Beton Schwingungsarmes Maschinenfundament

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Sudholt-Wasemann hat sich in den letzten Jahren intensiv mit dem Einsatz ultrahochfester Betone im Bereich des Maschinenbaus beschäftigt und damit bereits große Erfolge am Markt erzielt.

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Fertig betoniertes Maschinenbett aus UHPC-Beton (Ultra High Performance Concrete).
Fertig betoniertes Maschinenbett aus UHPC-Beton (Ultra High Performance Concrete).
(Bild: Sudholt-Wasemann)

Ausgangspunkt der Spezialisierung war die Zusammenarbeit mit der ebenfalls in Herzebrock-Clarholz ansässigen Firma Weeke Bohrsysteme. Bis dahin hatte Sudholt-Wasemann Stahlbeton-Fertigteile für Industriehallen, Landwirtschaftsgebäude oder den Wohnungsbau produziert - so auch für den Bau der neuen Produktions- und Verwaltungsgebäude des zur Homag-Group gehörenden Unternehmens Weeke. Daraus entwickelte sich in der Folge ein intensiver Austausch über die Möglichkeiten des Einsatzes von Beton auch beim Bau von Maschinenbetten, die bei Weeke bis dato ausschließlich aus Stahl bestanden. Da Maschinenbetten aus Stahl in einigen Bereichen Nachteile aufweisen, kam die Idee auf, Beton im Maschinenbau nicht nur als Masse einzusetzen, sondern die Betten gleich komplett aus Beton herzustellen.

Forschungs- und Entwicklungsarbeit mit Hochschulen und der Industrie

Nachdem erste Versuche erfolgreich verliefen, spezialisierte sich Sudholt-Wasemann immer mehr auf die Produktion vom Maschinenbetten aus Beton – nicht nur für Weeke, sondern für alle Unternehmen aus der Maschinenbaubranche, die sich für dieser neue Technologie interessierten. Dies hatte allerdings auch grundlegende produktionstechnische Umstellungen zur Folge; denn anders als bei der klassischen Betonfertigteil-Herstellung sind bei Fertigung von Maschinenbauteilen höchste Maßgenauigkeiten gefordert, die im µ-Bereich liegen.

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Parallel zur Umstellung in der Produktionstechnologie wurde eine intensive und kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungsarbeit betrieben. Dies sowohl in Zusammenarbeit mit der Maschinenbauindustrie, als auch mit Forschungseinrichtungen in Hochschulen sowie ausgewählten Partnern in der Zement- und Betonindustrie, hier speziell mit der in Wiesbaden ansässigen Firma Dyckerhoff sowie der Durcrete, einem Anbieter für Spezialbetone im Maschinenbau. Dabei setzte man ganz auf die innovative UHPC-Technologie.

Innovative UHPC-Technologie gibt dem Beton neue Eigenschaften

UHPC steht für Ultra High Performance Concrete - also Ultrahochleistungsbeton. Dieser High-Tech-Werkstoff basiert auf moderner Nanotechnologie, der dank seiner Eigenschaften dem Beton ganz neue Anwendungsfelder erschließt. Dazu zählen insbesondere massive Maschinenbetten und Werkzeuggestelle, die eingesetzt werden, um schnellere Präzisionsbearbeitung verbunden mit kürzeren Taktzeiten und geringerem Werkzeugverschleiß zu erreichen.

Dem Unternehmen Sudholt-Wasemann ist es gelungen, auf Grundlage der UHPC-Technologie und unter Einsatz von Nanodur, einem Hochleistungszement neuester Generation, erfolgreich Rezepturen und Verfahren zu entwickeln, die es ermöglichen, modulare Maschinenbetten für hochpräzise arbeitende Fräs-, Dreh- oder Schleifmaschinen aus Beton zu gießen. Insbesondere gegenüber herkömmlichen Stahlkonstruktionen weisen die neuartigen Betonmaschinenbetten überlegene Eigenschaften auf und ermöglichen bei Produktionsabläufen ohne Nachbearbeitung eine hervorragende Oberflächenqualität sowie eine Genauigkeit von 0,3 mm auf 4 m Länge.

Maschinendynamik wird positiv beeinflusst

Desweiteren dämpft der Spezialbeton Schwingungen bis zu 80 % schneller als herkömmliche Stahlgusskonstruktionen. Mit dem Betonbett erreicht die Maschine somit eine neue Dynamik, die sich in höheren Vorschubgeschwindigkeiten und Achsbeschleunigungen ausdrückt. Die Standzeiten der Werkzeuge verlängern sich. Ein weiterer Vorteil: Das nichtbrennbare Material reagiert aufgrund seiner thermischen Trägheit nur langsam auf Temperaturänderungen und ermöglicht so hohe Genauigkeiten. Es kann auch bei Temperaturen von über 100° C eingesetzt werden. Dazu kommt eine Biegezugfestigkeit von 15 N/mm² - 20 N/mm². Dieser Wert lässt sich durch das Einbauen einer Vorspannung, bei der mittels Stahlseilen dem Maschinenbett eine innere Druckspannung permanent eingeprägt wird, noch weiter verbessern. Die außergewöhnlichen Festigkeitseigenschaften von UHPC bewirken, dass die Bauteile schlanker und leichter gebaut werden können. Durch diese Volumenreduktion werden weniger Roh-stoffe und Energieressourcen verbraucht. In dem Bauteil können zudem unterschiedlichste Einbauteile, von Gewindehülsen bis zu Stahlschienen integriert, d.h. eingegossen oder eingeklebt werden. Auch Rinnen, Gefälleausbildungen und Leitungsdurchlässe lassen sich mit Hilfe eines intelligenten Schalungsbau verwirklichen. UHPC eignet sich daher besonders für Maschinenbetten, die das Fundament für hochpräzise arbeitende Fräs-, Dreh- oder Schleifmaschinen bilden. Damit kann dem deutschen Maschinenbau, der gegenwärtig - um konkurrenzfähig zu bleiben - Maschinengrundkörper oft in Billiglohnländern fertigen lässt, eine wirtschaftlich und technisch interessante Alternative geboten werden.

Die Herstellung der Beton-Maschinenbetten

Die homogene, kalt erhärtende Gussmasse des UHPC besteht aus naturfeuchtem Splitt, Sand, Gesteinsmehlen und dem rein mineralischen Spezial-Bindemittel Nanodur. Im Anschluss an das unter Zugabe von Wasser und Fließmittel erfolgte Mischen wird der Beton in die vorbereitete Form des Maschinenbettes gegossen. Das Entlüften des Betons erfolgt ganz ohne Rütteln und damit leise und komplett entmischungsfrei.

Nach dem Guss wird das Maschinenbett dem notwendigen Aushärtungs- und Nachbehandlungsprozess überlassen, wobei in der Regel am nächsten Tag entformt werden kann. Ein QM-System mit ausgefeilten Prüfungen trägt dafür Sorge, dass jedes Maschinengestell rissfrei und damit mit einer definierten Steifigkeit ausgeliefert wird. Je nach Anwendungszweck bleiben die grauen oder gefärbten Betonbauteile unbehandelt oder werden mit einer Hydro- und Oleophobierung oder mit einer dichten Lackierung versehen. (qui)

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