DEP0040462DA - Verfahren zur Herstellung eines leichten Baumaterials und nach diesem Verfahren hergestelltes Material - Google Patents

Description

"Verfallen, zur JSgrstellung eines leichten Baumaterials uhd^ffltt 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»

Der grösste Seil der bisher laufen! 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 5Jir Brennen heikel gestalten oder wenigstens für diesen Vorgang eine erhebliche Zeit erfordern,■die ZeBe bis zu 10 Stunden betragen kann, wobei diese Zeit noch beträchtlich durch,die?notwendigen Trocken- und Abkühlungaper io den verlängert wird, was schliesslich eine Gesamtherstellungszeit ergibt, die häufig mehrere Tage beträgt«

Man hat diesem letzteren Übelatand durch die

Herstellung

Herstellung von Materialien abzuhelfen gesucht, welche als Masse gebrannt und. dann zerkleinert werden, um ihre Ver-

M itw i.'n, _y ■ Gewisse

andere bekannte Verfahren schlagen noch vor, die» Zerkleine iTing^fror uem Brennen vorzunehmen und die so erhaltene Masse zur Verglasung zu bringen, umzjB. k^igelförmiÄe ^ f> jAßJu*uwjtL Körner zu erhalten, die alsdann in eine^i^gs^gei verwendet werden können. Da-liegs-fegguTrvjB'im'dwrtN^wyte

Alle bisher unternommenen Versuche zur Beschränkung dewer Trocknungs- und Brennzeit haben zu Fehlschlagen geführt, da sie sehr häufig ohne grf -^dIiehe Kenntnis der Gesetze ausgeführt wurden, welche den Verlauf des Brennens von tonhaltigen Stoffen beherrschen, und es erfolgte im allgemeinen ein Platzen' def MsrterfeaB j ^^gm^^^

Eines der Ziele der Erfindung ist insbesondere die Verringerung der Iroeknungs- und Brennperiode des «»teWfi. Baumaterials aus tonhaltigen Stoffen. Eingehende Untersuchungen der Erscheinungen des Brennens haben gestattet, die Bedingungen zu best^ae^ ixateff denen^ein schnelles Brennen eines tonhaltigenY^orpei's ittitg'U¹,

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 "MMMg^n, tonhaltigen Körper der plötzlichen Einwirkung starker Hitze aussetzt, bildet sich sofort an der Oberfläche dieses Körpers eine trockene und sväri»* teilweise gebrannte Kruste, deren Dicke, obwohl sie von der Art der benutzten tonhaltigen Erde abhängt, im allgemeinen im Verlauf von 10 bis 15 Minuten grössenordnungsmäs3ig. etwa 2 mm beträgt.

Der Brennvorgang bleibt während einer gewissen Zeit an dieser 2iefe stehen, und die sich im Innern der Tonmasse befindende Feuchtigkeit verwandelt sich nun in

Dampf,

Dampf, der, da er flicht mehr entweichen kan**., unfehlbar das Elataen de| Tones©«® bewirkt. Das ist der Grund, warum es bisher notwendig war, diese Erzeugnisse allmählich und langsam, d.h. während verhältnismässig langer Zeit zu trocknen«

iJenn man dagegen die Dicke der der Trocknung oder · dem Brennen unterworf enen «gc-a. Hasse auf das Doppelte der Dicke der so gebildeten Kruste, welche die erste gebrannte Schicht darstellt, beschränkt, so durchdringt die Wärme, welche in die Toninasse von den beiden gegenüber liegenden 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.

Es ist somit für das zu brennende Erzeugnis eine kritische Dicke vorhanden, welche das schnelle Brennen einer «»*§®α Tonmässe gestattet, wobei die Bestimmung dieser kritischen Dicke auf deaSrundsatz des fortschreiten der Wärme in dein»zu brennenden Masse beruht» Diese Dicke liegt bei einem Wert, der gleich dem Doppelten der Dicke der ersten' Trocknungsmittel Brennschicht ist, und die zu brennendexMas^e mus^genügend dünn und porös

sein, um das geaäge&d schnelle Entweichen der Grase oder Dämpfe ohne Aufplatzen dmmm®F*m<L gdgeaa

zu ermöglichen.

Anstatt das Baumaterial den Möglichkeiten der menschlichen Hand oder einem anderen Zweck anzupassen, wie es bei den Ziegelsteinen der Jail ist, wobei diese Anpassung auf Kosten der Brenndauer und des notwendigen Brennstoffs erfolgt, passt man zunächst dieses Materials den Erscheinungen des Brennens an, indem man seine Dicke kleiner als diese kritische Dicke macht, was gleichzeitig die Erzielung der höchsten Brennstoffersparnis gestattet. Die Jona und die Masse dieses Materials werden also den Bedingungen einer wirtschaftlichen Herstellung und eines wirtschaftlichen Brennens untergeordnet.

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. 2082

erforderte. Man kann infolgedessen die Hera teilung des gebrannten Materials in fortlaufender und vollständig selbsttätiger Weise vornehmen. Schliesslich kann man dieses Bronnen in einer sehr kurzen Zeit vornenmen, die nach Minuten rechnet, anstelle einiger Stunden bei den üblichen Verfahren«, Ausserdem kann diese Srennart für das erste Brennen von feuerfesten Erden in einer wirtschaftlicheren Weise, als bisher möglich, verwendet werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist daher die »Schaffung eines Baumaterials, welches dieser Brennart durch eine dementsprechende Herstellung angepasst ist«

Es ist leicht verständlich, dass es möglich ist, zu brennende Seile sehr einfacher fform 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 aefieiale Bohrung gewünschter Abmessungen umgibt. Man erhält so ein Material mit Abmessungen, Formen, einem Widerstand gegen Druck und Isolier,eigensehaften, die in jeder technischen Hinsicht ^aa^ 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.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist noch die Ermöglichung der Herstellung eines Baumaterials, welches alle Eigenschaften&es Ziegelsteins aufweist, aber in der Porm ^l die Herstellung eines Betons verwendbar ist, d.h. in einer sehr viel zweckmässigeren //eise.

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, xm. ihr eine JukU>» !»auga Beschaffenheit zu geben, die so erhaltene Masse in Teile zu unterteilen, deren Dicke nicht merklich die dem

schnellen

schnellen Eindringen deg^JgB, falls man diese Masse einer hohen Temperatur aussetzt, entsprechende Dicke übertrifft, die erhaltenen Teile bei einer verhältnisinässig hohen Temperatur zu trocknen, sie boi eyaer Temperatur zu brennen, die nicht den Schmelz- oder eeekpunkt des Stoffes erreicht, und dann ihre Abkühlung zu bewirken», , ii,

G-emäss einem vorteilhaft erscheinenden Kennzeichen der Erfindung teilt man die behandelte 'lb bii- Tonmasse mechanisch in eine Vielzahl' von Körnern gleichmässiger Grosse. Diese Unterteilung der -halb-hreiigejä, Masse wird vorzugsweise in zweckentsprechender Form durch mechanische Mittel vorgenommen» Maja drückt z.B. die kalb fcgcüga 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 Pail wird die Grosse der Drückdüsen so berechnet, dass die Wandstärke dieser Körner die oben angegebene nicht übersteigt.

Hinsichtlich dieser grössten Dicke, welche die Wände der Körner haben sollen, sei bemerkt, dass diese Körner,was ihre Grosse anbetrifft, etwa mit ?lusskies vergleichbar sind, weshalb das Wort Kies in weiteren Verlauf dieser Beschreibung zur Bezeichnung des in Körner übergeführten Materials verwendet wird. Das Brennen Körner\gibt/itaren 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» tütu

nachstehend ist ' Beispiel

^nηTfc des den Gegenstand der Erfindung bilden

den Verfahrens π ngpgehpn , _Λ π,αά

gehT\ctan^/ron einer beliebigen tonhaltigen Erde aus, wie 3ie gewöhnlich in den Ziegeleien und Ziegelsteinfabriken

verwendet

2084

-G-

ver«endet wird. Liese Erde wird einem an sich bekannten und infolgedessen hier nicht ausführlich beschriebenen Behandxungsvorgang unterworfen, um sie m eine -feed. Ta- broiige Beschaffenheit überzuführen, welche ihre il

:nRnr~tn Bis/'girstattet, 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 schaden· 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.

fChAA^A

.**A Hierauf ä£ü®J£& man dieaw-^&reü^e· Masse durch ein^ Base oder einen Satz von nebeneinander liegenden Säsen, ^Jt'^Uu^ welche jeden beliebigen Querschnitt haben können und vorzugsweise mit einem ringförmigen Ansatz zur Erzielung eines

hOnnliiBfli fiadnifilniftP y^-angf!. •"·ρ·ρ,'^:ί^<3η^ρη ψι ηΊη Die s&r_tj#or gang kann

in einer Presse stattfinden, und rh η τίταίΑτηι,,,ϊΐΓ arbeitet mit einem Schneidorgan zusammen, welches vorzugsweise ein Messer geeigneter Form und Bauart ist, dessen Arbeitsrhythmus so auf die Leistung der Bsaäe^resse abgestimmt ist, dasa Körner entstehen, deren Länge aes4ä*ei gleich ihrer Querausdehnung ist« Man erhält so ei.ien aus Körnern gleicher G-rösse gebildeten Kies, ohne dass es nötig wäre, irgendeine Zerkleinerung oder Sortierung vorzunehmen. Es ist jedoch klar, das3 diese Unterteilung der Masse auch auf dwfTresse oder mit Hilfe einer beliebigen anderen geeigneten Maschine vorgenommen werden kann.

Die so gebildeten Körner werden auf einem Transportband aufgefangen, welches sie in eine Kammer oder Vortrocknungszone eines Brennofens i Iaasb führt.

Das Material liegt ungeordnet auf diesem Transportband, wobei die Zwischenräume zwischen den aufgeschütteten Körnern sowie die aöfea-ialen Bohrungen, welche von dem Ansatz de§ aprirtztrSsfe herrühren und diesen Körnern eine rohrförmige Gestalt geben, die Berührungsfläche zwischen

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der Luft oder den die Trocknung "bewirkenden hei ssen 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. Sine geeignete Grosse 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 10 mal 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 M£.3se 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. 400 bis 500°, erfolgen und zwar ohne die Gefahr eines Aufplatzens und in einem auf etwa 30. Minuten verringerten Zeitraum«

Hierauf werden diese getrockneten Körner mit Hilfe einer Transportvorrichtung in die Brennzone gebracht, die ZeBe 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 Warme bewirkt in einigen Minuten das Brennen einer Oberflächenschicht von etwa 2 mm von jeder ausgesetzten Seite aus, sodaos 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 10 und 15 Minuten schwankt (in der Zone der Höchsttemperatur), und zwar entsprechend der verwendeten Temperatur und

Art

der Art der tonhaltigen Erde, aus welcher die Körner hergestellt werden. So kann sich bei fetten Erden eine •Temperatur von etwa 750° als hinreichend erweisen, während diese Temperatur bei mageren Erden bis auf 1100° steigt. Ss ist zu bemerken, dass dieses Temperaturintervall stets niedriger als der SchmelzpunStt des Stoffes bleibt.

Auf dieses Brennen lässt man eine Abkühlungsperiode des keramischen Kiesses in dem Schlussteil des Ofens folgen. Die von den Körnern während dieser Abkühlung abgegebene TTarrne kann übrigens falls gewünscht als Vortrocknungswärme benutzt werden.

Nach der Abkühlung ist der Kies verwendungsbereit. Es ist zu bemerken, dass die G-e samt dauer der iVärme behandlung eine Stunde nicht übersteigt, womit sie merklich kurzer als alle bisher angewandten Behandlungen ist. Dieser bedeutende Vorteil rührt von der Anpassung der dem Brennen ausgecatzten Teile an die Gesetze her, welche die Entwicklung dieses Brennens in ihrer Masse beherrschen.

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 annehmen, 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.

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.

Die Verwendung dieses erfindunpsgemässen keramischen Kieses kann in Porm eines — s- Beton$ und durch Griessen 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_e3o Leichtbauten aus keramischem Kies aufzuführen, die eine sehr gute Porosität der .Tände aufweisen und mit

Methoden ~2087

Methoden erstellt werden, die denen für den gewöhnlichen Seton benutzten ähnlich, sind.

Falls man diesen keramischen Kies für Zwecke zu be-^ nutzen wünscht, die eine grössere v/iderstandsfähigkeit erfordern, ZeB. für Strassen, Brückenpfeiler und ähnliche Anwendungen, erhöht man die Brenntemperatur bis zum Verglasungspunkt, ohne jedoch den Schmelz- oder Zn π anrn ensackpunkt des Stoffes zu erreichen.

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 Masse mit einem äusserst kleinen W"rmeverbrauch erhalten werden konnte.

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.

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 fände eine Stärke haben, die die durch die in der Beschreibung angegebenen Entwicklungsgesetze des Brennens zugelassene Stärke nicht übertrifft.

die oben beschriebenen

Rahmen der Erfind

Claims (15)

- 10 Patentansprüche β

1.) Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes aus Ton, lehm oder Kohlengrubenschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, gegebenenfalls unter Zusatz eines Magerungsmittels oder auch Bindemittels, auf mechanischem Wege in formbaren Zustand gebracht, aus der Masse Formlinge hergestellt v/erden, deren Wandstärke etwa der bei Einwirkung hoher Temperaturen, von etwa 400° nach einigen Minuten, z.S« nach et?/a 10 bis 15 Minuten, auftretenden Dehydrationszone entspricht (kritische Dicke), die Formlinge darauf von chemisch gebundenen Wasser befreit, und schliesslich bei einer unter dem Sinterungspunkt liegenden Temperatur gebrannt werden«

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Formlinge (kritische Dicke) bei fettem Ton etwa 4 mm, bei magerem Lehm etwa 6 mm, und bei Kohlengrubenerden über 10 mm beträgt.

3») Verfahren nach Anspruch 1' oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Hohlkörper von einer der kritischen Dicke entsprechenden Wandstärke herstellt, deren Hohlraum mit der Aussenluft in Verbindung steht.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge durch Pressen aus Düsen in fortlaufenden Strängen hergestellt und die Stränge durch Schneideeinrichtungen unterteilt werden.

5») Verfahren nach Anspruch 4,. dadurch gekennzeichnet, dass Düsen mit Dorn verwendet werden, sodass hohle Stränge erhalten werden.

6„) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung der Stränge so erfolgt, dass die Länge der Abschnitte etwa gleich ihrer Höhe ist.

7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge durch Walzen, Pressen oder andere geeignete Maschinen hergestellt v/erden.

8») Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der grüne Ton nach dem Plastifizieren geformt, und die Formlinge mit Jandstärken von der kritischen Dicke in einer ersten .V arme behandlung von etwa

400° 2089

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400° bis 700° viährend etwa 10 Minuten getrocknet, und darauf in einer zweiten 'wärmestufe bei Temperaturen von etwa 750° bis unter den 3interung3punkt bis zur lüullitbildung während etwa 10 bis 30 Minuten gebrannt werden.

9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge in der zweiten Stufe auf Temperaturen bis zur beginnenden Sinterung erhitzt werden.

10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge in der dritten Stufe bis zur Verflüssigung erhitzt werden.

11.) Verfahren nach Anspruch 1.bis 9, zur Herstellung von Klinkermassen zur Zementfabrikation.

12 _β) Baustoff aus *gj3brannten Ton, Leim oder Kohlengrubenerdelfin Wandstärken unterhalb der kritischen Dicke, vorzugsweise in Form von Hohlkörpern wie Hohlsylindern oder-dergleichen, deren Breite etwa, der Höhe entspricht^

13.) Anwendung der gebrannten Formlinge~vals Packlager bei Strassen und Eisenbahnbau.

14.) Anwendung der gebrannten formling^aIs "keramischer Kies", als Zuschlagstoff zu

15.) Anwendung der gebrannten Formlinge^aTs Schütt gut zu Betonmischungen, mit oder ohne Sand.