Schreibgeräte aus Beton

Beton ist das Nummer 1 Hightechprodukt der Baubranche. Immer komplexere, ingenieurtechnisch und architektonisch herausragende Bauwerke können durch spezifizierte Betone verwirklicht werden. Durch die nahezu unbegrenzten technischen und gestalterischen Möglichkeiten in Ingenieurbau und Architektur ist Beton zum Material der modernen Stadtplanung geworden. Nichts prägt den urbanen Lebensraum mehr als der schlichte Hochleitungsbaustoff. Längst wurde der Beton vom öffentlichen Raum ins private „Heim“ übernommen. Sichtbetonwände sind zu stilistischen Mitteln der Innenarchitektur geworden und neben hochwertigen Interieur Design Möbelstücken gibt es mittlerweile zahlreiche Artikel aus Beton. Der Einsatzbereich überspannt die Anwendung als praktischer Baustoff bis hin zum ästhetischen Stilmittel für Kunst und Kultur. Bedingt durch diesen wachsenden Einsatzbereich entstand bei STAEDTLER Mars GmbH & Co. KG die Idee den Beton auch als Material zur Stiftherstellung einzusetzen.

Abbildung 1: Betonstift Concrete Foto: STAEDTLER Mars GmbH & Co. KG

Das im Jahr 1835 in Nürnberg gegründete Unternehmen STAEDTLER Mars GmbH & Co. KG gehört zu den ältesten Schreibgeräteherstellern Deutschlands. Mit ca. 3.000 Mitarbeitern ist das Unternehmen mit Hauptsitz in Nürnberg international vertreten und erfolgreich. Von der Ideenfindung Beton als Stiftmaterial zu verwenden, den ersten Gehversuchen zusammen mit der Technischen Hochschule Nürnberg GSO Fakultät Bauingenieurwesen, bis hin zur internationalen Produktvorstellung auf der Schreibgerätemesse Insights X, vergingen 2 Jahre.

Den Beton als plastische Masse so zu konfigurieren, dass Hülsen mit einer Länge von 105 mm und einer minimalen Wandung von 1,5 mm hergestellt werden können, spiegelt die Komplexität des Vorhabens wider. Zudem weist diese Stifthülse einen Innendurchmesser von 8,5 mm zylindrisch (ohne Konus) auf, der nach der Aushärtung entformt werden muss. Bei diesem Projekt hat sich wiederum gezeigt, dass interdisziplinärer Wissensaustausch zwischen Prozess-, Material- und Entwicklungsingenieurswesen unbedingt Hand in Hand gehen muss, um Außergewöhnliches zu schaffen. Nur so konnte am Ende der Entwicklungszeit ein herausragendes und neues Produkt aus bekanntem Material hergestellt werden. Durch den Hochleistungsbeton ist auch ein Sturz auf den Boden kein Problem. Das Produkt ist für den täglichen Einsatz und auch für die Ästhetik des Schreibens prädestiniert.

Das unregelmäßige Sechskant Design spiegelt im ersten Moment die klassische Stiftform wider, indiziert jedoch über die nicht symmetrisch angeordneten Flächen ein völlig individuelles Griffgefühl. Jeder findet mit dem Betonstift die richtige Haltung.

Der Entwicklungs- und Fertigungsprozess bis zum fertigen Schreibgerät wurde durch ein kleines Team in enger Zusammenarbeit ermöglicht. Das Team bestand aus der Entwicklungsabteilung von STAEDTLER, vertreten durch Herrn Dipl.-Ing. Peter Weiß und Herrn Michael Schulze, in Zusammenarbeit mit dem Baustofflabor der Technischen Hochschule Nürnberg GSO mit den damaligen Bachelorstudenten Frau Verena Pösold und Herrn Christian Fratscher (Abb. 2), dem Laboringenieur Herrn Dipl.-Ing. Thomas Killing und dem Projektleiter Herrn Prof. Dr.-Ing. Thomas Freimann. Beratend stand Herr Dipl.-Ing. Wolfgang Hemrich von SCHWENK Zement KG zur Verfügung.

Abbildung 2: Verena Pösold und Christian Fratscher (ehem. Bachelor-Studenten aus dem Entwicklungsteam) Foto: Kevin Sams
Abbildung 3: Betonstift Concrete Foto: STAEDTLER Mars GmbH & Co. KG

Die Aufgaben des Entwicklungsteams bestanden darin einen schlag-, druck- und biegezugfesten Beton zu entwickeln, der sich leicht einbauen und verdichten lässt. Durch die geringen Wandungsdicken von 1,5 bis max. 2 mm der Betonhülse mussten neben den o.g. Betoneigenschaften ebenfalls Schalungen, Misch- und Einfüllmethoden entwickelt werden. Die ständige Optimierung von Schalungsformvarianten, Beton, Schalungs- und Einfüllmethoden führte schlussendlich zu einer dichten, gleichmäßigen Betonstiftstruktur mit den geforderten Eigenschaften.
Der sehr fließfähige Leim besteht aus CEM II/A LL 52,5 R von der SCHWENK Zement KG aus dem Lieferwerk Karlstadt, Wasser, Zusatzmitteln und -stoffen.

Dieses Gemisch wird nach einem speziell entwickelten Hochleistungsmischverfahren händisch in mehrere Formen gefüllt. Damit eine nahezu porenfreie Oberfläche erzielt wird, muss der eingefüllte Leim verdichtet werden. Anschließend werden die Formen abgedeckt und bis zum nächsten Tag gelagert. Nach dem Ausschalen werden die Betonhülsen in Kunststoffbehältern nachbehandelt. Bei der anschließenden Qualitätskontrolle werden die Hülsen auf Lunker, Risse und andere Abweichungen vom Standard kontrolliert. Die Montage zum fertigen Schreibgerät ist wie der Herstellungsprozess reine Handarbeit. STAEDTLER, als Hersteller von Millionen Schreibgeräten pro Jahr, hat für die Produktion des Betonstiftes den Weg der Manufakturherstellung eingeschlagen. Dadurch ist jeder einzelne Stift ein Unikat.

Der über die Zeit entwickelte Beton weist eine Biegezugfestigkeit von ca. 13 N/mm² und eine Druckfestigkeit von ca. 70 N/mm² (jeweils Prismen nach DIN EN 196-1 nach 28 Tagen) auf. Des Weiteren ist dieser hochduktil und schlagfest. Die Biegezugfestigkeit des fertigen Stifts liegt bei ca. 22 N/mm². Außerdem entspricht der Beton den hohen Anforderungen von STAEDTLER hinsichtlich Hygiene und Hautverträglichkeit.

Zukünftig sollen weitere Versuche mit Farbpigmenten zur farblichen Gestaltung und mit dem neuen Bindemittel Celitement der SCHWENK Zement KG durchgeführt werden. Damit kann STAEDTLER einen weiteren Schritt in Richtung ökologische Wertstoffkette gehen