nicht dargestellt ist, zum automatischen Entladen der Kacheln 4 auf das Förderband
3 ausgestattet.
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b) Eine Maschine 5 des bekannten Typs setzt die Kacheln automatisch-
horizontal in die Rahmen 7, die auf dem Förderband 6 stehen (siehe 2).
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c) Der V-Fördergurt 6, der die Rahmen von und zu den Lade-und Entladevorrichtungen
(prints) des Trockners und Ofens -11 transportiert.
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d) Eine automatische Vorrichtung 8 e die die stehenden Rahmen 7 um
90° zur Zeichenebene der Fig. 1 dreht, wobei sie horizontal, wie dies durch 7R angegeben
ist, auf das Förderband 6 gelegt werden.
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Diese in den Figuren 4 und 5 gezeigte Vorrichtung umfaßt: zwei Platten
30 und 31, die an einer auf dem Träger 33 gelagerten Achse 32 befestigt sind, wobei
sich die Achse 32 um 9o0 nach links durch ein Gestell (rackwork) 34 drehen kann.
An den Platten 30 und 31 befestigte Stangen 35 und 36 dienen dazu, die vom V-Fördergurt
43 transportierten Kacheln in deren Vorwärtsbewegung anzuhalten, an den
Platten
30 und 31 befestigte pneumatische Zylinder 38 und 37 zum Betätigen der Klemmplatten
39 und 40, die die Rahmen festhalten, bevor sie sie drehen; die Mikroschalter 41
und 42.
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Die Vorrichtung 8 wird automatisch durch jeden ankommenden Rahmen
betätigt; der Rahmen betätigt den Mikroschalter 41, wodurch die Platten 39 und 4o
den Rahmen einklemmen, das Gestell 34 dreht den Rahmen 7 um 9o° und legt ihn auf
die V-Fördergurte 43 des Förderer 6; hierbei drückt die Stange 35 auf den Mikroschalter
42, wodurch die Klemmplatten den Rahmen loslassen, der vom Förderer 43 fortgetragen
wird, wonach die Platten 30 und 31 ihre für einen neuen Zyklus bereite Ausgangsstellung
wieder einnehmen.
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e)Die Wagen lo der kontinuierlichen Trocken- und siskuittunnelm öfen.
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f)Eine automatische Vorrichtung 14, die bei Ankunft eines jeden Rahmens
7R, der auf dem Förderer 6 horizontal liegt, den folgenden Arbeitsgang ausführt:
jeder Rahmen wird vom Förderband gehoben, um seine Längsachse um 9o° gedreht, erneut
auf den Förderer gelegt, die Kacheln entladen sich durch die Schwerkraft, werden
erneut vom Förderband abgehoben, um ihre Längsachse um 9o° gedreht und wieder auf
das Förderband
gesetzt.
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Diese Vorrichtung 14 vereinigt aufeinanderfolgend einen Rahmenabheb-
und Drehapparat, wie in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt, einen Kachelentladeapparat,
der in Fig. 9 skizziert ist und schließlich einen weiteren Rahmenabheb-und Drehapparat,
der dem nach den Fig. 6, 7 und 8 gleich ist.
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Der Abheb- und Drehapparat umfaßt im wesentlichen: ein Gehäuse 45,
an das das Rahmenwerk 46 durch die Welle des pneumatischen Kolbens 48 gehängt ist;
eine Klemmvorrichtung 49 drehbar gelagert am Rahmenwerk 46 und betrieben durch das
Gestell 50; eine Drehvorrichtung 51, ausgestattet mit zwei Armen 52, getragen vom
Rahmenwerk 46 und betrieben durch das Gestell 53; einen V-Fördergurt 56; eine Haltevorrichtung
54, die durch die Wirkung eines Mikroschalters (nicht dargestellt) in der Nähe der
Haltevorrichtung 54, gehoben oder gesenkt wird.
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Das Arbeiten des Hebe- und Drehapparates wird nachstehend beschrieben.
Der von dem Fördergurt 56 transportierte und in dessen Mitte schon angeordnete Rahmen
55 wird bei seiner Ankunft durch die Haltevorrichtung 54 angehalten, während der
Rahmen den genannten Mikroschalter betätigt,
durch den die folgenden
Arbeitsgänge hintereinander ausgeführt werden: Drehen der Vorrichtung 49, die den
Rahmen 55 einklemmt; Betätigung des Kolbens 48, der das Rahmenwerk 46 zusammen mit
dem Rahmen 55 anhebt; Senken der Haltevorrichtung 54; Drehen der Vorrichtung 51
um 9o0; erneutes Betätigen des Kolbens 48, der den Rahmen 55 auf die Gurte des Förderers
56 senkt, der den Rahmen 55 und die darin enthaltenen Kacheln vom Apparat fortbewegt;
Anheben der Haltevorrichtung 54.
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Der Apparat ist .dann für einen weiteren Zyklus bereit.
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Der Rahmen erreicht sodann die in Fig. 9 dargestellte Entladevorrichtung,
in der die Kacheln 58 kontinuierlich nacheinander durch die Schwerkraft entladen
werden, wie in Fig. 9 klar gezeigt wird.
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Der leere Rahmen gelangt in einen zweiten mit dem oben beschriebenen
identischen Hebe- und Drehapparat, der die Rahmen erneut um 900 in die in Fig. 6
dargestellte Lage dreht.
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Durch Ausstattung des ersten Hebe- und Drehapparates mit zwei V-Fördergurten,
einer zum Tragen des Rahmens und der andere zum Tragen der Kacheln, kann jegliche
Bewegung der Kacheln innerhalb des Rahmens währand dessen
Behandlung
durch Apparate vermieden werden. Eine solche Maßnahme kann bei einigen Rahmentypen
besonders geeignet sein.
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g) Eine automatische Vorrichtung 8', identisch mit der Vorrichtung
8, die die Rahmen aus der horizontalen Lage, wie sie die Vorrichtung 14 verlassen,
in die stehende Lage dreht.
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h) Ein Fördergurt 15, siehe auch Fig. 9.
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i) Eine kontinuierliche Glasiermaschine 16 des gekannten Typs.
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1) Eine lCachelrahmungsmaschine 59 identisch mit der Maschine 5.
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m) Ein V-Fördergurt 17, der die Rahmen von und zu den Lade-und Entladevorrichtungen
(prints) des Glasierofens 19 transportiert.
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n) Die Wagen 18 des Glasierozens 19.
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o) Eine automatische Entladevorrichtung l4', ähnlich mit 14.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: Die von den Pressen 1 und 1' auf den
Fördergurt 3 entladenen rohen Kacheln 4 speisen das automatische Ladegerät 5, das
die Kacheln in den von dem V-Fördergurt 6 transportierten, stehenden Rahmen anordnet.
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Die so beladenen Rahmen werden um 900 gedreht und horizontal, das
heißt bei den Kacheln in senkrechter Stellung, auf den Förderer 6 durch die automatisch
Vorrichtung 8 gelegt (die Rahmen in der horizontalen Lage werden mit 7R bezeichnet).
Das Bedienungsgerät 9 lädt die Rahmen auf die Wagen 18 in der Weise, daß die Kachelflächen
parallel zur senkrechten Ebene, die durch den Trockner und den Ofen 11 verläuft,
bleiben.
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Die Rahmen, die die gebrannten Kacheln enthalten, werden durch ein
Bedienungsgerät 12 auf den kontinuierlichen Förderer 6 gesetzt. Die Kacheln werden
durch die Vorrichtung 14 entladen und durch den Gurt 15 zur Glasiermaschine 16 befördert,
während die leeren Rahmen 7, nachdem sie um 9QO durch die Vorrichtung 8' gedreht
worden waren, zur Ladevorrichtung 5 mittels des kontinuierlichen Förderers 6 zurückgebracht
werden.
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Die Glasiermaschine 16 speist die automatische Ladevorrichtung 5',
die die Kacheln in die Rahmen 7'W, die von dem Förderer 17 getragen werden, setzt.
Die so beladenen Rahmen werden von einem Bedienungsgerät 21 aufgenommen und auf
die Wagen 18 des kontinuierlichen Tunnelofens 19 gesetzt.
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Die Wagen 18 werden beim Verlassen des Ofens 19 von den Rahmen durch
ein Bedienungsgerät 22 entladen und auf den Förderer 17 gesetzt.
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Die Rahmen werden durch das Entladegerät 14 entleert, das die Kacheln
auf den Förderer 23 setzt, der sie zu den Sortierzähleinrichtungen befördert.
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Nach einer anderen Lösung besteht die automatische Vorrichtung 14
im wesentlichen aus einem Zweiwandfördergurt von schneckenartiger Gestalt, bestehend
aus zwei endlosen Gutten, von denen der eine horizontal und der andere vertikal
angeordnet ist, wobei die beiden Gurte, während sie in rechtem Winkel bleiben, um
90° um die Vorwärtsrichtung des Förderers und dann um 9o° in die entgegengesetzte
Richtung gedreht werden; nach der ersten Drehung hört der endlose Gurt, der die
horiaontale Stellung einnimmt, auf und ain weiterer endloser Gurt ist damit so ausgerichtet,
daß dazwischen ein kleiner Zwischenraum gebildet wird.
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Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Rahmen 7, der auf den Zweiwandfördergurten
getragen wird und anfänglich sich in der durch 7R in Fig. l angegebenen Stellung
befand, wird durch die erste 9o°-Drehung des Zweiwandfördergurtes ebenfalls zum
900 gedreht, wodurch die darin enthaltenen Kacheln in direkte Berührung mit dem
horizontalen Gurt kommew Surch den oben erwähnten Zwischenraum entladen werden;
der so freigewordene Rahmen bewegt sich weiter und nimmt durch die zweite Drehung
des Zweiwandfördergurtes seine anfängliche Stellung wieder ein, wodurch er auf den
Förderer 6 der Fig. 1 entladen wird.