Der andere Werkzeugbau: «Wohlauf, lasst uns Ziegel streichen und brennen!»

Die Herstellung von Mauersteinen ist seit jeher ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Kultur – sogar die Bibel erwähnt sie. Das Zitat in der Überschrift stammt aus dem 1. Buch Mose, Kapitel 11, wo von der Fertigung von Steinen für den Turmbau zu Babel berichtet wird. Tatsächlich reicht die Geschichte der Ziegelherstellung so weit zurück, dass ein genauer Ursprung kaum festzulegen ist. 


Erstmals belegt ist die Verwendung gebrannter Ziegel in Mesopotamien. Dort hatte das Baumaterial besonderen Stellenwert: Die Sumerer widmeten dem Ziegelmachen einen eigenen Festmonat und verehrten den Gott Kulla, Schutzherr der Gussformen und Ziegel. Auch wenn heute niemand mehr zu Kulla betet, bleibt die Bedeutung der Ziegelherstellung ungebrochen – ebenso wie ihr Bezug zum Formenbau, der vor Tausenden von Jahren begann.


Bauen mit Ziegeln in frühen Hochkulturen

Die Sumerer brannten vor etwa 6000 Jahren Ziegel, doch das Bauen mit ungebrannten Lehmsteinen reicht noch weiter zurück. So wurden in Jericho im Jordantal Ziegel aus Lehm aus dem 8. Jahrtausend v. Chr. nachgewiesen. Etwa zeitgleich könnte auch die Herstellung von Dachziegeln in Griechenland begonnen haben, auch wenn dies erst ab 2500 v. Chr. belegt ist. Archäologische Funde aus Samarra zeigen, dass bereits im 6. Jahrtausend v. Chr. Lehmziegel mit Hilfe von Formen hergestellt wurden. In Ägypten fand sich im Grab eines Wesirs eine bildliche Darstellung der Ziegelproduktion, die rund 3500 Jahre alt ist – samt der verwendeten Holzformen.

Die Römer entwickelten die Ziegelherstellung weiter. Sie prägten Dachziegel mit Jahresangaben und Legionsstempeln, was Historikern heute wertvolle Einblicke liefert. Im alten Rom wurde der zuvor mit Wasser aufbereitete Ton in standardisierte, feuchte Holzlehren gestrichen. Man verfügte also bereits über genormte Werkzeuge! Sogar spezielle Ziegel konnte man damit herstellen – Hohlziegel wurden etwa über einem Holzkern geformt und später für Wasserleitungen verwendet. 


Damals sakral, heute in den meisten Wänden

Die Technik der Ziegelherstellung wurde von den Römern dann auch nach Germanien gebracht. Geblieben ist der Ursprung des heutigen Wortes «Ziegel»: Es leitet sich vom lateinischen Verb tegere (decken) bzw. von «Tegula» ab, das ursprünglich die römischen Dachziegel bezeichnete, die Häuser und Wachtürme vor Brandpfeilen schützen sollten. Die Germanen übernahmen das Wort und verwendeten es fortan auch für Mauersteine. Diese wurden im Mittelalter übrigens ausschließlich von Mönchen in Klöstern gefertigt und fanden daher zunächst auch nur in Sakralbauten Verwendung. Ein Beispiel dafür ist die Basilika in Michelstadt im Odenwald aus dem 9. Jahrhundert. Auch Dachziegel aus dem Kloster Hirsau, datiert auf das 11. Jahrhundert, zeugen von dieser Tradition. Ab dem 13. Jahrhundert wurde die Ziegelproduktion zunehmend ein weltliches Handwerk. In Norddeutschland entstanden weiterhin Sakralbauten wie der Lübecker Dom im Stil der Backsteingotik. Doch auch weltliche Gebäude wurden – oft aus Brandschutzgründen – immer häufiger aus Ziegeln errichtet.

Spätestens im 15. Jahrhundert waren dann Ziegel aus der deutschen Architektur nicht mehr wegzudenken. Ziegeleien gab es nun überall, und die charakteristischen roten Steine prägten das Stadtbild. Mit der Industrialisierung änderte sich auch die Fertigung. So wurde in England Mitte des 19. Jahrhunderts Zement erstmals zu Klinkern verarbeitet. Um 1880 entwickelte man in Deutschland ein Verfahren zur Herstellung von Kalksandsteinen – robust und bis heute im Einsatz. 


Das Handstrichverfahren mit Holz- und Eisenformen 

Das Handstrichverfahren prägte die Ziegelherstellung bis ins 19. Jahrhundert. Dabei wurde Ton manuell in Holz- oder Eisenformen gedrückt und glattgestrichen. Je nach Methode erleichterten Wasser oder Sand das Herauslösen: Wasser machte den Ton geschmeidiger, Sand verhinderte Risse bei der Trocknung. Anschließend wurden die Ziegel gestürzt und für mehrere Wochen luftgetrocknet, bevor sie gebrannt wurden. 

Um die Oberflächenqualität zu verbessern, bearbeitete man manche Ziegel im halbtrockenen, «lederharten» Zustand nach, indem man sie klopfte, zuschnitt oder presste. Besonders hochwertige Exemplare, die sogenannten Oelsteine, fertigte man in eingeölten Rahmenformen. Sie waren glatter, scharfkantiger und besonders fest, da der Ton steifer verarbeitet wurde. Präzise Mauersteine lassen sich im Handstrich jedoch kaum herstellen. Erst mit der Industrialisierung und der maschinellen Fertigung verschwanden die handwerklichen Ziegeleibetriebe um 1900 ganz. Dennoch blieb das Handstrichverfahren ein Meilenstein: Es zeigte, wie manuelle Präzision als Grundlage für spätere maschinelle Verfahren dient, um die Effizienz zu steigern.


Die Entwicklung mechanischer Pressverfahren

Bereits 1619 wurde in England ein Patent für eine Ziegelformmaschine vergeben, doch ihre Funktionsweise ist nicht überliefert. Im 19. Jahrhundert revolutionierten mechanische Verfahren die Ziegelherstellung: Streichmaschinen, Kolben-, Walzen- oder Schneckenpressen und viele weitere Technologien automatisierten die Fertigung. Bei den ersten Maschinen wurden Formkästen unter einem Tonbehälter hindurchgeführt, um die Masse gleichmäßig zu verteilen. 

Das bis heute gängigste Verfahren ist das Strangpressen bzw. die Extrusion. Mit dieser Technik lassen sich Sonderformen wie Hohllochziegel fertigen. Dabei wird die Ziegelform aus einem Tonstrang geschnitten. Mundstücke – früher aus Holz, heute meist aus Metall – geben dem Ziegel seine Form. In ihnen wird das Lochbild eines Ziegels mit Hilfe von Platzhaltern, der sogenannten Kerne, erzeugt: Während der Extrusion umströmt sie der Ton, wodurch Aussparungen entstehen. Auf diese Weise ergibt sich das Layout eines Ziegels aus Stegen und Hohlräumen.

Die Einstellung eines präzisen Lochbilds macht die Konstruktion von Mundstücken äußerst anspruchsvoll. Denn je komplexer die Geometrie, desto höher das Risiko für Verwirbelungen, ungleichmäßige Strömung oder unerwünschte Texturen. Um dies zu vermeiden, muss jeder Extrusionskern individuell ausgelegt sein, um den optimale Materialfluss zu gewährleisten. Heute gibt es Firmen, die sich ausschließlich auf die Herstellung von Mundstücken spezialisiert haben. ZMB Braun aus Friedrichshafen, Teil der Händle-Gruppe, fertigt beispielsweise hochpräzise Pressköpfe, Mundstücke und Zubehör für verschiedenste Ziegelformen, Hilgenberg-Ceramics aus Höhr-Grenzhausen im Westerwald wiederum entwickelt technische Keramikteile, darunter auch 3D-gedruckte Mundstückeinsätze für die Ziegelherstellung. 

Das Pressen von Ziegeln wurde mit der Zeit immer weiter verbessert. So wird etwa bei der Vakuumverpressung die Tonmasse in winzige Teile zerkleinert, anschließend entzieht Unterdruck dem Ton Luftbläschen und erhöht Plastizität und Texturqualität. Gibt man zum Ton im Vakuumaggregat zusätzlich noch heißen Dampf, spricht man von der sogenannten Heißverformung. Damit soll ein besseres und schnelleres Trocknen der Ziegel erreicht werden.


Andere Werkstoffe: Kalksandstein und Kunststoff

Die schon erwähnten Kalksandsteine bestehen aus einer Mischung aus Branntkalk (Calciumoxid), Sand und Wasser. Diese Zutaten werden in Reaktoren verarbeitet, wo Kalk und Wasser zu Kalkhydrat reagieren. Die Rohlinge entstehen durch hydrau­lische Pressen und werden anschließend bei Temperaturen von ca. 200 °C und bei einem Druck von ca. 16 bar für einen Zeitraum von 4 bis 8 Stunden gehärtet. Entwickelt wurde dieses Verfahren Mitte des 19. Jahrhunderts von Anton Bernhardi, einem Arzt und Naturwissenschaftler, der ein kostengünstiges Baumaterial für den sozialen Wohnungsbau und die Landwirtschaft suchte. 

Dass Mauersteine auch aus völlig anderen Materialien bestehen können, zeigt übrigens das kenianische Unternehmen Gjenge. Dort wird Plastikmüll zu Pflastersteinen verarbeitet: Der Kunststoff wird gemahlen, mit Sand vermischt und geschmolzen. Anschließend wird die Masse in hydraulischen Pressen zu Quadern gepresst, die laut Gjenge 25 Prozent günstiger sind als Betonpflastersteine.


Moderne Fertigung und Formenbau in der Betonindustrie

Von historischen Techniken wie der Kalksand- und Lehmziegelherstellung entwickelte sich die Mauersteinfertigung zu heutigen hochkomplexen Verfahren. Besonders in der Betonsteinindustrie spielen moderne Stahlformen eine zentrale Rolle. Einer der führenden Anbieter in diesem Bereich ist Rampf, der mit seinen Stahlformen weltweit die Betonsteinproduktion prägt. Das Unternehmen wurde 1926 als Hufschmiede gegründet und hat heute rund 500 Mitarbeiter, die sich über Standorte in den USA, Kanada, Frankreich, Polen und Ungarn verteilen. In der Nachkriegszeit war die Firma eine der ersten, die sich dem Formenbau für die Betonsteinindustrie zuwandte und so mithalf, die Steinfertigung zu industrialisieren. 

Am Hauptsitz in Allmendingen im Alb-Donau-Kreis arbeiten etwa 200 Mitarbeiter. Der technische Leiter Klaus Dornacher, studierter Maschinenbauer mit Fachrichtung Produktionstechnik, schätzt besonders das langjährige Know-how der Mitarbeitenden und ist stolz darauf, dass das Unternehmen weltweit Kunden hat: «Nur in die Antarktis und an den Nordpol haben wir meines Wissens noch nicht geliefert», scherzt er.

Während die Anwender zwar oft hohe Ansprüche hätten, interessierten sie die von Rampf produzierten Formen zunächst gar nicht. «Entscheidend ist für den Kunden nur der Stein, den er mit der Form herstellt», sagt Dornacher. Dabei werden die architektonischen Anforderungen immer höher. Besonders komplexe Formen hat Rampf u. a. für Kunden in Belgien gebaut. «Wir haben Formen zur Fertigung von nur zwei Zentimeter dünnen Steinen entwickelt, die als Verblendung auf die Dämmung von Häusern aufgeklebt werden können und in ihren Maßen hochexakt gefertigt werden müssen», erläutert Dornacher. Auch großformatige Bodenplatten mit leichter Wölbung zum besseren Abfluss von Regenwasser hat Rampf schon gefertigt. Diese seien produktionstechnisch ebenfalls eine Herausforderung gewesen, erklärt der technische Leiter: «Der Clou daran ist der gefräste 3 m-Kugelradius im Druckstück, das die Oberfläche formt. So lässt sich eine ganz leicht konvexe Geometrie fertigen, die Wölbung muss aber so gering sein, dass man sie beim Laufen nicht spürt.»

Bezüglich ausgefallener Steingeometrien und Oberflächen sei der nordamerikanische Markt jedoch der anspruchsvollste. «Ein Kunde in den USA verarbeitet beispielsweise fluoreszierendes Material, um bei Dunkelheit Wege zu markieren … Das sieht zunächst etwas ungewöhnlich aus, funktioniert aber ziemlich gut. Die mögen es eh gern ein bisschen verspielter und auch schnörkeliger», so Dornacher – was für Rampf natürlich immer mit einer höheren Komplexität der Formen einhergeht. Die Toleranzen im gefertigten Stein – also bei der Maßhaltigkeit oder beim Spiel der Druckstücke für die Oberflächenausformung – liegen bei allen Produkten aus Rampf-Formen bei rund 0,1 mm.


Massenhafte Einzelteilfertigung

Wesentlich dabei, so Dornacher: Ein Kunde erhält von Rampf immer einen individuellen Form-Typ, auch bei Standardmauersteinen. Aufgrund unterschiedlicher Maschinen und Einbaumaße oder wegen der Verarbeitung unterschiedlicher Materialien und auch wegen Detailunterschieden wie Fasen oder Radien ist für jeden Hersteller eine individuelle Form erforderlich. Dieser Sachverhalt macht Rampf zu einem «massenhaften Einzelteilfertiger». 

Dornacher erklärt weiter: «Wir erfüllen pro Jahr über 4000 Aufträge. Aber dass wir eine Form exakt so noch einmal bauen, kommt sehr selten vor.» Und wenn, dann als Schwesterwerkzeug. Gerade die Formen für häufig nachgefragte Standardsteine seien so wichtig, dass Steinhersteller davon nicht selten mehrere vorrätig hätten: «Eine in der Maschine, eine im Service und eine, die zur Sicherheit als Ersatz im Lager steht.» Formen für «Exotensteine» stünden aber auch schon mal ein Jahr oder länger im Archiv, bevor die nächste Charge gefertigt wird.


Der Produktionsprozess bei Rampf

Die Formen für die moderne Steinproduktion haben meist eine Standardgröße von rund 1200 × 1400 mm. Abhängig vom Steintyp variiert die Produktionsmenge pro Fertigungstakt stark: Eine Form für kleine Palisadensteine liefert bis zu 250 Stück pro Zyklus, während bei großen Steinplatten oft nur ein Exemplar pro Durchgang entsteht. Bei allen Typen ist jedoch gleich: Ein Füllwagen fährt bei der Produktion über das Unterteil mit den Formnestern und füllt die erste Schicht ein – den groben Kernbeton. Bei hochwertigen Steinen folgt eine zweite Füllung, der eine 8 – 5 mm starke Schicht Vorsatzbeton hinzufügt, die mit weniger Beschlagstoffen für eine glatte, makellose Oberfläche sorgt. Anschließend senken sich die Stempel des Formoberteils in die Kavitäten, und das Fertigungsbrett, auf dem die Form sitzt, wird mit Hilfe von Rüttlern in Bewegung versetzt. So wird der Beton verdichtet, während Luft und überschüssiges Wasser entweichen. Dabei stimmen die Werkzeugmacher von Rampf ihre Komponenten auf die Steinfertigungsanlagen der Kunden ab. Je nach Maschinentyp werden sie in massiver, biegesteifer Struktur oder aber auch in Leichtbauweise hergestellt, was zusätzlich das Schwingungsverhalten der Form fördert und damit die Steindichte erhöht. Durch die Dynamik entstehen in den einzelnen Kavitäten Beschleunigungen bis zu 200 g – wenn die Maschine gut eingestellt ist, wenn nicht, auch das Doppelte. Stahl bleibt mit seiner Elastizität laut Dornacher daher auch das bevorzugte Material für die Formherstellung. 

Bei der Entformung wird dann zuerst das Formunterteil angehoben, sodass die Steine von den Stempeln des Oberteils aus der Form herausgedrückt werden. Danach hebt sich auch das Oberteil – bei High-End-Anwendungen ist es beheizt, um Anhaftungen zu verhindern – und die feuchten Steine bleiben formfest auf dem Fertigungsbrett stehen, bevor der nächste Fertigungstakt beginnt. Ein solcher dauert je nach Komplexität des Steins 20 bis 30 Sekunden. Klaus Dornacher zufolge hat sich dieses Verfahren der Großbrettfertigung in den vergangenen 20 Jahren kaum mehr verändert. 


Von der Idee zur fertigen Form

Wünscht ein Kunde eine neue Steinform, wird als Erstes die Konstruktionsabteilung tätig. Gemeinsam mit dem Produzenten wird die Steingeometrie entwickelt und die optimale «Brettbelegung» festgelegt. Ziel ist es, möglichst viele Steine pro Fertigungstakt herzustellen und dabei gleichzeitig eine Geometrie umzusetzen, die die Paketierbarkeit oder das möglichst einfache Handling der Steine mit Verlegemaschinen gewährleistet. Anschließend übernimmt die Konstruktionsabteilung mit ihren 20 Mitarbeitern die Entwicklung der Form, bei der auch die Maschinenmaße des Kunden berücksichtigt werden. In der Fertigung entstehen die Unterteile je nach Komplexität aus einem einzigen Block oder aus mehreren Einzelteilen, die über eine Verstiftung im Rahmen fixiert werden. Zum Abschluss werden die durch die abrasiven Quarzanteile im Beton später stark beanspruchten Oberflächen behandelt – entweder durch Einsatzhärten oder Nitrieren. So gewährleistet Rampf die Maßhaltigkeit und Funktion der Form für 50 000 bis 100 000 Takte. 


Kreative Lösungen für ausgefallene Steinformen

Je ungewöhnlicher die gewünschte Steingeometrie, desto anspruchsvoller ist die Konstruktion der Form. «Die Herausforderung liegt darin, das neue Design umsetzbar zu machen», erläutert Dornacher. Da die Steine nach unten aus der Form herausgedrückt werden, ist die Struktur immer durch diese strukturelle Gegebenheit begrenzt. Allerdings verbaut Rampf auch Ziehbleche in der Form, wenn Kanäle oder Kanten für die Verhakung des Mauerwerks gefordert sind. Aber auch die Druckstücke können komplex werden und sind mit «Einschlägen» teilweise zweistufig ausgeführt, um beispielsweise versickerungsfähige Pflastersteine herzustellen. Diese haben Abstandshalter zum nächsten Stein, jedoch nach unten versetzt, damit sie unter Gras oder Split verschwinden und man sie an der Oberfläche später nicht sieht. 

Bei Rampf ist man auch stolz auf eine patentierte Lösung, mit der sich seitliche Strukturen, sogenannte Forcierungen, auf Mauersteine aufbringen lassen. «Dabei klappen die Seitenwände der Form weg, sodass die Steine nicht aus den Nestern herausgedrückt werden müssen, die Struktur bleibt beim Entschalen erhalten», erklärt Dornacher. 

Den Konkurrenzdruck durch subventionierte Unternehmen, etwa aus China, spürt Rampf ebenfalls, jedoch nicht so stark wie in anderen Branchen des Werkzeug- und Formenbaus. Der Grund dafür liegt laut Dornacher im hohen Anteil an notwendiger Handarbeit, besonders bei komplizierten Formen: «Wir haben Leute, die das Handwerk des Werkzeugmachers sehr gut beherrschen. So etwas kopiert man nicht so leicht.» Gleichzeitig setzt das Unternehmen auf Weiterentwicklung. Ein Beispiel für Innovation bei Rampf ist etwa die Eliminierung von Hydraulik oder Pneumatik aus der Form – hierzu wurde dem Unternehmen 2023 ein Patent erteilt, das es den Produzenten erlaubt, ihre Steine ausschließlich mit Schwerkraft herzustellen. 

Obwohl sich die Techniken und Materialien über Jahrtausende verändert haben, bleibt die grundlegende Bedeutung des Werkzeug- und Formenbaus unverändert: Ohne die präzisen Formen, die es ermöglichen, aus Rohmaterial hochwertige Mauersteine herzustellen, wäre die moderne Bauindustrie nicht denkbar. In diesem Sinne bleibt der bei den Sumerern einst von Kulla inspirierte Werkzeug- und Formenbau der zentrale «Baustein» moderner Bausteinfertigung. Ein Handwerk also, das Geschichte und Zukunft verbindet – und in dem sich überliefertes Wissen mit technischer Innovation vereint. Vom handgestrichenen Lehmziegel bis zur computergestützten Hochleistungsform spannt sich ein Bogen, der zeigt, wie sehr auch vermeintlich unsichtbare Werkzeuge unsere Welt prägen. | Maximilian Schröter und Kornelia Schmid, München