Nano­dur-Beton über­zeugt mit Verformungsstabilität

Die Ver­for­mungs­sta­bi­li­tät von Maschi­nen­bet­ten aus dem inno­va­ti­ven Ultra-Hoch­leis­tungs­be­ton Nano­dur wird höchs­ten Anfor­de­run­gen gerecht. Zu die­sem Ergeb­nis kommt eine am WLZ der RWTH Aachen durch­ge­führ­te Stu­die. Ultra-Hoch­leis­tungs­be­to­ne wie Nano­dur wei­sen gegen­über kon­ven­tio­nel­len Stof­fen wie Grau­guss oder Stahl­schweiß­kon­struk­tio­nen zudem noch wei­te­re Vor­tei­le auf. Wor­in sie bestehen, dies zeigt die durcre­te GmbH — der Spe­zia­list für zement­ge­bun­de­nen Mine­ral­guss im Maschi­nen­bau — im Sep­tem­ber auf der AMB 2018 in Stutt­gart. Dort kön­nen sich die Besu­cher auch über die detail­lier­ten Ergeb­nis­se des Aache­ner For­schungs­pro­jekts informieren.

Nicht die Maschi­nen­fun­da­men­te, son­dern die auf den Fun­da­men­ten auf­ge­stell­ten und in die Maschi­nen inte­grier­ten Maschi­nen­bet­ten sind die tra­gen­den und stüt­zen­den Ele­men­te einer Werk­zeug­ma­schi­ne; 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 ent­schei­den­der Bedeu­tung ist die rich­ti­ge Aus­wahl der ver­wen­de­ten Mate­ria­li­en. Neben den fer­ti­gungs­tech­ni­schen und wirt­schaft­li­chen Gesichts­punk­ten spie­len die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten der ver­schie­de­nen Werk­stof­fe dabei eine wesent­li­che Rol­le, da sie maß­geb­lich die Bau­teil­ei­gen­schaf­ten bestim­men. Dies ist vor allem der Elas­ti­zi­täts­mo­dul, der die elas­ti­sche Durch­bie­gung beein­flusst sowie die Mate­ri­al­dämp­fung und das ther­mi­sche Verhalten.

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 ener­gie­auf­wen­dig 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 Maschi­nen­bau einen fes­ten Platz. Neben den güns­ti­gen Kos­ten bie­tet Beton Vor­tei­le sowohl beim Schwin­gungs- wie auch beim ther­mi­schen Ver­hal­ten von Werk­zeug­ma­schi­nen und ersetzt kon­ven­tio­nel­le Stof­fe wie Grau­guss oder Stahl­schweiß­kon­struk­tio­nen. Vor zehn Jah­ren wur­de das Hoch­leis­tungs­bin­de­mit­tel Dycker­hoff Nano­dur zum Patent ange­mel­det. In die­ser Zeit hat Nano­dur die Welt der Ultra-Hoch­leis­tungs­be­to­ne ganz ent­schei­dend beein­flusst. Vor allem dem moder­nen Maschi­nen­bau konn­ten mit dem inno­va­ti­ven High-Tech-Mate­ri­al ganz neue Impul­se ver­lie­hen wer­den. Welt­weit pro­du­zie­ren bereits meh­re­re spe­zia­li­sier­te Fer­tig­teil­wer­ke seit eini­gen Jah­ren erfolg­reich Maschi­nen­tei­le aus Nanodur-Beton.

Ver­glei­chen­de Unter­su­chun­gen zum Kriechverhalten

Um die beson­de­re Ver­for­mungs­sta­bi­li­tät und ins­be­son­de­re die aus­rei­chen­de Lang­zeit-Geo­me­trie­kon­stanz des Werk­stoffs Nano­dur-Beton als Gestell­bau­stoff zu bele­gen, wur­den vor kur­zem am Werk­zeug­ma­schi­nen­la­bor (WZL) der RWTH Aachen umfang­rei­che ver­glei­chen­de Ver­su­che zum Kriech­ver­hal­ten durch­ge­führt. Unter „Krie­chen“ wird eine plas­ti­sche, zeit­ab­hän­gi­ge Ver­for­mung unter Last ver­stan­den. Wer­den mine­ra­li­sche Kör­per mit einer Kraft beauf­schlagt, ver­for­men sie sich elas­tisch. Wird der Kör­per nicht direkt ent­las­tet, kommt es zu einer zusätz­li­chen zeit­ab­hän­gi­gen, plas­ti­schen Ver­for­mung des Werk­stof­fes. Das Mate­ri­al ent­zieht sich der auf­ge­präg­ten Kraft durch Krie­chen. Ziel der Stu­die war nun, die Ver­for­mungs­sta­bi­li­tät von Bau­tei­len aus Nano­dur-Beton mit der von alter­na­ti­ven Werk­stof­fen wie Natur­hart­ge­stein und Poly­mer­be­ton zu ver­glei­chen. Zur Ein­ord­nung der Ergeb­nis­se wur­den par­al­lel Pro­ben­kör­per aus han­dels­üb­li­chem Natur­hart­ge­stein und epoxid­harz­ge­bun­de­nem Mine­ral­guss unter­sucht. Für die Ver­su­che wur­de ein Nano­dur-Beton E45 ver­wen­det, eine Stan­dard­mi­schung ohne Fasern. Pro­ben ohne Wär­me­be­hand­lung (ohne WB) wur­den vier Wochen im Kli­ma­raum gela­gert, bevor sie zur Prü­fung aus­ge­lie­fert wur­den. 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 beschleu­nigt und abge­schlos­sen und die Form­sta­bi­li­tät erhöht. Das Natur­hart­ge­stein stamm­te aus einem aner­kann­ten deut­schen Prä­zi­si­ons­be­trieb 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 her­aus­ge­sägt und bis zur jewei­li­gen Prü­fung im Kli­ma­raum vorgelagert.