Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von grossformatigen porösen Formkörpern geringer Dichte durch Blähen

Abstract

 Zur Herstellung von großformatigen porösen grobkera­mischen Formkörpern geringer Dichte wird eine tonminera­lische Masse aus natürlich blähfähigen oder blähfähig gemachten Stoffen, wie Basalte, Perlite, Schiefer und Tonen mittels thermischer, chemischer und mechanischer Behandlung gleichmäßig gebläht. Es werden plattenförmige getrocknete und gegebenenfalls vorgewärmte dünne kompak­te Tonmassen seitlich und nach unten geometrisch unnach­giebig, nach oben gemäß dem Verlauf des Blähens geome­trisch veränderlich nachgiebig formschlüssig aber nach allen Seiten gasdurchlässig durch Rollen abgestützt, sowie nach hinten durch die mittels Reibschluß gehaltene ungeblähte und nach vorn durch die mittels Reibschluß gehaltene fertig geblähte Tonmasse allseitig abgestützt, durch Wärmezufuhr von oben und unten zwischen den und über die Rollen und unter Zufuhr von oxidierenden Gasen an die Oberflächen der plattenförnigen Tonmassen solange erwärmt und gebläht, bis ein plattenförmiger Formkörper der gewünschten geringen Dichte gebildet ist. Erreicht werden auf diese Weise eine hohe Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der Erwärmung beim Blähvorgang ohne Ansintern der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung, eine hohe Formstabilität der Tonmasse während des Blähens bei geringem Kraftaufwand für die Formgebung und den Transport der blähenden Tonmasse und damit großformatige Formkörper mit gleichmäßig geringer Dichte sowie gleich­mäßiger und hoher Porosität, Festigkeit und Formgenauig­keit sowie eine wirtschaftliche Herstellbarkeit.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Es geht hierbei um ein Verfahren zur thermischen, che­mischen und mechanischen Behandlung einer tonminera­lischen Masse, bei welchem eine Keramiserung und Verrin­gerung der Dichte der Masse durch Blähen vollzogen wird, um großformatige zellkeramische Bauelemente, z.B. ge­schosshohe Wandelemente mit geringem Gewicht herzustellen. Als Massen kommen hauptsächlich Basalte, Perlite, Schie­fer und Tone in Betracht.

[0003] Es wurde vorgeschlagen in die endgültigen äußeren Abmes­sungen des Formkörpers vorgeformte Tonmassen einzusetzen und ausschließlich mit Unterstützung durch eine Vorrich­ tung von unten ohne weitere äußere Abstützung durch eine Vorrichtung zu blähen, wobei die Tonmasse in die inneren Freiräume der Tonmasse blähen soll. So wird in der deutschen Patentschrift 22 16 463 vorgeschlagen, in Blockform vorgeformte Tonmassen auf Ofenwagen in einem Doppeltunnelofen zu blahen. In der DE-OS 36 35 672 und DE-OS 36 21 845 A1 wurde vorgeschlagen mit Kanälen durchzogene Formkörper in einem Schnellbrand-Herdwagen­ofen zu brennen und die Kanäle des Formkörpers durch Blähen zu füllen. Wird eine entsprechend den Abmessungen des endgültigen Formkörpers vorgeformte Tonmasse einge­setzt, so dauert infolge der großen Abmessungen des Körpers die Erwärmung der Tonmasse auf die zum Blähen erforderliche Temperatur sehr lange, was einen großen Energie- und Vorrichtungsaufwand bedeutet. Zudem ist bei den genannten Verfahren infolge mangelnder Abstützung der blähenden Tonmasse durch die Vorrichtung nach oben und nach den Seiten eine hinreichende Formtreue der erweichenden Tonmasse nicht gewährleistbar.

[0004] Daneben ist aus der DE-AS 1 942 524 ein Verfahren zur Herstellung thermisch geschäumter Formteile bekanntge­worden, bei dem das Material zunächst zu Formkörpern wie Platten, Stränge und dergleichen vorgeformt und dann mit Hilfe eines Luftkissens durch einen Durchlaufofen trans­portiert und gleichzeitig aufgeschäumt wird. Der Luft­kissentransport ist jedoch sehr energie- und vorrich­tungsaufwendig, da ständig Gasströme mit hoher Tempera­tur, hohem Druck und bestimmter Zusammensetzung erzeugt werden müssen.

[0005] Es sind Verfahren bekannt, bei denen vorgeblähtes Granu­lat ohne gleichzeitige Erwärmung zu einem Formkörper geformt werden soll. So wurde ein Verfahren vorgeschla­gen (DE-AS 11 81 611), Bausteine herzustellen, indem Ton in Teilchen gebracht, erhitzt wird und die auf diese Weise behandelten Teilchen zu Formkorpern verpresst werden. Gemäß US-PS 32 74 309 und DE-AS 1 151 460 erfolgt die Formgebung ebenfalls, indem hinreichend aufgeheiztes Granulat ohne weitere Wärmezufuhr durch einen Stempel in einer Einzelform verdichtet wird. In der DE-AS 23 14 297 wurde die Herstellung eines Stranges in einer Strang­pressform vorgeschlagen. Auch ist bekannt, das Material am Fuße einer vertikalen Materialsäule durch das Eigen­gewicht der Schüttkörpersäule verpressen zu lassen (US-­PS 18 92 583), und durch Presswalzen zu einem kontinuier­lichen Strang auszuwalzen.

[0006] Bei allen genannten Verfahren ist die Formgebung bedingt durch den Pressvorgang und weil keine weitere Wärmezufuhr zum Gut erfolgt, mit unvermeidlicher Beeinträchtigung des inneren Gefüges und mit ungleichmäßiger Verdichtung des Formkörpers verbunden.

[0007] Es wurden Verfahren vorgeschlagen, bei denen der Form­korper gebildet wird, indem das Schüttgut schichtweise aufgetragen wird unter direkter Einwirkung von Wärme auf die jeweils obere Schicht schichtweise aufgesintert und gegebenenfalls gebläht wird. Dabei fallen die Teilchen (DE 21 24 146 C2) auf auf hintereinander aneinander gereihte Tunnelofenwagen ode ein Forderband und werden gesammelt, wobei sich die Dicke der entstehenden Schicht nach der Laugeschwindigkeit des Förderbandes richten kann. Da die Oberfläche der Teilchen klebrig ist, wenn sie euf das Förderband auftreffen, werden sie miteinan­der verklebt oder verschmolzen (DE-AS 14 71 408). Da­durch, daß die zuunterstliegende Schicht eine sehr viel längere Wärmebehandlungszeit erfährt 015 die oberste Schicht, ist bei diesem Verfahren mit starken Ungleich­mäßigkeiten im Körper zu rechnen, insbesondere dann, wenn gleichzeitig mit der Formgebung das Blähen erfolgt und mit einer zu großen Vorrichtung infolge zu geringer Wärmeübertragungsfläche im Verhältnis zur Menge der zu behandelnden Tonmasse.

[0008] Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Formgebung mit gleichzeitiger Erwärmung des Formlings erfolgt und bei denen ein Freischäumen von Schüttungen vorgenommen wird, also eine äußere Volumenvergroßerung der Schüttung, ein Schließen des Lückenvolumens in der Schüttung und Sintern der Teil-Massen, aus denen die Schüttung besteht, gleichzeitig vollzogen werden. So wurde vorgeschlagen, Granulate in Einzelformen gefüllt mittels Wärmezufuhr über die Formwandungen ohne gesteuertes Einbringen von Gasen aufzuheizen und zu einem Körper zu sintern (DE-PS 22 16 463, DE-OS 2 147 645). Bei der Aufheizung des Haufwerks lediglich durch Wärmezufuhr vo naußen über die Begrenzungsflächen des Haufwerks, insbesondere ohne Einbringung von Heizgasen, sind nachteilig lange Behand­lungszeiten des Gutes im Formbereich erforderlich. Da die Wärmezufuhr in diesem Fall nur sehr langsam erfolgen kann, ist, wenn die Formgebung durch Sintern und Blähen der Teilchen erfolgt, die Anzahl der verwertbaren natür­lich blähfähigen Rohstoffe gering, da bei langsamer Aufheizung nur wenige Rohstoffe geeignet blähen. Den Verlust an Blähvermogen durch zu langsame Erwärmung der Tonmasse sucht man gemäß DE-AS 26 04 793 durch Zusatz bestimmter Schäumhilfsmittel zu bekämpfen, die bei Erwärmungszeiten von bis zu 180 Minuten und Erwärmungs­geschwindigkeiten von 2^o C pro Minute einsetzbar sind. Der Energieaufwand bei diesem Verfahren ist infolge geringer Beschickungsdichte durch Gut geringer Dichte, großes Brennformvolumen und große erforderliche Abmessun­gen der Behandlungsvorrichtung, sowie durch Verschleiß und hohen Preis der mit dem Gut zu bewegenden Einzelfor­ men sehr hoch. Eine Steigerung der Geschwindigkeit der Erwärmung hat eine erhebliche Temperaturdifferenz zwi­schen der Rand- und der Kerntemperatur der Schüttung zur Folge, woraus ein im Kernbereich der Schüttung stark verzögertes Blähen oder gar nicht einsetzendes Blähen und damit zusammenhängend eine inhomogene Porengrößen­verteilung folgt. Eine wesentliche Ursache für die Ungleichmäßigkeit der Dichteverteilung in zellkeramischen Korpern, die bei Blähen und Sintern der Schüttungsparti­kel mit Zunahme der äußeren Abmessungen der Schuttung und Zublähen des Lückevolumens auftritt, ist die Tat­sache, daß das Blähen bei Wärmezufuhr zur Schüttung über die äußeren Abmessungen der Schüttung ohne Durchstromung in den Randzonen und Eckzonen der Schüttung beginnt und das in den Rand- und Eckzonen geblähte Material sich in den Freiraum oberhalb der Schüttung ausdehnt. Da dorthin bereits Material mit geringer Dichte gebläht ist, kann dann das später blähende Material aus der Kernzone mit hoher Dichte sich nicht mehr ausdehnen, mit der Folge, daß ungleichmäßige Dichteverteilung im Block entsteht. Die Ungleichmäßigkeit des Blähens sucht man gemäß DE-PS 29 41 370 C2 zu kompensieren, indem das Haufwerk vor dem Brennen inhomogen verdichtet wird, wobei die Randbe­reiche stärker als der Kernbereich verdichtet werden und der durch die stärkere Verdichtung entstehende freie Raum mit einer weiteren Haufwerkschüttung ausgefüllt wird. In der DE-OS 34 17 851 A1 wird vorgeschlagen, hoch poröse keramische Formkörper mit gleichmäßigem Gefüge dadurch zu erzielen, daß die gekörnten und getrockneten Rohstoffe in gegen die Außenatmosphäre von Anfang an abgeschlossenen Kapselräumen mit gesteuertem Uberdruck bis zum Aufschäumen gebrannt werden. Gemäß DE-OS 35 38 783 wird vorgeschlagen poröse keramische Formkörper mit im wesentlichen gleichmäßiger Porenverteilung infolge gleichmäßigen Aufblähens des getrockneten und vorgeform­ ten Rohmaterials dadurch zu erreichen, das als vorgeform­tes Rohmaterial ringförmige oder hohlzylindrische Press­linge verwendet werden, deren Materialvolumen 40 bis 60% des Innenraumes der Form vor dem Erhitzen einnimmt. Insbesondere die Stärke der erforderlichen Volumenver­größerung, die bis zu einer Verfünffachung des Volumens der Tonmasse und somit beim Blähen von Schüttungen des Volumens der einzelnen Schüttungspartikel führen kann, um von der hohen Dichte des natürlichen Tones zu der­jenigen des herzustellenden Blockes geringer Dichte zu gelangen, hat beim Freischäumen unvermeidbar ungleich­mäßige Volumenvergrößerung durch gegenseitige Behinde­rung der Schüttutigspartikel in thermischer, mechanischer und gegebenenfalls strömungsmechanischer Hinsicht zur Folge und damit eine ungleichmäßige Dichte und Formstruk­tur des herzustellenden Produktes.

[0009] Im EP 87 114 811.0 (0 291 572 A1) wird vorgeschlagen Pellets auf ein umlaufendes Forderband zu geben, mittels Wärmezufuhr ohne gesteuerte Einbringung von Gasen zu erwärmen und in festen äußeren Abmessungen durch ein oberes niederhaltendes Förderband unter Gegendruck zu schäumen.

[0010] Die Schwierigkeiten der Verfahren, bei denen das Sintern der Schüttungspartikel mit Erwärmung über die äußere Oberfläche der Schüttung ohne Gasdurchströmung und gleichzeitig mit dem Schließen des Lückenvolumens und der äußeren Volumenvergroßerung oder auch mit gleich­bleibendem äußeren Volumen der Schüttung erfolgt, wie beim letztgenannten Verfahren, sind zusammenfassend insbesondere infolge der langen Wärmeübertragungswege so grundsätzlich, daß deren Überwindung auch mit den vorge­schlagenen zusätzlichen Maßnahmen nicht möglich ist. Obgleich im Labormaßstab kleine Blöcke durch gleichzei­ tiges Blähen und Sintern der Schüttungspartikel mit gleichzeitiger Volumenvergrößerung der Schüttung erfolg­reich hergestellt wurden, wobei gegen Ende des Blähvor­gangs die blähende Tonmasse auf einen allseitig unnach­giebigen Widerstand gegen das Blähen mit der Folge eines starken Druckaufbaus in der Tonmasse traf, ist daher das gleichzeitige Blähen und Sintern der Schüttungspartikel mit gleichzeitiger Volumenvergrößerung der Schuttung, das als freies Schäumen oder freies Blähen bezeichnet werden kann, als Verfahren im großtechnischen Maßstab ungeeignet.

[0011] Die Wärmezufuhr zur Erzielung des Blähens könnte gemäß DE-OS 25 48 387 auch im Wege dielektrischer Erwärmung erfolgen. Insbesondere da keramische Prozesse mittels Zufuhr dielektrischer Energie technisches Neuland sind, ist das verfahrenstechnische und vorrichtungstechnische Risiko bei diesem Verfahren sehr hoch.

[0012] Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Formkörpern in einer Form mittels Aufheizung durch im Haufwerk erfolgende Verbrennung (DE-AS 19 51 460, DE 25 37 508). Diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß mit ihrer Hilfe keine Leichtbausteine hoher Porosität herge­stellt werden können und daß die Qualität und damit die Verwendungsmöglichkeiten des so erzeugten Materials wegen der unvermeidlichen Einschlüsse von Verbrennungs­rückständen und schwer stuerbarer Temperaturführung empfindlich beeinträchtigt werden. Um bei der Verbrennung im Haufwerk die Verbrennungstemperatur auf die erforder­liche Blähtemperatur zu senken, muß mit starkem Sauer­stoffüberschuß verbrannt werden. Hoher Sauerstoffgehalt der Gase behindert jedoch den Sinterprozeß und das Blähen infolge Verkrustung in zu starkem Maße. Die Verbrennung im Haufwerk führt daüber hinaus zur allge­ meinen Störung der intergranularen Atmosphäre.

[0013] In der DE-PS 19 14 372 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem aus blähfähigen Granulaten etwa einheitlicher Größe zunächst ein in seinen Abmessungen dem herzustel­lenden Formkörper angepaßter, allseitig unnachgiebig abgestützter Schüttkörper gebildet wird, der sodann abwechselnd von gegenüberliegenden Seiten kurzzeitig bis zum Erreichen eines plastisch bindefähigen Oberflächen­zustandes aller Granulate mit hoch erhitztem Gas durch­blasen wird. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren aus, daß hinreichende Gleichmäßigkeit der thermischen Behandlung und Aufheizgeschwindigkeit des Gutes bei der Durchströmaufheizung einer Schüttung nur mit unwirt­schaftlich hoher Strömungsgeschwindigkeit erzielbar ist, insbesondere auch weil das durch das Blähen bedingte Schließen des Lückenvolumens der Schüttung erheblichen Druckanstieg zur Aufrechterhaltung der Strömung erforder­lich macht. Weiterhin stören die die Schüttung durch­strömenden Gase die Ausbildung einer in den Partikeln und zwischen den Partikeln gleichen Gaszusammensetzung und beeinflussen das Schüttgut thermisch und chemisch, insbesondere hinsichlich Reduktion oder Oxidation der Partikelschalen, in dessen Randzonen anders als in dessen Kernzone, was zu ungleichmäßiger Produktqualität führt. Die heißen, von außen eingeführten Gase heizen zuerst die Vorrichtung auf, was zu Vorrichtungsüberhit­zung und damit Ankleben des Gutes an den Vorrichtungen führen kann. Neben mangelnder gleichmäßiger Einbringbar­keit der Gase in das Haufwerk, verbunden mit der Kürze der erforderlichen Behandlungszeit, treten starke ther­mische und chemische Zustandsänderungen des Gases längs seines Strömungsweges im Haufwerk auf. Die so bedingte Ungleichmäßigkeit von Temperatur und chemischer Zusammen­setzung der Gase im Haufwerk verursacht von Überbrand bis zu mangelnder Bindung einzelner Schüttungspartikel reichende örtliche Qualitätsschwankungen im hergestell­ten Gut. Es hat sich gezeigt, daß die Einbringung von Gasen in das Haufwerk zum Zwecke der Wärmezufuhr zum Haufwerk während der Formgebung mittels Verbrennung im Haufwerk oder mittels Heißgasdurchströmung zwar die Aufheizgeschwindigkeit des Gutes erheblich zu erhöhen vermag, die Geschwindigkeit jedoch noch zu ,gering ist und insbesondere die Behandlung zu ungleichmäßig erfolgt.

[0014] Wesentliche Mängel weisen die Verfahren nach dem Stand der Technik hinsichtlich thermischer, chemischer und mechanischer Behandlung der Tonmasse auf, mit nachteili­gen Folgen für Vorrichtungsaufwand, Energieaufwand, Produktqualität und Verfahrenssicherheit, insbesondere im Zusammenhang mit Erwärmung, Form, Abstützung, An­backen und Bewegung der Tonmasse.

[0015] Hinsichtlich der Erwärmung der Tonmasse ist festzustel­len, daß die Tonmasse nicht schnell genug erwärmt wird, weil der Wärmestrom einen zu großen Wärmetransportwider­stand auf dem Weg in die Tonmasse überwinden muß oder weil Wärme auf dem Weg dorthin in anderen Massen wie Brennformmassen gespeichert wird und sie in diesen nicht an die Tonmasse weitertransportiert wird und weil die Energiestromdichte oder auch Energieumsetzungsdichte in der Umgebung der Tonmasse oder auch Brennformmasse nicht hoch genug ist. Wärme wird in parallel mit der Tonmasse bewegten Vorrichtungsteilen gespeichert, z.B. in parallel mit der Tonmasse bewegten starren Brennformen oder in Raupenkettengliedern und Bändern, was zudem hinsichtlich des Energieaufwandes eine Erhöhung der Wärmeenergiekosten durch erhöhte Speicherwärmeverluste zur Folge hat. Der Wärmetransportwiderstand ist zu groß, wenn der Wärme­transportweg in der Tonmasse zu lang ist, z.B. weil die Tonmasse bereits vor der Erwärmung durch Kaltschäumen vergrößert wurde und sich der Wärmetransportweg nicht erst während der Erwärmung durch Blähen verlängert, oder wenn der Wärmetransportwiderstand um die Tonmasse herum zu hoch ist, weil sie von einer starren Brennform umge­ben ist. Mangelhafte thermische Behandlung aufgrund zu langsamer Erwärmung mindert die Raum-Zeit-Ausbeute und hat zur Folge, daß die erforderliche Vorrichtung zu groß und folglich der Vorrichtungs- und der Energieaufwand zu hoch ist, infolge zu hoher Wärmeenergiekosten durch zu große Wandwärmeverluste. Die erwärmungsartbedingten Energiekosten sind zu hoch, aufgrund zu hoher Wärmeener­giekosten infolge zu großer Gaswärmeverluste durch zu große Abgasmenge oder zu hohe Abgastemperatur oder durch zu große Elektroenergiekosten infolge Erwärmung mittels der kapazitiven Elektrowärme mit hohen Umwandlungsver­lusten, wobei diese Erwärmungsart bei hohen Temperaturen zusätzlich mit hohem Innovationsrisiko verbunden ist, oder aufgrund einer Heißgasdurchströmung der Tonmasse mit großen Strömungswiderständen.

[0016] Hinsichtlich der Form der eingesetzten Tonmasse ist festzustellen, daß diese in der kalten Formgebung entwe­der als kompakte Tonmasse geformt wird oder unterteilt wird, z.B. in der Form mehrerer einzelner Teil-Tonmassen, die z.B. zu einem Schüttkörper vereinigt sind, oder in der Form einer mit Kanälen durchzogenen Tonmasse oder eine kaltgeschäumten porösen Tonmasse.

[0017] In der DE-OS 28 14 315 wird zur Herstellung eines sili­katischen Werkstoffs ein Stoffgemisch vorgeschlagen, das durch Zusatz eines weiteren Stoffes bei Zimmertemperatur einen Schaum bildet, der dann gebrannt werden soll. Wird die Tonmasse bereits in der kalten Formgebung entsprechend den äußeren Abmessungen des endgültigen Formkörpers vorgeformt und wird der Tonmasse, z.B. indem sie durch Kaltschäumen entsteht oder durch Zumengen von während des Brennens ausbrennenden Stoffen Porosität verliehen, so ist die Grenze erreicht, an der das Brennen nicht mehr als Brennen mit Blähen zu bezeichnen ist, sondern als einfaches Brennen und ist damit nicht mehr Gegenstand des hiesigen Verbesserungsvorschlags.

[0018] Die Bildung eines gleichmäßigen Formkorpes durch Blähen einer kompakten Tonmasse wird nach dem Stand der Technik lediglich in der Form vorgeschlagen, daß entweder eine feste Unterlage oder ein Luftkissen als Unterstützung der blähenden Tonmasse benutzt wird - eine Abstützung in weiteren Richtungen wird nicht erwähnt.

[0019] Die Bildung eines gleichmäßigen Formkörpers durch Blähen einer unterteilten Tonmasse ist nach dem Stand der Technik als üblich aber nachteilig zu bezeichnen:

[0020] Wird die Masse vorgebläht, wird also im Fall der Unter­teilung der Tonmasse in einzelne Teil-Tonmassen das Blähen teilweise oder ausschließlich vor dem notwendigen Sintern der Teil-Tonmassen zu ihrer Wiedervereinigung zu einer ganzen Tonmasse vorgenommen, also vor dem Sintern von Flächen der einzelnen oder zusammenhängenden Teil­tonmassen durchgeführt, (so werden die Oberflächen der Teil-Tonmassen zu deren Stabilisierung, zur Bildung einer festeren Schale und um die Oberfläche unklebrig zu machen, oxidiert. Man versucht, die Teil-Tonmassen, die infolge der Oxidation ihrer Oberflächen eine verringerte Sinterfähigkeit aufweisen, ohne Druck, mit der Folge einer sehr geringen Festigkeit des Produktes oder durch Blähdruck mittels weiterer Erwärmung in einer Brennform oder durch von außen aufgebrachten Pressdruck zu versin­tern, was geringe Gleichmäßigkeit durch innere Verfor­ mung während des Pressens, zu hohen Formgebungskraftauf­wand und Formgebungsenergieaufwand und zu geringe Festig­keit des Produktes durch mangelhafte Sinterung zur Folge hat.

[0021] Die Abstützung der blähenden Tonmasse erfolgt sowohl beim Blähen einer nicht vorgeblähten als auch beim Blähen und Sintern einer vorgeblähten Tonmasse in nach­teiliger Weise.

[0022] Wird die unterteilte Tonmasse so vorgebläht oder so kaltgeformt, daß sie bereits vor dem Blähen oder Fertig­blähen die äußeren Abmessungen des Produkt-Formkörpers aufweist, so erfolgt insbesondere bei allseitiger Ab­stützung der Tonmasse, falls die Tonmasse in der Form einer Schüttung vorliegt, ausschließlich das zur Schließung des Lückenvolumens erforderliche Blähen mit gleichzeitigem Sintern und es erfolgt die Volumenver­größerung gleichmäßig, da der größte Teil der Volumen­vergrößerung der Schüttungspartikel vollzogen werden kann, während gezielt ihre gegenseitige Behinderung verhindert wird und die somit gleichmäßig geblähten Schüttungspartikel in vorgeordneter gleichmäßiger räum­licher Dichteverteilung in den Abmessungen des zu er­stellenden Blockes zusammengeführt werden, wobei selbst eine etwaige ungleichmäßige Volumenvergrößerung beim Blähen zum Schließen des Lückenvolumens die vorgeordnete gleichmäßige räumliche Dichteverteilung nicht mehr wesentlich zu beeinträchtigen vermag. Während des Blähens baut sich jedoch infolge allseitig unnachgiebiger Ab­stützung starker Druck in der Tonmasse auf. Mit zunehmen­dem Druck nimmt insbesondere die Anbackneigung der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung zu.

[0023] Wird die unterteilte Tonmasse nicht vorgebläht oder so kaltgeformt, daß sie vor dem Blähen oder Fertigblähen kleinere äußere Abmessungen als der Produkt-Formkörper aufweist, so bläht die Tonmasse frei nach außen, weil keine allseitige Abstützung der blähenden Tonmasse erfolgt. So erfolgt das Blähen zu ungleichmäßig, weil die warme Formbildung der Tonmasse zu unkontrolliert und mit zu geringem Druck erfolgt. Gegendruck erst am Ende des Blähens durch eine allseitig unnachgiebige starre Abstützung zur nachträglichen Vergleichmäßigung der Masseverteilung innerhalb des Formkörpervolumens ist nicht im erforderlichen Maße möglich und mit zu hohem Druck zwischen Tonmasse und Vorrichtung verbunden.

[0024] Das Blähen einer unterteilten also nicht kompakten Tonmasse erfolgt sowohl beim Blähen einer nicht vorge­blähten als auch beim Blähen und Sintern einer vorge­blähten Tonmasse zu einem großformatigen Formkörper insbesondere bei unveränderlichen äußeren Abmessungen der Tonmasse zu schwach und insbesondere bei veränder­lichen äußeren Abmessungen der Tonmasse zu ungleichmäßig, weil die Behandlung, insbesondere die Erwärmung einer nicht kompakten Tonmasse zu langsam oder zu ungleichmäßig erfolgt. Wird die Erwärmung einer nicht kompakten Ton­masse, insbesondere ohne Durchströmung, schneller voll­zogen, so daß weniger Blähvermögen verlorengeht, so erfolgt sie zu ungleichmäßig, so daß bei nicht vorhande­ner oberer Wandung oder der Deckel der Brennform eine ungleichmäßige Dichteverteilung im Formkörper oder ungleichmäßige äußere Abmessungen des Formkörpers ent­stehen.

[0025] Das Anbacken der Tonmasse an der sie führenden Vorrich­tung wird nicht oder mit zu hohem Aufwand verhindert. Man versucht das Anbacken der Tonmasse an der Vorrich­tung infolge während des Blähens von innen reduzierter äußerer Oberfläche der Tonmasse bei hoher Temperatur durch Trennmittel zwischen Tonmasse und Vorrichtung, wie Graphit, Sand, Druckgase oder durch angeblich nicht anbackendes Vorrichtungsmaterial, wie Magnesium-Oxid, Magnesium-Chromit o.ä., oder durch Gasdüsenflächen zu verhindern oder durch Formgebung mittels verlorener Schalung unschädlich zu machen, was einen zu hohen Vorrichtungsmaterial-, Energieaufwand für Gasdüsenströ­mung oder Aufwand an Roh-, Hilfs- und Betriebsmitteln zur Folge hat oder durch Kalthalten der Vorrichtungs­flächen die mit der blähenden Masse in Berührung kommen und Erwärmung von innerhalb der Tonmasse durch Erwärmung mittels induktiv, kapazitiv oder konduktiv in der Ton­masse erzeugter Elektrowärme, die zu erzeugen jedoch hohen Vorrichtungs- und Energiekostenaufwand bedeutet, zu verhindern.

[0026] Die warme Formgebung erfolgt mit zu großer Formgebungs­kraft, als Folge zu großer Haft- oder Reibungskraft durch zu hohen Druck auf die Berührungsfläche zwischen Tonmasse und Vorrichtung von innen oder außen und damit für die Bewegung der Tonmasse zu hoher erforderlicher Kraft- oder Energieaufwand.

[0027] Entscheidende Nachteile der bekannten Verfahren sind damit in der zu langsamen oder zu ungleichmäßigen Erwär­mung und auch zu ungleichmäßigen chemischen Beeinflus­sung während des Blähprozesses mit der Folge hohen Blähgasverlustes und damit zu hoher Dichte und zu un­gleichmäßiger Dichte des zellkeramischen Formkörpers und mangelhafte Festigkeit des Formkörpers infolge mangel­hafter Versinterung bei zu versinternden Schüttungspar­tikeln einerseits zu sehen und andererseits in zu hohem Energieaufwand (durch unzureichenden Wärmenutzungsggrad als Folge verfahrenstechnisch und anlagentechnisch unzulänglich geführter Wärmeströme, insbesondere Heiß­gasströme) sowie der Gefahr des Anbackens der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung und der mangelnden Formsta­bilität der weichen Tonmasse während des Bläh- und ggf. Sintervorgangs.

[0028] Zusammenfassend kann gefolgert werden, daß sich die Herstellung von großformatigen porösen keramischen Formkörpern geringer Dichte mittels Erwärmung und Blähen der Tonmasse wegen der erforderlichen Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der Erwärmung beim Blähvorgang, der Anbackgefahr und der mangelnden Formstabilität der Tonmasse während des Blähens nach dem Stand der Technik, insbesondere soweit er durch Bildung von Schüttungen und deren Blähen und die Notwendigkeit des Sinterns der Schüttungspartikel aneinander gekennzeichnet ist, als ein nicht lösbares Problem erwiesen hat, so daß großfor­matigeformkörper mit gleichmäßig geringer Dichte sowie gleichmäßiger und hoher Porosität, Festigkeit und Form­genauigkeit bisher nicht wirtschaftlich herstellbar waren.

[0029] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern der eingangs genannten Art zu konzipieren, bei welchem unter Vermei­dung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile der Blähvorgang in kürzest möglicher Zeit durchgeführt werden kann und die eingesetzte tonmineralische Masse eine gleichmäßige und schnelle thermische, chemische und mechanische Behandlung mit geringstmöglichem Formge­bungsaufwand und Transportaufwand ohne Sintern erfährt.

[0030] Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

[0031] Gegenüber allen bekannten Verfahren löst das erfindungs­gemäße Verfahren das hochkomplexe Problem, den Blähvor­gang während der Formgebung in prozeßnotwendig kürzest­möglicher Zeit mit definierter Qualität über dem gesam­ten Gutquerschnitt gleichmäßig durchzuführen, welches zugleich Voraussetzung für eine wirtschaftliche Massen­produktion hochwertiger zellkeramischer Formkörper ist und sich nach dem bekannten Stand der Technik als ein nicht lösbares Problem erwiesen hat.

[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt erstmalig die günstigen Blähergebnisse, die an kleinen Blähkörpern im Labor-Kammerofen unter den dort herrschenden für den Blähprozeß nahezu idealen stoff- und wärmetechnischen Bedingungen erzielt werden, nunmehr auch in dem vorge­schlagenen großtechnischen kontinuierlichen Strang-­Herstellungsprozeß zu realisieren, indem die Tonmasse als kompakte Masse in Form einer dünnen Plattenform vorliegt, die durch kurze Wärmeleitwege und große Wärme­übertragungsflächen und durch einfache Geometrie schnell und gleichmäßig erwärmbar ist und damit stark und gleich­mäßig gebläht werden kann.

[0033] Da ein aus Ton hergestellter Formkörper nur dann die erforderliche Festigkeit und andere geforderte Eigen­schaften aufweist, wenn die Tonmasse, aus der er herge­stellt wird, gebrannt ist, muß die Tonmasse gebrannt werden. Beim Brennen erfolgt die Umwandlung einer ge­formten und getrockneten Tonmasse zum formbeständigen festen keramischen Formkörper einerseits durch die Abspaltung des in den Tonmineralen chemisch gebundenen Wassers und andererseits durch Sinterung als Folge von Schmelzvorgängen in der Tonmasse. Um den Block aus Ton zu brennen, muß der Ton erwärmt werden, wobei er eine beliebige geometrische Form aufweisen kann. Er muß in Blockform während einer bestimmten Zeit auf Brenntempe­ratur gehalten und auch als Block wieder abgekühlt werden.

[0034] Das Blähen einer Masse aus tonmineralischen Rohstoffen, wie es vorwiegend vom Brennen von Tonmassen zur Herstel­lung grobkeramischer Erzeugnisse her bekannt ist, ist ein Vorgang, der bei der Erwärmung von Tonmassen bis zur Erweichung auftreten kann und bei dem eine Ausdehnung der erweichenden Tonmasse zu einem porösen Körper er­folgt. Die Grundvoraussetzungen für das Blähen von Ton sind einerseits eine Gasbildung in der Tonmasse in genügendem Umfang und andererseits ein durch hohe Tempe­ratur weicher formbarer Zustand der Tonmasse mit bestimm­ter Viskosität, so daß die Tonmasse in der Lage ist, das sich in ihr bildende Gas eingefangen zu halten und sich unter der Wirkung des Gasdrucks unter Porenbildung auszudehnen. ,Viskosität der Tonmasse und Gasbildung in der Tonmasse sind abhängig von der stofflichen Zusammen­setzung der Tonmasse, der Art und Weise der Erwärmung der Tonmasse sowie der Brennatmosphäre und damit steuer­baren Einflüssen, die eine Steuerung des Blähens ermög­ lichen.

[0035] Während der Erwärmung kann die Form der Tonmasse unter­schiedlich sein. Die Tonmasse kann in Form einer Tonmas­se erwärmt werden als Schaum-Block, Hohl-Block, Voll-­Block, Hohl-Platte, Voll-Platte oder in Form mehrerer Teil-Tonmassen als Zylinder-Schüttung, Hohl-Zylinder-­Schüttung oder als mehrere Platten.

[0036] Oberstes Ziel eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung großformatiger poröser Formkörper geringer Dichte durch Blähen von Tonmassen mittels Wärmezufuhr ist, mittels Erwärmung von Tonmassen bis zur Erweichung eine Ausdehnung der erweichenden Tonmasse zu einem großformatigen porösen Körper zu erreichen und die Vorteile, die beim Brennen mit Blähen gegenüber dem Brennen einer vor dem Brennen bereits großformatig eventuell sogar porös vorgeformten Tonmasse ohne Blähen vorhanden sind, zu nutzen. Folglich ist verständlich, daß der Vorteil des Brennens mit Blähen umso schwächer wird, je stärker die Tonmasse bereits vor dem Brennen vorgeformt ist, wobei die Nachteile des Blähens sogar verstärkt wirken, umgekehrt aber die Vorteile umso stärker zum Tragen kommen, je weniger die Tonmasse be­reits großformatig vorgeformt ist, je kompakter sie also vor dem Brennen mit Blähen vorliegt. Weitere Ziele sind gleichmäßige großformatige Geometrie des Formkörpers aufgrund gleichmäßiger äußerer Form und gleichmäßiger Poren. Eine gleichmäßige geringe Dichte und hohe Festig­keit des Formkörpers infolge vieler Poren wird durch gleichmäßiges Blähen der Tonmasse als Folge gleichmäßi­ger Erwärmung der Tonmasse ausschließlich von oben und unten mit allseitiger und oben nachgiebiger Abstützung der blähenden Tonmasse während des gesamten Blähens und Einsatz einer Tonmasse, die keiner Sinterung von Teil­ Tonmassen bedarf, erreicht.

[0037] Die Tonmasse sollte weder nach innen noch nach außen frei blähen sondern zu Beginn des Blähens in Form einer kompakten Tonmasse vorliegei und die warme Formgebung sollte mittels allseitiger Abstützung und Nachgiebigkeit der Abstützung ausschließlich nach oben während des gesamten Blähens unter schwachem Druck erfolgen.

Vorteil gemäß Anspruch 1:

[0038] In einer kompakten Tonmasse, also nicht unterteilten und von Heizgasen durchströmten Tonmasse tritt, insbesondere auch bei Oxidation deren Oberfläche von außen, beim Blähprozeß ein ungestörter synergistischer Effekt von Blähgasbildung und Viskositätsänderung der Masse ein. Da die blähgasbildende Reaktion eine Eisenoxid-Reduktions-­Reaktion durch den Kohlenstoff in der Masse ist, die einerseits, indem sie ein Gemisch von CO und CO₂ hervor­bringt, das Blähglas liefert und andererseits, indem sie aus den Eisenoxiden Hämatit Fe₂O₃ und Magnetit Fe₃O₄ das als Flußmittel wirkende Ferrit FeO in der Tonmasse entstehen läßt, deren Zähigkeit senkt und die entstehen­den und teilweise aus der Tonmasse hinausdrängenden Blähgase zudem selbst wieder reduzierende Gase sind, die auf die umgebende Masse reduzierend wirken, wirken die Bildung der Blähgase und das Eingefangenwerden der Gase durch die infolge der Reduktion erweichende pyroplasti-­sche Masse insbesondere durch die das Dichtwerden der Oberfläche der Tonmasse synergistisch und es eskaliert der Blähprozeß plötzlich im gesamten Volumen bzw. über den gesamten Strangquerschnitt.

[0039] Gleichmäßiges Blähen der Tonmasse wird durch gleichmäßi­ge Erwärmung und gleichmäßigen Gegendruck zum Blähdruck während des gesamten Blähens an allen Seiten der blähen­den Tonmasse gefördert.

[0040] Nach dem Stand der Technik der Herstellung großformati­ger Formkörper mittels Blähen von Tonmassen stellt die Forderung nach allseitiger Abstützung, sofern sie über­haupt erfüllt wird, ein bisher mit vertretbarem Aufwand nicht gelöstes Problem dar, da die blähende Tonmasse zum Anbacken neigt und somit ein zentrales Problem dar­stellt, dem kostengünstig und betriebsstörungsfrei begegnet werden muß.

[0041] Zwecks Vermeidung des Anbackens der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung mit geringem Aufwand werden im vor­schlagsgemäßen Verfahren die an sich bekannten und insbesondere bei der Herstellung von Blähtonkugeln in Drehrohröfen genutzten beiden Tatsachen, daß zum einen die Oxidation der Oberflächen blähender Tonmassen und zum anderen deren ständige Bewegung an den sie abstüt­zenden Vorrichtungsteilen, das Anbacken von blähenden Tonmassen untereinander und an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen verhindert, erstmalig gezielt für die Vermeidung des Anbackens einer großformatigen blähenden Tonmasse an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen genutzt, indem erfindungsgemäß die allseitige Abstützung der blähenden Tonmasse mit Zwischenräumen erfolgt, so daß zum einen durch die Zwischenräume Sauerstoff an die Oberflächen der blähenden Tonmasse zu deren Oxidation geführt werden kann und vorschlagsgemäß wird und zum anderen eine ständige gegenseitige Abrollbewegung von großEormatiger blähender Tonmasse und den sie abstützen­den Vorrichtungsteilen bewirkt, wodurch die Grenzflächen­berührungen nur während einer kurzen Zeit als unschäd­lich anzusehenden Zeit bestehen.

[0042] Erfindungsgemäß wird somit trotz ständiger allseitiger direkter eine seitliche Ausformung der erweichenden Tonamsse verhinderter mechanischer Abstützung der blä­henden Tonmasse während des gesamten Blähens ein An­backen der blähenden Tonmasse an den sie hinreichend flächig abstützenden Vorrichtungsteilen verhindert, zum einen, indem die blähende Tonmasse an den sie abstüt­zenden Vorrichtungsteilen ständig bewegt wird, und zum anderen, indem durch allseitige, ständige Sauerstoffzu­fuhr mittels Zufuhr von oxidierenden Gasen an die äußere Oberfläöche der blähenden Tonmasse diese nachgiebig gegenüber der Ausdehnung durch das Blähen leicht verfe­stigt und unklebrig gemacht wird. Weiterhin können trotz ständiger allseitiger direkter Abstützung der blähenden Tonmasse die überschüssigen Blähgase während des Blähens frei entgasen.

[0043] Durch gleichmäßige Behandlung mit Gasen oxidierender Zusammensetzung während des gesamten Blähens wird eine gleichmäßige hinreichend flächige Oxidation der äußeren Oberfläche der Tonmasse von außen während des Blähens bewirkt, durch welche eine nicht klebende, höher feste mitwachsende Haut der Tonmasse während des Blähens gebildet wird, die das Anbacken der Tonmasse an Vorrich­tungsteilen, die während des Blähens mit der Vorrichtung in Berührung kommen, verhindert.

[0044] Versuche zeigen, daß sich die oxidierte Oberfläche einer blähenden Tonmasse in einer Umgebung mit oxidierender Gaszusammensetzung vergrößert, indem ständig bereits oxidierte Oberfläche aufgerissen wird und sich neue oxidierte Oberfläche bildet, so daß eine klüftige Ober­fläche entsteht. Die oxidierte Oberfläche wird rissig und die Risse weiten sich. Die zwischen die Risse der oxidierten Oberfläche drängende weiche reduzierte Kern­ masse wird durch das umgebende oxidierende Gas oxidiert und Bestandteil der erweiterten oxidierten Oberfläche. So oxidiert das nach außen getretene Innere des Blähkör­pers ständig nach und ständig neue oxidierte Oberfläche wird gebildet.

[0045] Das neue Verfahren weist gegenüber bekannten Verfahren den beträchtlichen Vorteil auf, daß die Poren schnell und gleichmäßig im Körper gebildet werden, weil das Blähen einer kompakten Tonmasse im Zusammenwirken mit der abdichtenden Oxidation deren Oberfläche eine unge­störte Ausbreitung der für das Blähen günstigen Zusammen­setzung innerhalb der Tonmasse entstehender reduzieren­der Gase gleichmäßig in der gesamten Tonmasse ermög­licht. Die gleichmäßige Zusammensetzung bewirkt auch in chemischer Hinsicht eine sehr gleichmäßige Behandlung und daraus folgend eine gleichmäßige Produktqualität. Die gleichmäßige Gasentwicklung in der Tonmasse bewirkt ein gleichzeitiges und gleichförmiges Blähen der Tonmas­se, welches Voraussetzung auch zur Erzielung eines Produktes von gleichmäßiger Dichte und Porenstruktur ist.

[0046] Die Tonmasse wird in der kalten Formung nicht unter­teilt, so daß während der warmen Formung keine, insbe­sondere nicht oxidierten inneren Teilflächen der Tonmas­se gesintert werden müssen, sondern die Tonmasse wird als kompakte Masse, wie eine Kugel, als kompakter Körper gebläht, wie eine Kugel mit einer oxidierten äußeren Hülle und Reduktion im Innern.

[0047] Der Einsatz einer nicht unterteilten kompakten Tonmasse zusammen mit der Oxidation der Oberfläche bewirkt die Ausbildung einer durch organische Bestandteile hervorge­rufenen reduzierenden gleichmäßigen Gaszusammensetzung innerhalb der Tonmasse, was zusammen mit dem leichten gleichmäßigen Gegendruck von außen gegen den Druck der Blähgase von innen dazu führt, daß die Gasentwicklung gleichmäßig in kleinsten Teilbereichen der Tonmasse einsetzt und somit gleichmäßig viele Poren gebildet werden, was gleichmäßige Dichte und Festigkeit des porösen Formkörpers bewirkt.

Vorteil gemäß Anspruch 2:

[0048] Es hat sich bei erfolgreichen praktischen Versuchen gezeigt, daß der Gleichmäßigkeit und der Geschwindigkeit der Erwärmung entscheidende Bedeutung für die Fertigung zellkeramischer Körper zukommt.

[0049] Die schnelle Erwärmung der Tonmasse ist Vorraussetzung für hinreichend starkes Blähen und damit für die Erzie­lung der gewünschten geringen Dichte des herauszustel­lenden Formkörpers.

[0050] Die gleichmäßige Erwärmung der Tonmasse ist Vorausset­zung für gleichmäßiges Blähen im gesamten Körper, wel­ches auch Voraussetzung für die Erzielung gleichmäßiger Porenstruktur des herzustellenden Formkörpers ist.

[0051] Hohe Geschwindigkeit des Blähens und damit maximale Dichteverringerung der Tonmasse sowie hohe Raum-Zeit-­Ausbeute des Verfahrens durch Verringerung der Dichte und Ausdehnung der Tonmasse mittels Blähen der Tonmasse während der Erwärmung der Tonmasse zum Brennen unter ständiger Wärmezufuhr, kein Vorblähen , Nachblähen oder Sintern oder Zusammenpressen.

[0052] Die Tonmasse bedarf infolge ihrer Erweichung während des Blähens einer abstützenden warmen Formung. Es hat sich gezeigt, daß der wärme-, stoffumwandlungs- und vorrich­tungstechnische Aufwand am geringsten ist, wenn die Tonmasse so kurz wie möglich in der Formung verweilt. Die kurze Erwärmungszeit ermöglicht sehr kurze Bläh- und damit Formzeiten und damit bei kontinuierlicher Formung kurze Formstrecken und damit geringen Transport­reibungswiderstand zur Bewegung der Tonmasse.

[0053] Die Wärme wird ausschließlich von oben und unten zuge­führt, damit eindimensionale und dadurch gleichmäßige Wärmeströme entstehen und Blähen nur in eine Richtung und zwar nur nach oben erfolgt, damit maximale Dickeän­derung der Tonmasse und somit minimaler mittlerer Wärme­leitweg erzielt wird.

[0054] Hohe Geschwindigkeit der Erwärmung der Tonmasse wird erzielt, indem zum einen die Tonmasse eine dünne und kompakte Form aufweist und sich zum anderen die Masse und damit die Wege für die Wärmeleitung erst während der Erwärmung zum Brennen vergrößern und sich die Dichte erst während der Erwärmung verringert. Die Masse wird wie eine kugelförmige Masse sehr schnell in 5 bis 10 Minuten gebläht werden, da sie einen ähnlich geringen Wärmeleitweg im Innern der Tonmasse und eine in allen Punkten der Wärmezufuhr von außen zugängliche Oberfläche aufweist.

[0055] Hohe Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Tonmasse wird erzielt, indem zum einen die Tonmasse eine gleichmäßige Form aufweist und zum anderen die Wärmezufuhr aus­schließlich eindimensional von oben und unten erfolgt und gleichmäßig an die Tonmasse herangeführt wird.

Vorteil gemäß Anspruch 3:

[0056] 

[0057] Die das Blähen verungleichmäßigende Wirkung der etwaigen Ungleichmäßigkeit der Erwärmung kann zwar durch gleich­mäßigen mechanischen Gegendruck teilweise ausgegelichen werden, zugunsten geringstmöglicher Anpreßdrücke der Tonmasse an die abstützende Vorrichtung zur Erzielung geringstmöglicher Anbackneigung wird jedoch erfindungs­gemäß die Wärmezufuhrrichtung so gewählt, daß sie nicht in Abstützrichtung der starr abstützenden Vorrichtungs­teile sondern in Abstützrichtung der nachgiebig abstüt­zenden Vorrichtungsteile liegt.

[0058] Durch ausschließlich nach oben nachgiebige Abstützung wird die blähende Tonmasse unter leichtem formwahrendem Gegendruck - die Wärmetransportwege gleichmäßig verlän­gernd - ausschließlich nach oben geführt, so daß sie sich in die vorbestimmte gleichmäßige größere äußere Form ausdehnt.

Vorteil gemäß Anspruch 4:

[0059] Zur Erzielung des Blähens ausschließlich in vertikaler Richtung und zur Vermeidung eines Blähens in horizonta­len Richtungen erfolgt die nachgiebige Abstützung der blähenden Tonmasse ausschließlich nach oben und es wird die Wärme ausschließlich von oben und unten zugeführt, da die blähende Tonmasse sich dorthin ausdehnt, wo sie den geringsten mechanischen Widerstand erfährt und wohin die meiste Wärme fließt.

[0060] Die Tonmasse wird während des gesamten Blähens an allen Flächen geführt, der Transportreibungswiderstand zur Bewegung der Tonmasse und die von außen aufzubringende Formkraft zur vergleichmäßigenden warmen Formgebung und Abstützung der blähenden Tonmasse ist jedoch gering, da vergleichmäßigenden Widerstand einer oxidierten Hülle und den nachgebenden Widerstand der Vorrichtung von außen wirkt, deren Abmessung sich mit der Ausdehnung der Tonmasse vergrößert und nur soviel Widerstand entgegen­setzt wie zur Erzielung hinreichender Gleichmäßigkeit des Blähens erforderlich ist, also nur soviel Widerstand aufbringt wie erforderlich ist, um entgegen der Neigung des Blähkörpers zur Bildung einer kugelartig gewölbten Form die Quaderform während des Blähens zu wahren.

Vorteil gemäß Anspruch 5:

[0061] Die kontinuierliche allseitige und nach oben nachgiebig abgestützte Bewegung der Tonmasse während des Blähens der Tonmasse wird zweckmäßig durch eine Regelung der vorderen und hinteren Stirnseite der blähenden Tonmasse ergänzt, die infolge der "hydrostatischen" Druckausbrei­tung in der blähenden Tonmasse bei fester Abstützung unten sowie rechts und links die gleichzeitige Regelung der Ausbreitung der Tonmasse nach oben und damit der Höhe des herzustellenden Formkörpers ermöglicht.

Vorteil gemäß Anspruch 6:

[0062] Geringer Kraftaufwand durch lediglich Rollreibwiderstand für die für die Bewegung der Tonmasse durch Rollen-­Transport und keinen Gleitreibwiderstand wie in einer ruhenden Brennform oder Haftkraft-Entformungswiderstand in einer parallel mitbeweglichen Brennform und kein Anbacken.

Vorteil gemäß Anspruch 7:

[0063] Eine hohe Geschwindigkeit der Erwärmung verlangt, daß die Energiestromdichte oder Energieumsetzungsdichte von Wärmequellen in der Umgebung der Tonmasse außerhalb oder auch innerhalb des Formkörpervolumens hoch ist und Wärmesenken dort nicht vorhanden sind. Die Erwärmung der Tonmasse während des Blähens erfolgt zur Erzielung einer hohen Energiestromdichte in der Umgebung der Tonmasse ohne parallel mit der Tonmasse vorwärtsbewegte Vorrich­tungsteile und die Wärme wird mit hoher Energieumset­zungsdichte mittels Erzeugung von Widerstandsheizele­ment-Elektorwärme in die Tonmasse umgebenden Vorrich­tungsteilen erzeugt.

[0064] Die erforderliche hohe Gleichmäßigkeit der Ofentempera­tur längs und quer oberhalb und unterhalb der blähenden Tonmasse sowie die erforderliche hohe Wärmestromdichte im Ofen in Richtung auf die blähende Tonmasse zur Erzie­lung sehr schneller und sehr gleichmäßiger Erwärmung der Tonmasse ist besonders vorteilhaft durch flächig ver­teilte Widerstandsheizelemente erzielbar, die zusätzlich im Gegensatz zur Verwendung von Heizgasen als Wärmequel­len zweckmäßig sind, da mit elektrischen Heizelementen die zugeführte Wärmemenge unabhängig von der Gaszusam­mensetzung des oxidierenden Gases eingestellt werden kann und damit optimal an die Verfahrenserfordernisse anpaßbar ist.

Vorteil gemäß Anspruch 8:

[0065] Geringe Formbildungskraft durch größenveränderliche Abstützung der Tonmasse, die sich mit der Zunahme der äußeren Abmessungen der Tonmasse vergrößert. Geringe Formbildungskraft mittels einer Vorrichtung, die mit einem von Null oder größer einstellbaren Widerstand dem zur Rundung seiner Formen neigenden Körper mit einem rechteckig vergleichmäßigenden Widerstand der Blähkraft entgegenwirkt, die rechteckige Form während des Blähens wahrt und dem Blähen mit gleichbleibender Kraft nur soviel Kraft entgegensetzt wie zur Wahrung der recht­eckigen Form erforderlich ist. Geringe Formbildungskraft mittels Nutzung der kugelartigen Eigenformbildungskraft durch Formbildung infolge oxidativer Verfestigung der äußeren Oberfläche der Tonmasse und Blähdruck der inne­ren Tonmasse. Inneres Gleichgewicht der Druckkräfte zwischen harter Schalenmasse und weicher Kernmasse.

Vorteil gemäß Anspruch 9:

[0066] Um die blähende Tonmasse auch stirnseitig vorn und hinten in dem Sinne abzustützen, daß sichergestellt wird, daß die Tonmasse ausschließlich nach oben bläht und sich weit genug nach oben ausdehnt, indem die Rol­lenbahngruppen in der Einschubzone und Blähzone zeitwei­se entsprechend schneller laufen können als die Roll­bahngruppe in der Abzugzone, um die blähende Tonmasse am Ende der Blähstrecke so stark zusammenzudrücken, daß sich die blähende Tonmasse nach oben in die gewünschte Höhe ausdehnt, sind die Drehgeschwindigkeiten der Rollen der Rollenbahngruppen von Einschubzone und Blähzone einerseits und Abzugzone andererseits getrennt voneinan­der regelbar.

Kontinuierliche Betriebsart:

[0067] Einfache Regelbarkeit und kein Haftkraft-Entformungswi­derstand durch kontinuierliche Bewegung der blähenden Tonmasse.

Wirtschaftliche Bedeutung:

[0068] Damit wird es erstmalig möglich, bisher nur zu ungleich­mäßig oder nur zu langsam erwärmbare und chemisch un­ gleichmäßig beeinflußbare großformatige Körper kontinu­ierlich gleichmäßig und schnell zu blähen und somit zellkeramische Körper wie geschoßhohe Wandelemente mit geringer Dichte herzustellen.

[0069] Durch den Verzicht auf Granulierung des Tones nach der Aufbereitung können ganze Prozeßstufen entfallen, so insbesondere das aufwendige Vorblähen der Schüttungspar­tikel, Dosieren, Egalisieren, Chargieren der Schüttung, also Vorgänge, die insbesondere im Hochtemperaturbereich unvertretbar aufwendig sind. Auch der bisherige Aufwand beim inhomogenen Vorverdichten der Schüttung bei Tunnel­ofenverfahren entfällt.

[0070] Bei schnellerer Aufheizung, welches erfindungsgemäß gegeben ist, reagiert eine sehr viel größere Zahl von Rohstoffen durch Blähen als bei langsamer Aufheizung, wodurch sich die Zahl der einsetzbaren Rohstoffe und die Blähfähigkeit steuernder Zusatzstoffe erhöht wie z.B. Rotschlämme, die als Problemabfallstoffe der Aluminium­industrie hier nutzbringend und umweltfreundlich einge­setzt werden können. Das gleiche gilt für das Verbrennen von Klärschlämmen mit organischen und metallischen Schadstoffen, die sonst unzureichend in hydraulisch gebundenen Stoffen deponiert werden. Auch erhöht sich bei der Lagerstättennutzung nach ökologisch optimalen Gesichtspunkten die Wahlmöglichkeit erheblich.

[0071] Die wirtschaftliche Bedeutung der Merkmale dieser An­sprüche ergibt sich daraus, daß in der Ziegelfachwelt seit langem die vielfach geäußerte Auffassung besteht, daß Bauelemente, z.B. in Plattenform aus zellkeramischem Material, sofern sie wirtschaftlich herstellbar wären, von höchstem wirtschaftlichen Nutzen wären.

[0072] Aus anwendungstechnischer und volkswirtschaftlicher Sicht ebenso wie unter dem Aspekt des Technologietrans­fers in Länder mit extremen Klimaten ergeben sich aus den Vorzügen der vorschlagsgemäß hergestellten Produkte beispielhaft folgende besonders vorteilhafte Einsatzge­biete.

[0073] Die annähernd gleiche Wärmedehnung von Bauelementen aus poröser Keramik und keramischen Fliesen ergibt eine hervorragende Einsatzmöglichkeit in vorgefertigten Raumtrennwänden mit besonderen hygienischen Ansprüchen wie in Bädern, Schwimmbädern, Lebensmittelbetrieben oder Badeanstalten. Für diesen Einsatz spricht zusätzlich die etwa dem Holz gleiche hohe Wärmedämmung infolge hoher Porosität bei zusätzlicher Nichtbrennbarkeit, Maßhaltig­keit bei gleichzeitiger guter Hafteigenschaft für die Aufbringung von Sperrschichten gegen Eindringen von Wasser und Schall. Neben dem Neubau kommt der Verwendung bei Altbaumodernisierungen besondere Bedeutung zu, weil die geringe Dichte bei nachträglichem Einbringen in bestehende Räume der Forderung nach minimaler baustati­scher Belastung gerecht wird und die Anbringung wandhän­gender Ausstattungsgegenstände begünstigt. Letzteres ergibt sich aus hoher Eigensteifigkeit und leichter Bearbeitungsmöglichkeit durch Sägen, Bohren und Dübeln. Hierbei kommt die Möglichkeit geschoßhoher, fugenloser Ausbildung der Wandplatte infolge der großformatigen Herstellungsmöglichkeit voll zum Tragen. Trotz dieser hohen Anforderung bleibt ein Transport nach der Baustel­lenregel "Vier Mann - vier Ecken" oder "Zwei Mann - zwei Kanten" leicht erfüllbar. Als Zusatzvorteil ergibt sich in allen Fällen eine Erhöhung des Brandschutzes von Wänden und/oder Decken. Dieser Vorteil greift besonders in Wandflächen der Treppenhäuser, wo der Personenschutz durch Nichtbrennbarkeit besonders bedeutsam ist.

[0074] Die Unempfindlichkeit gegen chemische Einflüsse aus der Umwelt oder von Reinigungsmitteln in Verbindung mit der hohen Wärmedämmung und geringer Wärmespeicherfähigkeit führt zu einem besonders bevorzugten Einsatz in Sauna­anlagen aber auch im Sportstättenbau, bei denen schnel­les Aufheizen oder Kühlen für oft nur kurze Nutzungszei­ten besonders zum Tragen kommen.

[0075] Dank der hohen Anteile an geschlossenen Poren und damit zusammenhängender dauernder Schwimmfähigkeit sowie hoher Frost-Tau-Wechselbeständigkeit und Resistenz gegen Pilze und Moosbelag ergibt sich ein vorteilhafter Einsatzbe­reich bei der Abdeckung von fließendem und stehendem Gewässer bis hin zu Sumpfgebieten oder Trinkwassertal­sperren, und zwar mit dem Ziel der Minderung von Verdun­stung knappen Wassers oder des Schutzes gegen Umweltein­flüsse, wie schwefelige Säuren oder Verbrennungsrück­stände. Auch Umfassungwände von Gebäuden in Verbundbau­weise mit mineralischen, metallischen oder polymeren Schäumen bieten sich zwecks Erhöhung der Feuerwider­standsklasse der jeweiligen Werkstoffverbunde an.

Anwendungsbeispiel des Verfahrens:

[0076] Zusammensetzung der Tonmasse (Gew.-%) :
60,4 SiO₂
23,6 Al₂O₃
6,85 Fe₂O₃
0,65 FeO
1,75 CaO
1,50 MgO
3,20 K₂O
0,32 Na₂O
1,09 TiO₂
0,48 SO₃
+ 5,0 Konverterstaub-Zusatz
Dichte der getrockneten Masse 1740 Kg/m³
Ofentemperatur: Konstant 1170^o C
Oxidierendes Gas: Luft
Blähzeit: 15 min
Strangbreite der Tonmasse: 50 cm
Stranghöhe der getrockneten Tonmasse: 1,2 cm
Abmessung des fertigen Formkörpers:
Höhe: 5,0 cm
Breite: 50 cm
Länge: 250 cm
Dichte des fertigen Formkörpers: 420 Kg/m³

[0077] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich­tung ist in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.

[0078] Mit 1 ist ein wärmeisoliert ausgebildetes Gehäuse be­zeichnet, innerhalb welchem die thermische Behandlung der blähfähigen Tonmasse stattfindet, welche in Richtung des Pfeiles 2 als ungeblähte Masse in das Gehäuse 1 eintritt und dieses in Richtung des Pfeiles 3 als ge­blähte Masse verläßt.

[0079] Das Gehäuse 1 ist entsprechend der durch die Pfeile 2, 3 definierten Durchlaufrichtung der Masse 4 im wesentli­chen in drei unterschiedliche, aufeinander folgende Zonen unterteilt, nämlich eine Einschubzone 5, eine Blähzone 6 und eine Abzugzone 7. Die Einschubzone 5 dient im wesentlichen lediglich der Förderung der strang- bzw. plattenförmigen ungeblähten Masse 4, die Blähzone 6 der thermischen Behandlung dieser Masse, insbesondere dem Blähen, wohingegen die Abzugzone 7 lediglich der Förderung bzw. dem Austrag des geblähten Produktes dient. In der Zeichnung ist der Blähfort­schritt durch die, in der Blähzone 6 beginnende und in Durchlaufrichtung zunehmende Dicke B der Masse 4 ange­deutet.

[0080] In der Einschubzone wird die Masse 4 unterseitig durch die Rollen 9, in der Blähzone durch die Rollen 10 und in der Abzugzone durch die Rollen 11 unterstützt, welche jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind. Eine oberseitige Führung der Masse 4 findet in der Einschub­zone durch die Rollen 12, in der Blähzone durch die Rollen 13 und in der Abzugzone durch die Rollen 14 statt. Sämtliche Rollen 13 bis 15 sind wiederum mit Abstand zueinander angeordnet. Darüber hinaus findet zumindest in der Blähzone 6 eine seitliche Abstützung durch vertikal drehbare Rollen 15,16 statt, die auch mit Abstand zueinander angeordnet sind und sich in den Zwischenräumen der Rollen 13 erstrecken.

[0081] Die Rollen 9, 12 der Einschubzone 5, die Rollen 15, 1G der Blähzone sowie die Rollen 11, 14 der Abzugzone sind in zeichnerisch nicht näher dargestellter Weise in den Wandungen des Gehäuses 1 drehbar, ansonsten jedoch unverschiebbar gelagert. Die oberseitigen Rollen 13 in der Blähzone 6 hingegen sind in definierter Weise verti­kal, d.h. in Richtung parallel zu den Pfeilen 17 ver­schiebbar gelagert und zu diesem Zweck in das Gehäuse 1 oberseitig übergreifenden U-förmigen Bügeln 10 aufgenom­men, deren Vertikalabschnitte 19 mit seitlich angeordne­ten Kolben-Zylinder-Einheiten 20 in Wirkverbindung stehen, deren Kolben 21 ,schematisch angedeutet ist und die individuell mit Druckmittelversorgungsleitungen 22 versehen sind. Man erkennt, daß durch Druckmittelbeauf­schlagung der einzelnen Kolben 21 auf die blähende Masse 4 eine individuell für jede Kolben-Zylinder-Einheit 20 einstellbare Druckkraft ausübbar ist, um im Sinne obiger Ausführungen den Blähvorgang mechanisch zu beeinflussen.

[0082] Mit 23 ist ein, die Rollen 9, 10 der Einschubzone 5 sowie der Blähzone 6 zusammenfassendes Druckmittel, z.B. eine Kette und mit 24 ein vergleichbares, die Rollen 11 der Abzugzone 7 antriebsmäßig zusammenfassendes Zugmit­tel bezeichnet. Es werden somit die Rollen 9, 10 der Einschubzone 5 sowie der Blähzone 6 einerseits und die Rollen 11 der Abzugzone 7 andererseits jeweils synchron angetrieben und stehen mit zeichnerisch nicht dargestell­ten, drehzahlregelbaren elektrischen Antrieben in Ver­bindung. Synchron angetrieben zu den unteren Rollen von Einschubzone 5 und Blähzone 6 werden auch die oberseiti­gen Rollen 12, 13. Schließlich werden die oberseitigen Rollen 14 der Abzugzone 7 synchron zu den unterseitigen Rollen 11 angetrieben. Synchron zu den Rollen 10 der Blähzone 6 werden auch die seitlichen Rollen 15, 16 angetrieben, die ebenfalls über ein Zugmittel 25 an­triebstechnisch verknüpft sind.

[0083] Mit 26 ist ein ortsfest angeordneter Antrieb bezeichnet, der eine Drehbewegung auf die vertikal, d.h. parallel zur Richtung der Pfeile 17 verschiebbar gelagerte Welle 27 überträgt, an deren unterem Ende ein die Verknüpfung mit den Rollen 13 bewirkendes Kegelradpaar 28 angeordnet ist. Sämtliche Wellen 27 stehen über den Antrieb 26 untereinander in Verbindung. Mit 29 sind flächenhafte Widerstandsheizelemente bezeichnet) die innerhalb des Gehäuses 1 unterhalb und oberhalb der zu behandelnden Masse 4 befinden und mit tiffnungen 30 zum Einleiten und Abziehen oxidierender Gase versehen sind, welche somit ober- und unterseitig auf die zu behandelnde Masse einwirken können.

[0084] Man erkennt aus der vorangegangenen Darstellung, daß die thermisch zu behandelnde blähfähige Masse 4 innerhalb der Vorrichtung in der Einschubzone 5 durch linienhafte Berührung gestützt, durch synchronen Antrieb der ober- und unterseitig angeordneten Rollen geführt ist, in der Blähzone 6 seitlich und unterseitig wiederum durch linienhafte Berührung unnachgiebig gestützt, jedoch zugleich gefördert wird, wohingegen oberseitig ebenfalls eine durch linienhafte Berührung charakterisierte Füh­rung stattfindet, die jedoch unter einstellbarem Kraft­aufwand zwecks Steuerung des Blähvorgangs nachgiebig ausgebildet ist und daß in der Abzugzone 7 wiederum eine, durch ober- und unterseitig unnachgiebig ausgebil­dete, durch linienhafte Berührung gekennzeichnete Füh­rung und Förderung der geblähten Masse stattfindet. Die in der Blähzone 6 eingestellten Verfahrensbedingungen sind durch eine unter- und oberseitige steuerbare Behei­zung, ein allseitiges Beaufschlagmittels oxidierender Gase und eine als Folge des Blähvorganges entgegen einer individuell einstellbaren Anpreßkraft der Rollen 13 erfolgenden Expansion der Masse 4 gekennzeichnet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung großformatiger poröser Formkörper geringer Dichte durch Blähen von Tonmassen mittels Wärmezufuhr dadurch gekennzeichnet, daß eine plattenförmige, selbsttragende Tonmasse eingesetzt wird, die blähende Tonmasse allseitig durch unmittel­bare mehrfache linienförmige Festkörperberührung abgestützt wird, dabei aber in ständiger Relativbewe­gung zur Abstützung gehalten und die Oberfläche der blähenden Tonmasse der ständigen Oxidation durch Zufuhr von oxidierenden Heißgasen an die Oberflächen der plattenförmigen bewegten Tonmassen ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrockneten Tonmassen in der Form eines dünnen, kompakten, selbsttragenden, plattenförmigen Stranges in den Ofen eintretend schlagartig durch Wärmezufuhr ausschließlich von oben und unten mit von Anfang bis Ende des Blähens gleichbleibend maximaler Ofentemperatur kontinuierlich schnell gebläht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die erweichende und blähende Tonmasse seit­lich und nach unten geometrisch unnachgiebig und ausschließlich nach oben, der zunehmenden Höhe der Tonmasse, gemäß dem Kurvenverlauf des Blähens druck­geregelt mit einstellbarer strukturstabilisierender Gegenkraft gegen die Blähkraft geometrisch veränder­lich nachgiebig formschlüssig und durch Rollen glät­tend, sowie nach hinten durch die mitels Reibschluß durch Rollen gehaltene ungeblähte und nach vorn durch die mittels Reibschluß durch Rollen gehaltene fertig geblähte Tonmasse allseitig abgestützt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhten Ansprüchen an Gleich­mäßigkeit der Poren und daraus ableitbarer Gleich­mäßigkeit der Qualität des Endproduktes das Verfahren so gesteuert wird, daß unter Vermeidung die Zellwände und damit das Gefüge zerstörender Preßkräfte ein isostatischer Druck so gesteuert wird, daß die Form­gebung während des Blähvorgangs durch entsprechend angeordnete obere Rollen erfolgt und dadurch eine Feinstverteilung der Poren in die kleinsten Teilbe­reiche der Tonmasse bei gleichzeitiger Ausbildung eines hohen Anteils geschlossener Zellen gesichert wird, die durch die vorschlagsgemäße Wärmestromführung in einer Strömungsrichtung und dadurch ausgelöste maximale Dickenänderung der Tonmasse bewirkt wird, was gleichbedeutend mit einer Minimierung des mittle­ren Wärmeleitweges und damit Maximierung der Geschwin­digkeit der Erwärmung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Höhe der fertig­geblähten Tonmasse die Istwerte der Höhe über die letzte obere Rolle am Ende der Blähzone aufgenommen werden und die Tonmasse durch die sie bewegende und abstützende Vorrichtung in Einschub- und Blähzone so stark gegen die Tonmasse in der Abzugzone gedrückt wird, daß die stärksterweichte Tonmasse am Ende der Blähzone in horizontaler Richtung zusammengedrückt werdend nach oben ausweicht, und zwar so weit, bis sich der gewünschte Sollwert der Höhe einstellt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Blähzone (6) zur Abstützung der blähenden Tonmasse reibungsmindernd synchronisiert drehende Rollen (10,13) mit gasdurchlässigen Zwischen­räumen in der Form von vier synchronisiert angetrie­benen Rollengängen angeordnet sind, waagerechte Rollengänge unterhalb und oberhalb und senkrechte und an den Seiten der blähenden Tonmasse angeordnet sind und sich Öffnungen (30) zum Einleiten und Abziehen von oxidierenden Gasen ,oberhalb und unterhalb der Tonmasse befinden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Blähen mittels Wärmezufuhr der strangförmigen Tonmasse oberhalb und unterhalb des Stranges flächig verteilt strahlungswärmebildende Widerstandsheizele­mente (29) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeich­net, daß der obere Rollengang aus in der Höhe einzeln verschieblichen waagerechten Rollen (13) besteht, die jeweils durch miteinander in Verbindung stehende oberhalb und unterhalb mit demselben Druck beauf­schlagte Kolben (21) druckgeregelt mit gleicher Kraft auf dem Strang aufliegen und synchronisiert über die Kette mit den übrigen Rollen (10) der Blähzone (6) angetrieben werden, wobei die waagerechten oberen Rollen (13) jeweils durch Bügel (18) gehalten werden, die zur Auflagekraftregelung mit den Kolben (21) starr verbunden sind und zur Übertragung der synchro­nisierten Drehbewegung auf die von ihnen getragenen Rollen (13) mit jeweils einem Kegelradpaar (28), das die Drehbewegung von der waagerechten Drehachse der Rollen (13) auf die vierkantförmige Welle (27) mit senkrechter Drehachse überträgt starr verbunden ist und daß die vierkantförmige Welle (27) zur Übernahme der Drehbewegung von dem orstfesten Antrieb (26) seitlich formschlüssig und in der Höhe verschieblich in einem ortsfest gelagerten Zahnrad gleitet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Einschubzone (5) zum Einschub des Stranges in die Blähzone (6) eine Gruppe von synchronisiert angetriebenen waagerechten Ein­schubrollen, bestehend aus einem unteren Rollengang und oberen Rollengang, in der Abzugzone (7) zum Abzug des Stranges aus der Blähzone strangabwärts eine Gruppe von synchronisiert angetriebenen waagerechten Abzugrollen, bestehend aus einem unteren Rollengang und oberen Rollengang aufweist und die Rollen (9,12) der Einschubzone (5) und (10,13) Blähzone (6) einer­seits und (11,14) Abzugzone (7) andererseits mit einem unabhängig drehgeschwindigkeitsregelbarem Antrieb versehen sind.

Zeichnung