DE1942524B2

DE1942524B2 - Verfahren zur herstellung thermisch geschaeumter formteile

Info

Publication number: DE1942524B2
Application number: DE19691942524
Authority: DE
Inventors: Fridolin Dipl Phys Dr Kummermehr Hans 6700 Ludwigshafen Mechel
Original assignee: Grunzweig & Hartmann AG, 6700 Lud wigshafen
Priority date: 1969-08-21
Filing date: 1969-08-21
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE1942524A1

Description

Die F.rfindung betrilft ein Verfahren zur Herstel- platte, die mit Trennmittel bestreut oder bestrichen

lung von Formteilen durch thermisches Verschäumen ist, in einem geeigneten Ofen einer Wännebchand-

eines silikatischen Materials wie Glas, Ton, Schlacke, lung unterzogen. Die Rohlinge werden auf ihrer

Bims, Hasalt u. dgl. in Abmischung mit natürlichen Unterlage durch den Schäumofen transportiert und

und/oder künstlichen Treibmitteln unter Anwendung 5 schäumen dabei frei auf. Nachteilig ist es, daß nicht

einer Temperatur, bei der das vorgeformte Material nur die Formkörper sondern auch die Unterlageplat-

pyroplastisch erweicht. ten viel Wärmeenergie aus dem Ofen austragen. Die

l-s sind verschiedene Verfahren bekannt, nach Unterlageplatten werden durch die Wechseltempcra-

denen Mischungen aus Silikatmaterialien und Treib- turbelastung in Verbindung mil ler mechanischen

mittel durch Anwendung von Wärme zu geschäumten io Belastung stark beansprucht. Sie ind deshalb einem

Formkörpern verarbeitet werden. Hierbei werden die erhöhten Verschleiß unterworfen, selbst wenn sie aus

schäumfähigen Mischungen entweder vor dem Blähen teurem hitze- und wechseltemperaturbeständigem

geformt oder als endloser Strang gebläht und nach- Material bestehen. Der Rücktransport der Unterlage-

träglich durch Zerschneiden gebildet. platten vom Ofenende zum Ofeneinlauf und die

Am meisten wird ein Verfahren angewandt, bei _l5 stetige Erneuerung des Trennmittels gestalten das

dem die Mischung aus dem Silikatmaterial und einem Verfahren unwirtschaftlich.

geeigneten natürlichen und/oder künstlichen Treib- Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Her-

mittel in Formbehälter eingefüllt und anschließend stellung von Formteilen durch thermisches Verschäu-

in diesen Formen thermisch aufgeschäumt wird. Die _men eines silikatischen Materials wie Glas, Ton,

«chaumfähige Mischung kann auch zwischen allseits _ao Schlacke, Bims, Basalt u. dgl. in Abmischung mit

umschließenden Metallbändern erhitzt werden, wobei natürlichen und/oder künstlichen Treibmitteln unter

«ie unter vollständiger Raumausfüllung zwischen den Anwendung einer Temperatur, bei der das vorge-

Metallbändern aufschäumt. Hierbei ist es nachteilig, formte Material pyroplastisch erweicht. Das Verfah-

daß die Formen oder Metallbänder wegen der teil- _ren hat sich als sehr wirtschaftlich erwiesen, beseitigt

»-eise sehr starken Temperaturbelastung aus einem ₂₅ die vorstehend aufgezeigten Nachteile, und ist da-

leuren Material bestehen müssen und daß sie wegen durch gekennzeichnet, daß das in an sich bekannter

der hohen thermischen Belastung einem schnellen Weise aufbereitete und zu Formteilen wie Platten,

Verschleiß unterliegen. Die Formen bzw. Metallbän- Stränge od. dgl. vorgeformte Material mit Hilfe eines

der müssen zur Vermeidung des Anklebens der Luftkissens durch einen geeigneten Durchlaufofen

ichäumfähigen Mischung während der thermischen _3o transportiert und gleichzeitig aufgeschäumt wird, wo-

fcrweichung mit einer Trennmittelschicht überdeckt bei das Luftkissen durch eine Vielzahl von Luftströ-

«verden. Die Formen und Metallbänder verursachen men gebildet wird, die aus der Boden- und gegebe-

felativ hohe Kosten, weil sie Wärme aus dem Schaum- nenfalls den Seitenflächen des Durchlaufofens aus-

©fen austragen, die unter Umständen größer sein treten und deren Drücke, .Strömungsrichtung und

lann, als die Wärmemenge, die für den eigentlichen ₃₅ Strömungsgeschwindigkeit gegebenenfalls nach Zonen

Schäunnorgang benötigt wird. Die fertig geformten unterteilt regel-und einstellbar sind.

Teile müssen in einem gesonderten Arbeitsgang aus _{Durcn das} erfindungsgemäße Verfahren sind die

den Formen bzw. von den Metallbändern entformt bei den bekannten Methoden auftretenden Schwie-

^erden. Erst dann können die Formen bzw. Metall- rigkeiten bzw. kostenverursachenden Verfahrens-

biinder zur Neubeschickung an den Eingang des ₄₀ schritte in einfacher Weise vermieden. Insbesondere

Schäurrofens zurücktransportiert werden. Das Ent- j_{st es} günstig, daß die herkömmlichen schweren

formen und der Rücktransport ist insbesondere bei Transportvorrichtungen durch den Ofen vermieden

geschlossenen Formbehältern sehr arbeitsaufwendig. werden, die bekanntlich wegen der hohen Tempera-

Zur Vereinfachung des Schäumvorganges wird turbeanspruchung und der teuren Materialien un-

■ach einem weiteren Verfahren die pulverförmige 45 wirtschaftlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren

Schäummischung in einem senkrecht stehenden vermeidet insbesondere auch, dab die Transportvor-

lchacht schichtweise aufgetragen und durch Einwir- richtungen beim Durchlaufen des Schäumofens das

lung von Wärme auf die obere Schüttfläche schicht- volle Tcmperaturwcchsclspiel bekannter Schäumvor-

Weisc aufgeschäumt. Mit fortschreitendem Anwach- gänge erfahren und dadurch einer starken thermi-

■en des Schaumes bewegt sich der dadurch gebildete 50 sehen Wechseltempcraturbelastung unterworfen wer-

itrang durch Einwirkung der Schwerkraft in dem den. Durch die Vermeidung mechanisch-bewegter

Schacht nach unten, sobald eine neue Lage der Transportvorrichtungen wird der mechanische Ver-

ichäummischung auf der letzten, schon geschäumten schleiß eliminiert. Es entfallen weiterhin die üblichen

lchicht aufgebracht wird. Nach diesem Verfahren Trennmittel, welche sowohl einen hohen Arbcitsauf-

•rhält man eine lagenweise Schaumstruktur, weil in 55 wand verursachen, wie auch die Oberfläche der fertig

jeder Schicht eine unterschiedliche Temperatureinwir· geschäumten Formteile unter Umständen verunrcini-

kung erfolgt. Durch die Haftreibung des aufgeschüum- gen, Die Erfindung bewährt sich insbesondere bei

ten, bei der Schuumlempcratur thermoplastischen dem früher sehr aufwendigen kontinuierlichen Schau-

Stranges und durch das Verkleben des Schaumes an men eines endlosen Stranges, bei dem die Formteile

der Scliachtwand kommt es zu einer Zerstörung der 60 mit den erforderlichen Abmessungen erst nach dem

Zdlstriiktur des Schaumes an der Außenseite des Aufschäumen geschnitten werden, Formling*. Dadurch entsteht eine stark zerklüftete (ti der Regel hat es sich ats zweckmäßig erwiesen,

überdache, welche einen hohen Verschnitt verursacht. das vorgeformte Material mit einem solchen Luft·

Nach einem weiteren Verfuhren wird die schäum' kissen durch den Ofen zu transportieren, das durch

bare Mischung mit Wasser oder mit anderen binden- fis vorerhitzte Druckluft, die durch einen vorzugsweise

den Zusätzen versetzt und zu Rohlingen auf einer aus keramischem Material bestehenden Siebboden

Presse oder einer Schneckenpresse vorgeformt. Die des Brennofens austritt, gebildet wird, wobei die Rohlinge wurden anschließend auf einer Unterlage' Formteile auf dem Luftstrom aufschwimmen und

durch axiiil gerichteten Druck durch ilen Ofen geschoben werden. Wenn es bei vielen Materialien mich mögüch ist, die Formteile oder den endlosen Material-Mrang einfach durch das Luftkissen den Ofen durchlaufen /μ lassen, so hat es sich insbesondere in Fällen, bei denen das zu schäumende Material bei der Sehäumtemperatur stark pyroplastisch ist, bewährt, tlie Formlinge auf eine leichte Unterlage zu legen und lic zusammen mit der Unterlage in der erfindungsgemäßen Weise durch den Schäumofen zu transportieren. Hierdurch wird es mit Sicherheit vermieden, <aß infolge der Druckluft sich auf dem pyroplustijchcn Material kanalförmige Vertiefungen oder glckienförmige Ausbeulungen zeigen, durch welche die erhitzte Luft des Luftkissens unter Umständen in unkontrollierter Weise seitlich entweicht, so daß das aufzuschäumende Material mit der luftdurchlässigen BodenplcUe des Schäumofens in Berührung kommt und dort zu Verklebungen führt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eröffnet der Herstellung und Anwendung geschäumter Formlinge neue oder bisher nur auf unwirtschaftliche Weise erzielbare Herstellungs- und Anwendungsgebiete, insbesondere, wenn es sich um trennmittelfreie Formstücke handelt. Der Gedanke, Stück- und Schüttgüter unter Verwendung eines Luftkissens zu transportieren, wurde bisher lediglich bei Schüttgutförderrinnen angewandt, wobei die zu transportieienden Schüttgüter durch einen Luftstrom der fein verteilt dirch dit Bodenplatte der Förderrinne in den Förderraum eindringt und das Schüttgut fluidisiert, das in diesem Zs. ätand in Längsrichtung der Förderrinne transportiert wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, keramische Platten mit Hilfe eines erhitzten Luftstromes innerhalb einer Brennkammer in der Schwebe zu halten, jedoch waren diese Versuche eng auf die jeweiligen Anwendungen beschränkt. Bei dem Versuch, schäumbare Silikatmaterialien der erfindungsgemäßen Art auf einem solchen Luftkissen aufzuschäumen, trat die Schwierigkeit auf, daß das Material beim Übergang vom feuchtplastischen Zustand des Rohlings in den pyroplastischen Zustand des Schäumkörpers völlig austrocknet, bevor es pyroplastisch erweicht und aufschäumt. Auf diese Weise erhielt man nur Teilstücke, die durch Schwund- und Trockenrisse in dem ausgetrockneten Zustand durch Zerfall entstanden sind.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des crfindungsgemäßen Verfahrens besteht, wie bereits erwähnt, darin, daß die Rohlinge der aufzuschäumenden Formkörper bzw. der aufzuschäumende Material-Strang bei Eintritt in den Schäumofen auf eine geeignete Unterlageplatte gelegt werden, welche mit dem Formkörper bzw. mit dem Strang airf dem Luftkissen tlen Schäumofen durchläuft. Durch diese Unterlageplatte wird es mit Sicherheit vermieden, daß die Formteile bzw. der Strang im Falle eitler möglicherweise eintretenden Austrocknung bruchanfällig werden und in diesem Zwischenzusland auseinandcrbrcchen. Durch die Unterlage kann weiterhin vermieden werden, daß auf der Unterseite des Schäumkörpers durch die Luftströme Verformungen auftreten, welche durch seitliche Ablenkung der Druckluft den Luftkissentransport unmöglich machen würden. Gegenüber herkömmlichen Verfahren brauchen die nach dieser Variante der Erfindung angewandten Unterlagsplatten lediglich eine geringe Festigkeit, weil •lie von dein Luftkissen auf tier ganzen Flüche gleichmäßig imtersliiui werden und deshalb nicht auf Biegung beansprucht werden. Sie können deshalb mil niedrigen Kosten hergestellt werden.
ä Die Unterlageplatten bestehen zweckmäßig aus Asbestpappe oder einer Pappe, tire mis Mineralfasern mit Hilfe an sich bekannter Bindemittel hergestellt wird. Diese kartenförmigen Unterlageplalten lassen sich in der Regel mit so niedrigen Herstellungskosten

ίο fertigen, daß auf eine arbeitsaufwendige Entformung und Wiederverwendung dieser Unterlagen verzichtet werden kann.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird die Unterseite der zu schäumenden Formteile bzw. des zu schäumenden Materialstranges dadurch verfestigt, daß an dieser Unterseite eine Produktionshaut höherer Festigkeit erzeugt wird. Die Verfestigung der Unterseite erfolgt beispielsweise dadurch, daß auf die Unterseite des Rohlings eine dünne Schicht eines Materials mit einer höheren Erweichungstemperatur aufgebracht wird, weiche zweckmäßig durch Einwirkung der Wärme im Schäumofen noch zusätzlich ausgehärtet wird. Geeignete Materialien für eine solche Veras festigung der Unterseite sind z. B. Tone mit einem geeignet gewählten Erweichungspunkt, eine dünne, in den Rohling eingepreßte Schicht aus Mineralfasern mit geeigneter Erweichungsiempeialur oberhalb ujt Sehäumtemperatur des Rohlings, Aluminiumphosphate oder sonstige Bindemittel, wie sie bei der Herstellung von feuerfesten Materialien in bekannter Weise verwendet werden, Quarz- oder Kalkmehl u. dgl.

Es hat sich besonders bewährt, die Verfestigung der Unterseite durch eine solche Produktionshaut zu erzielen, welche innerhalb des Schäumofens unter dem Einfluß der Wärme und des Gases durch das Luftkissen entsteht. Es ist hiermit der Vorteil verbunden, daß sich auch die während des Aufschäumens mit dem dadurch verbundenen seitlichen Wachstum der Formteile bzw. des Stranges neu entstehenden Teile der unteren Begrenzungsfläche verfestigen.

Nach einer weiteren beispielhaften und zweckmäßigen Ausführung der Erfindung kann die Produktionshaui auch dadurch erzeugt werden, daß das Aufschäumen des Materials in einer Schicht der unteren Begrenzungsfläche in geeigneter Weise vermieden wird. Diese Bildung einer nicht aufgeschäumten, kompakten und damit festen Schicht auf der Unterseite läßt sich z. B. beim Aufschäumen mit einem organischen oder kohlenstoffhaltigen Treibmittel durch oberflächliches Ausbrennen dieses Treibmittels bewerkstelligen. Besonders vorteilhaft läßt sich die nicht aufgeschäumte Produktionshaut bei Silikatmatcrialicn erzeugen, welche Eisenoxyde in der zweiwertigen Oxydalionssiufe enthalten. Es hat sich gezeigt, daß durch ein oxydierendes Luftkissen eine Oxydation dieser Eisenoxyde eintritt, die in Verbin-

dung mit dem Ausbrennen des Treibmittels eine Produktionshdiit ausreichender Festigkeil ergibt.

Die verfestigte Produktionshaut lüUt sich crfindungsgemiiO auch dadurch erzielen, daß durch Einwirkung der Whrme und der Luft an der Unterseite

der Formlinge b?w. des aufzuschäumenden Stranges die bei der Scpiiiimtcnipcratur entstehende Cllasphnse des aufzuschäumenden Materials rekristallisiert und dadurch eine bis zu höheren Temperaturen feste Ma-

lcriiilsrhichi erzeugt wiiil. Geeignete Zuschläge zur sclHumifiihigen Miscimng, die in oxydierender Aimosphiire eine erhöhte krisiallisiitionsgeschwindigkeii hervorrufen, sind von tier Technik der Glasherstellung bekannt und für sich gesehen nicht Gegenstand tier l'rlindung.

Hs wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Erfindung erstmalig das Aufschäumen von endlosen Strängen in rationeller Weise ermöglicht. Durch die Anwendung der beschriebenen Ausführiingsbeispiele jo des neuen Verfahrens unter Ausbildung einer verfestigten Unterseite des Materialstranges läßt sich ein solcher endloser Strang eines silikatischen, durch thermische Hrweidnnij' hergestellten Schaumes ohne milbewegte formgebende Werkzeuge oder Formvorrichtungen fertigen. Heim Aufschäumen eines allseits freien Stiaiiges tritt nun die Schwierigkeil auf, daß die Abmessungen des Stranges beim Beginn des Schäumvorganges in allen Richtungen anwachsen. Insbesondere setzt auch ein Lä.gcnwachstum des ao Stranges ei:' der beim Aufschäumen eines derart sich verformenden Stranges zwischen mitbewegten, allseits umhüllenden Transput !bändern zu großen Schwierigkeiten führt, weil diese Transportbänder das Längenwachstum nicht mit \ollziehen können. Hier gewährleistet nun das erlindungsgemäße Aufschäumen auf einem Luftkissen die erfordei liehe freie Beweglichkeit auch in l.äiigsiichtung.

Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Durchlaufschäumofen weist als wesentlichen Teil eine für die Luftströmung des Luftkissens in dem erforderlichen Maß durchlässige poröse Bodenplatte auf, über welcher die Formteile bzw. der zu schäumende Strang frei schwebend gleiten. Diese poröse Bodenplatte kann beispielsweise aus an sieh bekannten porösen feuerfesten Steinen oder au; bekannten feuerfesten Waoengitiern bestehen. Das Gas des Luftkissens wird zweckmäßig vorerhitzl und tritt dann mit der erforderlichen Temperatur in den Ofenraum ein. Die Erhitzung des Gasstromes erfolgt beispielsweise vor dem Durchtritt durch den porösen Herdboden in Brennkammern oder Muffeln. An der Aufgal eseile des Ourchlaufofens können die l'oinileile z. B. einzeln auf das Luftkissen aufgeschoben 'verden oder die Beschickung erfolgt durch ein Beschickungstransportband oder eine sonstige geeignete Vorrichtung. Am Auslauf des Ofens kann ebenso das fcrtine geschäumte Formteil mittels eines Austragc-Transporlbandes aus dem Ofen herausgeführt werden. Der axiale Vorschub der Formteil- bzw. des Sehaumstranges im Ofen erfolgt entweder durch Schub der einzelnen Formteile gegeneinander von der Ofeiicinlaufscilc her oder durch ein Gefälle des Ofenbodens in Matcrialflußrichtung.

Claims

Patentansprüche:

L Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch thermisches Verschäumen eines silikatischen Materials wie Glas, Ton, Sehlacke, Bims» Basalt ti. dgl. in Ahmischung mil natürlichen und/ oder künstlichen Treibmitteln unter Anwendung einer Temperatur, bei der das vorgeformt Material pyrnplastisch erweicht, dadurch gekennzeichnet, daß das in an sich bekannter Weise aufbereitete und zu Formteilen wie Platten, 6j endlose Sfrängu ti. dgl. vorgeformte Material mit Hilfe eines Luftkissens (lurch einen geeigneten Diirehlaiilnlen transportiert und gleichzeitig milgchchüiimt wild, wobei das Luftkissen durch eine Vielzahl \nn erhitzten Luftströmungen gebildet wird, dii¹ aus der durchlässigen porösen Bodenplatte und gegebenenfalls den Seitenlläehcii des Durehlaulolens austreten und deren Drücke, Strömung:,! ichlung und Slrömungsgesehwindigkeit gegebenenfalL n;ich Zonen unterteilt regel- und einstellbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das vorgeformte Material mit einem solchen Luftkissen durch den Ofen transportier., das durch vorerhitzte Druckluft, die durch einen vorzugsweise aus keramischem Material bestehenden Siebboden des Brennofens austritt, gebildet wird, wobei die Formteile auf dem Luftstrom aufschwimmen und durch Schub der einzelnen Formteile gegeneinander uiid/odei durch ein Gefälle ιλ.<ϊ Ofenbodens in Malerialflußrichlung transportieu werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile bzw. der endlose Matcrialslrang auf leichten Untcrlagcplaltcn auf dem Luftkissen den Schäuinofen durchlaufen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Unlerlageplalten aus Asbest- und/oder Minrralfasern mit einem geeigneten, an sich bekannten Bindemittel verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Unterseite der Formlinge bzw. des endlosen Stranges mit einer Produktionshaut aus Ton, Mineralfasern, Aluminiuinphosphat, Quarz- oder Kalkmehl versehen wird, deren Festigkeit bei der Schäumtemperalur höher ist als diejenige des schäumbaren Materials und die so vorbereiteten Formlinge auf dem Luftkissen durch den Ofen transportiert werden.
6. Vcrlahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Unterseite der Formlinge bzw. des endlosen Stranges mit einer solchen Produktionshaut verschen werden, die eine höhere Lrweiehungstcmpcratur besitzt als das schäumfähige Material.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Unterseite der Formlinge bzw. des endlosen Stranges eine Produktionshaut aufweist, die mit an sich bekannten Bindemitteln wie Aluminiumphosphaten u. dgl. angereichert ist, welche bei Anwendung der Sehüumlcmpcralur erhärten.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Unterseite der Formlinge bzw. des endlosen Stranges eine durch den Iiinfluß der Ofentemperatur und der Ofenatmosphäre nicht aufschäumende Produktionshaut aufweist, die z. B. durch Ausbrennen des Treibmittels, durch Oxydaiion mehrwertiger Oxyde in dem schä'jmlähigen Material od, dgl. erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf der Unterseite der Formlinge bzw. des endlosen Stranges eine Produktionshaut gebildet wird, in welcher die bei der Erwärmung des schliumfühigcn Materials auf Scliuumlcmpcraiur entstehende Olasphase ganz oder teilweise rekristallisiert.