Maschinenbetten aus Epoxidgranit: Wann sich Mineralguss wirklich lohnt

Was Epoxidgranit ist, warum er besser dämpft als Grauguss, was Form und Aushärtezeit wirklich kosten und bei welchen Maschinentypen sich Mineralguss auszahlt.

Alle paar Jahre fragt sich ein Maschinenbauer, ob das Bett aus Mineralguss statt aus Guss oder Stahl sein sollte. Meist lautet die Antwort nein. Die Fälle, in denen sie ja lautet, sollte man jedoch genau kennen, denn wo Epoxidgranit gewinnt, gewinnt er deutlich.

Was der Werkstoff eigentlich ist

Abgestufter mineralischer Zuschlag, typischerweise Granit oder hochreiner Quarz, mit Epoxidharz gebunden und kalt in eine Form gegossen. Kein Schmelzofen, keine Gießtemperatur, keine Erstarrungsschwindung von der Art, wie eine Gießerei sie beherrschen muss.

Aus diesem kalten Verfahren stammen die meisten seiner Vorteile. Weil nichts heiß ist, lassen sich Stahleinlegeteile, Buchsen, Auflageflächen für Linearführungen, Gewindebuchsen und sogar Kühlmittelkanäle in der Form positionieren und eingießen. Sie liegen dann ohne Bearbeitungsschritt in Endlage. Epoxidgranit wird seit Jahrzehnten auf diese Weise in Werkzeugmaschinenstrukturen eingesetzt.

Das bedeutet auch, dass der Werkstoff keine Eigenspannungen der Art aufweist, wie sie beim Schweißen oder Gießen entstehen. Nichts ist eingeschlossen und wartet darauf, durch einen Schnitt freigesetzt zu werden. Das ist ein grundlegend anderer Ausgangspunkt als bei einer Schweißkonstruktion.

Das Dämpfungsargument

Das ist der eigentliche Grund für diesen Werkstoff. Hersteller veröffentlichen Dämpfungswerte, die bei vergleichbarer Geometrie weit über denen von Metall liegen: BaseTek gibt für seinen Verbundwerkstoff Zanite Plus bis zur 24-fachen Dämpfung einer Stahlstruktur gleicher Geometrie an. Einen konkreten Faktor sollten Sie als veröffentlichte Angabe dieses Anbieters für diese Rezeptur betrachten, nicht als Eigenschaft der gesamten Werkstoffklasse. Die Richtung ist jedoch unstrittig, und der Abstand ist nicht klein.

Grauguss dämpft gut wegen seiner Graphitlamellen. Mineralguss dämpft gut, weil er ein Verbund aus steifen Partikeln in einem nachgiebigen Bindemittel ist, mit einer enormen inneren Grenzfläche, an der Schwingungen in Wärme umgewandelt werden. An einer Schleifmaschine, bei der es um die Oberflächengüte geht, oder an einem optischen oder messtechnischen Rahmen, bei dem eine Beruhigungszeit von Sekunden zählt, ist genau das entscheidend.

Das thermische Verhalten, ehrlich betrachtet

Geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Wärmekapazität. Das wird als reiner Vorteil verkauft, ist es aber nicht.

Der Vorteil ist real: Eine lokale Wärmequelle, etwa ein Spindelmotor oder eine Hydraulikleitung, breitet sich nicht so durch die Struktur aus wie bei Guss. Die Maschine verzieht sich unter einer kurzzeitigen Last also bei Weitem nicht so schnell.

Der Nachteil ist dieselbe Eigenschaft, nur umgekehrt gelesen. Hat die Struktur einmal Wärme aufgenommen, gibt sie diese nur langsam wieder ab. Eine Mineralgussmaschine in einer Halle mit großen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht driftet langsam und erholt sich langsam. Für eine Maschine in einem klimatisierten Raum ist das unproblematisch. In einer nicht klimatisierten Halle kann es eine längere Warmlaufphase bedeuten als bei einer Gussmaschine, nicht eine kürzere.

Was es Sie kostet

Die Form ist die Konstruktion. Das ist die wichtigste kaufmännische Tatsache. Bevor irgendetwas gegossen wird, muss eine Form gebaut werden, und jede Geometrieänderung bedeutet eine Änderung der Form. Es gibt keine Entsprechung dazu, eine Rippe von einer Schweißkonstruktion abzutrennen und eine neue anzuschweißen. Frieren Sie die Konstruktion ein, bevor Sie sich festlegen.

Aushärtezeit. Das Gussteil muss aushärten, bevor es bewegt, nachbearbeitet oder vermessen werden kann. Das ist Totzeit in der Fertigung und schiebt die erste Einheit deutlich hinter das, was ein Schweißbetrieb für eine Schweißkonstruktion anbieten würde.

Dichte und Fracht. Der Werkstoff ist schwer. Bei einem Bett nennenswerter Größe ist der Transport ein echter Kostenposten, und anders als bei einer Schweißkonstruktion gibt es nicht die Möglichkeit, es in verschraubten Segmenten zu versenden und vor Ort zu fügen.

Stückzahl. Die Formkosten müssen sich über etwas amortisieren. Ein einzelnes Mineralgussbett ist kaufmännisch fast immer die falsche Antwort, so gut die technischen Argumente auch sein mögen.

Wo er tatsächlich gewinnt

• Messrahmen und Koordinatenmessgeräte. Beruhigungszeit und thermische Stabilität sind entscheidend, der Durchsatz nicht.
• Optik- und Laserbasen. Dieselbe Begründung, zudem ist der Werkstoff elektrisch nicht leitend und nicht magnetisch, was bei manchen Instrumenten wichtig ist.
• Schleifen und Feinbearbeitung. Überall dort, wo die Oberflächengüte davon abhängt, wie schnell Schwingungen abklingen.
• Halbleiter- und Medizintechnik. Nicht magnetische Strukturen, bei denen ein Stahlgestell schon für sich ein Problem ist.

Wo er die falsche Antwort ist

• Die Konstruktion verändert sich noch. Nehmen Sie eine Schweißkonstruktion.
• Ein oder zwei Stück. Die Form amortisiert sich nicht.
• Sehr große Hüllmaße. Handling, Formkosten und Fracht skalieren alle ungünstig.
• Sie brauchen Zugfestigkeit in einem dünnen Querschnitt. Nehmen Sie Metall.
• Sie haben ein Steifigkeitsproblem, kein Dämpfungsproblem. Mehr Querschnitt oder bessere Verrippung ist günstiger.

Am letzten Punkt scheitern viele. Steifigkeit und Dämpfung sind unterschiedliche Eigenschaften und werden ständig verwechselt. Eine Maschine kann vollkommen steif sein und trotzdem rattern, und eine Maschine kann hervorragend dämpfen und sich unter Last trotzdem durchbiegen. Klären Sie, welches der beiden Probleme Sie haben, bevor Sie einen Werkstoff zu seiner Behebung auswählen.

Die günstigere Option, die die meisten Maschinenbauer übergehen

Bevor Sie sich auf Mineralguss festlegen, lassen Sie eine ausgefüllte Schweißkonstruktion kalkulieren: eine Stahlstruktur, deren Kastenprofile mit einem Mineral- oder Betonkern gefüllt sind. Sie behalten die kurze Lieferzeit und die einfachen Konstruktionsänderungen der Schweißfertigung und holen einen großen Teil des Dämpfungsvorteils zurück. Für sehr viele Maschinen ist das der vernünftige Mittelweg, und es ist die Option, die übersehen wird, weil sie keine eigene Marketingkategorie hat.

Was Sie einen Mineralgusslieferanten fragen sollten

• Sieblinie des Zuschlags und Harzsystem, nicht nur den Handelsnamen.
• Aushärteplan und wie er überwacht wird.
• Positioniergenauigkeit der Einlegeteile in der Form, denn das ist Ihre tatsächliche Toleranz.
• Veröffentlichte mechanische Kennwerte für die jeweilige Rezeptur, mit Prüfverfahren.
• Was mit der Form geschieht: wem sie gehört, wo sie gelagert wird, was eine Änderung kostet.

Wenn Sie diese Lösung gegen die Alternativen abwägen, beginnen Sie mit Grauguss im Vergleich zu geschweißtem Stahl und lesen Sie anschließend den Vergleich mit Polymerbeton.

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