Nanodur-Beton überzeugt mit höchster Verformungsstabilität

Nicht die Maschinenfundamente, sondern die auf den Fundamen-ten aufgestellten und in die Maschinen integrierten Maschinenbet-ten sind die tragenden und stützenden Elemente einer Werkzeug-maschine; denn auf diesen Basisgestellen werden die einzelnen Funktionselemente wie etwa die Führungen und Antriebe befestigt. Ihre Grösse und Gestalt hängt im Wesentlichen von der geforderten Prozessaufgabe ab. Maschinenbetten können daher sowohl leichter als eine Tonne sein als auch sehr grosse Abmessungen erreichen. Für die Funktionsfähigkeit eines Maschinenbetts von ganz entscheiden-der Bedeutung ist die richtige Auswahl der verwendeten Materiali-en. Neben den fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Ge-sichtspunkten spielen die mechanischen Eigenschaften der ver-schiedenen Werkstoffe dabei eine wesentliche Rolle, da sie massgeb-lich die Bauteileigenschaften bestimmen. Dies ist vor allem der Elas-tizitätsmodul, der die elastische Durchbiegung beeinflusst, sowie die Materialdämpfung und das thermische Verhalten. Eine Langzeit-Geometriekonstanz, also eine nur minimale plastische Verformung nach Aufbringen einer Last, wird von allen Werkstoffen als unab-dingbare Voraussetzung erwartet. Ist dies nicht gegeben, verlieren die Führungsbahnen im Laufe der Zeit die Ebenheit und Parallelität, welche in aufwendiger und teurer Präzisionsbearbeitung hergestellt worden ist.

Moderner Hochleistungsbeton im Maschinenbau
In der Vergangenheit wurden Maschinenbetten hauptsächlich aus Stahl, Stahlguss oder Grauguss hergestellt. Infolge technischer und wirtschaftlicher Anforderungen an Werkzeugmaschinen haben sich im Laufe der letzten 30 Jahre neben Maschinenbetten aus Grauguss zusätzlich Gestellbauteile aus Werkstoffen wie Mineralguss oder ­epoxidharzgebundenem Polymerbeton etabliert. Stahl und Guss sind am höchsten belastbar, aber bei der Herstellung sehr energieaufwen-dig und teuer. Massive Werkstoffe wie Polymerbeton und Naturstein hingegen sind aufgrund ihres günstigeren Preises und technischer Vorteile verbreitet. Moderner Ultra-Hochleistungsbeton (Ultra High Performance Concrete (kurz UHPC) hat mittlerweile im Maschinen-bau einen festen Platz. Neben den günstigen Kosten bietet Beton Vor-teile sowohl beim Schwingungs- wie auch beim thermischen Verhal-ten von Werkzeugmaschinen und ersetzt konventionelle Stoffe wie Grauguss oder Stahlschweisskonstruktionen. Vor zehn Jahren wurde das Hochleistungsbindemittel Dyckerhoff Nanodur zum Patent ange-meldet. In dieser Zeit hat Nanodur die Welt der Ultra-Hochleistungs-betone ganz entscheidend beeinflusst. Vor allem dem modernen Ma-schinenbau konnten mit dem innovativen High-Tech-Material ganz neue Impulse verliehen werden. Weltweit produzieren bereits meh-rere spezialisierte Fertigteilwerke seit einigen Jahren erfolgreich Ma-schinenteile aus Nanodur-Beton.

Vergleichende Untersuchungen zum Kriechverhalten
Um die besondere Verformungsstabilität und insbesondere die aus-reichende Langzeit-Geometriekonstanz des Werkstoffs Nanodur-Beton als Gestellbaustoff zu belegen, wurden vor Kurzem am Werk-zeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen umfangreiche ver-gleichende Versuche zum Kriechverhalten durchgeführt. Unter «Kriechen» wird eine plastische, zeitabhängige Verformung unter Last verstanden. Werden mineralische Körper mit einer Kraft beauf-schlagt, verformen sie sich elastisch. Wird der Körper nicht direkt entlastet, kommt es zu einer zusätzlichen zeitabhängigen, plasti-schen Verformung des Werkstoffes. Das Material entzieht sich der aufgeprägten Kraft durch Kriechen. Ziel der Studie war nun, die Ver- formungsstabilität von Bauteilen aus Nanodur-Beton mit der von al- ternativen Werkstoffen wie Naturhartgestein und Polymerbeton zu vergleichen. Zur Einordnung der Ergebnisse wurden parallel Pro- benkörper aus handelsüblichem Naturhartgestein und epoxidharz- gebundenem Mineralguss untersucht. Für die Versuche wurde ein Nanodur-Beton E45 verwendet, eine Standardmischung ohne Fa- sern. Proben ohne Wärmebehandlung (ohne WB) wurden vier Wo- chen im Klimaraum gelagert, bevor sie zur Prüfung ausgeliefert wur- den. Proben mit Wärmebehandlung (mit WB) wurden kurz nach dem Entformen für zwei Tage auf circa 80 °C erhitzt. Der chemische Erhärtungsprozess, die Hydratation des Zements, wird dadurch be- schleunigt und abgeschlossen und die Formstabilität erhöht. Das Na- turhartgestein stammte aus einem anerkannten deutschen Präzisi-onsbetrieb der Messmittel-Industrie und der epoxidharzgebundene Mineralguss mit runder Quarzkörnung aus der Güteprüfung eines anerkannten Herstellers. Alle geprüften Platten wurden mit einer Prüfmittelsäge aus Prismen der Größe 160 mm × 40 mm × 40 mm he-rausgesägt und bis zur jeweiligen Prüfung im Klimaraum vorgelagert. Zur Bestimmung der Langzeit-Geometriekonstanz über einen Zeit-raum von 90 Tagen wurde am WZL der RWTH Aachen ein spezielles Prüfstandskonzept erarbeitet, mit dem die erwarteten minimalen Verformungen messtechnisch erfasst werden konnten.

Eindeutige Ergebnisse
Die vergleichenden Untersuchungen zeigten, dass das untersuchte Naturhartgestein absolut die geringsten zeitabhängigen Verformungen aufweist. Die Langzeitstabilität (ausgedrückt durch die Kriechzahl) von wärmebehandeltem, zementgebundenem Nanodur-Beton liegt in einer vergleichbaren Grössenordnung. Mit Kunstharz gebundener Mineralguss zeigt die höchsten Verformungen, sowohl bei den kurzzeitigen elastischen Verformungen als auch bei den zusätzlichen plastischen Verformungen infolge Kriechens. Den kompletten Abschlussbericht mit den detaillierten Ergebnissen ist bei der Firma durcrete GmbH erhältlich.