Mineralguss: Schwingungsfreie Präzision mit Umweltverantwortung

Aufbau der Grundgeometrie

Die Gießform wird aus Holz, Stahl, Aluminium, PVC, Silicon, Polyamid oder aus einer Kombination dieser Materialien hergestellt. Hauptkriterien für die Auswahl des geeigneten Formwerkstoffs sind:

• Anzahl der geplanten Abgüsse,
• geforderte Genauigkeit und Oberflächegüte der Mineralgussbauteile,,
• Größe, Gewicht,
• geplante Variantenfertigung,
• Kosten und Zeit.

Parallel zur Konstruktion des Teils laufen der Formentwurf, die Formberechnung und die Formkonstruktion. Damit die geometrische Genauigkeit und hohe statische und dynamische Steifigkeit gewährleistet wird, müssen die Konstruktionsregeln der Form beachtet werden:

• Die Hauptfunktionsfläche liegt in der Gießform unten, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
• Gießformen werden meistens aus Platten hergestellt. Die Grundgeometrie wird aus einfachen Elementen entworfen.

Integration von Maschinenelementen

Gewindeanker, Stahlplatten, Transportanker, Leitungen, Behälter und Hohlzellen können direkt in das Mineralgussbauteil eingegossen werden, da es sich um ein Kaltgießverfahren handelt.

Um später eine optimale Funktionserfüllung zu gewährleisten, müssen alle Maschinenelemente maßgenau befestigt sein, da sich ihre Position später nicht mehr korrigieren lässt und während des Gießvorganges erhebliche Auftriebskräfte auftreten, welche die Lage bei unzureichender Befestigung verändern könnten. Schon bei der Konstruktion des Bauteils und vor allem später bei der Konstruktion der Form ist darauf zu achten, dass diese Einlegeteile den Materialfluss oder die Entlüftung der Form nicht behindern.

Falls die Gewindebohrungen zu nahe am Rand liegen oder die Mineralgussbauteile ein Lochbild mit Passbohrungen aufweisen sollen, werden Sondereingießteile eingegossen. Diese Sondereingießteile (Leisten, Platten) sind mittels Sechskantenschrauben in Mineralgussbauteil zu verankern.

Funktionsflächen

Wie im Kapitel Genauigkeit beschrieben, kann mit guten Formen eine maximale Genauigkeit von rund +/- 0.1 mm/m erreicht werden. Viele Bauteile haben indes eine Schnittstelle zu anderen Teilen, die eine deutlich höhere Genauigkeit verlangen, beispielsweise zur Befestigung von Linearführungen, Gleit- oder Montageflächen. Daher ist es unumgänglich, so genannte Funktionsflächen zu integrieren, um die geforderten Toleranzen zu erreichen. Heute werden bei SCHNEEBERGER im Wesentlichen vier Verfahren angewendet, um die benötigten Flächen zu erhalten, die im Folgenden vorgestellt werden:

• Spanende Bearbeitung von Mineralguss - Bei diesem Verfahren wird der Mineralguss mit Übermaß gegossen und anschließend spanend durch Fräsen oder Schleifen auf das genaue Maß gebracht.
• Spanende Bearbeitung von Eingiessteilen - Bei diesem Verfahren werden Metallteile wie Stahl- oder Gussleisten in den Mineralguss eingegossen und nach der Aushärtung des Gusses spanend bearbeitet.
• Abformen - Bei diesem Verfahren wird der Mineralguss wird mit rund 2 mm Untermass gegossen. Nach dem Ausformen erfolgt ein zweiter Gussschritt bei dem sehr feines Material mit einer präzisen Lehre abgeformt (untergossen) wird.
• Nachträgliches Eingiessen von Metallteilen - Bei diesem Verfahren werden hochgenaue Eingießteile nach dem Ausformen unter Verwendung eine Positionierlehre präzise eingegossen.

FEM Analyse

Durch den Einsatz der FEM (Finite-Elemente-Methode) lassen sich Berechnungen unterschiedlicher Eigenschaften von Bauteilgeometrien und Maschinenkonzepten durchführen. Eine typische Anwendung ist die Berechnung von Verformungen an Maschinengestellen oder Bauteilen und die Ableitung von optimierten Geometrien aus diesen Ergebnissen. Aber auch Temperaturdynamik und Schwingungsverhalten lassen sich heute schon mit guter Genauigkeit ermitteln.

Einige Beispiele aus der Praxis sind beispielsweise die Verringerung der Durchbiegung von Bauteilen einer Textilmaschine (Cetex) oder die Verringerung des Regenerativ-Effektes an Drehmaschinen (Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH) durch das bessere Dämpfungsverhalten von Mineralguss im direkten Vergleich zu Schweiß- oder Gusskonstruktionen, oder die Optimierung des thermischen Verhaltens (SCHNEEBERGER AG).

Transport und Aufstellung

Transport

Die Mineralgussbauteile müssen beim Transport sicher fixiert werden. Zum Transport benutzt man Krane, Gabelstapler und LKW. Dazu sind geeignete Anker und Schiene vorzusehen.

Aufstellung

Grundsätzlich gelten ähnliche Regeln für das Aufstellen von Mineralgussgestellen, wie für Gestelle aus Stahl oder Grauguss. Besonders bei großen Maschinen werden spezielle Fundamente sehr wichtig weil diese in ihrer typischen geeigneten Bauweise als Maschinenfundament mit 70-90% der Gesamtmasse einer Maschine durch die hohe träge Masse eine hohe Gesamtverwindungssteifigkeit garantieren und durch einen ruhigen Maschinenlauf die nötige Genauigkeit ermöglichen. Insbesondere bei extrem schweren Werkstücken und/oder bei entsprechend hohen Arbeitskräften oder bei stoßartigen Belastungen wird eine entsprechend massive Auslegung des Maschinenfundaments enorm wichtig, weil es sonst zwangsläufig zu Teilabsenkungen der Maschine kommt und damit die heute üblichen geometrischen Genauigkeiten nicht mehr über im gesamten Arbeitsraum erreicht werden. Eine Ausnahme von dieser Regel bilden Maschinen mit Dreipunktaufstellung, weil ihre Genauigkeit nicht vom Fundament abhängt.

Werkstoffmaterial auf Projekt zugeschnitten

Unsere Experten bei SCHNEEBERGER Mineralgusstechnik entwickeln verschiedene Rezepturen, die auf Projekte/Kundenanwendung zugeschnitten sind. Damit erzielen unsere Kunden die bestmögliche Kombination von technischem Nutzen und günstigem Preis.

Das immense Anwendungsspektrum von Mineralguss (Polymerbeton)

Das Branchen- und Produktspektrum von SCHNEEBERGER Mineralgusstechnik ist immens, wie wir anhand einiger Anwendungen illustrieren.

Präsenz: Auf dem europäischen und asia­tischen Markt sind wir mit eigenen Produktionswerken vor Ort präsent, darüber hinaus in sämtlichen Industrieländern durch unsere eigenen Vertriebsrepräsentanten.  

Branchen: Die Anwendungsgebiete, in denen die Mineralgusstechnik unschlagbare Kundenvorteile bietet, werden immer zahlreicher. Hier die wichtigsten Branchen, in denen wir tätig sind:

• Werkzeugmaschinen-Industrie
• Pick & place
• Verpackungsindustrie
• Laserindustrie
• Elektronikindustrie
• Optische Industrie
• Medizintechnik
• Lebensmittelindustrie
• Flat Panel (Inspektionsanlagen)

Produkte: Unsere Anwendungen decken sämtliche Grössen ab. Im Folgenden zeigen wir aus den verschiedenen Branchen ein paar spektakuläre Anwendungen.

Aus einem Guss.

SCHNEEBERGER Mineralguss (Polymerbeton) bietet unschlagbare Vorteile, wie sie mustergültig in der optischen Industrie zum Tragen kommen.

Wer optische Komponenten und Flächen bearbeitet, wie zum Beispiel industrielle Optiken oder Brillengläser, kann punkto Oberflächengüte, Präzision und Produktivität keine Kompromisse eingehen. Davon hängt im Wesentlichen das Sehvermögen der Konsumenten ab, genauso wie die Wettbewerbsfähigkeit der Maschinenbauer in der optischen Industrie. Leistungsfähige Maschinen schaffen deutlich mehr als 100 Brillengläser pro Stunde in reproduzierbarer Qualität. Um die hohe Maschinendynamik und erforderliche Produktgeometrie bei höchster Präzision zu realisieren, benötigen die Maschinenbauer ein Maschinenbett mit einwandfreier Schwingungsdämpfung und thermischer Stabilität, wie dies nur mit Mineralguss realisierbar ist. Dies macht uns zum unverzichtbaren Partner von Herstellern von Produktionsausrüstungen – nicht nur für qualitativ hochwertige Industrieoptiken, sondern auch für filigrane Brillenoptiken. SCHNEEBERGER stellt den Mineralguss (Polymerbeton) in einem kalten Abgussverfahren aus Mineralien und Epoxydharz her. Dank speziell entwickelter Fertigungsmethoden erreichen wir eine sehr hohe Ebenheit und Parallelität von Auflageflächen, ob für Führungen oder andere Präzisionsanbauelemente, wie etwa Mass­stäbe oder Antriebe. Weil SCHNEEBERGER sowohl Mineralguss (Polymerbeton) Konstruktionen als auch Linearführungen herstellt, können wir die Auflageflächen für Führungen optimal auf die jeweilige Führung abstimmen, ebenso auf die spezifische Anwendung: für einen höchst linearen, parallelen und gleichmässigen Lauf der Linearbewegung, was in einer optimalen technischen und wirtschaftlichen Gesamtlösung resultiert  

Anwendungsbeispiel

Geschichte

Mineralguss und die Geometrie der Produkte

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Mineralguss auszeichnet ist, dass die geometrisch kompliziertesten Maschinengestelle ohne Nachbearbeitung gefertigt werden können. Hierfür braucht es zwar ein präzises Werkzeug (Form), das sich aber innert Kürze amortisieren lässt. Gewindeeinsätze, Motorplatten, Spindelbefestigungen etc. werden als Eingiessteile vorgefertigt und konstruktiv in der Form berücksichtigt und mit eingebunden. Somit entfällt die aufwendige, kostenintensive Nachbearbeitung. Dies legt natürlich auch eine kürzere Durchlaufzeit zugrunde, was in der heutigen Zeit eine immer grössere Rolle spielt.

Bindemittel

Das Bindemittel auch Matrix genannt, besteht aus Harz und Härter und wird nach festgelegter Rezeptur - applikationsbedingt den Füllstoffen beigemischt. Verwendet wird eine Epoxidharz das gegenüber Metacrylatharzen und ungesättigten Polyesterharzen eine geringere Volumenschwindung und eine längere Topfzeit (Verarbeitungszeit) vorweist. Das Bindemittel dient während dem Giessens auch als Schmiermittel zwischen den Elementen des Füllstoffs, verbessert also die Fliesseigenschaften. Zwischen Füllstoff und Bindemittel darf es zu keiner chemischen Reaktion kommen. Gussteile mit Epoxidharzen als Bindemittel sind nicht geeignet für Betriebstemperaturen über 80°C.

Vorteile von Epoxidharzen

• Niedrige Viskosität als Voraussetzung für eine gute Fliesseigenschaft 
• Gewährleistung einer guten Benetzung des eingesetzten Füllstoffes
• Lange Gelierzeit 
• Langsame Aushärtung, verbunden mit niedriger Exothermie 
• Gute mechanische Eigenschaften (Zug, Druck, Biege, E-Modul, Wärmeausdehnung)
• Gute chemische Eigenschaften, das heisst Beständigkeit gegen aggressive Medien
• Gutes Langzeitverhalten 
• Epoxidharze sind für den Lebensmittel-Bereich zugelassen

Quarzgestein als Füllstoffe

Füllstoffe, auch Zuschläge genannt, bilden die Basis des Mineralgusses. Die verschiedenen Rezepturen der SCHNEEBERGER Mineralgusstechnik sichern und bestimmen die immer optimalen Eigenschaften pro Applikation mit Hinsicht auf die Endanwendung des Mineralguss Produktes für unsere Kunden. Es wird ein natürliches Quarzgestein in unterschiedlicher Korngrösse verwendet. Da die Mineralgusseigenschaften überwiegend durch die Eigenschaften dieser Füllstoffe bestimmt sind, bestehen spezifische Anforderungen an deren Dichte, Zug- und Druckfestigkeit, den E-Modul, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Wärmeleitfähigkeit.

Teilweise können auch nichtmineralische Zusätze den Füllstoffen beigemischt werden.

Es wird ein Quarzkies mit hohem Reinheitsgrad und sehr guten mechanischen Eigenschaften verwendet.