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Verfahren zur Herstellung eines leichten Baumaterials und nach diesem
Verfahren hergestelltes Material Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die
Herstellung eines leichten Baumaterials aus tonhaltigen Stoffen mit Hilfe von wirtschaftlichen
und leicht anwendbaren Mitteln.
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Der größte Teil der bisher laufend angewandten Bauverfahren bezweckt
zunächst die Herstellung eines Materials, dessen Form mit Rücksicht auf seine Anpassung
an den zu erhaltenden Bautyp entwickelt ist. Die so hergestellten Baustoffe haben
ganz allgemein ein Volumen und eine Form, die ihr Brennen heikel gestalten oder
wenigstens für diesen Vorgang eine erhebliche Zeit erfordern, die z. B. bis zu io
Stunden betragen kann, wobei diese Zeit noch beträchtlich durch die notwendigen
Trocken- und Abkühlungsperioden verlängert wird, was schließlich eine Gesamtherstellungszeit
ergibt, die häufig mehrere Tage beträgt.
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Man hat diesem letzteren Übelstand durch die Herstellung von Materialien
abzuhelfen gesucht, welche als Masse gebrannt und dann zerkleinert werden, um ihre
Verwendung in einer Kunststeinmasse zu ermöglichen. Gewisse andere bekannte Verfahren
schlagen noch vor, die Zerkleinerung der Ausgangsstoffe vor dem Brennen vorzunehmen
und die so erhaltene Masse zur Verglasung zu bringen, um z. B. kugelförmige Körner
zu erhalten, die alsdann in einer Kunststeinmasse als Füllstoff verwendet werden
können.
Alle bisher unternommenen' Versuche zur Beschränkung der
Trocknungs- und Brennzeit haben zu Fehlschlägen geführt; da sie sehr häufig ohne
gründliche Kenntnis der Gesetze ausgeführt wurden, welche den Verlauf des Brennens
von tonhaltigen Stoffen beherrschen, und es erfolgte im allgemeinen ein Platzen
der Formlinge.
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Eines der Ziele der Erfindung ist insbesondere die Verringerung der
Trocknungs- und Brennperiode des Baumaterials aus tonhaltigen Stoffen. Eingehende
Untersuchungen der Erscheinungen des Brennens haben gestattet, die Bedingungen zu
bestimmen, unter denen ein schnelles Brennen eines tonhaltigen noch wasserhaltigen
Körpers vorgenommen werden kann, ohne ein Platzen befürchten zu müssen. Diese Untersuchungen
haben gezeigt, daß die Hauptbedingung die Dicke des diesem Brennen ausgesetzten
Körpers war. Wenn man nämlich einen tonhaltigen Körper der plötzlichen Einwirkung
starker Hitze aussetzt, bildet sich sofort an der Oberfläche dieses Körpers eine
trockene und teilweise gebrannte Kruste, deren Dicke, obwohl sie von der Art der
benutzten tonhaltigen Erde abhängt, im allgemeinen irri Verlauf von io bis 15 Minuten
größenordnungsmäßig etwa 2 mm beträgt.
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Der Brennvorgang bleibt während einer gewissen Zeit an dieser Tiefe
stehen, und die sich im Innern der Tonmasse befindende Feuchtigkeit verwandelt sich
nun in Dampf, der, da er nicht mehr entweichen kann, unfehlbar das Platzen des Tonkörpers
bewirkt. Das ist der Grund, warum es bisher notwendig war, diese Erzeugnisse allmählich
und langsam, d. h. während verhältnismäßig langer Zeit zu trocknen.
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Wenn man dagegen die Dicke der der Trocknung oder dem Brennen unterworfenen
Masse auf das Doppelte der Dicke der so gebildeten Kruste, welche die erste gebrannte
Schicht darstellt, beschränkt, so durchdringt die Wärme; welche in die Tonmasse
von den beiden gegenüberliegenden Flächen eindringt, die gesamte Masse im Verlauf
von einigen Minuten. Die ersten Brennschichten vereinigen sich dann, und die im
Innern dieser Masse gebildeten Dämpfe haben wegen des kürzeren, zu durchlaufenden
Weges die Möglichkeit, zu entweichen, ohne das Platzen zu bewirken.
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Es ist somit für das zu brennende Erzeugnis eine kritische Dicke vorhanden;
welche das schnelle Brennen einer plastischen Tonmasse gestattet, wobei die Bestimmung
dieser kritischen Dicke auf dem Grundsatz des Fortschreitens der Wärme in den zu
brennenden Körper beruht. , Diese Dicke liegt bei einem. Wert, -der gleich dem Doppelten
der Dicke der ersten Trocknungs- und Brennschicht -ist, und die zu brennenden Körper
müssen genügend dünn und porös sein, um das schnelle Entweichen der Gase oder Dämpfe
ohne Aufplatzen zu ermöglichen.
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Anstatt das Baumaterial den Möglichkeiten der menschlichen Hand oder
. einem anderen Zweck anzupassen, wie es bei den Ziegelsteinen der Fall ist, wobei
diese Anpassung auf Kosten der Brenndauer und des notwendigen Brennstoffs erfolgt,
paßt man zunächst dieses Material den Erscheinungen des Brennens an, indem man seine
Dicke kleiner als diese kritische Dicke macht, was gleichzeitig die Erzielung der
höchsten Brennstoffersparnis gestattet. Die Form und die Masse dieses Materials
werden also den Bedingungen einer wirtschaftlichen Herstellung und eines wirtschaftlichen
Brennens untergeordnet.
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Diese Besonderheit gestattet insbesondere, die Trockenperiode ganz
bedeutend zu verringern, welche bisher ein wesentlicher Vorgang war, der Handhabungen
und eine beträchtliche, bis zu mehreren Tagen betragende Zeit erforderte. Man kann
infolgedessen die Herstellung des gebrannten Materials in fortlaufender und vollständig
selbsttätiger Weise vornehmen. Schließlich kann man dieses Brennen in einer sehr
kurzen Zeit vornehmen, die nach Minuten rechnet, an Stelle einiger Stunden bei den
üblichen Verfahren. Außerdem kann diese Brennart für das erste Brennen von feuerfesten
Erden in einer wirtschaftlicheren Weise, als bisher möglich, verwendet werdo,n:
, Ein weiteres Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Baumaterials, welches
dieser Brennart durch eine dementsprechende Herstellung angepaßt ist.
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Es ist leicht verständlich, daß es möglich ist, zu brennende Teile
sehr einfacher Form mit einer Dicke von etwa 4 bis 5 mm zu schaffen. Immerhin ist
die Bedeutung solcher Teile infolge der Möglichkeit ihrer Anhäufung in einer verhältnismäßig
kompakten Masse begrenzt. Es ist besser, ein hohles Korn zu schaffen, dessen etwa
4 bis 5 mm dicke Wand im Grundriß eine vieleckige oder kreisrunde Form hat und einen
Hohlraum oder eine axiale Bohrung gewünschter Abmessungen umgibt. Man erhält so
ein Material mit Abmessungen, Formen, einem Widerstand gegen Druck und Isoliereigenschaften,
die in jeder technischen Hinsicht brauchbar sind. Die Abmessungen des Hohlraums
oder der Bohrung können natürlich verschieden sein, je nachdem ob man eher die Druckfestigkeit
oder die Leichtigkeit des Materials zu steigern wünscht. Die so gebildeten Teile
können jede beliebige Form aufweisen und z. B. hohle Würfel bilden oder rohrförmig,
prismatisch usw. sein.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist noch die Ermöglichung der Herstellung
eines Baumaterials, welches alle Eigenschaften des Ziegelsteins aufweist, aber in
der Form eines Füllstoffs für die Herstellung eines Betons verwendbar ist, d. h.
in einer sehr viel zweckmäßigeren Weise.
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Die Erfindung wird daher durch ein Verfahren zur fortlaufenden Herstellung
eines leichten Baumaterials verwirklicht, welches darin besteht, eine tonhaltige
Erde durch mechanische Mittel zu behandeln, um ihr eine plastische Beschaffenheit
zu geben, die so erhaltene Masse in Teile zu unterteilen, deren Dicke nicht merklich
die dem schnellen Eindringen der Wärme, falls man diese Masse
einer
hohen Temperatur aussetzt, entsprechende Dicke übertrifft, die erhaltenen Teile
bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur zu trocknen, sie bei einer Temperatur
zu brennen, die nicht den Schmelz- oder Erweichungspunkt des Stoffes erreicht, und
dann ihre Abkühlung zu bewirken.
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Gemäß einem vorteilhaft erscheinenden Kennzeichen der Erfindung teilt
man die behandelte plastische Tonmasse mechanisch in eine Vielzahl von Körnern gleichmäßiger
Größe. Diese Unterteilung der Masse wird vorzugsweise in zweckentsprechender Form
durch mechanische Mittel vorgenommen. Man drückt z. B. die plastische Masse durch
Düsen, um Stangen aus dem so geformten Stoff zu erhalten; welche in entsprechenden
kurzen Abständen zerschnitten werden, um Körner zu erhalten. In diesem Fall wird
die Größe der Drückdrüsen so berechnet, daß die Wanddicke dieser Körner die oben
angegebene nicht übersteigt.
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Hinsichtlich dieser größten Dicke, welche die Wände der Körner haben
sollen, sei bemerkt, daß diese Körner, was ihre Größe anbetrifft, etwa mit Flußkies
vergleichbar sind, weshalb das Wort Kies im weiteren Verlauf dieser Beschreibung
zur Bezeichnung des in Körner übergeführten Materials verwendet wird. Das Brennen
gibt den Körnern ein poröses Gefüge, welches dem des Ziegelsteins entspricht, wozu
eine sehr geringe Dichte kommt. Dieser innere Aufbau der dem Brennvorgang unterworfenen
Körner erinnert an den der keramischen Stoffe, weshalb das erhaltene Baumaterial
hier keramischer Kies genannt wird.
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Nachstehend ist ein Beispiel des den Gegenstand der Erfindung bildenden
Verfahrens angegeben. Man geht von einer beliebigen tonhaltigen Erde aus, wie sie
gewöhnlich in den Ziegeleien und Ziegelsteinfabriken verwendet wird. Diese Erde
wird einem an sich bekannten und infolgedessen hier nicht ausführlich beschriebenen
Behandlungsvorgang unterworfen, um sie in eine bildsame Beschaffenheit überzuführen,
welche ihre Formung auf der Strangpresse gestattet, wobei diese mechanische Behandlung
je nach der Art der behandelten Erde, die fett oder mager sein kann, etwas verschieden
ist. Man kann auch von tonhaltigen Erden ausgehen, die sich beim Brennen verformen,
da eine Volumvergrößerung oder eine leichte Formänderung in keiner Weise den erhaltenen
Erzeugnissen schadet. Man kann somit zur Ausübung dieses Verfahrens Erden benutzen,
die man nicht für die Herstellung der üblichen keramischen Erzeugnisse verwenden
kann, oder Erden, welche neutralisierbare oder vorzugsweise durch Wärme ausscheidbare
Verunreinigungen enthalten.
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Hierauf preßt man die Masse durch ein Mundstück oder einen Satz von
nebeneinanderliegenden Mundstücken, welche jeden beliebigen Querschnitt haben können
und vorzugsweise mit einem ringförmigen Ansatz zur Erzielung eines Rohres versehen
sind. Dieser Vorgang kann in einer Presse stattfinden, und das Mundstück arbeitet
mit einem Schneidorgan zusammen, welches vorzugsweise ein Messer geeigneter Form
und Bauart ist, dessen Arbeitsrhythmus so auf die Leistung der Strangpresse'abgestimmt
ist, daß Körner entstehen, deren Länge gleich ihrer Querausdehnung ist. Man erhält
so einen aus Körnern gleicher Größe gebildeten Kies, ohne daß es nötig wäre, irgendeine
Zerkleinerung oder Sortierung vorzunehmen. Es ist jedoch klar, daß diese Unterteilung
der plastischen Masse auch auf einer anderen Presse oder mit Hilfe einer beliebigen
anderen geeigneten Maschine vorgenommen werden kann.
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Die so gebildeten Körner werden auf einem Transportband aufgefangen,
welches sie in eine Kammer oder Vortrocknungszone eines Brennofens führt. Das Material
liegt ungeordnet auf diesem Transportband, wobei die Zwischenräume zwischen den
aufgeschütteten Körnern sowie die axialen Bohrungen, welche von dem Ansatz des Mundstücks
herrühren und diesen Körnern eine rohrförmige Gestalt geben, die Berührungsfläche
zwischen der Luft oder den die Trocknung bewirkenden heißen Gasen und den Körnern
selbst entsprechend vergrößern. Aus den oben angegebenen Gründen und entsprechend
dem erfindungsgemäßen Verfahren haben die Wände dieser hohlen Körner eine Dicke,
die vorzugsweise 4 mm nicht übersteigt. Eine geeignete Größe für diese Körner ist
eine Seitenlänge von 15 mm mit einer inneren Bohrung von etwa 7 mm, was Wände
einer Dicke von 4 mm ergibt, wie oben angegeben. Die Korngröße kann jedoch auch
verändert werden, um sich den normalen Gesetzen der Herstellung eines dem Bedarf
entsprechenden üblichen Betons anzupassen. Versuche haben gezeigt, daß bei derartigen
Körnern die Trockenfläche etwa zehnmal so groß ist wie bei Ziegelsteinen. Es ist
daher leicht einzusehen, daß die Verdampfung der Feuchtigkeit der Körner sehr viel
schneller erfolgt. Andererseits gestattet entsprechend dem Vordringen der Wärme
in das Innere der Masse die Dicke dieser Körner auch die Verdampfung des gesamten,
sich in ihrer Masse befindenden Wassers. Auf diese Weise kann die Vortrocknung von
die obigen Abmessungen aufweisenden Körnern bei hohen Temperaturen, z. B. 4oo bis
5oo°, erfolgen, und zwar ohne die Gefahr eines Aufplatzens und in einem auf etwa
30 Minuten verringerten Zeitraum.
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Hierauf werden diese getrockneten Körner mit Hilfe einer Transportvorrichtung
in die Brennzone gebracht, die z. B. demselben Ofen angehört wie die Vortrocknungskammer.
Dieses Brennen erfolgt durch allmähliche, schnelle Erhitzung bis zu einer Höchsttemperatur.
Die mit den Wänden der getrockneten Körner in Berührung kommende Wärme bewirkt in
einigen Minuten das Brennen einer Oberflächenschicht von etwa 2 mm von jeder ausgesetzten
Seite aus, so daß sich die gebrannten Dicken schnell im Innern der Masse des Korns
treffen und die Gesamtheit dieser Körner sehr schnell gebrannt wird. Da sich die
Porosität in den Körnern mit dem Verlauf dieses Brennens entwickelt, kann jede etwa
noch verbliebene Spur von Feuchtigkeit entfernt werden, ohne daß etwa
ein
Platzen der Körner auftritt. Das vollständige Brennen erfolgt so in 'einem Zeitraum,
der zwischen io und 15 Minuten schwankt (in der Zone der Höchsttemperatur), und
zwar entsprechend der verwendeten Temperatur und der Art der tonhaltigen Erde, aus
welcher die Körner hergestellt werden. So kann sich bei fetten Erden eine Temperatur
von etwa 75o° als hinreichend erweisen, während diese Temperatur bei mageren Erden
bis auf i ioo° steigt. Es ist zu bemerken, daß dieses Temperaturintervall stets
niedriger als der Schmelzpunkt des Stoffes bleibt.
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Auf dieses Brennen läßt man eine Abkühlungsperiode des keramischen
Kieses in dem Schlußteil des Ofens folgen. Die von den Körnern während dieser Abkühlung
abgegebene Wärme kann übrigens Alls gewünscht als Vortrocknungswärme benutzt werden.
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Nach der Abkühlung ist der Kies verwendungsbereit. Es ist zu bemerken,
daß die Gesamtdauer der Wärmebehandlung i Stunde nicht übersteigt, womit sie merklich
kürzer als alle bisher angewandten Behandlungen ist. Dieser bedeutende Vorteil rührt
von der Anpassung der dem Brennen ausgesetzten Teile an die Gesetze her, welche
die Entwicklung dieses Brennens in ihrer Masse beherrschen.
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Der erhaltene keramische Kies besitzt infolge dieser Schnelligkeit
des Brennvorganges eine verbesserte Porosität. Ein weiterer wichtiger Vorteil wird
durch seine im Vergleich zu den üblichen Baustoffen verhältnismäßig geringe Dichte
dargestellt. Man kann ganz allgemein annnehmen, daß das Volumen der nach dem oben
angegebenen Verfahren erhaltenen endgültigen Masse fast das Doppelte des Volumens
der tonhaltigen Erde beträgt, aus welcher dieser keramische Kies erhalten wurde.
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Ein weiterer Vorteil ist noch das Isoliervermögen des lose aufgeschütteten
Materials, welches von dem Vorhandensein der Luftschicht herrührt, die ungefähr
die. Hälfte des Volumens dieses Materials ausmacht.
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Die Verwendung dieses erfindungsgemäßen keramischen Kieses kann in
Form eines Zuschlagstoffe für Beton und durch Gießen in Verschalungen erfolgen,
was eine sehr zweckmäßige Verwendung ermöglicht. Die Mengen von Zement und Sand,
die diesem keramischen Kies beigemischt werden, hängen von den Besonderheiten des
Baues ab, den man zu erhalten wünscht. Es ist so möglich, z. B. Leichtbauten aus
keramischem Kies aufzuführen, die eine sehr gute Porosität der Wände aufweisen und
mit Methoden erstellt werden, die denen für den gewöhnlichen Beton benutzten ähnlich
sind.
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Falls man diesen keramischen Kies für Zwecke zu benutzen wünscht,
die eine größere Widerstandsfähigkeit erfordern, z. B. für Straßen, Brückenpfeiler
und ähnliche Anwendungen, erhöht man die Brenntemperatur bis zum Verglasungspunkt,
ohne jedoch den Schmelz- oder Erweichungspunkt des Stoffes zu erreichen.
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Durch Steigerung der Brenntemperatur über den Schmelzpunkt hinaus
kann man übrigens eine Verflüssigung des Materials erzielen, wodurch man ein durch
die geschmolzene tonhaltige Erde gebildetes flüssiges Erzeugnis erhält, welches
geformt werden kann und dank des erfindungsgemäßen Verfahrens so in weniger als
einer Stunde aus der feuchten, nicht gebrannten Magse mit einem äußerst kleinen
Wärmeverbrauch erhalten werden konnte.
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Man sieht, daß ein derartiger keramischer Kies vielfache Anwendungen
ermöglicht. Gegebenenfalls kann man übrigens fahrbare, auf Lastwagen oder Eisenbahnwagen
angeordnete Anlagen vorsehen, die unmittelbar an dem Gewinnungsort der tonhaltigen
Erde arbeiten können, um den gebrauchsfertigen keramischen Kies zu liefern.
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Die Erfindung betrifft auch den keramischen Kies aus tonhaltiger gebrannter
Erde, der durch die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens erhalten wurde und
durch Körner gebildet wird, deren Wände eine Stärke haben, die die durch die in
der Beschreibung angegebenen Entwicklungsgesetze des Brennens zugelassene Stärke
nicht übertrifft.