DE19847418C2 - Tabakpfeife und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tabakpfeife, umfassend ein Pfeifenelement aus einem durch CSH-Phasen gebundenen Keramiksand, ein Verfahren zu deren bzw. dessen Herstellung sowie die Verwendung dieses Materials, zur Herstel­ lung von Pfeifenelementen einer Tabakpfeife.

Die Verwendung von Holz oder auch Kunststoff zur Herstellung von Tabakpfeifen, insbesondere Pfeifenköp­ fen, ist seit langem bekannt. Die aus diesen Stof­ fen hergestellten Pfeifen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So benötigt eine neue Holzpfei­ fe entweder eine Einrauchbeschichtung oder muß ein­ geraucht werden, damit sich eine das Holz schützen­ de Kohleschicht bildet. Erst dann kann diese Pfeife ohne Einschränkungen geraucht werden. Ein weiteres Problem beim Rauchen einer herkömmlichen Pfeife ist die Entstehung von Kondensat, das sich wegen der Temperaturunterschiede zwischen Glut und Pfeifen­ kopf bildet. Dieses Kondensat beeinträchtigt den beim Pfeiferauchen empfundenen Geschmack sowie die Gesundheit des Pfeiferauchers. Schließlich läßt sich eine Holzpfeife nur herstellen, indem fertig vorliegendes Material mechanisch bearbeitet wird. Eine Herstellung mittels Gießen, Pressen und For­ men, welche eine höhere Variabilität bei der Form­ gestaltung ermöglicht, ist bei Holzpfeifen nicht möglich.

Die US 2,792,840 offenbart ein Ausgangsmaterial für Pfeifenköpfe, das zu 98 Gew.-% aus Kalkstein be­ steht. Diesem Ausgangsmaterial werden kleinere Men­ gen an Magnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Phos­ phor, Silizium (Sand) und Eisen zugesetzt. Diese Komponenten werden gemäß dem offenbarten Verfahren vermischt und bei Normaldruck auf eine Temperatur von etwa 1.650°C erhitzt. Nach Abkühlung wird das entstandene zementartige Produkt mit Wasser ver­ setzt, wobei sich das Produkt verfestigt. Danach kann das Produkt maschinell bearbeitet werden, um Pfeifenköpfe herzustellen. So hergestellte Pfeifen­ köpfe müssen speziell mit einem Metallkorsett um­ mantelt werden, damit es die nötige Stabilität er­ hält.

Die DE 19 66 350 C3 offenbart die Verwendung von synthetischen, kristallinen, nahezu quarzfreien Calziumhydrosilikaten eines Molverhältnisses von SiO₂ : CaO von 0,7 bis 1,3, insbesondere von Tobermo­ rit und Xonotlit, die beim Erhitzen Wollastonit mit einer spezifischen Oberfläche von 1 bis 30 m²/g bilden, zur Herstellung von keramischen Massen und Glasuren.

Die DE 195 42 093 C1 offenbart ein Verfahren zum Autoklavieren von porösem Gut, insbesondere von Calziumhydrosilikat-gebundenen Formkörpern, bei dem nach einer Aufheizphase eine kombinierte Härte- und Trocknungsphase und anschließend eine Drucksen­ kungsphase vorgesehen sind, wobei aus dem in der Härtephase befindlichen Autoklaven wasserdampfhal­ tiges Heizmedium geregelt abgeblasen und gegebenen­ falls zumindest zum teilweisen Aufheizen eines weiteren aufzuheizenden Autoklaven wiederverwendet wird. Das bekannte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Trocknungsphase die Randzonen des stückigen Gutes durch Umspülen mittels Sattdampf isobar gekühlt werden, und bietet den Vorteil, dass eine Rißbildung des autoklavierten Gutes vermieden wird.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht also darin, Tabakpfeifen be­ reitzustellen, die die vorgenannten Nachteile über­ winden, insbesondere keine Einrauchzeit benötigen und ein angenehmes Geschmacksempfinden beim Rauchen ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung löst dieses technische Problem durch die Bereitstellung einer Tabakpfeife, umfassend ein Pfeifenelement aus durch CSH-Phasen gebundenem Keramiksand. Der erfin­ dungsgemäß eingesetzte durch CSH-Phasen gebundene Keramiksand, im folgenden als Werkstoff bezeichnet, erlaubt die Herstellung einer Pfeife oder eines Pfeifenelementes aus einem Material, das sich durch eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsaufnahme auszeich­ net, bis ca. 1200°C feuerbeständig ist, eine gute Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht be­ sitzt und sich sowohl mechanisch als auch durch herkömmliche Formprozesse gut verarbeiten läßt. Aufgrund der vorteilhaften Feuerbeständigkeit des erfindungsgemäß eingesetzten Werkstoffes kann diesen auch für den Pfeifenkopf verwendet werden und es muß keine Kohleschicht aufgebaut, bevor die Pfeife bestimmungsgemäß eingesetzt werden kann. Die Pfeife kann dann vielmehr sofort ohne Einschränkungen genutzt werden. Aufgrund der vielen Feinstporen in dem erfindungsgemäß eingesetzten Werkstoff ist der Pfeifenkopf fer­ ner in der Lage, das während des Rauchens gebildete Kondensat aufzunehmen. Eine derartige Pfeife raucht sich daher im Vergleich zu einer herkömmli­ chen Holzpfeife sehr trocken.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer CSH-Phase eine Calziumhydrosilikatphase verstanden, die sich im Verlauf eines hydrotherma­ len Härteprozesses von Kalk-Sand-Wassergemischen bildet.

Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin­ dung ist unter einem hydrothermalen Härtungsprozeß ein Härtungsprozeß bei erhöhter Temperatur unter erhöhtem Wasserdampfdruck zu verstehen.

Im Zusam­ menhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Keramiksand feingekörnte Tonmineralien, insbesondere Blähtonsande, verstanden, insbesondere aus Blähton-Kugeln gebrochener und/oder gemahlener Sand zum Beispiel Liapor®-Sand. Der erfindungsgemäß zu verwendende Sand sollte vergleichsweise leicht sein. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Sand eine große Zahl von Poren auf.

Durch CSH-Phasen gebundener Keramiksand stellt einen fes­ ten Formkörper, insbesondere Stein, dar, in dem feinkörnige Tonmineralien, also Keramiksand, durch ein CSH-Bindemittelskelett miteinander verbunden sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der durch CSH-Phasen gebundene Keramiksand, das heißt der erfindungsgemäß eingesetzte Werk­ stoff, 10 bis 20 Gew.-% (vorzugsweise 14 Gew.-%) CaO und 80 bis 90 Gew.-% (vorzugsweise 86 Gew.-%) Kera­ miksand, insbesondere Liapor®-Sand, auf (jeweils auf TS, Trockensubstanz), wobei in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Keramik­ sand, insbesondere Liapor®-Sand eine Körnung von 0,01 bis 1,00 mm aufweist; wobei mehr als 50 Gew.-% des Keramiksandes eine Körnung kleiner oder gleich 0,25 mm aufweisen können.

Der eingesetzte Keramiksand kann
40-50 Gew.-% SiO₂,
15-30 Gew.-% Al₂O₃,
3-25 Gew.-% CaO,
10-20 Gew.-% Fe₂O₃,
1-5 Gew.-% K₂O,
1-5 Gew.-% MgO,
0-5 Gew.-% TiO₂
sowie gegebenenfalls Mangan, Natrium, Schwefel, Phosphor sowie weitere Spurenelemente und/oder de­ ren Oxide in Restmengen aufweisen.

Erfin­ dungsgemäß kann vorgesehen werden, daß die gesamte Pfeife aus dem durch CSH-Phasen gebundenen Keramik­ sand hergestellt ist. Die Erfindung betrifft jedoch auch Pfeifen, bei denen nur einzelne oder mehrere ihrer Einzelbestandteile oder Pfeifenelemente, d. h. nur ein Teil der Pfeife aus dem erfindungsgemäß eingesetzten Werkstoff hergestellt ist, beispiels­ weise nur der Pfeifenkopf. In einer derartigen Aus­ führungsform kann durchaus vorgesehen sein, daß die anderen Teile der Pfeife aus einem anderen Materi­ al. beispielsweise Holz oder Kunststoff, herge­ stellt sind.

In besonders bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, die Oberfläche des erfindungsgemäß eingesetz­ ten Werkstoffes hoher Temperatur von < 1300°C, zum Beispiel einer Hochtemperaturflamme, auszusetzen und so eine Glasoberfläche (gemäß Anspruch 10) auf der Pfeife oder dem Pfeifenelement zu erzeugen. Die Erfindung betrifft also auch Pfeifen oder Pfeifenelemente aus glasier­ tem, durch CSH-Phasen gebundenem Keramiksand.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Pfeife kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird zunächst der Werkstoff hergestellt, bei­ spielsweise indem der in bevorzugter Weise aus Blähton-Kugeln gebrochene Keramiksand mit Calzium­ oxid (CaO) unter Zusatz von Wasser gemischt wird. In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dazu eine Mischung von 10 bis 20 Gew.-% CaO und 80 bis 90 Gew.-% Keramiksand (auf TS) mit einer Preßfeuch­ te von 5 bis 15 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtge­ misch), z. B. 10 Gew.-%, Wasser einzusetzen.

Aus diesem Gemisch werden sodann Werkstücke gepreßt zum Beispiel in Form von Platten, zum Beispiel mit den Maßen 498 × 248 × 60 mm. Das Pressen kann mit einem Preßdruck von 3-14 N/mm², z. B. 10 N/mm² erfolgen. Preßling wird anschließend einem hyd­ rothermalen Härtungsprozeß ausgesetzt. Der hydro­ thermale Härtungsprozeß wird vorteilhafterweise in einem Autoklaven bei erhöhter Temperatur und erhöh­ tem Druck durchgeführt. Die Erfindung sieht vor­ teilhafterweise vor, daß die Autoklavbehandlung in einer gesättigten Wasserdampfatmosphäre bei einem Druck von 8 bis 21 bar (z. B. 16 bar) und über eine Zeitdauer von 3 bis 15 Stunden (z. B. 5 Stunden) durchgeführt wird.

Der so hergestellte Werkstoff wird anschließend in einer bevorzugten Ausführungsform dei Erfindung me­ chanisch weiterbearbeitet. Die mechanische Weiter­ bearbeitung kann in fachmännisch bekannter Weise mittels Sägen, Bohrern, Messern und Schleifpapier erfolgen, wobei die gewünschte Form des Pfeifenele­ mentes oder der Pfeife frei vorgebbar ist. Falls eine größere Anzahl von Werkstücken hergestellt werden soll, können Werkzeugmaschinen wie Kopier­ fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren eingesetzt werden, da der erfindungsgemäß eingesetzte Werk­ stoff leicht und präzise bearbeitbar ist. Für die Bearbeitung werden von einem fertig ausgehärtete Werkstuck durch Sägen Teilstücke abgeschnitten, die dann mechanisch weiterbearbeitet werden und an­ schließend einer Feinbearbeitung und einem Finish unterzogen werden.

Die Erfindung betrifft also auch ein Verfahren (Anspruch 12) zur Herstellung einer Tabakpfeife oder eines Pfeifenelements aus durch CSH-Phasen gebundenem Keramiksand, wobei Keramiksand mit CaO und Wasser gemischt zu einem Werkstück oder Preßling gepreßt und hydrothermal gehärtet wird und anschließend ein mechanisch durchgeführter Formungsprozeß durchgeführt wird, beispielsweise durch Sägen, Schneiden, Bohren und Polieren.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Pfeifen, Pfeifenelemente oder deren Teile kann (Anspruch 11) auch durch Formen geschehen, wobei das Gemisch aus Keramik­ sand, Calziumoxid, das bevorzugter in Form eines fei­ nen Schüttguts vorliegt, zunächst unter Wasserzuga­ be von 5-15 Gew.-%, z. B. 10 Gew.-% (bezo­ gen auf das Gesamtgemisch), geformt und gegebenen­ falls auch gepreßt wird, wobei ein Preßdruck von 3 bis 14 N/mm² (z. B. 10 N/mm²) eingesetzt werden kann. Für das Formen oder Pressen können einfache Handformmaschinen, Preßformmaschinen, Rüttelformmaschinen oder Rüttel- Preßformmaschinen eingesetzt werden. Nach dem For­ men des Rohgemisches und dem daran anschließenden gegebenenfalls erfolgendem Pressen und Entformen wird der hydrothermale Härtungsprozeß in der vor­ stehend beschriebenen Weise durchgeführt, an den weitere Bearbeitungsschritte wie das Anfertigen von Bohrungen und das Finish der Pfeife oder deren Ele­ mente.

Es liegt in Rahmen der Erfindung, daß das Rohgemisch, welches bevorzugt als feines Schüttgut vorliegt, auch durch Gießen in Formen, zum Beispiel Gipsformen, zu einem erfindungsgemäßen Pfeifenkopf oder einer erfin­ dungsgemäßen Pfeife weiterverarbeitet wird. Das Rohgemisch aus Calziumoxid, Keramiksand, insbeson­ dere Liapor®-Sand, und vorzugsweise 60 bis 70 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgemisch, besitzt aufgrund des verwendeten höheren Wasserge­ haltes nämlich latenhydraulische Eigenschaften, wobei die Gußmasse nach dem Gußvorgang relativ bald anzusteifen beginnt. Ein Preßvorgang ist nicht not­ wendig. Demgemäß ist das Entformen einfach durchzu­ führen. Im Anschluß an das Entformen wird ein hyd­ rothermaler Härtungsprozeß der vorstehend beschrie­ benen Art durchgeführt. Nach dem hydrothermalen Härten können weitere Arbeitsschritte wie das An­ fertigen von Bohrungen und das Finish der Pfeifen­ elemente durchgeführt werden.

Die Erfingung betrifft also auch ein Verfahren (Anspruch 11) zur Herstellung einer Pfeife oder eines Pfeifenelements aus durch CSH-Phasen gebundenem Keramiksand, wobei Keramiksand und CaO mir Wasser gemischt, zu einer Pfeife oder einem Pfeifenelement geformt und an­ schließend hydrothermal gehärtet werden; wobei das Formen, falls ein höherer Wassergehalt vorgesehen ist, durch Gießen in Gußformen oder, falls ein niedrigerer Wassergehalt vorgesehen ist, durch Pressen bewerkstelligt werden kann.

Die Erfindung betrifft (gemäß Anspruch 13) weiter die Verwendung von durch CSH-Phasen ge­ bundenen Keramiksand als Werkstoff für Pfeifenelemente einer Tabakpfeife, insbesondere Pfeifenköpfe für eine Pfeife. Hierbei kann der CSH- Phasen gebundene Keramiksand eine Zusammensetzung von 10 bis 20 Gew.-% CaO, z. B. 14 Gew.-% CaO, 80 bis 90 Gew.-%, z. B. 86 Gew.-%, Ke­ ramiksand (jeweils auf TS) mit einer Körnung von 0,01 bis 1,00 mm aufweisen, wobei der Keramiksand z. B. 45 Gew.-% SiO₂, 18 Gew.-% Al₂O₃, 18 Gew.-% CaO, 11 Gew.-% Fe₂O₃, 3 Gew.-% MgO, 2,3 Gew.-% K₂O sowie Spurenelemente und deren Oxide enthält.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei­ spiels und der dazugehörigen Figuren näher erläu­ tert.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer er­ findungsgemäßen Pfeife mit Querschnitt des Pfeifenkopfs und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pfeife 1 mit einem Mundstück 3 und einem Pfeifenkopf 2.

Der Pfeifenkopf 2 ist aus einem durch CSH-Phasen gebundenen Keramiksand hergestellt. Der Keramiksand wurde aus Blähton-Kugeln gebrochen und enthält 45 Gew.-% SiO₂, 18 Gew.-% Al₂O₃, 18 Gew.-% CaO, 11 Gew.-% Fe₂O₃, 3 Gew.-% MgO und 2,3 Gew.-% K₂O so­ wie Spurenmengen von Mangan, Titan, Phosphor, Nat­ rium, Schwefel, weitere Elemente sowie deren Oxide (auf TS). Der Werkstoff wurde hergestellt, indem 86 Gew.-% (auf TS) des genannten Keramiksandes mit der Körnung 0,01 bis 1,00 mm mit 14 Gew.-% CaO (auf TS) gemischt wurden, wobei eine Preßfeuchte von 10 Gew.-% vorlag. Dieses Gemisch wurde bei einem Preßdruck von 10 N/mm² zu beispielsweise einer Platte gepreßt, die dann unter einer gesättigten Wasserdampfatmosphäre 5 Stunden bei 16 bar (200°C) (16 bar Sattdampf) hydrothermal gehärtet wurde. Nach erfolgter Aushärtung wurde das so erstellte Werkstück mechanisch bearbeitet. Dazu wird von ei­ nem fertig gehärteten Werkstück mit einer Bandsäge ein Teilstück abgeschnitten. Die Konturen und Boh­ rungen der Pfeife werden auf das Teilstück aufge­ zeichnet (vergleiche Fig. 1 und 2). Die Bohrungen für den im Pfeifenkopf 2 angeordneten Tabakraum 4, den Rauchkanal 5 und die Bohrung 6 für das Mund­ stück 3 und einen eventuell vorhandenen, nicht dar­ gestellten Filter, werden mit einem Bohrwerk in das Werkstück gebohrt. Mit einer Bandsäge werden die Pfeifenkonturen gesägt, wobei anschließend die Feinarbeiten, beispielsweise das Herstellen von Rundungen, zuerst mit einem Messer und anschließend mit Schleifpapier unterschiedlicher Körnung ausge­ führt werden.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt A-A einen Pfeifenkopf 2 einer erfindungsgemäßen Pfeife 1.

Fig. 2 stellt die Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1 dar. Dargestellt ist der Tabakraum 4 im Pfeifenkopf 2 sowie die Bohrung 6 für das Mundstück 3.

Der erfindungsgemäß eingesetzte Werkstoff läßt sich hervorragend mechanisch bearbeiten durch beispiels­ weise Sägen, Schleifen, Bohren, Fräsen, Drehen, Ge­ windeschneiden oder ähnlichem. Insbesondere ist es möglich, die Werkstoffoberfläche mit einer Hochtem­ peraturflamme, zum Beispiel einem Schweißbrenner, so zu behandeln, daß eine dunkelbraune Glasoberflä­ che entsteht.

Claims (13)

1. Tabakpfeife, umfassend ein Pfeifenelement aus durch CSH-Phasen gebundenem Keramiksand.

2. Pfeife nach Anspruch 1, wobei das Pfeifenelement ein Pfeifenkopf ist.

3. Pfeife nach Anspruch 1 oder 2, wobei der durch CSH-Phasen gebundene Keramiksand aus 10 bis 20 Gew.-% CaO und 80 bis 90 Gew.-% Keramiksand (auf Trockensubstanz), insbesondere Liapor®-Sand, herge­ stellt wird.

4. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei CaO, Wasser und Keramiksand gemischt, das Pfeifenelement, insbesondere unter Druck, geformt und anschließend hydrothermal gehärtet wird.

5. Pfeife nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wo­ bei CaO, Wasser und Keramiksand gemischt, zu einem Werkstück gepreßt, hydrothermal gehärtet und an­ schließend das Pfeifenelement geformt wird.

6. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Liapor®-Sand eine Körnung von 0,01 bis 1,0 mm aufweist.

7. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gemisch aus CaO und Keramiksand eine Preßfeuchte von 5 bis 15 Gew.-% aufweist.

8. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der durch CSH-Phasen gebundene Keramiksand 10 bis 20 Gew.-% CaO (auf Trockensubstanz) und 80 bis 90 Gew.-% Keramiksand (auf Trockensubstanz) auf­ weist.

9. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hydrothermale Behandlung unter gesättig­ ter Wasserdampfatmosphäre bei einem Druck von 8 bis 21 bar über einen Zeitraum von 3 bis 15 Stunden stattfindet.

10. Pfeife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pfeifenelement, insbesondere der Pfeifen­ kopf, eine glasierte Oberfläche aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Tabakpfeife oder ei­ nes Pfeifenelements, wobei Keramiksand und CaO mit Wasser gemischt, die Pfeife oder das Pfeifenelement geformt und anschließend hydrothermal gehärtet wer­ den.

12. Verfahren zur Herstellung einer Tabakpfeife oder ei­ nes Pfeifenelements, wobei Keramiksand und CaO mit Wasser gemischt, ein Werkstück gepreßt, hydrother­ mal gehärtet und anschließend die Pfeife oder das Pfeifenelement geformt werden.

13. Verwendung von durch CSH-Phasen gebundenem Ke­ ramiksand als Werkstoff für Pfeifenelemente einer Tabakpfeife, insbe­ sondere Pfeifenkopfe für eine Pfeife.