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Herstellung von Gegenständen aus Schaumglas Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Schaumglas, durch welches
es möglich ist, diese Gegenstände so formgenau herzustellen, daß sie nach erfolgter
Herstellung nicht mehr bearbeitet zu werden brauchen, um sie auf die gewünschten
Abmessungen zu bringen. Die gemäß dem Verfahren hergestellten Gegenstände besitzen
auch gegenüber den bisher erzeugten derartigen Gegenständen eine größere Wasserundurchlässigkeit
und eine größere mechanische Festigkeit.
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Das gebräuchlichste Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus
Schaumglas besteht darin, daß eine Mischung aus zerkleinertem Glas und einem gasentwickelnden
Stoff, wie z. B. Kohlenstoffpulver, in nicht oxydierbaren Stahlformen geeigneter
Gestalt erhitzt wird.
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Nach erfolgtem Aufblähen besitzt das der Form entnommene und gekühlte
Produkt noch nicht das genügend regelmäßige Aussehen, um für die meisten Zwecke
verwendet werden zu können, insbesondere wenn die Gegenstände eine geometrische
Form haben und genau zusammengesetzt werden sollen. Es ist dann noch ein Nachbearbeiten
bzw. Beschneiden der Gegenstände an allen Flächen erforderlich, um ihnen die gewünschte
genaue Form und Abmessung geben zu können: Demnach muß auch die Form in Abmessungen
gehalten werden, die größer sind als der Fertiggegenstand.
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Die Erfindung ermöglicht es; von der Formung
weg Gegenstände
der gewünschten Abmessungen zu erhalten, die keinerlei nachträglicher Oberflächenbearbeitung
bedürfen und infolgedessen widerstandsfähiger und weniger wasserdurchlässig sind
als die nach den üblichen Verfahren hergestellten Gegenstände.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung. geformter, glattwandiger
Gegenstände aus Schaumglas, bei dem ein Gemisch von zerkleinertem Glas und einem
bei der Erweichungstemperatur des Glases gasentwickelnden Stoff in einer Form erhitzt
wird und sich den Forminnenflächen genau anpaßt, besteht darin, daß in einer völlig
geschlossenen und praktisch nicht deformierbaren Form eine solche Menge des Gemisches
auf die genannte Temperatur erhitzt wird, daß das Volumen, welches diese Menge,
wenn man sie bei gleicher Temperatur sich frei aufblähen ließe, annehmen würde,
größer ist als das Volumen der Form. Der Füllungskoeffizient der Form hängt dabei
von der Art des Gemisches und von dem spezifischen Gewicht ab, welches der Gegenstand
erhalten soll.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zwingt die Expansionskraft der
Gase, die die Poren füllen, das Glas, den ganzen Innenraum der Form einzunehmen,
drückt es gegen die Wände und zwingt es trotz seiner hohen Zähflüssigkeit, bis in
die Winkel der Form einzudringen, so daß der der Form entnommene Gegenstand eine
vollkommen glatte und der Innenfläche der Form entsprechende Oberfläche besitzt.
, Demgegenüber wirkt bei den bekannten Verfahren die hohe Zähflüssigkeit, die das
Glas bei der Behandlungstemperatur besitzt, dem Eindringen des Glases in gewisse
Teile der Form entgegen, so daß die Kanten und die scharfwinkligen Teile des Stückes
abgerundet sind, weshalb ein Nachbearbeiten des Rohgegenstandes erforderlich ist,
der demzufolge, wie bereits erwähnt, in Abmessungen gegossen werden muß, die größer
als die Fertigmasse des Gegenstandes sind.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt sich eine beträchtliche
Materialersparnis, die in den meisten Fällen etwa 30% beträgt.
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Da zudem die Oberfläche des Gegenstandes glatt ist, ist er wasserundurchlässig,
während die nach den bekannten Verfahren hergestellten Gegenstände, die nachbearbeitet
werden müssen, wenigstens an der Oberfläche offene Poren besitzen, die eine nicht
unbeträchtliche Menge Wasser absorbieren können. So kann beispielsweise ein nachbearbeiteter
Block von 50 X 30 X io cm, der in kaltes Wasser eingetaucht wird,
5 bis io Gewichtsprozent bzw. 3 Volumprozent je nach der Dichte und den Abmessungen
der offenen Oberflächenporen absorbieren.
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Schließlich ist auch die mechanische Festigkeit des Gegenstandes höher
als diejenige des gleichen nachbearbeiteten Gegenstandes, der, da er seine äußere
Kruste verloren hat, brüchiger und leichter angreifbar als das Rohprodukt ist.
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Um bei der Durchführung des Verfahrens einen Gegenstand von möglichst
homogenem Gefüge zu erhalten, ist es zweckmäßig, den Füllungskoeffizienten der Form
derart zu wählen, daß bei der Behandlungstemperatur der Druck auf die Wände etwa
ioo g/cm2 beträgt und daß die Behandlung nicht über diejenige Zeit hinaus ausgedehnt
wird, die notwendig ist, um die Form vollkommen zu füllen. Bei einer zu langen Behandlungsdauer
würde sich ein Dichterunterschied zwischen dem Oberflächenbereich und dem Kern des
Stückes ergeben; die Poren würden im Inneren des Stückes eine zu starke Entwicklung
nehmen, während sie in der Nähe der Oberfläche zu eng sein würden.
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Es ist klar, daß ein gemäß der Erfindung hergestellter Gegenstand
ein höheres scheinbares spezifisches Gewicht als ein nach den üblichen Verfahren
hergestellter Gegenstand hat, weil der im Inneren der Form entstehende Druck die
Entwicklung der Gasblasen beschränkt. Wählt man jedoch als schäumendes Gemisch ein
solches von genügend starkem Aufblähvermögen, so läßt sich trotzdem ein Füllungskoeffizient
anwenden, bei dem das erhaltene Produkt noch ein genügend kleines spezifisches Gewicht
hat und demnach in hinreichendem Maße die Leichtigkeit und Wärmeisolierfähigkeit
besitzt, die im allgemeinen bei der Herstellung von Gegenständen aus Schaumglas
angestrebt werden.
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Die Erfindung läßt sich mit allen zur Erzeugung von Schaumglas geeigneten
Gemischen durchführen, jedoch ist wie sich gezeigt hat, ihre Anwendung um so vorteilhafter,
je stärker das Blähvermögen des Gemisches ist.
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So ist es beispielsweise möglich, mit einem Gemisch, welches bei freier
Aufblähung ein scheinbares spezifisches Gewicht von o, i o liefert, bei Behandlung
dieses Gemisches gemäß der Erfindung in vollkommener Weise geformte Blöcke von einem
scheinbaren spezifischen Gewicht
0,15 zu erhalten. Zur Bildung des Gemisches
kann man beispielsweise ein zerkleinertes gewöhnliches Natronkalkglas der Zusammensetzung
| S102 ... .. .............. 72 bis 7t10/0, |
| A12 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . O - 2'/0, |
| Na" O . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 - 17010, |
| CaO ................... 8 - 12o/0 |
verwenden, welches aber außerdem noch beträchtliche Anteile an oxydierenden Stoffen
enthält, wie z. B. Arsenigsäureanhydrid oder Antimonoxyd, die dem Rohglasgemenge
in einer Dosis von mindestens 2 Teilen auf ioo Teile Sand oder in der günstigsten
Dosis von 3,5 Teilen auf ioo Teile Sand zugesetzt werden, verbunden mit Natriumnitrat
in einer Menge von 6 Teilen auf ioo Teile Sand. Die Verglasung muß rasch zwischen
1400 und i450° C durchgeführt werden. Nach denn Schmelzen muß das Glas sogleich
dem Ofen entnommen werden, damit es nicht zur Läuterung kommt, da bei einer solchen
ein beträchtlicher Teil der oxydierenden Stoffe aus dem Glas ausgeschieden würde.
Dieses Glas, auf eine Maschengröße von 300 zerkleinert und mit 0,4% Ruß vermengt,
bildet das schäumende Gemisch.
Weitere für das Verfahren geeignete
Gläser sind diejenigen, die aus sulfathaltigen Gemengen gewonnenes Schwefelsäureanhydrid
enthalten und die bekanntlich unter gewissen Bedingungen ebenfalls ein erhöhtes
Quell- bzw. Blähvermögen besitzen. Das Aufblähen geht jedoch hierbei langsamer und
bei einer höheren Temperatur vor sich als bei den oben angeführten arsen- oder antimonhaltigen
Gläsern; auch ist die Haltbarkeit der Formen aus hitzebeständigem Stahl bei den
Sulfatgläsern viel weniger zufriedenstellend.
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Die Grundzusammensetzung kann in sehr weiten Grenzen schwanken und
auch andere als die oben angeführten gebräuchlichen Oxyde enthalten. Wesentlich
ist, daß sie reich an oxydierenden Stoffen, vorzugsweise Arsenigsäureanhydrid oder
Antimonoxyd, ist und daß das Schmelzen auf die Zeit beschränkt bleibt, die für die
Verglasung unbedingt erforderlich ist.
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Will man Fertiggegenstände erhalten, die die genaue Gestaltung der
Gießform im kalten Zustand besitzen, so muß, wie bereits oben gesagt, das Schäumen
in einer geschlossenen und praktisch nicht deformierbaren Form erfolgen. Daher ist
es zweckmäßig, mit Gemengen zu arbeiten, die bei einer möglichst niedrigen Temperatur
schäumen.
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Da die Form nicht nur der Hitze, sondern auch dem durch den Blähvorgang
erzeugten Innendruck widerstehen muß, müssen für die Ausbildung und den Zusammenbau
der Teile der Form geeignete Vorkehrungen getroffen werden.
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Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben,
die zwei beispielsweise Ausführungen von Formen zeigen, die zur Herstellung von
Gegenständen aus Schaumglas gemäß der Erfindung geeignet sind. Die eine Form dient
zur Herstellung von parallelepipedförmigen Blöcken oder Ziegeln und die andere zur
Herstellung von Schalen, zwei Formen, die für die Herstellung von Gegenständen aus
Schaumglas am meisten in Frage kommen und beide als Wärmeisolierungen geeignet sind.
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Abb. i und 2 zeigen in einem senkrechten Schnitt und in Draufsicht
die Form für die Herstellung i-on Ziegeln aus Schaumglas; Abb. 3 und .4 zeigen in
Draufsicht und Seitenansicht eine geeignete Verbindungsklammer für die Formteile;
Abb. 5 und 6 zeigen in einem Längsschnitt und einem Querschnitt eine Form zur Herstellung
von Isolierschalen für Gas- und Dampfleitungen; Abb. 7 zeigt eine Ansicht eines
der Endstücke dieser letzteren Form, und Abh. 8 veranschaulicht das Einbringen des
Schaumgemisches in die Form.
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Die Ziegelform gemäß Abb. i und 2 besteht aus zwei L-förmigen Seitenteilen
i und 2, die mit ihren Enden in den Ebenen x-x und y-y' zu einem Rechteck zusammengefügt
«-erden, sowie aus einem Boden 3 und einem Deckel 4, die passend in die von den
Teilen i und 2 gebildete Form eingesetzt werden. Die Teile i und 2 werden durch
U-förmige Klammern 7 zusammengehalten, die die Formrahmenenden fest umschließen.
Die Steifigkeit der Teile 1, 2, 3 und. 4 wird noch durch an ihnen gebildete Winkel
5 und 6 verstärkt. Der Boden und der Deckel werden mit den senkrechten Wänden ebenfalls
durch Klammern 7 zusammengehalten, die klemmend auf die Winkel s und 6 aufgesetzt
werden. Die Formteile und die Klammern bestehen aus nicht oxydierendem Chromnickelstahl.
Die so gebildete Form ist völlig geschlossen und unter der Wirkung des Innendruckes
praktisch nicht deformierbar. Das Abnehmen der Form läßt sich leicht bewerkstelligen;
es genügt die Klammern zu entfernen, um die Teile voneinander zu trennen.
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Die Schalenform gemäß Abb.5 und 6 besteht aus einem halbzylindrischen
Walzblech 8, welches den Boden der Form bildet und' an seinen Kanten zu Längsflanschen
9 und io rechtwinklig umgebogen ist. Die Form wird an beiden Enden des Halbzylinders
durch zwei Platten i i (Abb. 7) geschlossen. Die Platten i i, besitzen Schlitze
12, in die an dem Teil 8 gebildete entsprechende Zungen 13 eingreifen. Die Zungen
besitzen eine Öffnung, in welche ein Keil 14 eingesetzt wird. Durch den Druck dieser
Keile gegen die Platten i i erhält das Ganze die nötige Steifigkeit. Der Deckel
der Form besteht aus einem Stück 15, welches ebenfalls Längsflanschen 16 besitzt.
Die Vereinigung des Deckels mit der Form erfolgt wie tei dem vorherigen Beispiel
durch Klammern Nachstehend sei die Herstellung von Schalen aus Schaumglas in der
zuletzt beschriebenen Form erläutert. Die Schale soll eine Länge von 5o cm haben
und als Wärmeisolierung für Leitungen mit einem Durchmesser von ioo mm verwendet
werden. Die Schaumglasmischung besteht aus einem sulfatfreien Natronkalkglas der
für die Flaschenherstellung üblichen Zusammensetzung, jedoch mit einem Gehalt von
3,5 Teilen Arsenigsäureanhydrid und 6 Teilen Natriumnitrat auf ioo Teile Sand. Das
auf Siebgröße 300 zerkleinerte Glas wird mit o,4oio Ruß vermengt.
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Mittels einer Schablone i@ (Abb. 8), die sich auf die Flanschen 9
auflegt, wird das Gemenge so verteilt, daß es auf dem Boden der Form eine im wesentlichen
gleichmäßig dicke Schicht 18 bildet, was notwendig ist, damit auch das entsprechende
Schaumglas selber eine praktisch gleichmäßige Dichte erhält. Die so verteilte Gemischmenge
nimmt etwa 3o bis 4o % des Rauminhaltes der Form ein. Dann wird die Form durch den
Deckel 15 verschlossen und letzterer durch die Klammern 7 festgelegt.
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Die Form wird in einem Ofen auf 8oo° C gebracht. Nach 30 Minuten
ist die Form durch den Blähvorgang vollkommen gefüllt worden. Dann wird die Temperatur
in etwa 15 Minuten von 8oo auf 65o° C gesenkt, wobei das Schäumen unterbrochen wird,
aber für den Gegenstand die genaue Gestalt der Form bestehenbleibt.
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Bei einem kontinuierlich arbeitenden Ofen wird dieser so geregelt,
daß der Gegenstand zunächst 30 Minuten lang eine Zone mit einer konstanten
Temperatur von 8oo° C durchläuft und dann etwa
15 Minuten lang durch
eine Kühlzone geht, in der die Temperatur von 8oo auf 65o° C absinkt. Hierauf kann
die Form entfernt werden. Nach Abnehmen der Klammern läßt sich der Deckel 15, gegebenenfalls
unter Ausnutzung der Elastizität des Metalls, leicht entfernen. Das gleiche gilt
auch für den Boden 8, nachdem der Deckel abgenommen worden ist.
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Nach der Entnahme aus der Form wird das Stück in üblicher Weise in
einem Kühlofen, der zweckmäßig mit zwangsläufiger Wärmeableitung arbeitet, gekühlt.
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In den meisten Fällen sind die Stücke so, wie sie der Form entnommen
werden, für die ihnen zugedachten Zwecke zu verwenden. Will man jedoch die Stücke
genau- aneinanderlegen, so kann man gegebenenfalls noch die in Berührung zu bringenden
Flächen etwas bearbeiten. Es kann dies leicht durch Reiben der zusammenzufügenden
Teile auf einer ebenen, aber muhen Fläche erfolgen. Diese Oberflächenbearbeitung
wirkt sich höchstens auf i bis 2 mm aus.
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In allen Fällen können die zylindrischen Innen-und Außenflächen so
bleiben, wie sie aus der Formung kommen. Die Gegenstände behalten demnach eine hohe
mechanische Festigkeit.
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Dadurch, daß man die Menge des Schaumglasgemisches und die Dauer des
Blähvorganges ändert, kann man leicht das spezifische Gewicht des erhaltenen Gegenstandes
zwischen 0,13 und 0,20 ändern.
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Da die gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände praktisch keiner
Nachbearbeitung bedürfen, besitzen sie eine wesentlich höhere Wasserundurchlässigkeit
als die nach den üblichen Verfahren hergestellten Stücke, die nachbearbeitet werden
müssen.
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In der nachstehenden Tabelle sind in Gewichts-und Volumprozenten diejenigen
Wassermengen angegeben, die ein gemäß der Erfindung hergestellter Rohziegel absorbiert,
wenn man ihn über bestimmte Zeiten in kaltes Wasser legt.
| 3 Tage |
| Eintauchzeit |
| iomin.1 4 Std. 24 Std.1 2 Tage |
| und |
| mehr |
| Absorbiertes Wasser |
| in Gewichtsprozent 1'° 1,4 2,2 2,9 2,9 |
| Absorbiertes Wasser |
| in Volumprozent °#i3 °'25 °#4" #'#53 @#.53 |