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Wie man mit der Zeit die optimale Temperatur bekommt

1. Mai 2020 | Temperatur

Adam Wegener arbeitet als Keramiker und unterrichtet Keramik in Portola Valley, CA. Letztes Jahr erwarb er ein Digitalmultimeter der Serie 189 von Fluke sowie ein Hochtemperatur-Thermoelement von einem örtlichen Keramikanbieter und kann nun Temperaturen bis 1260 °C messen. Er verwendet das 189 jetzt zur Protokollierung der Temperatur über einen Zeitraum von 30 Stunden für den Aufheiz- bzw. den Abkühlzyklus. Danach lädt er die Temperaturwerte in seinen Computer und verwendet Spitzentemperatur und Heizgeschwindigkeit, um seine nächste Feuerung zu perfektionieren.

Je mehr ich über Keramik lerne, desto stärker wird mir bewusst, wie wenig ich weiß. Im letzten Sommer beschäftigte ich mich intensiv mit fortgeschrittenen Brennverfahren, unter anderem auch mit der Herstellung eigener Glasuren. Ich verbrachte viel Zeit damit, meinen eigenen Brennofen zu befeuern und das Verfahren zu perfektionieren. Die Befeuerung eines Werkstücks ist entscheidend für das Ergebnis. Man muss wissen, was im Brennofen vor sich geht (durch die Überwachung mit meinem Thermoelement und dem Digitalmultimeter), da unterschiedliche Chemikalien in den Glasuren bei verschiedenen Temperaturen schmelzen. Es ist wichtig, die vorgeschriebene Temperatur für Ton und Glasur zu erzielen, damit maximale Materialfestigkeit und Lebensmittelsicherheit gewährleistet sind. Beim Anstieg der Ofentemperatur löst die Hitze bestimmte Reaktionen in den Werkstücken aus, es ist also nicht nur wichtig, die Temperatur zu überwachen, sondern auch wie schnell sich Hitze aufbaut bzw. der Ofen abkühlt.

In der Keramik wird eine Temperaturskala mit verschiedenen „Konen“ aus Mischmaterialien verwendet, die sich nach einer bestimmten Hitzeperiode verformen. Der Hersteller dieser Konen heißt Orton. Der Temperaturbereich in der Keramik reicht von niedriger Hitze (650 °C) bis zu einer intensiven Hitze (1316 °C). Beim Umgang mit Temperaturen auf dem Gebiet der Keramik sagt man zum Beispiel „Konus 5“ (dies entspricht einer Spitzentemperatur von ca. 1200 °C). Die Zahlen und ihre dazugehörigen Temperaturwerte werden auf der Webseite von Orton verdeutlicht. Temperaturen werden wie folgt angegeben (eine vorgestellte 0 entspricht einem (–)-Zeichen und die Skala einer Reihe von Absolutzahlen):
Konus 022 (590 °C), Konus 021...Konus 05 (1044 °C), Konus 04...Konus 1, Konus 2...Konus 5 (1207 °C), Konus 6...Konus 10...Konus 12 (1326 °C).

Bei der Befeuerung meiner Keramik wird die erstmalige Befeuerung Schrühbrand genannt. Diese erstmalige Befeuerung reicht bis Konus 05 (1044 °C). Sie verleiht den Werkstücken Festigkeit und macht sie porös, damit sie die Glasur annehmen. Die Werkstücke werden anschließend in die Glasur getaucht und danach wieder befeuert. Die zweite Befeuerung wird Glasurbrand genannt. Unterschiedliche Glasuren benötigen auch unterschiedliche „Konen“. Mein Glasurbrand reicht bis Konus 5 (1207 °C) und das bedeutet, dass die von mir verwendeten Glasuren bei dieser Temperatur ihre optimale Festigkeit und Lebensmittelsicherheit entwickeln. Mithilfe der Überwachung der Befeuerung mit den Digitalmultimetern kann ich feststellen, warum Mängel bei den Werkstücken aufgetreten sind. Es passiert oft, dass eine zu schnelle Abkühlung zur Blasenbildung und damit einer porösen Glasur führt.

In der Regel akzeptiert man die Werkstücke so, wie Sie aus dem Brennofen kommen. Ist man mit der Glasur eines Stückes nicht zufrieden, wird es sehr schwierig, Glasur neu aufzutragen und den Ofen neu zu befeuern, da das Werkstück nicht mehr porös ist. Bei einer Wiederbefeuerung geht man das Risiko ein, dass Risse in den Werkstücken entstehen oder dass das Resultat sogar noch verschlechtert wird. Manchmal habe ich wiederbefeuert, um Blasen in der Glasur zu entfernen. Durch die Wiederbefeuerung wird das Werkstück nochmals erhitzt, die Klausur verflüssigt sich und wird glatt. Unterschiedliche Befeuerungstemperaturen können die Farbe der Glasuren beeinflussen. Zu große Hitze bedeutet, dass die Glasur von den Werkstücken auf die Ofenregale abläuft. Das erschwert die Reinigung erheblich.

Ich verfeinere in der Regel meine Befeuerungen, indem ich Veränderungen vornehme, die auf vergangenen Befeuerungen beruhen. Ich versuche mit jeder Befeuerung bessere Resultate als bei der vorangegangenen Befeuerung zu erzielen. Bei einer perfekten Befeuerung sind gleichmäßige Ofentemperatur, akkurater Temperaturanstieg und Abkühlung sowie Erreichen, aber nicht das Überschreiten der Höchsttemperatur ausschlaggebend.

Ich verwende mein Thermoelement, indem ich es in einem „Guckloch“ ablege, einer Öffnung in der Ofenseite, die es mir erlaubt, während der Befeuerung in den Ofen zu schauen. Ich stelle mein Aufzeichnungsintervall auf 5 Minuten ein und das Digitalmultimeter zeichnet die Temperaturen auf. Der gesamte Prozess dauert in der Regel 24 Stunden für die Erhitzung und die Abkühlung. Die Aufheizungsphase beträgt in der Regel 8 bis 10 Stunden. Nach jeder Befeuerung übertrage ich die Daten auf meinen Computer und drucke das Diagramm aus. Ich überprüfe die Werte bei der Erhitzung und bei der Abkühlung während der Befeuerung auf die von mir vorgegebenen Werte. Ich kann die Befeuerungswerte eines beliebigen Datums vergleichen, um festzustellen, ob Thermoelemente ausgetauscht werden müssen.

Das Digitalmultimeter hat mir beim Aufspüren von Ofenproblemen geholfen. Bei der Verwendung in der Schule bekamen wir immer wieder Fehlermeldungen von dem Ofen. Wir wussten nie was los war, bis ich mein Multimeter zur Problemdiagnose verwendete. Bei der Temperaturaufzeichnung bemerkten wir, dass der Ofen seine Höchsttemperaturen nicht erreichte, wahrscheinlich lag der Grund bei der Stromversorgung. Das half uns sehr, da wir nicht 10 Stunden lang herumstehen und warten mussten, bis der Ofen eine Fehlfunktion hatte. Ich ließ einfach mein Multimeter zurück und übertrug die Messwerte am nächsten Tag auf meinen Computer.

Ich verwende ältere Ofenmodelle und seit diese gebaut wurden, hat es enorme Fortschritte bei der Befeuerungssteuerung für neue Öfen gegeben. Neuere Öfen verwenden zur Befeuerungssteuerung integrierte Computer und Thermoelemente. Ein Benutzer kann die Befeuerungssequenz in den Computer einprogrammieren und der Ofen erledigt den Rest. Mein Ofen arbeitet manuell und daher stelle ich die Geschwindigkeiten und die Beendigung der Temperaturzufuhr von Hand ein. Auf jeden Fall erleichtert ein separates Thermoelemente-System die Arbeit bei der Aufzeichnung, was im Ofen geschieht.