DE19542593A1 - Lehmbaukachel und Lehmbauelemente und Verfahren zur Aufbereitung von Lehm zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lehmbaukachel und Lehmbau­ elemente und ein Verfahren zur Aufbereitung von Lehm zur Herstellung dieser.

Lehmbaukacheln sind auf bereits vorhandene Wände auf­ setzbare Verkleidungselemente, die das Raumklima in Räu­ men vorteilhaft beeinflussen.

Lehmbau war für die vergangenen fünf zehntausend Jahre den Menschen stets als angenehmer Baustoff bekannt. Erst mit Einsetzen der Industrialisierung wurde auch mehr Wert darauf gelegt, die Baumaterialien witterungsbestän­ dig transportieren und schnell verarbeiten zu können, so daß zunächst Ziegel, später Beton den Lehmbau verdräng­ ten. Dennoch gibt es noch ca. 2,2 Millionen Lehmhäuser in Deutschland, die, wie auch in anderen Ländern, leicht 6 Stockwerke und mehr groß sein können.

Erst in neuerer Zeit ist man dem strukturellen Aufbau von Lehm und seinen ganz speziellen Bindungs- und pla­ stischen Eigenschaften wissenschaftlich nähergetreten. Lehm und insbesondere Tonbestandteile bestehen aus Tei­ len, die um ein vielfaches kleiner als Sand mit einer wesentlich höheren spezifischen Oberfläche versehen sind und deren Bindekraft durch elektro-chemische Oberflä­ chenkräfte, die durch eine Plättchenstruktur des Lehms unterstützt werden, wesentlich höher ist. Diese Plätt­ chenstruktur wird jedoch zur Zeit bei der Aufbearbeitung von Lehm in keinster Weise beachtet. Vielmehr werden aus dem Betonbau übliche Bearbeitungsverfahren auch auf Lehmsteine übertragen, wobei jedoch die speziellen Mate­ rialeigenschaften des Lehms kaum genutzt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Auf­ bereitungsverfahren für Lehm zu schaffen, das an die Ma­ terialeigenschaften des Lehms optimal angepaßt ist und das das Herstellen von Lehmbaukacheln großer Festigkeit bei Beibehaltung aller anderen vorteilhaften Eigenschaf­ ten von Lehmbausteinen wie Porosität und Wärmespeicher­ kapazität ermöglicht. Auch soll der Lehm nicht beim Trocknen stark schrumpfen bzw. bei Feuchtigkeit quellen.

Das Lehmaufbereitungsverfahren erfüllt einen konkurrenz­ losen ökologischen Standard. Der Energieaufwand ist nahe Null und es fallen keine Belastungen für Wasser, Boden, Luft oder andere natürliche Ressourcen an. Zudem wird eine Arbeitsplatzschaffungsquote erreicht, in Bezug auf die Grundinvestitionen, die im produzierenden Gewerbe beispiellos ist. Alle Lehmbauelemente sind vollkommen recycelbar und renaturisierbar.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptan­ spruches, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausfüh­ rungsformen wiedergeben. Insbesondere der Verzicht auf das Verdichten des Lehms vor Herstellen der Lehmbauka­ cheln, daß durch ein gezieltes mehrtätiges Stehenlassen zur Fermentierung des Lehms nach dem Mischen mit organi­ schen Bestandteilen vorteilhafterweise mit einem über­ durchschnittlichen Anmachwasseranteil ermöglicht wird. Während dieser Fermentationsphase, die beispielsweise 1-5 Tage dauern kann, regeneriert sich zum einen die Plättchenstruktur des Lehms und richtet sich neu aus. Dadurch ergibt sich eine durchschnittlich 28-38% hö­ here Druckfestigkeit, die es erlaubt, daß fertige Ka­ cheln wesentlich größere Festigkeit aufweisen, so daß sie beispielsweise ohne das vorherige Vorbohren nun wie Holzbretter auf Wände aufgesetzt werden können.

Da organische Zusatzstoffe, wie beispielsweise Stroh, stark in ihrer Fermentationsfähigkeit schwanken, wird weiter vorgeschlagen, ähnlich wie bei Joghurtkulturen, aus der jeweils letzten fermentierten Charge ein Teil des Lehms zu entnehmen und einer neuen Charge als Fer­ mentationsstarter zuzusetzen. Weiter wird vorgeschlagen, parallel zu der Produktion in speziellen Fermentations­ behältern über einen längeren Fermentationszeitraum Im­ pfsubstrat zu "züchten". Insbesondere Mikroorganismen und Algen bauen organische Bestandteile des Lehms zu Hu­ mussäuren ab, die bei der Struktur des Lehms die Bin­ dungskräfte erheblich steigern. Dadurch wird die Elast­ izität der fertigen Lehmbauprodukte wesentlich erhöht. Durch die Eingabe der organischen Bestandteile wird der Lehm "flockiger".

Weiter wird vorgeschlagen, Stroh nicht, wie bisher üb­ lich in vergleichsweise großen Stücken einzubringen, sondern vorher zu zerfasern oder zu mahlen. Dadurch läßt sich die Oberfläche wesentlich steigern und es werden keine langen "Sollbruchstellen" in die Kacheln einge­ bracht.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Lehm vor dem Mischen mit organischen Bestand­ teilen monatelang feucht bei wechselnden Temperaturen gewettert wird. Dieses feuchte Lagern läßt Wasser bzw. Wasserdampf in den Lehm eindringen und lockert diesen insgesamt auf, was durch wie mit den wechselnde Tempera­ turen noch verbessert wird. Diese sogenannte "Vorakti­ vierung" des Lehms erleichtert insbesondere das Mischen und verbessert die Wirksamkeit der nachfolgenden Schrit­ te.

Es können bereits Algen und andere Mikroorganismen in den Lehm eindringen und somit der Mischvorgang optimaler und qualitativer besser durchgeführt werden, was u. U. darin begründet ist, daß die Plättchenstruktur des Lehms durch mechanische Bewegung nicht so stark gestört wird.

Weiter wird vorgeschlagen, Lehmbaukacheln mehrschichtig aus einer Innenschicht mit hohem Strohanteil und Außen­ schicht mit geringem Strohanteil herzustellen. Diese Lehmbaukacheln können zusätzlich durch Zinkungen inein­ ander verzahnt, also untereinander verbunden bzw. ver­ netzt an Wänden angeordnet werden, wobei die steifen Schichten sich gegeneinander abstützen und die etwas plastischeren Schichten, die jedoch verbesserte Raumkli­ maaktivität haben, nicht mit diesen Kräften beaufschlagt werden.

Zur Herstellung derartiger Verzinkungen wird insbesonde­ re ein Baukastensystem vorgeschlagen, das mit einem fe­ sten Rahmen und einer Mehrzahl von in Seitenabschnitte des Rahmens einsetzbaren Blindstücken jeweils entspre­ chend kleinere Lehmkacheln mit Aussparungen ergibt. Durch die so realisierbaren Formen sind auch freitragen­ de Gegenstände, wie Bienenkästen, Öfen oder Regale mach­ bar.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender detaillierter Beschreibung des Her­ stellungsverfahrens der Lehmkacheln.

In einem ersten Arbeitsschritt wird der Lehm ca. 1/2- 1 Jahr im Freien bei Frost und Regen gelagert, wodurch sich die vorher in der Lagerstätte über Jahr-Millionen abgesetzten Lehmpartikel aufschließen. Nach einem kurzen Transport in großen Klumpen in einen umgebauten Betonmi­ scher mit wesentlich schmaleren Mischarmen und einem verstärktem Antrieb, sowie wesentlich verminderter Rührgeschwindigkeit von nur noch ca. 5-20 Umdrehungen in der Minute wird Lehm zusammen mit Wasser und gemah­ lenem Stroh sowie ggf. einem aus einem vorangehenden Fermentationsprozeß stammenden Lehmbestandteil als Im­ pfsubstrat vermischt. Je nach Umgebungstemperatur sowie Alter des Strohs kann mehr oder ggf. auch kein Vor- Fermentationslehm zugesetzt werden.

Es wird derart viel Wasser zugesetzt, daß der Lehm nun­ mehr dünnplastisch ist und sehr leicht geformt werden kann.

Erfindungsgemäß wird nunmehr vorgeschlagen, den Lehm in aus Holz im wesentlichen wasserdicht, jedoch überschüs­ siges Wasser durchlassenden Bretterbehältern fermentie­ ren zu lassen. Diese werden mit einer Plastikfolie abge­ deckt, um weiteren Eintrag von Wasser (Regen) oder uner­ wünschten Verunreinigungen zu vermeiden. Ggf. kann durch Anheben einer Raumtemperatur der Fermentationsprozeß be­ schleunigt werden. Ohne Anheben der Temperatur wird eine Fermentationszeit von 1-5 Tagen vorgeschlagen.

Außer Stroh können Tonmehle, Erdpigmente und Cellulose je nach Anwendungszweck (Färbung, Struktur, Gewicht) in grober oder mikrofeiner Form zugesetzt werden. Falls dem Stroh nicht genügend Bakterien, Algen und Mikroorganis­ men anhaften, können aus Hefe- oder Joghurtkulturen zu­ sätzliche aktivierende Bestandteile zugesetzt werden.

In diesen Fermentationscontainern, in die ca. 1/2-2 Tonnen Lehm hineinpaßt, wird der Lehm bis zur Produkti­ onsstätte für die Kacheln und allen anderen Lehmbaupro­ dukten transportiert. Dort wird er im Handstrichverfah­ ren in Formen aus leicht abziehbaren Materialien mit Aussparungen und entsprechend beweglichen Einsätzen in einer Vielzahl von verschiedenen, zueinander passenden Kachelformen im Werkstück auf beweglichen Unterlagen, wie Holzbrettern oder anderen beschichteten Unterlagen realisiert.

Es wird also anders als bisher, wo der Lehm in einem kontinuierlichen, kurzen, ununterbrochenen Verfahren aufbereitet wurde, nun ein diskontinuierliches Verfahren gewählt, bei den die Ruhezeiten in Fermentationscontai­ nern entscheidend sind.

In einem Sandwichhandstrichverfahren können verschiedene Materialien in einem Produkt bearbeitet werden, z. B. Lehm mit einem hohen Strohanteil (leichter) mit einer mittleren massiven Schicht aus 100% Lehm, die insbeson­ dere gut die Wärme speichern kann. Durch den vertikalen Aufbau in den vorgeformten Formen lassen sich gleichmä­ ßige Schichtdicken sicherer produzieren.

Für eine Wärmeschwankungen besonders gut regulierende vergleichsweise dünne Kachel wird vorgeschlagen, zwei Außenschichten mit einem hohen Strohanteil mit einer nicht dünneren Innenschicht aus massivem Lehm zu ferti­ gen, die als Armierung wirkt und den Wärme aufgrund ih­ rer kompakteren Beschaffenheit besonders gut speichert.

Falls aber die Feuchtigkeitsregulierung im Vordergrund steht und besonders viel Feuchtigkeit von innen nach au­ ßen durch dicke Kacheln transportiert werden soll, wird vorgeschlagen, jeweils dünne Massiv-Lehm-Schichten außen und eine dicke Schicht mit hohem Strohanteil innen zur Gewichtsreduzierung vorzusehen.

Wichtig ist, daß die Lehmziegel nicht zu schnell und be­ schleunigt getrocknet werden, sondern daß die Trocknung sich über einen längeren Zeitraum hinweg ggf. nur unter Ausgleich wechselnder Außentemperaturen dosiert erfolgt. Wichtigt ist jedoch die gute Lüftung (Quer- und Längs­ lüftung) der in Trocknungsregalen noch immer auf den Brettern verbleibenden Kacheln.

Die einzelnen Kacheln sind beispielsweise ca. 18 × 20 cm groß, flach und mindestens 3 cm dick, was ein Gewicht insbesondere der Sandwichkacheln von 4 kg pro Kachel er­ gibt. Andere, größere Elemente, die bespielsweise eine beidseitige textile Oberflächenarmierung haben, werden mit Abmessungen von ca. 35 × 70 cm vorgeschlagen und wiegen dann 17 kg. Das Handstrichverfahren erlaubt dabei auch gekrümmte Kacheln, die Oberflächengestaltung mit allen denkbaren Mustern und das Einlegen von Geweben oder Pflanzen.

Zur Befestigung auf Wänden wird vorgeschlagen, herkömm­ liche Spaxschrauben ohne Vorzubohren durch die Kachel hindurchzusetzen. Hierzu werden die Spaxschrauben zuerst in alle Lehmbaukacheln geschraubt und dann die Kachel an die Wand gesetzt, positioniert und festgezogen. Damit kann eine Person allein auch größere Lehmbaukacheln an­ bringen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Aufbereiten von Lehm zur Herstellung von Lehmbaukacheln und sonstigen Lehmbauelementen, ge­ kennzeichnet durch ein bis mehrtätiges Fermentieren nach dem Vermischen mit Wasser, und dem Vermischen mit organischen Bestandteilen, die die Fermentation starten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Bestandteile, die die Fermentation starten, aus dem Lehm eines vorangehenden Fermentati­ onsprozeßes bestehen, der als Starterimpfung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Bestandteile gemahlenes Stroh um­ fassen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die organischen Bestandteile Cellulose umfassen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Mischen des Lehms mit dem Wasser eine vierwöchige feuchte Lagerung bei wech­ selnden Temperaturen erfolgt ist.

6. Wärmespeichernde Lehmbaukachel hergestellt aus ei­ nem aufbereiteten Lehm nach einem Verfahren der voran­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mehr­ schichtigen Aufbau mit einer dickeren inneren massive­ ren Wärmespeicherschicht und zwei äußeren leichteren, poröseren Schichten.

7. Lehmbaukachel nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine gezinkte Grundform zum Ineinandergreifen beim An­ bringen an eine Wand oder Decke.