Grauguss oder geschweißter Stahl: die richtige Bauweise für das Maschinenbett
Maschinenbett aus Grauguss oder Stahlschweißkonstruktion: Dämpfung, Lieferzeit, Werkzeugkosten, Flexibilität und ab welcher Stückzahl sich die Rechnung dreht.
Jedes Maschinenbett beginnt an derselben Weggabelung: gießen oder schweißen. Diese Entscheidung bestimmt die Werkzeugkosten, die Lieferzeit der ersten Einheit, das Verhalten der Maschine unter Last und wie teuer Sie eine Konstruktionsänderung in einem Jahr zu stehen kommt.
Was hinter den beiden Verfahren steckt
Grauguss bedeutet: Es wird ein Modell gefertigt, darum werden Sandformen aufgebaut, das Eisen wird abgegossen, und das Gussteil wird vor der Bearbeitung gealtert. Das Modell ist ein echter Investitionsposten und kostet echte Zeit. Ist es einmal vorhanden, ist jedes weitere Gussteil günstig.
Eine Stahlschweißkonstruktion bedeutet: Bleche und Hohlprofile werden zugeschnitten, in Vorrichtungen fixiert, zu einer Struktur verschweißt, spannungsarm gemacht und anschließend bearbeitet. Ein Modell gibt es nicht. Die Kosten bestehen aus Material und Schweißerstunden und bleiben nahezu gleich, ob Sie ein Stück oder fünfzig bauen.
Die Dämpfung ist das ehrliche Argument für Guss
Grauguss enthält Graphit in Lamellenform. Diese Lamellen unterbrechen die metallische Matrix und wandeln Schwingungen in Wärme um, weshalb der Werkstoff eine weit höhere Dämpfungsfähigkeit besitzt als Baustahl. Der Mechanismus ist in jeder Standarddarstellung zu Grauguss beschrieben und ist eine Eigenschaft des Gefüges, nicht einer bestimmten Gießerei. An einer Schleifmaschine, einem Bohrwerk oder einer Präzisionsdrehmaschine zeigt sich das unmittelbar in der Oberflächengüte.
Baustahl leistet das nicht. Eine Stahlschweißkonstruktion mit gleicher Außenkontur schwingt nach, wo ein Gussbett die Energie schluckt. Die üblichen Abhilfen sind mehr Rippen, mehr Masse oder das Ausfüllen der Kastenprofile mit einem Kern aus Mineral-Epoxid oder Beton. Die ausgefüllte Schweißkonstruktion wird hier unterschätzt: Sie holt den größten Teil des Dämpfungsvorteils zurück und behält die kurze Lieferzeit der Schweißfertigung.
Steifigkeit ist eine andere Frage als Dämpfung, und beides wird ständig verwechselt. Der Elastizitätsmodul von Stahl ist ungefähr doppelt so hoch wie der von Grauguss, eine Stahlstruktur ist bei gleichem Querschnitt also steifer. Eine Maschine kann vollkommen steif sein und trotzdem rattern. Klären Sie, welches Problem Sie tatsächlich haben, bevor Sie einen Werkstoff zu seiner Lösung auswählen.
Lieferzeit und die erste Einheit
Hier gewinnt die Schweißkonstruktion, und zwar selten knapp.
| Grauguss | Stahlschweißkonstruktion | |
|---|---|---|
| Werkzeug | Modell erforderlich | Nur Vorrichtungen |
| Erste Einheit | Monate, Modell plus Warteschlange der Gießerei | Wochen |
| Konstruktionsänderung | Neues oder überarbeitetes Modell | Schneiden, Rippe ergänzen, neu schweißen |
| Stückkostenverlauf | Sinkt mit der Menge | Annähernd konstant |
Wenn sich die Maschinenkonstruktion noch verändert, und bei einem Erstbau ist das fast immer so, entscheidet die Zeile zur Konstruktionsänderung. Eine Änderung an einer Schweißkonstruktion ist ein Schneidbrenner und ein Nachmittag. Eine Änderung an einem Gussteil ist ein Gespräch mit dem Modellbauer und ein neuer Platz in der Warteschlange der Gießerei.
Wo sich die Kosten kreuzen
Die Schweißkonstruktion hat keine Werkzeugkosten, aber hohe Lohnkosten pro Stück. Der Guss hat hohe Werkzeugkosten, aber niedrige Stückkosten, sobald die Serie lang genug ist. Trägt man beides über der Jahresmenge auf, schneiden sich die Kurven irgendwo.
Bei einem Einzelstück oder Prototyp gewinnt die Schweißkonstruktion klar. Bei einem Maschinenmodell, das Sie über Jahre kontinuierlich bauen, gewinnt meist der Guss, und die Dämpfung bekommen Sie obendrauf. Im mittleren Bereich, in dem sich die meisten Maschinenbauer tatsächlich bewegen, hängt es wirklich vom Teil ab, und herausfinden lässt es sich nur, indem man beide Varianten anbieten lässt.
Was Sie nicht tun sollten: ein Gussangebot mit einem Angebot für eine Schweißkonstruktion vergleichen, die auf zwei unterschiedlichen Konstruktionen beruhen, und daraus Schlüsse über die Verfahren ziehen. Dieser Vergleich sagt nichts aus.
Ein praktikables Vorgehen
- Klären Sie, ob Sie ein Steifigkeits- oder ein Dämpfungsproblem haben. Beide haben unterschiedliche Lösungen.
- Bauen Sie die erste Maschine als Schweißkonstruktion, sofern noch kein Modell existiert. Sie werden die Konstruktion ändern.
- Frieren Sie die Konstruktion ein, sobald die ersten ein oder zwei Maschinen laufen.
- Sobald eine reale Jahresmenge absehbar ist, lassen Sie die eingefrorene Konstruktion in beiden Varianten anbieten und die Zahlen entscheiden.
Die meisten Maschinenbauer geraten in Schwierigkeiten, weil sie sich vor Schritt drei auf ein Modell festlegen.
Was in die Anfrage gehört
Egal, für welchen Weg Sie sich entscheiden: Eine angebotsfähige Anfrage enthält immer dieselben Angaben. Die Hüllmaße und das Fertiggewicht, welche Flächen Funktionsflächen sind und welche Toleranz jede einhält, das Bezugssystem, auf das sich diese Toleranzen beziehen, das geforderte Verfahren zum Spannungsabbau und die tatsächliche Jahresmenge. Fehlt eine dieser Angaben, erhalten Sie Angebote, die sich nicht miteinander vergleichen lassen.
Wenn Sie beide Wege für dasselbe Teil kalkuliert haben möchten, senden Sie uns die Zeichnung und vermerken Sie das. Weiterführend: Spannungsabbau und Ebenheit bei einem geschweißten Maschinenbett.
Häufige Fragen
Dämpft Grauguss immer besser als eine Stahlschweißkonstruktion?
Bei gleicher Geometrie ja. Grauguss dämpft deutlich besser als Baustahl, weil die Graphitlamellen im Gefüge Schwingungsenergie aufnehmen. Die Geometrie ist aber nicht festgelegt: Eine gut verrippte Schweißkonstruktion oder eine mit ausgefüllten Querschnitten kann ein schlecht konstruiertes Gussteil übertreffen. Der Vergleich ist nur aussagekräftig, wenn beide Konstruktionen fachgerecht ausgelegt sind.
Ab welcher Stückzahl wird Grauguss günstiger als eine Schweißkonstruktion?
Eine allgemeingültige Zahl gibt es nicht, denn sie hängt von den Modellkosten, dem Gussgewicht und den örtlichen Lohnkosten ab. Entscheidend ist der Verlauf: Die Kosten einer Schweißkonstruktion bleiben pro Stück annähernd gleich, die Gusskosten sinken, während sich das Modell amortisiert. Lassen Sie beide Varianten für Ihr tatsächliches Teil bei Ihrer tatsächlichen Jahresmenge anbieten und ermitteln Sie, wo sich die Kurven schneiden.
Kann ich eine Gusskonstruktion direkt in eine Schweißkonstruktion umsetzen?
Nicht direkt. Ein Gussteil wird mit dicken Wandstärken und großzügigen Radien konstruiert, weil es sich so gut gießen lässt. Eine Schweißkonstruktion bezieht ihre Steifigkeit aus dünnerem Blech, das zu Kästen und Rippen angeordnet ist. Wer die Gussgeometrie einfach in Stahl kopiert, erhält ein schweres, teures Teil, das nicht steifer ist. Die Struktur muss auf das Verfahren hin neu konstruiert werden.
Sie möchten ein Maschinenbett anfragen? Senden Sie die Zeichnung, und wir vermitteln sie an bis zu drei Fertigungsbetriebe in Vietnam. Kostenlos für Einkäufer, Antwort innerhalb von 24 Geschäftsstunden.