STEINZEUG Information 2004 - Fachverband Steinzeugindustrie eV

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26 Forschung + Technik über die Verträglichkeit der Tone mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften untereinander und mit der verbesserten Temperatursteuerung im Tunnelofen, ist der Phasenbestand heute steuer- und reproduzierbar geworden. Die Entwicklung des Werkstoffes Steinzeug ist eine stetige: Es wird permanent versucht, dickere Wandstärken und höhere Festigkeiten zu erzielen. Große Wandstärke, hohe Festigkeit Wie wird eine größere Wandstärke und eine höherer Festigkeit heute erreicht? Früher wurden zur Rohrherstellung nur ein bis zwei Tone aus der Nähe des Werkes verarbeitet. Heute werden bis zu 13 verschiedene Tone aus mehreren Lokalitäten mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet. Einige der geforderten Eigenschaften sind z.B.: ● hohe Trockenbruchfestigkeit ● hohe Brennbruchfestigkeit ● geringe Ausdehnungen beim Brand ● geringe organische Bestandteile ● wenig Verunreinigungen ● geringe Mengen an grobem Quarz Eigenschaften von Steinzeug Steinzeug ist chemisch beständig, außer gegenüber Flusssäure. Steinzeug ist weder durch Druck noch durch Temperatur rückverformbar. Steinzeug hat eine gute mechanische Festigkeit und Härte. Kontrolle der Rohstoffe Die Kontrolle der Tone beginnt bereits in der Tongrube. Nach dem STEINZEUG-Information 2004 Abbau werden die erforderlichen Eigenschaften im Labor mit den derzeit modernsten Geräten detailliert untersucht, etwa: ● mit dem Sedigraphen: die Bestimmung der Kornverteilung ● mit dem Dilatometer: die Bestimmung der Ausdehnung beim Temperaturanstieg ● mit der Differentialthermoanalyse: die Bestimmung der exothermen und endothermen Effekte ● mit dem Röntgenspektrometer: die Bestimmung der chemischen Bestandteile (Wellenlängendispersiv) ● mit dem Röntgendiffraktometer: die Bestimmung des Phasenbestandes (Abb. 1) ■ Abb. 1: Gemischanalyse zur Bestimmung des Phasenbestandes mit dem Röntgendiffraktometer. Die moderne Rohrherstellung Wenn auch heute noch Steinzeugrohre für Abwasserkanäle hergestellt werden, so liegt das vor allem an der ungebrochen hohen Akzeptanz des keramischen Werkstoffes zum einen, jedoch auch an den vielfältigen Verbesserungen der Rohre in den vergangenen Jahrzehnten. Gab es bis vor ca. 20 Jahren 1. und 2. Qualität und eine so genannte Lagerware, so ist die Qualität bei den heutigen Rohren und bei Formzeugen gleich – dokumentiert und kontrolliert laut DIN EN ISO 9001. Vielfältige Verpflichtungen, wie Produkthaftung und Gewährleistungsfristen, verbieten eine Teilung der Qualitäten in verschiedene Kategorien. Heute gilt es, während des gesamten Herstellungsprozesses hochwertige Qualitätskontrollen durchzuführen. Zufällig erreichte Eigenschaften im positiven wie im negativen Sinne werden konsequent ausgeschlossen – wichtig ist hier die klare Reproduzierbarkeit aller Prozesse bei der Herstellung der Steinzeugrohre. Das ist und bleibt die Lösung für die kontinuierliche Verbesserung der Produkte und deren Qualität.
Aufbereitung Im Allgemeinen spricht man bei der Aufbereitung vom Zerkleinern, Mischen und Homogenisieren der Rohstoffe. Beim Zerkleinern wird in der Keramik die Ton- und Hartstoffzerkleinerung unterschieden. Zerkleinern Das Zerkleinern von Ton für die Herstellung von Steinzeugrohren erfolgt heute durch Kollergänge und Differenzialwalzwerke, die wiederum in Form des eingestellten Walzenspaltes ständig leistungsstärker wurden. Der kleinstmögliche Walzenspalt liegt hier im Bereich von 0,4 mm. Für die Qualität bedeutet dies eine geringste Korngröße möglicher Fremdstoffe/körper (Pyrit, Kalk u.a.), die ursächlich in der Entstehungsgeschichte der Tone liegen. Zu große Einschlüsse schwächen bzw. zerstören das Gefüge im späteren Dichtbrand. Möglichkeiten zum weiteren Verringern von Fremdstoffen liegen im Abschlämmen von Tonen und der Trockenaufbereitung, die jedoch in der Grobkeramik aus Kostengründen keine Anwendung finden. Das Zerkleinern der Hartstoffe wurde vor mehr als 50 Jahren mit nur einem Aggregat, meist mit einer Prallmühle durchgeführt. Heute wird das Zerkleinern entweder mit einer zwei- oder dreistufigen Mahlanlage realisiert. Stufe eins ist fast überall ein Backenbrecher, Stufe zwei ein Kegelbrecher. Die dritte Stufe stellt in den meisten Fällen eine Ringwalzenmühle dar, in den seltensten Fällen auch eine Siebkugelmühle. Als Hartstoffe dienen der Eigenbruch sowie zum Gefüge passende Fremdkeramikbrüche. Der neueste Weg des Einsatzes von Hartstoffen liegt in der Verwendung von Rohstoffen aus der Baustoffindustrie. Hiermit kann der Hartstoff bis zu 100 % ersetzt werden, womit das Zerkleinern entfällt. Mischen und Homogenisieren Mischen bedeutet das Vermengen der drei Hauptbestandteile: Tonversatz, Hartstoffe und Anmachwasser. Das Mischen und Homogenisieren hat nur dann den größten Nutzen, wenn dieser Prozess konstant durchgeführt wird. Im kontinuierlichen Prozess wird hier der Doppelwellentrogmischer verwendet, wobei die Zugabe der Komponenten gravimetrisch über Bandwaagen erfolgt. Dieser Prozess läuft heute rechnergestützt, meist vollautomatisch. Durch den Einsatz leistungsfähiger Steuerungen ist auch die Zugabe verschiedener bzw. mehrerer Körnungen unterschiedlicher Mengen konstant realisierbar. Beim Einsatz von Stäuben werden heute diskontinuierliche Mischer, so genannte Chargenmischer, eingesetzt. Der Vorteil gegenüber kontinuierlichen Mischern liegt in der Möglichkeit der theoretisch unbegrenzten Dauer des Mischvorganges. Erst wenn alle Komponenten optimal vermischt sind, wird der Vorgang beendet, d.h., die Verweildauer des Mischgutes ist nicht Aggregat-abhängig, sondern nur zeitabhängig. Wurde noch vor ca. 30 Jahren nach dem Mischen abgebrochen und die Masse direkt verpresst, schließt sich nunmehr ein Homogenisierungsprozess an. Homogenisieren bedeutet eine größtmögliche Vereinheitlichung der keramischen Masse in ihrer Zusammensetzung und Eigenschaft. Somit kann das Homogenisieren bereits bei der Lagerung der Tone erfolgen, Forschung + Technik indem man zu mischende Tone bereits mit der Anlieferung schichtweise einlagert. Im Allgemeinen spricht man aber erst bei der Nachbehandlung fertig gemischter Massen von Homogenisierung. Dazu wird die Masse durch einen oder auch mehrere Siebrundbeschicker gepresst. Dieses Aggregat kann sich entweder direkt an das Mischaggregat anschließen, wird aber auch unmittelbar vor der Formgebungsmaschine eingesetzt. Formgebung Auch die Formgebung von Steinzeugrohren hat eine große Entwicklung in den letzten 50 bis 100 Jahren erfahren. Wurden am Anfang des letzten Jahrhunderts noch Kolbenpressen genutzt, die eine maximale Baulänge von 1.000 mm zuließen, werden heute Vakuumstrangpressen für die Herstellung von Rohren mit 2.500 mm Baulänge der Dimensionen DN 200 bis 800 genutzt. Das notwendige Evakuieren der Masse hat immer mehr an Bedeutung gewonnen. Die Trocknungsund Brennzeiten werden immer kürzer (siehe auch Kap. Trocknen und Brennen). In Verbindung mit der Automation der nachfolgenden Fertigungsprozesse wäre die Technik nicht mehr in der Lage, diesen (bis vor einigen Jahren) typischen Pressfehler zu kompensieren, denn ein Lufteinschluss unter der Presshaut führt beim Erwärmen zur Volumenvergrößerung und früher oder später zum Aufplatzen der Scherben. Eine 100 %-ige Einhaltung des Vakuums im Vakuumkessel der Presse garantiert heute einen weitgehend ruhigen Verlauf des Brenn- und Trocknungsprozesses. Nur so lassen sich die nachfolgenden Prozesse optimieren. Vaku- STEINZEUG-Information 2004 27
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