DE202023106176U1

DE202023106176U1 - Anlage zur Herstellung von Dachziegeln im Schnellbrandverfahren

Info

Publication number: DE202023106176U1
Application number: DE202023106176.1U
Authority: DE
Original assignee: BMI Group Holdings UK Ltd
Current assignee: BMI Group Holdings UK Ltd
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2023-10-25
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2033-10-26
Also published as: NL2036211A; PL131789U1; BE1030975A1; FR3141871A3

Abstract

Anlage (10) zur Herstellung eines Dachziegels, umfassend:
eine Beschickungseinrichtung (11) zur Zuführung von feuchtem, nicht aufbereitetem Ton (1);
eine Mühle (12) zum Erzeugen einer wässrigen Tonsuspension (2);
eine Granuliereinrichtung (13) zur Erzeugung eines Tongranulats (3);
eine Pressform (14) zum Trockenpressen des Tongranulats (3) zu einem Dachziegelformling; und
einen Rollenofen (16) zum Durchführen eines Schnellbrandverfahrens.

Description

Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dachziegels. Beansprucht werden eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens sowie ein durch das Verfahren erhaltener Dachziegel.
Stand der Technik
Die Herstellung von Dachziegeln erfolgt üblicherweise über ein Nasspressverfahren. Bei diesem Verfahren werden Ton und/oder Lehm in einer Grube abgebaut, anschließend gemischt und für den Pressvorgang aufbereitet. Aus der aufbereiteten Tonmischung wird zunächst ein endloser Tonstrang durch eine Strangpresse extrudiert. Anschließend wird der Tonstrang in sogenannte Batzen geschnitten. In einer Revolverpresse, in die jeweils für die Formung der Ober- und Unterseite des Dachziegels Gipsformen eingelegt sind, erhält der Batzen dann eine dem Dachziegel entsprechende Form. Nach dem Pressvorgang weist der Dachziegelformling bereits eine sogenannte Grünfestigkeit auf, welche es erlaubt, den Dachziegelformling aus der Gipsform zu entnehmen, auf Trockenrahmen zu stapeln und so der Trocknung zuzuführen. Die Trocknung der Dachziegelformlinge dient dazu den Feuchtigkeitsgehalt des Tons vor dem Brennvorgang zu reduzieren, sie erfolgt üblicherweise über einen Zeitraum von 24 Stunden bis 36 Stunden bei einer Temperatur zwischen 80°C und 120°C. Im Anschluss an die Trocknung werden die Dachziegelformlinge auf keramische Brennkassetten gelegt. Die Dachziegelformlinge werden zusammen mit den Brennkassetten auf Ofenwagen gestapelt und auf diesen in den Tunnelofen überführt, wo die Dachziegelformlinge bei Temperaturen zwischen 980°C und 1100°C für eine Dauer von mindestens 24 Stunden gebrannt werden.
Nasspressverfahren haben den Nachtteil, dass das in der Tonmischung gebundene Wasser aus dem Ton und aus der Pressform entweichen muss. Geschieht das nicht, kann das Wasser im gebrannten Dachziegel Poren hinterlassen, welche die Wetterbeständigkeit des Dachziegels reduzieren. Die Pressformen werden daher aus Gips hergestellt, der aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften Wasser aufnehmen kann. Zusätzlich ist es allerdings noch erforderlich, die aus Gips hergestellten Pressformen mit Entwässerungsleitungen auszustatten. Die Herstellung der Pressformen aus Gips ist arbeitsintensiv und somit teuer. Da der Gips schnell durchfeuchtet sind die Standzeiten der Pressformen gering, was zu häufigen Produktionsstopps führt, denn die Pressformen der Revolverpresse müssen regelmäßig ausgetauscht werden.
Die im Dachziegelformling verbleibende Feuchtigkeit muss vor dem Brennvorgang weiter reduziert wenn, denn ansonsten hinterlässt das beim Brennvorgang verdampfende Wasser zu viele Poren im gebrannten Dachziegel, welche die Wetterbeständigkeit des Dachziegels reduzieren. Die gepressten Dachziegelformlinge werden daher auf Trockenrahmen umgelagert und in die Trocknung überführt. Beim Umlagern dürfen die Dachziegelformlinge nicht mechanisch beansprucht werden, da es sonst zu unerwünschten Verformungen kommen kann. Auch können sich die Dachziegelformlinge während des Trocknungsprozesses verziehen oder es können Trocknungsrisse entstehen. Die Formlinge müssen daher mit entsprechender Sorgfalt behandelt werden, was wiederum einen verfahrenstechnischen Aufwand mit sich bringt.
Der Energieverbrauch in der Dachziegelproduktion ist auf Grund des Trocknungs- und Brennvorgangs und der langen Dauer dieser beiden Prozesse sehr hoch. Da die Tunnelöfen mit natürlichem Gas betrieben werden, entstehen zudem hohe CO₂ Emissionen. Aus energetischer Sicht nachteilig ist auch, dass eine große Masse an Brennhilfsmitteln (Brennkassetten und Ofenwagen) in den Tunnelofen eingebracht wird. Die Brennhilfsmittel weisen eine hohe Wärmekapazität auf, und durch das Aufheizen und anschließende Abkühlen der Brennhilfsmittel treten erhebliche Wärmeverluste auf.
Um einige der Nachteile des Nasspressverfahrens zu beseitigen, schlägt die DE 195 26 849 A1 vor, Dachziegel im Trockenpressverfahren herzustellen. Dabei wird der aus der Grube kommende Ton über Beschicker, Kollergang, Walzwerke und Mischer einem Zwischenlager zugeführt. Aus diesem aufbereiteten, aufgeschlossenen, erdfeuchten Ton wird dann ein Granulat hergestellt, indem zuerst dünne Tonstränge extrudiert werden, die nach dem Austritt aus dem Extruder in kleine Formkörper zerschnitten und mit trockenem Tonstaub umhüllt werden, sodass ein feuchtes Tongranulat mit enorm großer Oberfläche entsteht. Auf diese Weise soll ein vorgetrocknetes, rieselfähiges aber noch plastisch verformbares Granulat entstehen, das in einer Presse zu einem grünen Dachziegel verpresst wird. Diese Lehre ist jedoch in der Praxis sehr schwer umsetzbar.
Aufgrund der Tatsache, dass der Wasserentzug bereits vor dem Pressvorgang erfolgt, findet ein Großteil der Schwindung bereits im Granulat statt und nicht, wie beim Nasspressen üblich, bei der Trocknung der Dachziegelformlinge. Es treten daher keine Trocknungsfehler mehr auf, die sich beim Brennen der Dachziegel durch Verzug bemerkbar machen können.
Der aus dem Stand der Technik bekannte Trockenpressvorgang hat allerdings den Nachteil, dass dort die beschriebene Granulatherstellung mit einem großen verfahrenstechnischen Aufwand verbunden ist. Darüber hinaus ziehen die vielen Einzelschritte hohe Investitions- und Betriebskosten für die entsprechenden Maschinen und Anlagen nach sich.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Dachziegeln zu schaffen, wobei das Verfahren einen niedrigen Energieverbrauch und eine möglichst geringe CO₂-Emission aufweist und wobei sich mit der Anlage bei geringen Fertigungskosten und kurzen Produktionszeiten qualitativ hochwertige Dachziegel herstellen lassen.
Beschreibung der Erfindung
Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton offenbart, wobei das Verfahren die folgenden Schritte:

- Bereitstellen des feuchten, nicht aufbereiteten Tons;
- Erzeugen einer wässrigen Tonsuspension;
- Aussondern einer Überkornfraktion aus der Suspension, wobei die Überkornfraktion Körner umfasst, deren Korndurchmesser einen definierten Wert überschreiten;
- Granulieren der Suspension zur Erzeugung eines Tongranulats;
- Einbringen des Tongranulats in eine Pressform;
- Pressen des Tongranulats in der Pressform, wobei das Tongranulat verdichtet und zu einem Dachziegelformling geformt wird,
- Überführen des Dachziegelformlings in einen Rollenofen und
- Brennen des Dachziegelformlings in einem Schnellbrandverfahren bei reduzierter CO₂ Emission.

Dabei ist unter einem Schnellbrandverfahren im Sinne dieser Offenbarung ein Brandverfahren zu verstehen, bei dem ein oder mehrere Dachziegelformlinge für maximal 4 Stunden bei Temperaturen zwischen 950° und 1100 °C gebrannt werden. Das offenbarungsgemäße Verfahren sieht vorzugsweise eine Tonaufbereitung für die weitere Verarbeitung im Trockenpressverfahren vor. Aufgrund des geringen Feuchtigkeitsgehalts des Tongranulats können beim Pressen Stahlformen mit hohen Standzeiten verwendet werden, auf eine zeit- und energieaufwändige Trocknung der Dachziegelformlinge vor dem Brennen kann somit verzichtet werden. Da die Dachziegelformlinge nach dem Pressen schon eine hohe Formfestigkeit aufweisen, können sie ohne Brennhilfsmittel in einem Rollenofen gebrannt werden können. Folglich können die bei Tunnel- oder Kammeröfen auftretenden Energieverluste durch das Aufheizen und Abkühlen der Brennhilfsmittel entfallen. Unter dem Begriff „Trockenpressen“ ist ein Pressverfahrensschritt zu verstehen, bei dem der gepresste Dachziegelformling im Anschluss an den Pressvorgang einen Feuchtigkeitsgehalt von 20% oder weniger, bevorzugt von 10 % oder weniger und besonders bevorzugt 4 % oder weniger aufweist
Die Bereitstellung des Tons kann aus einer einzelnen Grube erfolgen („single source“-Ton). Eine Abstimmung der Tonmischung aus mehreren Tonen ist aufgrund der für das erfindungsgemäße Verfahren minderen Bedeutung von plastischen Eigenschaften nicht notwendig.
Es ist denkbar, dass auf den Schritt des Einbringens des Tongranulats in die Pressform der Schritt folgt: Abstreichen des überschüssigen Granulats aus der Pressform. Darüber hinaus ist denkbar, dass das Einbringen des Tongranulats in die Pressform mithilfe eines Füllrahmens erfolgt, und/oder dass das Einbringen des Tongranulats in die Pressform durch Einblasen des Granulats in die Pressform erfolgt, und/oder dass das Einbringen des Tongranulats in die Pressform durch Ansaugen des Granulats in die Pressform erfolgt.
Bevorzugt erfolgt das Brennen der Dachziegelformlinge in einem Rollenofen im sogenannten Schnellbrandverfahren, bei dem die Brennzeiten für Dachziegel zwischen einer Stunde und vier Stunden liegen. Die gegenüber herkömmlichen Brennverfahren verkürzten Brennzeiten führen zu einem verringerten Energiebedarf und damit zu einer Reduzierung der CO₂ Emissionen. Ferner ergeben sich erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen. Durch die geringe Tonnage im Brennraum ist es außerdem möglich, den Brennprozess kurzfristig zu starten bzw. zu beenden, wodurch sich flexible Betriebszeiten erreichen lassen. Das ermöglicht es beispielsweise, kostenintensive Produktionszeiten wie beispielsweise Wochenenden oder Feiertage zu vermeiden, weil sich der Rollenofen schnell runter- und hochfahren lässt.
Üblicherweise werden Dachziegel in Tunnel- oder Kammeröfen gebrannt. Dabei wird eine Vielzahl von Ziegelformlingen auf entsprechend feuertesten Kassetten zu einer Einheit gestapelt und für eine Dauer von mindestens 16 Stunden im Ofen gebrannt. Dieser Vorgang erfordert eine ausreichend große Brennkammer, was wiederum eine schlechte Wärmeverteilung zur Folge hat und darüber hinaus einen hohen Energiebedarf erfordert. Außerdem nimmt das Hoch- bzw. Runterfahren des Ofens, sprich das Aufheizen und Abkühlen, viel Zeit in Anspruch, was einen flexiblen Einsatz des Ofens erschwert. Demgegenüber erfolgt beim Rollenofen ein einlagiger Brand. Der Brennkanal des Ofens ist dabei möglichst klein dimensioniert, um so die Brennkraft (auch als „Feuerungs-Effizienz“ bezeichnet) des Ofens zu erhöhen und das Brenngut somit schneller brennen zu können. Gleichzeitig sollte der Brennraum in Bezug auf den geforderten Output möglichst klein sein. Einzig die Bruchlast der Rollen stellt hier einen limitierenden Faktor dar.
Der Einsatz eines Rollenofens hat außerdem den Vorteil, dass sich Rollenöfen gegenüber üblicherweise in der Ziegelbrennerei eingesetzten Brennöfen, wie z.B. Tunnel- oder Kammeröfen, klimaneutral betreiben lassen. So kann der Rollenofen beispielsweise elektrisch oder auf Wasserstoffbasis oder betrieben werden. Tunnelöfen lassen sich mit Wasserstoff oder elektrisch nur sehr schlecht betreiben.
Denkbar ist auch, dass das Verfahren nach dem Schritt des Pressens des Tongranulats zu Dachziegelformlingen einen Qualitätsprüfschritt umfasst. Hierbei können fehlerhafte oder ungenügsame Formlinge wieder dem Prozess der Suspensionsherstellung zugeführt und dort wieder aufbereitet werden. Der Qualitätsprüfschritt kann insbesondere stichprobenartig erfolgen.
Der Pressvorgang erfolgt vorzugsweise in einer Pressform, welche eine erste Formhälfte und eine zweite Formhälfte aufweisen kann. Dabei können die Formhälften zwischen einer Pressposition, in der die Formhälften im Wesentlichen einen Aufnahmeraum begrenzen, der die Form des fertigen Dachziegels abbildet, und einer Füllposition, in der die Formhälften voneinander beabstandet sind und eine plastisch verformbare Formmasse in die erste und/oder die zweite Formhälfte eingefüllt werden kann, relativ zueinander bewegbar ausgestaltet sein. Die erste Formhälfte und/oder die zweite Formhälfte weisen mindestens eine Vertiefung auf, die einen Vorsprung des fertigen Dachziegelformlings abbildet, wobei in und/oder an der Vertiefung ein erstes Druckelement vorgesehen ist, das zwischen einer Ausgangsposition, in der das erste Druckelement bezüglich der Form des fertigen Dachziegelformlings zurückversetzt ist, und einer Verdichtungsposition, in der das erste Druckelement abschnittsweise die Oberfläche des Dachziegelformlings abbildet, bewegbar ausgebildet ist. Das Verfahren zum Pressen des Dachziegels weist demnach zusätzlich die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen der Pressform, wobei sich die Formhälften in der Füllposition und das zumindest eine erste Druckelement in der Ausgangsposition befinden,
- Einfüllen des Tongranulats in den Aufnahmeraum,
- Bewegen der Formhälften in die Pressposition, wobei das Tongranulat verdichtet wird,
- Bewegen des zumindest einen Druckelements in die Verdichtungsposition, wobei das Tongranulat im Bereich des ersten Druckelements verdichtet wird.

Aufgrund der Tatsache, dass das erste Druckelement nach dem Schließen der Pressform in seine Verdichtungsposition bewegt wird, erfolgt durch das erste Druckelement eine Nachverdichtung des Tongranulats in den Bereichen, in denen allein durch das Verschieben der Formhälften keine ausreichende Verdichtung erfolgt, beispielsweise in den Vertiefungen, die Vorsprünge des fertigen Dachziegelformlings abbilden. Dadurch kann die Festigkeit des Dachziegelformlings in diesen Bereichen erhöht werden, so dass der Dachziegelformling eine höhere Festigkeit und Beständigkeit gegen äußere Einflüsse aufweist. Die Nachverdichtung kann mechanisch, halbisostatisch und/oder isostatisch erfolgen.
Beim Verdichten drückt sich das Druckelement in die Oberfläche des Dachziegelformlings ein, wodurch die Oberfläche des Dachziegels in den nachverdichteten Bereichen mit einer Prägung versehen wird. Die Prägung verleiht dem Dachziegel ein charakteristisches Äußeres und bleibt auch nach dem Brennvorgang erhalten. Je nach Anzahl, Größe und Anordnung der verwendeten Druckelemente entstehen daher auf der Oberfläche des Dachziegels unterschiedliche Prägemuster.
Die oben genannten Vorsprünge können sich auf der Ober- und/oder auf der Unterseite des Dachziegelformlings befinden. Der Dachziegelformling kann beispielsweise auf seiner Oberseite eine Kopf- und Seitenfalze aufweisen und auf seiner Unterseite mit Einhängenasen, Stapelpunkten, Lattenschonern und Versteifungsrippen versehen sein.
Nach Beendigung des Pressvorgangs wird vorzugsweise das erste Druckelement in die Ausgangsposition bewegt, wodurch sich der gepresste Dachziegelformling im Bereich der Vertiefungen von der jeweiligen Formhälfte lösen kann und eine Entformung vereinfacht wird. Anschließend werden die Formhälften in die Füllposition bewegt und der Dachziegelformling wird aus der Pressform entnommen. Die Gefahr von Beschädigungen des gepressten Dachziegels bei der Entnahme aus der Pressform durch ein Anhaften des Dachziegels an einer Formhälfte kann so reduziert werden.
Vorzugsweise ist eine Führung für die erste und/oder die zweite Formhälfte vorgesehen, wobei die Führung gemeinsam mit den Formhälften den Aufnahmeraum in der Füllposition und in der Pressposition vollständig begrenzt. Die Führung kann mehrere Führungsteile aufweisen und vor dem Öffnen der Formhälften in eine Entformungsposition bewegt werden. Ton weist im Trockenpressverfahren eine relativ große Rückdehnung des gepressten Tongranulats auf. Die Rückdehnung liegt bei ca. 0,7 % bis 1,0 %. Wird die Pressform zur Entnahme des gepressten Dachziegelformlings innerhalb der den Aufnahmeraum seitlich begrenzenden Führung geöffnet, dehnt sich der gepresste Dachziegelformling aus und verklemmt sich innerhalb der Führung, wodurch der gepresste Dachziegelformling beschädigt werden kann oder schwerer aus der Pressform zu entnehmen ist. Um derartige Probleme zu vermeiden, wird die Führung seitlich, also parallel zur Erstreckungsrichtung der Formhälften, in eine, von den Formhälften beabstandete, Entformungsposition bewegt, in der der gepresste Dachziegelformling auch bei einer Rückdehnung des Tongranulats nicht an der Führung anliegen kann, so dass sich der Dachziegelformling in der Erstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Formhälften ausdehnen kann.
An der Oberfläche der ersten und/oder der zweiten Formhälfte kann zumindest ein zweites Druckelement vorgesehen sein, das zwischen einer Ausgangsposition, in der das zweite Druckelement bezüglich der Form des fertigen Dachziegelformlings vorsteht oder zurückversetzt ist, und einer Verdichtungsposition, in der das zweite Druckelement abschnittsweise die Oberfläche der Form des Dachziegelformlings abbildet, bewegbar ausgebildet ist, wobei das zweite Druckelement während oder nach dem Bewegen der Formhälften in die Pressposition in die Verdichtungsposition bzw. nach Beendigung des Pressvorgangs zurück in die Ausgangsposition bewegt wird. Durch dieses zweite Druckelement ist beispielsweise eine Nachverdichtung des Tonmaterials außerhalb der Vertiefungen möglich.
Vorzugsweise ist das zweite Druckelement aber mit einem in der Vertiefung vorgesehenen ersten Druckelement gekoppelt. Das erste Druckelement wird durch die Bewegung des zweiten Druckelements von der vorstehenden Position in die Verdichtungsposition von der zurückversetzten Position in die Verdichtungsposition gedrängt. Das zweite Druckelement wird in dieser Ausführungsform genutzt, um das erste Druckelement in die Verdichtungsposition zu bewegen. Dabei kann das zweite Druckelement als Steuerungselement verwendet werden. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Druckelement aber hydraulisch gekoppelt, so dass durch den auf das zweite Druckelement wirkenden Druck ein Bewegen des ersten Druckelements in die Verdichtungsposition erfolgt.
Die Kopplung von ersten und zweiten Druckelementen ermöglicht eine einfachere Steuerung der Bewegung der ersten und der zweiten Druckelemente zwischen der jeweiligen Ausgangsposition und der jeweiligen Verdichtungsposition. Durch das Verschieben der Formhälften in die Pressposition wird durch das Tonmaterial Druck auf das zweite Druckelement ausgeübt, durch den das zweite Druckelement in die Verdichtungsposition bewegt wird. Durch die Bewegung des zweiten Druckelements in die Verdichtungsposition wird auch das mit dem zweiten Druckelement gekoppelte erste Druckelement in die Verdichtungsposition bewegt, so dass keine separate Ansteuerung für das erste Druckelement erforderlich ist.
Des Weiteren ist eine einfache Entformung des Dachziegelformlings aus der Form möglich. Beispielsweise steht das zweite Druckelement in der Ausgangsposition über die Form des fertigen Dachziegelformlings vor und wird durch den beim Bewegen der Formhälften in die Pressposition ansteigenden Druck in die Verdichtungsposition bewegt. Durch die Koppelung des ersten und des zweiten Druckelements wird das erste Druckelement in die Verdichtungsposition bewegt. Beim Öffnen der Form, also einer Bewegung der Formhälften in die Füllposition, wird der Druck auf die zweiten Druckelemente reduziert, so dass sich diese zurück in die vorstehende Position bewegen können, wodurch der gepresste Dachziegelformling angehoben und von der Oberfläche der Form gelöst wird. Das mit dem zweiten Druckelement gekoppelte erste Druckelement wird gleichzeitig zurück in die bezüglich der Form des Dachziegels zurückversetzte Ausgangsposition bewegt, wodurch sich der Dachziegelformling auch im Bereich der Vertiefung von der jeweiligen Formhälfte lösen kann. Insgesamt haftet der Dachziegel anschließend nicht oder nur noch geringfügig an der jeweiligen Formhälfte, so dass die Gefahr von Beschädigungen bei der Entnahme des Dachziegels reduziert werden kann.
Vorzugsweise sind mehrere erste Druckelemente und/oder mehrere zweite Druckelemente vorgesehen, wobei die ersten Druckelemente und/oder die zweiten Druckelemente untereinander und/oder miteinander gekoppelt sind. Eine ausreichende Verdichtung des Tonmaterials kann mit einem Druckelement erzielt werden. Werden mehrere, vorzugsweise kleinflächige Druckelemente verwendet, kann die Verdichtung besser gesteuert werden, bzw. der Pressvorgang derart gesteuert werden, dass die Verdichtung jeweils in definierten Bereich mit einem definierten Druck auf das Tonmaterials erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Druckelemente derart ausgestaltet, dass mit ihnen eine Verdichtung des Tongranulats von ca. 2:1 erreicht werden kann. Das bedeutet, dass sich das Ausgangsvolumen des Tongranulats mithilfe der hier bevorzugten Druckelemente auf die Hälfte reduzieren lässt. Dazu können die Druckelemente aus einem entsprechend harten und belastbaren Material hergestellt sein, welches außerdem die gleichen Ausdehnungseigenschaften aufweisen sollte wie das Material der Pressformhälften. Bevorzugt können die Druckelemente beispielsweise aus Stahl hergestellt sein.
Die Formhälften können nach dem Einfüllen des Tongranulats in eine Entlüftungsposition zwischen der Füllposition und der Pressposition bewegt werden, in der im Aufnahmeraum enthaltene Luft aus dem Aufnahmeraum entweichen kann.
Bei der Herstellung der Suspension und somit zu Beginn des offenbarungsgemäßen Prozesses kann außerdem vorgesehen sein, dass das Aussondern der Unterkornfraktion und der Überkornfraktion mit einem Sieb oder einem Filter erfolgt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Aussonderung über ein Nasssiebverfahren erfolgt. Ein Nasssiebverfahren ermöglicht es, ungewünschte Korngrößen aus der Suspension zu entfernen, ohne die Suspension vorher trocknen zu müssen. Außerdem kann durch Nasssieben ein Verstopfen der Siebmaschen verhindert werden, was bei Trockensiebverfahren bei kleinen Körnungen vorkommen kann. Alternativ kann die Aussonderung mit einer Zentrifuge oder einem Zyklonabscheider erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Anlage zur Herstellung eines Dachziegels unter Anwendung des offenbarungsgemäßen Verfahrens vorgesehen. Die Anlage umfasst dabei insbesondere eine Beschickungseinrichtung zur Zuführung von nicht aufbereitetem Ton, eine Mühle zum Erzeugen einer Suspension, eine Granuliereinrichtung zur Erzeugung eines Tongranulats, eine Pressform zum Trockenpressen des Tongranulats zu einem Dachziegelformling sowie einen Rollenofen zum Durchführen eines Schnellbrandverfahrens.
Es kann außerdem eine Brecheinrichtung zur Vorzerkleinerung des nicht aufbereiteten Tonmaterials zu Tonstücken mit einer definierten Größe vorgesehen sein, wobei die Brecheinrichtung der Mühle vorgeschaltet sein kann oder auch Teil der Mühle sein kann. Die Mühle kann eine Pendelmühle, eine Walzenschüsselmühle oder eine Rührwerkskugelmühle sein. Optional kann die Mühle eine Sortiervorrichtung zum Aussondern überschüssigen Materials (beispielsweise Unter- und Überkornfraktionen) aufweisen, wobei die Sortiervorrichtung vor allem ein Sieb umfassen kann.
Vorzugsweise umfasst die Anlage außerdem eine Glasiereinrichtung, welche dazu geeignet ist, die Oberflächen der Dachziegelformlinge zu bearbeiten. So können die Formlinge in der Glasiereinrichtung glasiert, geprägt, beschichtet oder engobiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Dachziegel aus Ton, welcher mithilfe des hier beschriebenen Verfahrens hergestellt worden ist.
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine Anlage zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton in schematischer Darstellung;
2 ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4a eine Pressform zur Herstellung eines Dachziegels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Füllposition;
4b die Pressform aus 4a in geschlossener Pressposition.

1 zeigt eine Anlage 10 zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton 1 in schematischer Darstellung. Die dargestellte Anlage 10 ist insbesondere zur Durchführung des offenbarungsgemäßen Verfahrens geeignet. Die beispielhafte Anlage 10 aus 1 umfasst eine Beschickungseinrichtung 11, welche den unbehandelten Grubenton einer Mühle 12 zuführt. In der Mühle 12 wird aus dem Ton eine Suspension 2 erzeugt. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren können in der Mühe auch die Unter- und die Überkornfraktion entfernt werden.
Die aufbereitete Suspension 2 wird anschließend der Granuliereinrichtung 13 zugeführt, welche die Suspension 2 in ein Tongranulat 3 mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt umwandelt. Wie in 1 gezeigt, kann die Granuliereinrichtung 13 z.B. ein Sprühtrockner sein.
Die Anlage 10 aus 1 umfasst außerdem ein Zwischenlager 14, welches zur Speicherung und Trocknung des Tongranulats 3 ausgebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zwischenlager 14 um ein oder mehrere Silos.
Als weiteren Maschinenabschnitt umfasst die Anlage 10 eine Pressform 14 zum Trockenpressen des Tongranulats 3 zu einem Dachziegelformling. Schließlich werden die gepressten Dachziegelformlinge an einen Rollenofen 16 überführt, welcher dafür geeignet ist, die Ziegelformlinge in einem Schnellbrandverfahren, d.h. in unter 4 Stunden zu brennen.
Wie in 1 dargestellt, kann die Anlage 10 außerdem noch eine Glasiereinrichtung 15 umfassen. Dort können die Formlinge beispielsweise glasiert, geprägt, beschichtet oder bedruckt (z.B. „digital printing“) und/oder engobiert werden, bevor sie im Rollenofen 16 gebrannt werden.
2 zeigt in einem Flussdiagram die Schritte S1-S8 des offenbarungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Zunächst erfolgt Schritt S1: Bereitstellen des feuchten, nicht aufbereiteten Tons 1. Der Ton 1 wird dabei vorteilhafterweise aus einer nahgelegenen Grube an die Anlage 10 geliefert. Auf diese Weise können lange Transportwege und die damit verbunden Kosten vermieden bzw. reduziert werden. Eine Abstimmung der Tonmischung aus mehreren Tonen ist dabei aufgrund der minderen Bedeutung von plastischen Eigenschaften nicht notwendig.
An der Anlage 10 angekommen, kann der unbehandelte Grubenton 1 direkt gemäß Schritt S2 in der Mühle 12 zu einer wässrigen Suspension 2 verarbeitet werden. Die Suspension 2 lässt sich unter anderem besser homogenisieren als trockenes Tongranulat 3. Darüber hinaus lassen sich auch die anschließenden Aussonderungsprozesse gegenüber herkömmlichen Verfahren besser durchführen, wenn der Ton 1 als wässrige Suspension 2 vorliegt. Die Konditionierung des Ausgangsmaterials zu einer Suspension 2 erfolgt bevorzugt unter Zufuhr von Wasser sowie unter Einsatz von Lösern und Rührwerken, welche in der Mühle 12 integriert sein können. Am Ende von Schritt S2 weist die Suspension 2 bevorzugt einen Feststoffgehalt von 55 % bis 65 % auf.
Im Anschluss daran erfolgt Schritt S3: Aussondern einer Überkornfraktion aus der Suspension 2, wobei die Überkornfraktion Körner umfasst, deren Korndurchmesser einen definierten Wert überschreiten. Idealerweise sollte die Korngröße des späteren Granulats 3 zwischen 120 µm bis 1000 µm liegen. Um das zu gewährleisten, werden Körner, deren Durchmesser jeweils über 1000 µm liegt, aus der Suspension 2 ausgesondert. In einem weiteren Schritt S3.1 (s. 3) können außerdem Körner aus der Suspension 2 ausgesondert werden, deren Durchmesser kleiner ist als 120 µm.
Nach dem Aussondern von Über- und/oder Unterkornfraktion aus der Suspension 2 folgt Schritt S4: Granulieren der Suspension 2 zur Erzeugung eines Tongranulats 3. Um ein möglichst gutes Pressergebnis zu erhalten, sollte das Tongranulat 3 eine Restfeuchte von 2 % bis 6 % aufweisen. Hierdurch wird ein Schwinden der Dachziegelformlinge während des Pressvorgangs vermieden. Der Granulierprozess S2 kann beispielsweise mittels Sprüh- oder Zerstäubungstrocknung in einer geeigneten Granuliereinrichtung 13 erfolgen.
Als nächstes folgt Schritt S5: Einbringen des Tongranulats 3 in eine Pressform 14. Zur Herstellung der Dachziegelformlinge wird das aus Schritt S4 erhaltene Tongranulat 3 vorzugsweise unter Druck in die Pressform 14 der Anlage eingespritzt. Direkt im Anschluss daran erfolgt Schritt S6: Pressen des Tongranulats 3 in der Pressform 14, wobei das Tongranulat 3 verdichtet und zu einem Dachziegelformling geformt wird. Ist die gewünschte Menge an Tongranulat 3 in die Pressform 14 eingebracht worden, werden die Formhälften der Pressform 14 aus der Füllposition in die Pressposition bewegt, in welcher die Pressform 14 die Form des fertigen Dachziegels abbildet.
Der nächste Schritt S7 umfasst Folgendes: Überführen des Dachziegelformlings in einen Rollenofen 16 zum Brennen des Dachziegelformlings. Im letzten Schritt S8 wird der Dachziegelformling dann im Schnellbrandverfahren zu einem Dachziegel gebrannt.. Der Brennprozess gemäß S8 erfolgt bevorzugt in einlagiger Setzweise. Hierdurch kann ein möglichst hoher Anteil der Strahlungsenergie des Ofens 16 für den Wärmeübergang auf die Dachziegel genutzt werden.
3 zeigt ein Flussdiagram umfassend die Schritte S1-S8 des Verfahrens zur Herstellung eines Dachziegels aus Ton 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das in 3 gezeigte Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren aus 2 dadurch, dass das Verfahren gemäß 3 die zusätzlichen Zwischenschritte S1.1, S2.1, S3.1 und S4.1 umfasst.
Schritt S1.1 schließt sich dem Schritt S1 an und umfasst Folgendes: Brechen von im Ton 1 enthaltenen Tonschollen in Tonstücke, wobei die Tonstücke einen mittleren Durchmesser von 5 cm oder weniger aufweisen. Das Brechen oder Zermahlen größerer Tonschollen in Tonstücke, die im Mittel kleiner sind als 5 cm, kann beispielsweise in der Mühle 12 erfolgen und dient dazu, das von der Halde kommende, unverarbeitete Material für die nachfolgenden Schritte vorzubereiten.
Schritt S2.1 schließt sich dem Schritt S2 an und umfasst Folgendes: Zugabe von Additiven zu der Suspension 2. Die Additive erleichtern das Homogenisieren der Suspension 2 und dienen vor allem dazu, den Dachziegeln ihre gewünschten Eigenschaften zu verleihen, beispielsweise um den Feststoffgehalt in der Suspension möglichst hoch zu halten.
Schritt S3.1 schließt sich dem Schritt S3 an und umfasst Folgendes: Aussondern einer Unterkornfraktion aus der Suspension 2, wobei die Unterkornfraktion Körner umfasst, deren Korndurchmesser einen definierten Wert überschreiten. Idealerweise sollte die Korngröße des späteren Granulats 3 zwischen 120 µm bis 1000 µm liegen. Um das zu gewährleisten, werden Körner aus der Suspension 2 ausgesondert, deren Durchmesser kleiner ist als 120 µm. Schritt S3.1 kann gleichzeitig mit Schritt S3 durchgeführt werden.
Schritt S4.1 schließt sich dem Schritt S4 an und umfasst Folgendes: Speichern des Tongranulats 3 in mindestens einem geeigneten Zwischenlager 14. Das Zwischenlager 14 ist dabei vorzugsweise ein Silo. Die Speicherung in einem Zwischenlager 14 trägt zu einer weiteren Homogenisierung des Granulats 3 bei, wobei in dieser Phase beispielsweise ein Ausgleich von geringen Feuchtigkeitsunterschieden innerhalb des Granulats 3 erfolgen kann. Der Vorgang der Zwischenlagerung kann dabei zwischen einigen wenigen Stunden und einigen Tagen dauern - je nach Herstellungsbedarf.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Vorteilhafterweise sollte der Brennkanal des Ofens dabei möglichst klein dimensioniert sein, um so die Feuerungs-Effizienz des Ofens zu erhöhen und das Brenngut somit schneller brennen zu können. Hierbei besteht ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens darin, dass sich die erhaltenen Dachziegelformlinge ohne die üblichen Brennhilfsmittel (z.B H- oder U-Kassetten) brennen lassen, weil sie bereits mit einer ausreichenden Formfestigkeit aus dem Trockenpressschritt kommen. Entsprechend kann auf Brennhilfsmittel verzichtet werden, was zu Platz- und Kosteneinsparungen führt was außerdem die Brenneffizienz des Ofens erhöht. Der Einsatz eines Rollenofens hat außerdem den Vorteil, dass sich Rollenöfen gegenüber üblicherweise in der Ziegelbrennerei eingesetzten Brennöfen klimaneutral betreiben lassen. So kann der Rollenofen beispielsweise elektrisch oder auf Wasserstoffbasis oder betrieben werden.
In 4a ist die Pressform 14 in einer Füllposition gezeigt, in der die Formhälften 22, 24 voneinander beabstandet sind und ein Tonmaterial in den Aufnahmeraum eingefüllt werden kann. Zum Befüllen der Pressform 14 ist eine Füllvorrichtung 42 vorgesehen, die das Tonmaterial mittels Druckluft mit Überdruck in den Aufnahmeraum 30 einspritzen kann. Das Einspritzen erfolgt in einer Einspritzrichtung E im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 34, 38 der ersten bzw. der zweiten Formhälfte 22, 24.
Von der in 4a gezeigten Füllposition können die Formhälften 22, 24 in einer Pressrichtung P aufeinander zu in die in 4b gezeigte Pressposition bewegt werden, in welcher der Aufnahmeraum 30 im Wesentlichen die Form des Dachziegels 18 abbildet. Eine der Formhälften 22, 24 kann ortsfest fixiert sein, so dass nur die jeweils andere Formhälfte 22, 24 bewegt wird. Es ist aber auch möglich, dass beide Formhälften 22, 24 bewegt werden können und beim Pressvorgang des Dachziegels 18 aufeinander zu bewegt werden. Die Führungselemente 28 sind in einer im Wesentlichen senkrecht zur Pressrichtung P verlaufenden Entnahmerichtung R in eine Entnahmeposition bewegbar, in der die Führungselemente 28 von den Formhälften 22, 24 beabstandet sind. Die Formhälften 22, 24 weisen jeweils einen Grundkörper 44, 46 aus Stahl, vorzugsweise aus Werkzeugstahl, auf. Des Weiteren weisen die Oberflächen 34, 38 jeweils eine Beschichtung 48, 50 auf, die in der hier gezeigten Ausführungsform jeweils aus einer PU-Schicht gebildet ist. Durch die Beschichtung 48, 50 wird die Anhaftung des eingefüllten Tonmaterials an den Oberflächen 34, 38 der Formhälften 22, 24 reduziert.
An bzw. in der Vertiefung 40 ist ein erstes Druckelement 52 vorgesehen, das durch ein Druckkissen gebildet ist, das einen mit einem inkompressiblen Druckmedium 56 gefüllten Druckraum 58 aufweist. Das erste Druckelement 52 weist eine Druckleitung 60 auf, durch die das Druckmedium 56, beispielsweise Öl, in den Druckraum 58 einströmen bzw. aus diesem ausströmen kann. Das erste Druckelement 52 ist am Fuß der Vertiefungen 40, also am Übergang zur der ersten Formhälfte 22 zugewandten Oberfläche 38 der zweiten Formhälfte 24 vorgesehen.
An der Oberfläche 38 der zweiten Formhälfte 24 ist des Weiteren ein zweites Druckelement 62 vorgesehen, dessen Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Druckelements 52 entspricht. Das zweite Druckelement 62 weist einen Druckraum 64 sowie eine Druckleitung 66 auf, die mit dem Druckmedium 56 gefüllt sind.
Die Druckleitung 66 des zweiten Druckelements 62 ist mit der Druckleitung 58 des ersten Druckelements 52 verbunden, so dass das Druckmedium 56 zwischen dem ersten und dem zweiten Druckelement 52, 62 strömen kann. Des Weiteren sind die Druckleitungen 60, 66 an eine Druckerzeugungseinrichtung 68 angeschlossen, die das Druckmedium 56 bereitstellen und/oder den Druck in den Druckleitungen 60, 66 bzw. den Druckelementen 52, 62 einstellen kann. Vorzugsweise weist das Druckmedium 56 einen Überdruck von ca. 5 Pa bis 7 Pa auf. Die Druckelemente 52, 62 sind jeweils durch eine Aussparung 70, 72 im Grundkörper 46 der zweiten Formhälfte 24 sowie die als Membran ausgebildete Beschichtung 50 gebildet.
In der Füllposition gemäß 4a ist das zweite Druckelement 62 in einer Ausgangsposition in Richtung des Aufnahmeraums 30 gewölbt, steht also über die Form des fertigen Dachziegels 18 (gestrichelte Linie) vor. Das erste Druckelement 52 ist in der Füllposition in einer Ausgangsposition gegenüber der Form des fertigen Dachziegels 18 zurückversetzt.
Das erste und das zweite Druckelement 52, 62 sind durch die Druckleitungen 60, 66 derart miteinander gekoppelt, dass das erste Druckelement 52 durch ein Bewegen des zweiten Druckelements 62 in eine Verdichtungsposition, in der das zweite Druckelement 62 abschnittsweise die Form des fertigen Dachziegels abbildet, durch das aus dem zweiten Druckelement 62 ausströmende und in das erste Druckelement 52 einströmende Druckmedium 56 nach außen in eine Verdichtungsposition bewegt wird, in der das erste Druckelement 52 ebenfalls einen Ab- schnitt der Form des Dachziegels 18 abbildet (s. 4b).
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

Sn: Schritt n
1: Ton
2: Suspension
3: Tongranulat
10: Anlage
11: Beschickungseinrichtung
12: Mühle
13: Granuliereinrichtung
14: Zwischenlager
15: Glasiereinrichtung
16: Rollenofen
18: Dachziegel
20: Pressform
22: Erste Formhälfte
24: Zweite Formhälfte
26: Führung
28: Führungselemente
30: Aufnahmeraum
34, 38: Oberfläche
40: Vertiefung
42: Füllvorrichtung
44, 46: Grundkörper
48, 50: Beschichtung
52: Erstes Druckelement
56: Druckmedium
58, 64: Druckraum
60: Druckleitung
62: Zweites Druckelement
70, 72: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19526849 A1 [0006]

Claims

Anlage (10) zur Herstellung eines Dachziegels, umfassend: eine Beschickungseinrichtung (11) zur Zuführung von feuchtem, nicht aufbereitetem Ton (1); eine Mühle (12) zum Erzeugen einer wässrigen Tonsuspension (2); eine Granuliereinrichtung (13) zur Erzeugung eines Tongranulats (3); eine Pressform (14) zum Trockenpressen des Tongranulats (3) zu einem Dachziegelformling; und einen Rollenofen (16) zum Durchführen eines Schnellbrandverfahrens.
Anlage (10) nach Anspruch 1, zur Verwendung bei einem Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: (S1) Bereitstellen des feuchten, nicht aufbereiteten Tons (1); (S2) Erzeugen der wässrigen Tonsuspension (2); (S3) Aussondern einer Überkornfraktion aus der Suspension (2), wobei die Überkornfraktion Körner umfasst, deren Korndurchmesser einen definierten Wert überschreiten; (S4) Granulieren der Suspension (2) zur Erzeugung eines Tongranulats (3); (S5) Einbringen des Tongranulats (3) in die Pressform (14); (S6) Pressen des Tongranulats in der Pressform (14), wobei das Tongranulat (3) verdichtet und zu einem Dachziegelformling geformt wird; (S7) Überführen des Dachziegelformlings in den Rollenofen (16) und (S8) Brennen des Dachziegelformlings in einem Schnellbrandverfahren.
Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Schritt (S1) außerdem den folgenden Schritt umfasst: (S1.1) Brechen von im Ton (1) enthaltenen Tonschollen in Tonstücke, wobei die Tonstücke einen mittleren Durchmesser von 5 cm aufweisen.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Schritt (S2) außerdem den folgenden Schritt umfasst: (S2.1) Zugabe von Additiven zu der Suspension (2).
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor Schritt (S3) außerdem den folgenden Schritt umfasst: (S3.1) Aussondern einer Unterkornfraktion aus der Suspension (2), wobei die Unterkornfraktion Körner umfasst, deren Korndurchmesser einen definierten Wert unterschreiten.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Schritt (S4) außerdem den folgenden Schritt umfasst: (S4.1) Speichern des Tongranulats in mindestens einem geeigneten Zwischenlager (15), insbesondere einem Silo.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension (2) vor dem Granulieren einen Feststoffgehalt von 20 % bis 70 %, insbesondere von 55 % bis 65 % aufweist.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner der Überkornfraktion je einen Korndurchmesser aufweisen, der größer als 1000 µm ist.
Anlage (10)nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner der Unterkornfraktion je einen Korndurchmesser aufweisen, der kleiner als 100 µm ist.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tongranulat (3) nach dem Granulieren der Suspension (2) einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 15 %, insbesondere von 1 % bis 11 % aufweist.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen des Tongranulats (3) durch Trockenpressen erfolgt.
Anlage (10)nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussondern der Unterkornfraktion und der Überkornfraktion jeweils in einem Siebverfahren erfolgt.
Anlage (10)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S1.1) in einer Pendelmühle oder in einer Walzenschüsselmühle erfolgt.
Dachziegel aus Ton, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachziegel in einer Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.