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Home » Kundenservice » Keramiklabor

50 Jahre KELLER HCW Keramiklabor

Einleitung

Grundlage für die Qualität eines grobkeramischen Produktes ist die Qualität der eingesetzten Rohstoffe. Für die optimale Entwicklung einer Produktionsanlage ist es erforderlich, möglichst genaue und aussagekräftige Informationen über die verwendeten Rohstoffe zu erhalten. Deshalb werden bereits in der Projektierungsphase die Rohstoffe / Betriebsmassen unserer Kunden im firmeneigenen Keramiklabor der Firma Keller HCW umfangreichen Tests unterzogen. Durch den engen Bezug zur Praxis kann eine projektierte Anlage optimal auf die Anforderungen der Rohstoffe eingestellt werden. Auch für die Optimierung bereits bestehender Anlagen lassen sich wertvolle Rückschlüsse aus den ermittelten keramischen Daten ziehen. Alle hier beschriebenen Untersuchungen führen wir im Kundenauftrag auch für Sie aus, um Ihnen wertvolle Daten zum Betrieb und der Optimierung Ihrer Anlage zu liefern.

Konkret bedeutet das für Sie:

  • Optimierte Produkteigenschaften
  • Minimierter Energieverbrauch
  • Kürzere Durchlaufzeiten
  • Höhere Produktivität

Unser Leistungsspektrum

Erkundung und Beprobung von neu zu erschließenden Gruben / Beprobung vorhandener Gruben

Beim Neubau eines Ziegelwerkes an einem neuen Standort ist es notwendig, das neu zu erschließende Grubengelände zu erkunden und repräsentative Tonproben zu entnehmen. Diese Untersuchung führen wir gemeinsam mit Geologen und ggf. einem Bohrteam durch. Anhand der geografischen und geologischen Gegebenheiten vor Ort können dann Vorschläge für den Abbau der Grube, die Wasserhaltung der Grube und die optimale Lagerung und Mischung der abgebauten Rohstoffe erstellt werden. Die entnommenen Bohr- oder Schürfproben werden zur Entwicklung einer optimalen Betriebsmasse und zur Konfiguration der geplanten Anlage auf ihr keramisch- technologisches Verhalten untersucht.

Entwicklung / Optimierung von Betriebsmassen

Es kann aus verschiedensten Gründen notwendig werden, neue Betriebsmassen zu entwickeln oder bestehende Betriebsmassen zu optimieren. Sei es, dass neue Produkte mit speziellen Eigenschaften entwickelt werden sollen, vorhandene Produkte qualitativ verbessert werden sollen, vorhandene Gruben erschöpft sind oder die vorhandenen Massen bei gleichen Eigenschaften kostengünstiger werden sollen, in jedem Fall können wir mit entsprechenden Untersuchungen und unserer langjährigen Erfahrung weiterhelfen.

Untersuchung vorhandener Massen

Auch bei einer vorhandenen Betriebsmasse können die im Keramiklabor der Firma Keller HCW durchgeführten Untersuchungen wertvolle Hinweise zur Optimierung der Herstellungsprozesse oder zur Optimierung der Produktqualität geben. In jedem Fall werden die keramisch- technologischen Daten der Masse für die Formgebung, die Trocknung und den Brand ermittelt. Mit deren Hilfe ist dann eine Optimierung des Herstellungsprozesses möglich.

Aufbereitung

Für die Aufbereitung stehen im Keramiklabor der Firma Keller HCW verschiedene Aggregate zur Verfügung. Ziel ist es, die vorhandene oder zukünftige Aufbereitung so exakt wie möglich im Labormaßstab abzubilden.

Hartstoffe können über einen Backenbrecher vorgebrochen werden. Die Feinaufbereitung kann wahlweise als Trockenaufbereitung mit einer Schlagkreuzmühle mit verschiedenen Siebauslässen oder als Halbnassaufbereitung über Walzwerke mit einstellbaren Walzenspalten bis 0,5 mm erfolgen. Gemischt und angefeuchtet werden die Proben in einem Knetmischer, bei dem sichergestellt ist, dass es nicht zu Kornveränderungen in Folge zu hoher Mischenergie kommen kann. Der Anmachwassergehalt der zu extrudierenden Massen wird dabei so eingestellt, dass die Presssteife (Penetrometerwert) erreicht wird, die auch später in der Produktion geplant ist. Dabei sind Penetrometerwerte zwischen 1,0 kg/cm² und 3,5 kg/cm² möglich.

Formgebung

Im Jahr 2009 wurde der vorhandene Laborextruder modifiziert, so dass es möglich ist, das Verhalten der Masse während der Extrusion zu ermitteln. Dabei wird das für die Extrusion notwendige Drehmoment, die Schneckendrehzahl, die Stranggeschwindigkeit und der Druckaufbau / Druckabbau der Masse im Presszylinder und in einem Messzylinder gemessen und digital aufgezeichnet. Anhand dieser Daten kann eine Simulationsrechnung erfolgen, anhand derer die Geometrie des Extruders in Bezug auf Schneckensteigung, Rückstaulänge und Druckaufbauvermögen optimiert werden kann. Ebenso können Rückschlüsse auf das zu erwartende Drehmoment, den Pressdruck und die notwendige Schneckendrehzahl gezogen werden.

Trocknung / Brand

Für die Trocken- und Brennversuche werden im weiteren Verlauf der Untersuchungen diverse Prüfkörper hergestellt. Die Untersuchungen sind dabei weitgehend auf praktische Versuche aufgebaut. Zusätzliche Informationen bezüglich physikalischer und chemischer Eigenschaften werden anhand von chemischen Analysen, Eluatanalysen, der Korngrößenverteilung und ggf. auch einer Bestimmung des Mineralbestandes ermittelt und ergänzen bei Bedarf die Ergebnisse der keramischen Untersuchungen.

An den hergestellten Prüfkörpern werden der für die Formgebung notwendige Anmachwassergehalt, die Trockenschwindung, die Trockenrissempfindlichkeit, die Trockenbiegefestigkeit und die Trockenbiegefestigkeit bei Gleichgewichtsfeuchte bestimmt. Parallel dazu wird der Verlauf des Wasserentzuges und der Trockenschwindung, die sog. Bigot-Kurve und die Feuchteleitfähigkeit des jeweilige Kapillargefüges aufgezeichnet.

Gebrannt werden die Prüfkörper in Elektroöfen mit einer Aufheizrate von 180 K/h und einer Haltezeit im Garbrand von 3 Stunden.

Die Höhe der Garbrandtemperatur ist dabei abhängig vom geplanten Produkt und den rohstoffseitigen Gegebenheiten. Sie kann zwischen ca. 840 und max. 1300 °C betragen. Da es für die spätere Inbetriebnahme und den Betrieb der Anlage wichtig ist, die möglichen Spielräume zu kennen, werden die Brennversuche bei fünf verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Anhand der ermittelten Daten kann auch die im Werk zu erwartende Qualität bezüglich Maßtoleranzen, Farbabweichungen, Wasseraufnahmewerten und Druck- und Biegezugfestigkeiten ermittelt werden.

An den gebrannten Prüfkörpern werden alle evtl. auftretenden Brennfehler wie Aufblähungen, Ausschmelzungen, Abplatzer oder Ausblühungen ermittelt und dokumentiert, so dass für die spätere Anlage entsprechende Maßnahmen z.B. Zugabe von Barium getroffen werden können. Anhand dieser im kleinen Maßstab, aber mit vergleichbarer Technik, ermittelten Werte können die notwendigen Rückschlüsse für die Planung und den späteren Betrieb der Anlage abgeleitet werden.

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Versuchstrockner / Gasofen

Verfeinert werden können die im Labormaßstab durchgeführten Untersuchungen durch den Einsatz unseres Versuchstrockners mit frisch geformten Produkten aus ihrer Produktion. Bei dem Versuchstrockner handelt es sich um einen mobilen 20 Fuß Container mit einer Trockenkammer von ca. 1,5 x 1,8 x 1,7 m (BxHxT), die mit allen Luftverteilgeräten ausgerüstet werden kann, welche im Angebot der Firma Keller HCW zu finden sind. Dieser Trockner kann im Labor in Laggenbeck eingesetzt werden. Wenn möglich wird er zu unseren Kunden in ein vorhandenes Ziegelwerk transportiert und in der Nähe der Formgebungsanlage aufgestellt. Die für die Versuche verwendeten Formlinge bestehen dann nicht nur aus der beim Kunden verwendeten Betriebsmasse, sondern weisen auch die für das jeweilige Formgebungsverfahren typischen Spannungen und Texturen auf und werden auf den vorhandenen oder den zukünftige Formlingsträgern getrocknet. Zudem können für jeden Trockenversuch pressfrische Formlinge direkt aus dem Extruder eingesetzt werden.

Auf diese Art kann die Bestimmung der möglichen Trockenzeiten und die Ermittlung der genauen Trockenkurve noch einmal deutlich präziser erfolgen. Anhand der bei den Trockenversuchen auftretenden Fehler können dann Anpassungen an der Trockenkurve, dem Formgebungswerkszeug oder auch dem Formlingsträger vorgenommen werden.

Da sich getrocknete Rohlinge im Allgemeinen sehr gut transportieren lassen, werden die Brennversuche in einem stationären gasbefeuerten Kammerofen im Keramiklabor in Laggenbeck durchgeführt. Während der Brennversuche ist es möglich die Ofenatmosphäre zu verändern, so dass sowohl Versuche in oxidierender Atmosphäre als auch Reduktionsversuche durchgeführt werden können.

Auch die Brennversuche im Gasofen werden mit Originalrohlingen durchgeführt. Daher können auch hier mögliche Fehler, die auch aus den vorhergehenden Produktionsschritten stammen können, wie Restkerne, Risse, Farbflecken, Deformationen, etc. genauer erfasst und falls möglich durch entsprechende Veränderungen des Brennregimes eliminiert werden.

Bei keramischen Massen, die zur Reabsorbtion von Wasser neigen, ist es wichtig, die zu brennenden Rohlinge aus dem Betriebstrockner zu entnehmen, bevor sie vollständig getrocknet sind. Die Endtrocknung erfolgt dann unmittelbar vor dem Brand in einem elektrischen Labortrockner.

Messungen qualitäts- und umweltrelevanter Daten in Anlagen

Gemeinsam mit der verfahrenstechnischen Abteilung werden während der Inbetriebnahme und auch später in bereits laufenden Anlagen viele qualitäts- und umweltrelevante Werte gemessen.

Dazu gehören die Aufzeichnung von Maßen und Gewichten während der verschiedenen Produktionsschritte, aber auch die Messung von Schwindung, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit und Ziegeltemperatur während der Trocknung.

Während des Brandes können mit Hilfe eines speziell ausgerüsteten Messwagens (in aller Regel in der Anlage vorhanden) die Temperaturen der Ziegel beim Durchlauf durch den Ofen und damit die Temperaturvergleichmäßigung über den Besatzquerschnitt aufgezeichnet werden. Hieraus könne entsprechende Maßnahmen zur Optimierung der Brennkurve abgeleitet werden.

Einfache Schadstoffmessungen von Schwefel, Fluor und Chlor in den Heißluft- und Rauchgasrohrleitungen des Ofens sind ebenfalls möglich.

Notwendige Probenmengen

  • Für die Keller HCW spezifische Untersuchung einer fertig aufbereiteten Betriebsmischung ist eine minimale Probenmenge von ca. 20 kg erforderlich. Diese muss vor dem Extruder entnommen werden. Optimalerweise wird sie direkt vor dem Doppelwellenmischer am Extruder entnommen.
  • Für die Durchführung einer Extrudermessung ist eine Probenmenge von ca. 120 kg erforderlich, da für diese Messung nur frisch aufbereitete, nicht evakuierte Masse eingesetzt werden kann.
  • Für die Entwicklung einer Betriebsmasse sind je nach Aufwand zwischen 50 und 200 kg der einzelnen Rohstoffe erforderlich. Der notwendige Aufwand und die benötigten Informationen bezüglich der Rohstoffe müssen vorher mit dem Keramiklabor der Firma Keller HCW abgestimmt werden.
  • Trockenversuche mit dem Versuchstrockner werden üblicherweise vor Ort in der Anlage des Kunden durchgeführt. Sollte dies nicht möglich sein, müssen die notwendigen Probenmengen und der Transport gemeinsam abgestimmt werden.
  • Für Brennversuche im Gasofen werden je nach geplantem Besatz etwa 50 bis 100 getrocknete Rohlinge benötigt. Diese sollten unbedingt vor der Endtrocknung mit einer Restfeuchte > 5 bis 10 % aus dem Trockenprozess entnommen werden, um eine Wiederauffeuchtung während des Transportes und der Lagerung zu verhindern.

Probenahme

Bei der Entnahme von Tonproben ist es extrem wichtig, eine repräsentative Probe zu erhalten und diese möglichst in dem Zustand zu konservieren, in dem sie entnommen wurde.

Proben aus einem neu zu erschließenden Grubengelände

Die Entnahme einer repräsentativen Tonprobe aus einem neuen noch nicht geöffneten Grubengelände ist eine der schwierigsten Aufgaben der Probenahme. Zunächst werden mit einem geeigneten Bohrgerät, optimalerweise mit einer Rammkernsonde Proben in einem definierten Raster aus der Fläche der zukünftigen Grube entnommen. Diese Proben müssen bis in eine Tiefe entnommen werden die mindestens der späteren Abbautiefe entspricht. Anhand der Kerne kann dann ein Profil der Schichten in der Grube erstellt werden und eine Abbauplanung vorgenommen werden. Aus den Kernen können dann auch Proben der unterschiedlichen Schichten entnommen werden. Verunreinigungen, wie z.B. Steinschichten sind dabei kaum zu erkennen, so dass ggf. auch noch ein zusätzlicher Schnitt mit einem Bagger angelegt werden muss, um diese Schichten zu erkennen.
Dabei ist es eine präzise Dokumentation extrem wichtig. Eine genaue Ortsbezeichnung Land, Region, Grube, etc. und die genaue Position der Entnahmestelle (GPS Koordinaten) muss notiert werden. Ebenso muss die Entnahme fotografisch dokumentiert werden.

Proben aus einem aktiven Grubengelände

Um eine repräsentative Probe aus einem aktiven Grubengelände zu erhalten gibt es mehrere Möglichkeiten.

  • Wenn optisch keine Unterschiede oder Schichtungen zu erkennen sind und die Mächtigkeit der Abbauwand nicht zu hoch ist  kann eine sogenannte Schlitz- oder Schürfprobe über die gesamte Höhe der Abbauwand entnommen werden. Dies sollte an mehreren Stellen der Grube erfolgen und die Probenmenge dann ggf. wieder über einen Probenteiler reduziert werden.
  • Sollten in der Grube deutlich sichtbare Schichten zu erkennen sein, so sollten Schlitz- bzw. Schürfproben der einzelnen Schichten entnommen werden.

Auch dabei ist es eine präzise Dokumentation, wie bereits unter Punkt 1 beschrieben, extrem wichtig. Auch Schichtmächtigkeiten und sonstige Auffälligkeiten in der Grube wie z.B. Steinschichten müssen unbedingt dokumentiert und fotografiert werden. Bei kleineren Verunreinigungen, wie Kalkeinschlüssen, Gipspartikeln oder ähnlichem sollte ein Objekt mit bekannten Maßen z.B. Kugelschreiber, Feuerzeug mit auf dem Bild zu sehen sein, um einen Größenvergleich zu ermöglichen.

Proben von einer Tonlagerhalde oder aus einem Tonlager.

Hier ist die Entnahme etwas einfacher, da die Proben in aller Regel bereits durchmischt sind. Zur Probenahme werden kleinere Proben von verschiedenen Punkten des Lagers entnommen und zu einer Gesamtprobe vereinigt.

Proben aus dem Siebrundbeschicker oder einem Doppelwellenmischer.

Hier ist zunächst sicherzustellen, dass während der Probennahme die Sicherheit des Probennehmers gewährleistet ist. Proben können direkt am Austritt aus dem Beschicker oder Mischer entnommen werden. Hier sollten die Proben so weit gemischt sein, dass sie repräsentativ sind.

Verpackung und Versand

Die Proben müssen in luftdichte Plastiktüten verpackt werden, so dass spezifische Eigenschaften, wie z.B. die Grubenfeuchte, erhalten bleiben. Beschriftungen müssen so angebracht werden, dass sie nicht durch die Feuchtigkeit des Tones oder später aufgebrachte Aufkleber (z.B. durch den Transporteur) zerstört werden können. Eine Probe ohne Bezeichnung ist wertlos. Der Versand sollte auf dem schnellstmöglichem Wege erfolgen. Dabei muss z. B. im Winter darauf geachtet werden, dass die Proben nicht durch Frost verändert werden. Vorab sollten die Versandpapiere z. B. Airwaybill per Mail an das Keramiklabor (keramiklabor@keller-hcw.de) gesandt werden, damit der Weg der Probe verfolgt werden kann.





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