UHPC mit NANODUR®

Vorteile von massiven Maschinenbauteilen

Massive Maschinenbetten sind erforderlich, wenn bei schneller Bearbeitungsdynamik eine hohe Präzision gefordert ist. Aufgrund ihrer hohen
Dämpfung sind massive Materialien wie Mineralguss und Naturstein das bevorzugte Bettmaterial hochwertiger Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen sowie Prüfanlagen. Im Vergleich zu Grauguss oder Stahl erhöht sich die Steifigkeit und die Eigenfrequenz, die Anlage wird leiser und der Werkzeugverschleiß wird minimiert. Die Entwicklung neuer High-Tech-Betone mit Optimierung des Bindemittels im Nanobereich ermöglicht die einfache Herstellung von Maschinenbauteilen mit selbstverdichtendem, lösungsmittelfreiem, mineralischem Beton.

Mischungszusammensetzung eines Ultra-High Performance Concrete

Materialkennwerte von NANODUR® Beton

Herstellung

In spezialisierten Produktionsstätten wird der UHPC-Beton aus Gesteinskörnungen, Spezialzement und Wasser gemischt und in Negativformen gefüllt. Je nach Anforderung sind die Formen aus Holz, Kunststoff oder Stahl gefertigt. Die lösungsmittelfreie, selbstverdichtende Gussmasse härtet unter normalen Umgebungsbedingungen aus. Nach einem Tag wird das Bauteil entformt und nach speziellen Nachbehandlungsschritten wie z.B. einer Wärmebehandlung lackiert. Auf Zement basierender Mineralguss ist auch bei höheren Temperaturen formstabil, brennt nicht und wird als Bauschutt recycelt.

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Einbauteile

Gewindehülsen, Stahlleisten, Fußplatten, Verbindungsleisten, Staplerschuhe, Leerrohre, KSS-Abflüsse, Transportanker, pneumatische, hydraulische und elektrische Leitungen etc. werden in die Form eingebaut und im Maschinengestell eingegossen.

Beachten Sie, dass integrierte Hydraulikleitungen das Bauteil lokal erwärmen und verformen. Der Einbau von Heiz- und Kühlregister ist einfach und preiswert, jedoch muss die Auslegung und Steuerung konstruktiv durchdacht sein. UHPC ist elektrisch nicht leitend, die metallischen Bauteile sollen durch eine Erdungsringleitung verbunden werden.

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Präzision

Eine Geradheit, Ebenheit und Parallelität von 0,1 mm ist bei Serienbauteilen kostengünstig direkt aus der Form zu erreichen. Bei höheren Anforderungen ist eine nachgelagerte Präzisionsbearbeitung bei Lohnbearbeitern erforderlich. Fräsen integrierter Stahlleisten ist bis zu ca. 0,01 mm möglich. Genauigkeiten von bis zu 0,005 mm können durch Schleifen der Betonoberfläche oder der Stahleinleger erzielt werden. Das Abformen der Präzisionsflächen mittels Lehren und Epoxidharzen
ist vor allem bei Serienbauteilen sehr wirtschaftlich.

 

UHPC ist wärmeträge und hat einen zu Stahl vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Thermische Einflüsse der Einbauteile auf das Maschinenbett werden dadurch reduziert.

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FAQs

Was ist der Unterschied von UHPC zu reaktionsharzgebundem Mineralguss oder Polymerbeton?

Bei Beton wird die grobe Gesteinskörnung und der feine Sand mit einem Bindemittel miteinander verklebt. Bei Polymerbeton wie z.B. bei Abflussrinnen sind dies Polyesterharze, bei Duschtassen Acrylharze. Bei Maschinenbauteilen aus Mineralguss hat sich vor 40 Jahren wegen der hohen Formtreue das Bindemittel Epoxidharz und teilweise PMMA durchgesetzt. Bei UHPC ist das Bindemittel Zementleim, die Bestandteile sind identisch zu einer Brücke oder einem Haus. Durch betontechnologische Weiterentwicklung ist es vor ca. 15 Jahren gelungen, einen zementgebundenen Werkstoff zu entwickeln, der für die Anwendungen im Maschinenbau genügend Festigkeit aufweist: zementgebundener Mineralguss oder UHPC

 

​Welches Geheimnis steckt hinter Nanodur-Beton?

Durch geeignete betontechnologische Maßnahmen ist Nanodur-UHPC ca. 10 x so dicht und 5 x so fest wie der handelsübliche Beton vom Bau. Dies wird durch eine Absenkung des w/z-Wertes mit Hochleistungsfließmitteln (Polycarboxylatether) und eine Abstufung der Korngröße des Bindemittels bis in den Nanometerbereich erreicht. Die Verbesserungen können durch Messung des Porenvolumens und der Festigkeit nachgewiesen werden. Chemisch ist das Material identisch zu einem handelsüblichen Beton und kann deshalb wie dieser entsorgt werden. Wir nenen Ihnen gerne die Abfallschlüsselnummer.

Kann ich das Material selbst verarbeiten?

Die Verarbeitung von Nanodur-UHPC auf professionellem Level benötigt Know-How im Formenbau, Erfahrung in der Betontechnologie sowie eine leistungsstarke, professionelle Mischanlage. Das System ist nicht für eine DIY-Anwendung konzipiert.

Gibt es eine verarbeitungsfertige Trockenmischung?

Nein, es gibt keinen Werktrockenbeton, der nur mit Wasser angemischt wird.

Was ist der Unterschied zu durfill?

Nichts ist perfekt. In der Vergussmasse durfill ist ein Quellmittel integriert. Dieses setzt die Festigkeit herab und führt zu einer porigen Oberfläche. Als anwendungsfertiger Werktrockenbeton müssen bei durfill vor dem Mischen alle Gesteinskörnungen ofengetrocknet werden. Kurz gesagt: durfill ist doppelt so teuer und hat eine deutlich geringere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Nanodur-Beton. Dafür kann man es mit einem Bohrmaschinenquirl anrühren und einfach verarbeiten.

Ist UHPC nur für Maschinenbetten oder auch für Portale geeignet?

Prinzipiell können auch Portalbalken aus UHPC konstruiert werden. Beachten Sie, dass diese häufig sehr schwer werden und deshalb größere Linearführungen und Motoren benötigen. Es hat seinen Grund, dass massive Portale vor allem bei Messmaschinen ohne Dynamik eingesetzt werden.

Kann man Nanodur-Beton verkleben?

Wir haben umfangreiche interne Untersuchungen, die belegen dass eine Verklebung mit Epoxidharzen gut möglich ist. Die getesteten Probekörper versagten alle im angrenzenden UHPC und nicht in der Verbindung Harz zu UHPC oder innerhalb der Harzfuge.

​Ist eine Lackierung notwendig?

Die Oberfläche ist leicht porig und nimmt sehr schnell Schmutz z. B. von öligen Händen oder Schuhabdrücken auf. Dies ist bei einer hochwertigen Maschine mit einem Verkaufspreis von oft deutlich über 100.000,- € nicht hinnehmbar. Wir lackieren deshalb prinzipiell alle Bauteile aus unserem zementgebundenem Mineralguss.

 

Ist im Nanodur-Beton eine Stahl-Bewehrung wie bei meinem Keller zu Hause?

Bevor in einem Stahlbetonbauteil ein Riss entsteht, ist der Bewehrung langweilig. Erst nach Auftreten eines Risses wird sie aktiviert und erhöht die Traglast um ein Vielfaches. Ein Tragwerksplaner im Betonbau ist ein Experte für einen gerissenen Verbundwerkstoff. Der Maschinenbauer erwartet jedoch, dass seine Maschine sich über die Lebensdauer hinweg in ihren statischen und dynamischen Verformungen immer identisch verhält. Ein Riss wäre kein hinzunehmender Mangel, sondern ein Totalschaden an der Maschine. Wenn eine Bewehrung auf die Risslast nur einen geringen Einfluss hat, ist es nur konsequent darauf zu verzichten.

 

Braucht man Fasern, insbesondere Stahlfasern für den UHPC im Maschinenbau?

Wie bei der Bewehrung, wirken Fasern erst nach Auftreten des Risses und beeinflussen die Druckfestigkeit und die Erstrisslast nur wenig. Durcrete gibt Stahlfasern nur zu, um bei Beschädigungen mit einem Gabelstapler oder beim Krantransport das Wegfliegen von Bruchstücken des spröden Materials zu minimieren. Bei präzisionsgeschliffenen Bauteilen wird auf die Fasern ganz verzichtet, da ansonsten die Genauigkeit nicht erreicht werden kann.

 

Wie lange muss UHPC austrocknen?

Der Zement ist der Binder, das Wasser ist der chemische Reaktionspartner, quasi der Härter. Um die Bildung von Kapillarporen zu minimieren, ist im Mineralguss Nanodur-Beton so wenig Wasser, dass das Zementkorn in seinem Inneren nicht reagiert und ständig versucht Wasser aus der Umgebung anzusaugen (autogenes Schwinden). Der Beton trocknet also nicht aus, sondern versucht von der Umgebung Wasser zu bekommen.

Die chemische Erhärtungsreaktion benötigt allerdings Zeit. Nach etwa ein bis zwei Tagen kann entformt, nach etwa drei bis fünf Tagen lackiert werden. Der Abtransport aus dem Werk findet meist 14 Tage nach dem Guss statt, wenn etwa 80% bis 90% der Endfestigkeit erreicht sind. Die Erhärtung dauert mit einer asymptotischen Kurve gegen den Endwert noch über mehrere Monate an. Die aus dem Bauwesen bekannten 28 Tage sind nur eine Übereinkunft für einen sinnvollen Prüfzeitpunkt der Güteprüfung und bedeuten nicht das Ende der Erhärtung.

Schwindet und schrumpft UHPC?

Infolge der chemischen Reaktion schrumpft und schwindet UHPC, wie auch jeder andere Beton. Durch den Einsatz eines Schwindreduzierers können wir die Gesamtverformung auf etwa 0,5 mm/m oder 0,05 % begrenzen. Der überwiegende Teil der Verformung findet innerhalb der ersten 24h statt, so dass dem geschickten Formenbau eine Schlüsselrolle zukommt und die Maschinenbauelemente rissefrei die Form verlassen. Bei Bauteilen mit Gesamtgenauigkeiten bis zu ca. 0,1 mm sind die danach auftretenden Restverformungen unkritisch. Bei höheren Präzisionsanforderungen tempern wir die Bauteile. Die chemische Reaktion wird dadurch beschleunigt und zu einem Abschluss gebracht, so dass das Material "tot" ist.

Wie beständig ist Mineralguss gegenüber hohen Temperaturen

Die Temperaturbeständigkeit von Polymerbeton hängt vom verwendeten Harz und der Aushärtetemperatur ab. Unser zementgebundener Mineralguss aus UHPC wurde schon bei Prüftischen eingesetzt, bei denen permanent 150° warmes Öl über die Flächen läuft, ohne dass Schäden aufgetreten sind.

Kann man nachträglich etwas an einem massiven Maschinenbett befestigen?

Bei einem Bauteil aus einer Form sollte man nicht mehr am "lebendigen Objekt" weiterplanen, sondern die wichtigen Überlegungen vorher in einem strukturierten Prozess festlegen. Änderungen verkürzen die Lebensdauer der Form und sind am Bauteil zwar möglich, aber mit Aufwand verbunden. Bei zusätzlichen Befestigungen klebt man am besten eine Gewindestange mit Harz in ein Bohrloch. Entsprechende Komplettsysteme sind von Fischer oder Hilti erhältlich.

Wie bohrt man ein Mineralgussbett aus UHPC?

Nicht mit dem Metallbohrer aus der Werkstatt! Man geht in den nächsten Baumarkt und holt einen Bohrer für Beton oder Naturstein. Die Bohrung idealerweise ohne Schlag oder Hammerwerk ausführen.

Was tun bei Beschädigungen des UHPCs?

Größere Abplatzungen mit Reparaturmörtel auf Epoxidharzbasis, kleine Poren mit Spachtelmasse auf Polyestherbasis (wie beim PKW). Beschichten mit den selben Lacken wie bei Metallwerkstoffen.

Wie umweltfreundlich ist Mineralguss?

Kein Zweifel, bei der Produktion von Zement enstehen aufgrund der Entsäuerung des Kalksteins und der eingesetzten Energie große Mengen an CO2. Der CO2-Impact ist aber nachgewiesenermaßen deutlich geringer als bei kunstharzgebundenem Mineralguss, Grauguss oder Stahl.

 

Sie bauen als Hobby CNC-Fräsen?

Maschinen und Technik faszinieren Sie? Dann bauen Sie sich doch selbst eine CNC-Fräse mit einem stabilen, massiven Untergestell. Wir können Ihnen dabei nicht weiterhelfen, aber Sie finden alle erforderlichen Produkte, vom Bindemittel TEGNO bis zu Fließmitteln und Fasern im Mörtelshop. Der WEB-Shop liefert weltweit und bietet alle Produkte in kleinen Verpackungen an. Der Inhaber, Dr. Backstein ist gelernter Luftfahrtingenieur und hat auch selbst verfasste Bücher, Seminare, Beispielvideos und andere Unterstützungsmaßnahmen im Programm.

Link zum moertelshop

durcrete ist ausschließlich im B2B Bereich tätig und bietet keine Leistungen für private Endkunden an. Deswegen gelten für uns die Regelungen der verschiedenen Verbraucherschutzgesetze oder des BFSG nicht.

Haftungsausschluss

Keine Rechts- oder Patentberatung. Bitte beachten Sie die diversen Patentanmeldungen zur Anwendung von
Beton im Maschinenbau. Die hier enthaltenen Angaben sind allgemeine Hinweise und sind deshalb unter
Umständen für den konkreten Anwendungsfall nicht geeignet. Daher sind vor dem Einsatz der Produkte
auf den Einzelfall bezogene Prüfungen, Berechnungen und Versuche erforderlich. Die Angaben in dieser
Informationsschrift beinhalten keine Beschaffenheitsgarantie. Mängel und Schadensersatzansprüche sind
aufgrund dieser Angaben ausgeschlossen. Schutzrechte Dritter sind zu beachten.