- durcrete GmbH

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BetonWerk International
Deutschsprachige Ausgabe
APRIL/JUNI
2017
2+3
SONDERDRUCK | BETONFERTIGTEILE
Maschinenteile aus zementgebundenem Beton
Eröffnung eines Werkes für Maschinengestelle aus UHPC in China
SONDER
D
BWI 02 RUCK
+ 03/17
VORSCH
AU
BWI 02/
17
Neue Anwendung für hochfeste Betone
Maschinenteile aus zementgebundenem Beton
Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und
wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit ca.
5 Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Der Beitrag beschreibt die Anforderungen des Maschinenbauers an den Werkstoff Beton, vor allem bezüglich Genauigkeit, Maßhaltigkeit und Rissefreiheit. Es stellt diese
Herausforderungen dem Wissen des Bauingenieurs gegenüber und zeigt, wie die Probleme technisch gelöst werden. Zahlreiche Anwendungsbeispiele belegen den erfolgreichen Einsatz von UHPC im Maschinenbau.
Bernhard Sagmeister, durcrete GmbH, Deutschland
Anforderungen an ein Maschinengestell
Das Maschinenbett ist Bestandteil der Maschine, auf der alle beweglichen Komponenten montiert werden. Es ist zu unterscheiden
vom Maschinenfundament, welches unter der Maschine angeordnet ist.
Maschinenbetten und -Gestelle werden vorwiegend aus Grauguss
und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer
und wirtschaftlicher Vorteile hat sich seit den 80er-Jahren zusätzlich
Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert.
Vor allem im Bereich der Messmaschinen wird als weiterer massiver
Werkstoff Naturhartgestein („Granit“) eingesetzt. UHPC kann diese
massiven Materialien substituieren [1], [2].
Bei metallbearbeitenden Werkzeugmaschinen wird mit einem
Werkzeug (z. B. Fräskopf, Bohrer oder Schleifscheibe) ein Metallstück aus Stahl oder Aluminium (das Werkstück) bearbeitet. Je
genauer die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt, desto hochwertiger werden die Produkte. Die Passung eines Kolbens im Motorblock
beeinflusst den Benzinverbrauch. Die Maßhaltigkeit von Zahnrädern beeinflusst die Effizienz eines Windkraftturmes. Die geometrische Genauigkeit eines künstlichen Hüftgelenkes hat Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit. Der Kopf des Werkzeuges am Tool
Center Point -TCP- muss also ruhig, schwingungsfrei und exakt, am
besten im 1/1000 mm Bereich positioniert sein, um Rattermarken,
Schleifspuren und Formabweichungen zu vermeiden.
Die wichtigsten Teile einer Maschine sind beweglich auf Führungsschienen gelagert. Linearführungsschienen werden mit Ebenheiten
von bis zu 0,003 mm über 1 m Länge gefertigt, um die Lagegenauigkeit des TCP zu gewährleisten. Führungen sind biegeweich,
deshalb muss das Bauteil auf dem sie montiert werden, – das Maschinenbett – steif sein und die erforderliche Ebenheit und Parallelitäten gewährleisten. Toleranzanforderungen an das Maschinenbett
von 0,005 mm oder 5/1000 mm über 4 m Länge sind dabei nicht
ungewöhnlich. Die Lage von Gewindehülsen sollte auf 0,1 mm oder
1/10 mm genau sein, damit die Linearführungsschienen, Motoren,
Antriebe usw. ohne Verdrehen und Zwang befestigt werden können.
Maschinen sind vielfältigen dynamischen Belastungen und somit
Schwingungen ausgesetzt. Jede Schwingung hat Auswirkung auf
den TCP und somit auf das Endprodukt, so können sich z. B. Oberflächenspuren von Schleif- und Fräsprozessen abbilden. Schädliche
Schwingungen sollen durch die Dämpfung der Maschinenbauteile
möglichst schnell gedämpft und abgebaut werden.
Bei der Zerspanung von Metall wird elektrische Energie in Wärme
umgewandelt. Dieser Wärmeeintrag führt zu Verformungen. Hochwertige Werkzeugmaschinen werden deshalb in klimatisierten Hal-
Abbildung 1: Maschine zur Holzbearbeitung auf Maschinenbett aus UHPC
2
BWI – BetonWerk International – 2 | 2017
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Dr.-Ing. Bernhard Sagmeister studierte Bauingenieurwesen in München und
promovierte in Darmstadt. Nach Tätigkeiten als Tragwerksplaner, Bau- und
Oberbauleiter bei der Philipp-Holzmann Gruppe wechselte er zur Baustoffindustrie und war dort viele Jahre Geschäftsführer bei der MPVA Neuwied, bei
Rasselstein Raumsysteme und Thermodur Wandelemente. 2010 gründete er
das Unternehmen durcrete GmbH, welches sich mit der Beratung, Entwicklung,
Berechnung und Vertrieb von Produkten aus UHPC mit dem Bindemittel
Nanodur beschäftigt.
[email protected]
len aufgestellt. Die verwendeten Kühlschmierstoffe werden gekühlt,
um eine gleichmäßige Oberflächentemperatur am Werkzeug und
Werkstück zu halten. Massive Betten sind deutlich wärmeträger und
weniger empfindlich gegen Störungen als Metallkonstruktionen. Sie
werden deshalb bei vielen Unternehmen wegen ihrer thermischen
Robustheit bevorzugt.
Wenn die Maschine für viel Geld möglichst steif konstruiert, auf Präzision getrimmt, exakt montiert und ausgerichtet ist, sollte sie sich
natürlich nicht mehr verändern. Die Geometrie und Genauigkeit
muss im einstelligen 1/1000-mm-Bereich über Jahre hinweg konstant bleiben und darf sich nicht verändern. Für den eingesetzten
UHPC bedeutet dies, dass es keine Schwindprozesse mehr geben
darf und kein Riss auftreten darf. Für den Maschinenbauer bedeutet ein Riss, dass sich die Maschine nicht mehr linear elastisch ver-
Abbildung 2: Aufbau einer Werkzeugmaschine mit dem TCP
Abbildung 3: Vermessen eines Maschinenbettes aus UHPC
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Abbildung 4: Schwindverformung von Nanodur-Beton mit
und ohne Warmbehandlung
Abbildung 5: Tastversuch auf Dübelauszug
Abbildung 6: Betonieren von UHPC in eine Kunststoffform mit
Stahlrahmen
Abbildung 7: Einbauteile in einer Holzform
hält. Sie ist dann nicht gerissen, beschädigt oder mangelhaft, sie ist
irreparabel kaputt. Wenn eine derartige Maschine in einem japanischen Automobilwerk oder bei Airbus ausfällt, sind nicht die Reparaturkosten, sondern die Produktionsausfallkosten ein existenzbedrohendes Problem. Ein Haarriss ist der größte anzunehmende Unfall
für ein massives Maschinenbett.
Das Bindemittel Nanodur Compound 5941 der Dyckerhoff GmbH
ist eine Vormischung aus 59 % Zement mit einer Abstufung der Körnung bis hin in den Nanometerbereich. 41 % sind Quarzmehle unterschiedlicher Körnung. Durch das abgestufte Kornband wird ohne
Silikastaub und ohne Flugasche eine leicht und unkompliziert zu verarbeitende UHPC-Zementleimmatrix erzielt. Einen E-Modul von über
80.000 N/mm² erzielt man, indem die natürlichen Gesteine durch
die industriell hergestellte Gesteinskörnung durigid ausgetauscht
werden. Fasern sowie Bewehrung sind standardmäßig nicht vorgesehen. Sie zeigen vor dem Riss nur eine geringe Wirkung und nach
dem Riss ist es zu spät.
Nanodur-Beton
Marktführer für Betone im Maschinenbau ist die Dyckerhoff GmbH
mit dem Bindemittel Nanodur Compound 5941 grau. Es wird folgende Rezeptur verwendet:
Tabelle 2: Technische Daten:
Nanodur-Beton E45 ohne Fasern, mit Natursteinzuschlag
Tabelle 1: Rezeptur Maschinenbau E45
Material
Splitt 2/5 oder 4/8
Natursand 0/2
Nanodur Compound 5941
Fließmittel von BASF
(Master Glenium ACE 430)
Schwindreduzierer von Grace
(Eclipse Floor)
Zugabewasser
4
BWI – BetonWerk International – 2 | 2017
Menge in [kg/m³]
880
430
1050
14-18
6
150-160
Kennwert
Druckfestigkeit
Biegezugfestigkeit
Statischer E-Modul
Dynamischer E-Modul
Querdehnzahl
Rohdichte
Spez. Wärmekapazität
Wärmeleitfähigkeit
Wärmedehnzahl
> 125 N/mm²
15 N/mm²
46.500 N/mm²
55.600 N/mm²
0,2
2.480 kg/m³
1,2 J/gK
3,0 W/mK
12,0 10-6 1/K
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Abbildung 8: Betonieren in eine Stahlform
Abbildung 10: Ebenheit und Planparallelität < 0,03 mm
mit bearbeiteten Edelstahlplatten
Abbildung 9: Seitlicher Stich < 1/10 mm bei 2.500 mm Länge,
aus der Form
Damit vor der Präzisionsbearbeitung die Schwindverformungen abgeschlossen ist, muss der Beton wärmebehandelt werden. Untersuchungen des Wilhelm Dyckerhoff Institutes in Wiesbaden haben
nachgewiesen, dass nach einer Wärmebehandlung von 60° C bis
90° C über 48 Stunden keine weiteren Schwindverformungen mehr
auftreten. Diese Wärmebehandlung verringert auch Kriechverformungen um den Faktor 3. Da kein Silikastaub in der Mischung ist,
wird durch die Warmbehandlung die Festigkeit nur in geringem
Maße beeinflusst [3].
Konstruktive Hülsendübel als Standardprodukte vom Bau können in
den meisten Fällen nicht eingesetzt werden, da die Gewinde zu
ungenau für die präzise Verschraubung von Führungsschienen sind.
Für Transportanker werden die gängigen Produkte des Bauwesens
verwendet.
Beim Verkleben von UHPC ist die Oberflächenfestigkeit bei gleichzeitig griffiger Oberfläche so gut, dass bei Verwendung von 2-KEpoxidharzkleber der Ort des Versagens immer im Beton neben der
Verklebung ist. Die bei der Dyckerhoff GmbH ermittelten Haftzugfestigkeiten liegen im Bereich von 4 bis 6 N/mm² [4].
Gewindehülsen werden derart ausgelegt, dass bei nicht zu naher
Randanordnung prinzipiell die Schraube der Güte 8.8 abreißt und
nicht der Beton oder die Gewindehülse selbst versagt.
Tabelle 3: Auszugslasten Schraube M6 Güte 8.8.
Schraube M6, Güte 8.8., l = 40mm
Plattenmitte
Achsrandabstand 27 mm
Achsrandabstand 17 mm
Stahlversagen 20,1 mm² x 800
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5-% Quantil
16,48 kN
12,82 kN
8,19 kN
16,08 kN
Berechnung von Nanodur-Beton
Maschinenbetten werden zweckmäßigerweise mit der FiniteElemente-Methode FEM unter Einsatz von Volumenelementen berechnet. Linear elastische Materialgesetze sind ausreichend, da das
Erreichen des nichtlinearen Bereichs dem Versagen gleichkommt.
Da die Bauteile massiv und steif sind, treten auch keine geometrisch
nichtlinearen Effekte wie Beulen auf. Derartige FEM-Programme
sind in den gängigen Maschinenbau-CAD-Programmen integriert.
Man kann auch die STP-Files (oder STEP-Files) des Maschinenbettes
in separate FEM-Programme wie ANSYS einlesen.
Die spannende Frage ist nicht, wie berechnet wird, sondern mit welcher zulässigen Spannung man vergleicht. Die Druckspannung ist
dabei uninteressant. Sie ist die am meisten überbewertete Materialcharakteristik von Beton. Bei unbewehrten Biegekonstruktionen wie
z. B. Fassadenplatten oder Maschinenbetten ist ausschließlich die
Zugfestigkeit maßgebend.
Die Zugfestigkeit der unbewehrten Zementsteinmatrix hängt zum
einen vom gewählten Prüfverfahren ab, zum zweiten von physikaliBWI – BetonWerk International – 2 | 2017
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BETONFERTIGTEILE
schen Effekten wie den Maßstabseffekt oder die klimatischen Randbedingungen. Detaillierte Hinweise zur Bestimmung und Bewertung
der Materialkenndaten finden sich in [1].
Herstellung
Nanodur Beton kann in jedem Mischer hergestellt werden. Auf dem
You-Tube-Channel oder der Website von durcrete gibt es ein Video
über die Herstellung im Freifallmischer. In [5] wird die Herstellung in
einem Transportbetonwerk beschrieben. Die Leistung des Mischers
ist nicht entscheidend. Es ist lediglich darauf zu achten, dass der
Mischer nur zur Hälfte seines Nennvolumens ausgenutzt wird, um
eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Da das Fließmittel Zeit
benötigt um zu wirken, beträgt die Chargenzeit ca. 8 bis 12 Minuten. Für das Nanodur Compound wird nur ein freies Silo benötigt,
zusätzliche Behälter für Flugasche oder Silikastaub sind nicht erforderlich.
Die Formen werden aus Stahl, Kunststoff oder Holz hergestellt. Optimal ist es, wenn der Formenbau im Betonwerk integriert ist, da dann
kleine Änderungen und Verbesserungen unkompliziert erledigt werden. Da die Formen das Schrumpfen und Schwinden möglichst
nicht behindern sollen, sind weiche Formen von Vorteil. Einbauteile,
welche Zwang auslösen, müssen während des Erhärtungsprozesses
von der Formwandung gelöst werden, damit sie mit dem Beton mitschwimmen können. Die rissfreie Herstellung der Maschinenelemente während der ersten drei Tage ist Herausforderung und KernKnow-how der Herstellbetriebe.
Die in diesem Artikel gezeigten Bilder entstanden im Betrieb der
Sudholt-Wasemann GmbH in Herzebrock-Clarholz sowie in einer
chinesischen Produktionsstätte, welche sich auf Maschinenteile spezialisiert haben. Wichtigste technische Voraussetzung für bestehende Fertigteilwerke sind:
• Moderne Mischanlage mit Feuchtemessung
der Gesteinskörnungen
• Ein Silo für Nanodur Compound 5941
• Eigener Formenbau mit Holz und Kunststoff
• Eigene kleine Metallwerkstatt
• Stellfläche zum Lackieren von Bauteilen
• Beheizte Produktionshalle
• Messgeräte zur Vermessung
Entscheidend für den Erfolg ist aber nicht die Ausstattung, sondern
die handelnden Personen:
• Einem Inhaber, dem bewusst ist, dass es ohne erhebliche
Personalinvestition in den Bereichen Produktion, Technik und
Vertrieb nicht geht und der hierfür einen langen Atem hat.
• Einem technischen Leiter, der überzeugt ist, dass „sein“ Beton
ausreichend zugfest ist und das Verständnis hat, dass Stahl
in Form von Bewehrung oder Fasern keine Probleme löst.
• Einem Betriebsleiter, der Schwinden und Zwang als geometrische Herausforderung begreift, die Ursache eines Risses bei
sich selbst sucht und effektive Maßnahmen dagegen ergreifen
kann.
• Mitarbeiter aus dem metallverarbeitenden Bereich, welche
die Genauigkeitsanforderungen und Dokumentationspflichten
als zu meisternde Herausforderung betrachten.
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BWI – BetonWerk International – 2 | 2017
Abbildung 11: Bohren und Fräsen von Stahleinbauteilen
in Nanodur-Beton
Konzepte für Präzision
Ebenheiten und Planparallelitäten bis zu 0,1 mm über 2.000 bis
3.000 mm Länge werden aus der Form erzielt. Entscheidend ist
dabei nicht nur die Genauigkeit der Form. Bauteile aus UHPC verwinden und verdrehen sich nach dem Entformen. Das bedeutet,
dass die Form einen Anfangsfehler haben muss, so dass nach
Abklingen der Schwindverformung die Flächen richtig stehen. Mit
Zwang die Verformung zu behindern, ist kein gangbarer Weg, da
dann die Bauteile nicht rissfrei werden. Versuche, die Verkrümmung
durch das Schwinden im Voraus zu berechnen, waren bisher noch
nicht erfolgreich; zu zahlreich sind die Einflussgrößen [1]. Berechnungen zeigen, dass z. B. die Symmetrie des Bauteils großen
Einfluss auf die Ebenheit hat. Dies gilt sowohl für Schwinden, die
Problemstellung ist aber identisch für Verkürzungen/ Verlängerungen aus unterschiedlichen Temperaturen.
In die Bauteile können Stahlplatten eingegossen werden. Diese werden anschließend auf Bearbeitungszentren mit der erforderlichen
Präzision gefräst und gebohrt. Bei UHPC wirkt es sich weiterhin vorteilhaft aus, dass Stahl und Betonwerkstoff annähernd den gleichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen und somit Zwangsverkrümmungen aus Temperatur minimiert werden.
Die Präzisionsbearbeitung ist aufwendig, da sie nur durch sehr
große Spezialmaschinen in klimatisierten Hallen durchgeführt werden kann. Die Bauteile sollten ausschließlich unter einer Plane transportiert werden und müssen im Winter mehrere Tage akklimatisiert
werden, um Fehler aus Temperatur auszuschließen. Die Kosten der
Präzisionsbearbeitung und die zugehörigen Transporte sind häufig
höher als die Kosten für die Erstellung des Rohteiles und beeinflussen die Wettbewerbsfähigkeit des Produktes.
Der Beton kann auf Schleifanlagen präzisionsgeschliffen werden. In
Abhängigkeit von den ver wendeten Schleifscheiben (Diamant,
andere Hartstoffe) sowie den Anforderungen des Kunden muss
darauf geachtet werden, dass metallene Gewindehülsen vertieft
oder flächenbündig angeordnet sind. Wegen des anfallenden mineralischen Schlammes muss der Schleifbetrieb mit speziellen Filtereinrichtungen auf diese Arbeiten eingerichtet sein. Schleifen ist mit
seinem geringeren Materialabtrag ein deutlich teurerer Prozess als
Fräsen.
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BETONFERTIGTEILE
Abbildung 12: Links: Rohkörper Subito Connect aus einem Guss. Rechts: Zelle für Handlingsroboter Subito Connect der Fa. Fpt, Amtzell
Abbildung 13: Links: Rohkörper Portalfräse Yonghua.
Rechts: Portalfräsmaschine der Shandong Yonghua Machinery Ltd, China (Foto Rottler Maschinenbau, Siegen)
Anwendungsbeispiele
Literatur
Die in Abb. 12 gezeigten Anwendungsbeispiele zeigen zum einen
eine Zelle für einen Handlingsroboter. Diese ist komplett aus
Nanodur-Beton in einem Guss hergestellt. Alle Leitungen sind in den
Stützen integriert. Der Tisch unten ist hohl, um Trafo, Schaltschrank
und Flüssigkeitsbehälter aufzunehmen. In Abb. 13 sind Ständer
einer Portalfräsmaschine in Gantrybauweise dargestellt. Die Teile
wurden in Deutschland geplant und gefertigt, danach nach China
verschifft und dort präzisionsbearbeitet und aufgebaut. Die
Maschine kann im April 2017 auf der CIMT 2017 in Peking besichtigt werden.
왎
WEITERE INFORMATIONEN
[1] Bernhard Sagmeister: Maschinenteile aus zementgebundenem Beton, Beuth Verlag,
Berlin, ISBN 978-3-410-27186-4, erscheint im März 2017.
[2] Bernhard Sagmeister: Maschinenteile aus UHPC, 3. Grazer Betonkolloquium, Verlag der
Technischen Universität Graz, 2016.
[3] Müller Sören: Zur Auslegung von innovativen Betonkollektorelementen für solarthermische Parabolrinnenkraftwerke,
Heft 22, Schriftenreihe Bauwesen TU Kaiserslautern, Kaiserslautern, 2016.
[4] Deuse Th., Ritter W., Drössler Ch., Drössler Th.: Hochleistungsbeton mit Klebeverbindung,
BWI BetonWerk International 6/2014, ad-media, Köln.
[5] Aßbrock A., Böing R.; Rothenbacher W., Stein K., Winzer R.: Praxistest ultrahochfester
Beton im Transportbetonwerk,
beton 6/2013, Verlag Bau+Technik, Düsseldorf
Durcrete GmbH
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BWI – BetonWerk International – 2 | 2017
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durcrete GmbH, 65549 Limburg an der Lahn, Deutschland
Eröffnung eines Werkes für
Maschinengestelle aus UHPC in China
VORSCH
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BWI 03/
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Moderner Ultrahochleistungsbeton (UHPC) hat im Maschinenbau mittlerweile einen festen Platz. Neben den niedrigen Kosten bietet Beton
Vorteile sowohl beim Schwingungs- als auch beim thermischen Verhalten von Werkzeugmaschinen und ersetzt zunehmend konventionelle
Stoffe wie Grauguss oder Stahlschweißkonstruktionen. Ein Marktführer bei zementgebundenem Mineralguss für Maschinengestelle ist ein
UHPC mit dem Bindemittel Nanodur Compound der Dyckerhoff GmbH. Jetzt führt der chinesische Hersteller Kle-Rause diese Zukunftstechnologie auch in China ein und hat hierfür ein neues Werk erbaut.
Maschinengestelle werden üblicherweise
aus Grauguss oder Stahlschweißkonstruktionen gefertigt. Seit rund 25 Jahren
hat sich daneben auch epoxidharzgebundener Mineralguss etabliert und aktuell
einen (geschätzten) Marktanteil von ca.
15% erreicht. Neu hinzugekommen ist in
den letzten Jahren moderner Ultrahochleistungsbeton. Diese Entwicklung hat zur
Folge, dass zementgebundener Beton
inzwischen hochwertig genug ist, um den
kunstharzgebunden Polymerbeton zu ersetzen. So produzieren europaweit bereits
mehrere Fertigteilwerke seit einigen Jahren
erfolgreich Maschinenteile aus zementgebundenem Beton. Eingesetzt wird dabei oftmals ein UHPC mit dem Bindemittel Nanodur Compound 5941 der Dyckerhoff
GmbH. Dabei geht es nicht um Maschinenfundamente, sondern um die auf den Fundamenten aufgestellten und in die Maschinen integrierten Maschinenbetten. Auf
diesen Basisgestellen werden die beweglichen Lager und Antriebe befestigt. Maschinebetten dieser Art können sowohl
leichter als eine Tonne sein, als auch sehr
große Abmessungen erreichen. So hat
unlängst die Shandong Yonghua Machinery in China eine Portalfräsmaschine hergestellt, welche auf 6,4 m x 1,8 m x 1 m
großen Ständern steht, die mit jeweils 7,5
m³ Nanodur-Beton betoniert wurden. Sie
wurden in Deutschland gefertigt und per
Container nach China verschifft.
Auf Zukunftstechnologie gesetzt
Nach einer intensiven Marktrecherche hat
sich das Unternehmen Kle-Rause mit Sitz im
chinesischen Yanzhou bei Jining entschieden, auf diese Zukunftstechnologie zu setzen und in China eine eigene Produktionsstätte für Maschinenbauteile aus NanodurBeton zu errichten. Zu dieser Entscheidung
hat nicht zuletzt auch die Tatsache beigetragen, dass die chinesischen Umweltvorschriften zur Produktion von Grauguss lau-
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BWI – BetonWerk International – 3 | 2017
Fan Lei, Managing Director Kle-Rause und Dr. Bernhard Sagmeister, Geschäftsführer durcrete
GmbH, bei der Inbetriebnahme der Mischanlage für Maschinenbauteile aus Nanodur-Beton.
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Betonmischanlage von Teka
fend verschärft werden. Das Bindemittel für den UHPC wird aus
Deutschland importiert, Gesteinskörnungen und Zusatzmittel werden lokal beschafft. „Die zuverlässige hohe Qualität und vor allem
die einfache Verarbeitung waren für diese Entscheidung maßgebend“, erklärt Fan Lei, Geschäftsführer von Kle-Rause. Maßgeblich
hierfür ist, dass beim Nanodur-Beton keinen Zugabe von Silikastaub
erforderlich ist; denn bei UHPC mit Silikastaub wird die Mischung
sehr zäh und klebrig, so dass man neben der teuren Mischtechnik
wegen des hohen Energieeintrages zusätzlich eine Stickstoffkühlung
benötigen würde. Dagegen kann Nanodur-UHPC theoretisch sogar
im Freifallmischer aus dem Baumarkt hergestellt werden und benötigt folglich nur einen Tellermischer zur Herstellung. Zudem ist
Silikastaub ein industrielles Nebenprodukt, welches nur in stark
schwankenden Qualitäten verfügbar ist. Definierte Quarzmehle
sind in China nur schwer erhältlich. Bei Nanodur Compound dagegen sind alle Feinstbestandteile in hoher Qualität enthalten und mit
spezialisierten Mischwerkzeugen homogenisiert, so dass man als
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Hersteller unkompliziert arbeiten kann. Die Eignungsprüfung der
Betonrezeptur mit den chinesischen Gesteinskörnungen wurde im
Labor der Dyckerhoff GmbH durchgeführt und dem chinesischen
Fertigungswerk zur Verfügung gestellt.
Anwendungsberatung und Engineering aus Deutschland
Für die Planung und Errichtung des Werkes in einer bereits bestehenden Werkhalle arbeitete Kle-Rause mit der durcrete GmbH aus
Deutschland zusammen. Dieses Engineering-Unternehmen führt im
Auftrag der Dyckerhoff AG die Anwendungsberatung für NanodurBeton durch und entwickelt, vertreibt und produziert in eigenem
Namen Produkte aus Nanodur-Beton. Zusammen mit Prilhofer Consulting wurde ein Werkskonzept erarbeitet und die Ausschreibung
und Vergabe durchgeführt. Die absoluten Ausstoßmengen mit ca.
3.000 Tonnen pro Jahr sind für ein Betonfertigteilwerk gering.
Theoretisch sind nur ein Bindemittelsilo und zwei Silos für grobe
BWI – BetonWerk International – 3 | 2017
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BETONFERTIGTEILE
Reihensilos und Zementsilos
Gesteinskörnung und Sand erforderlich. Für die Größe der Silos
waren deshalb die geplanten Anlieferzyklen entscheidend. Für die
Auslegung des Mischers war das größte geplante Bauteil mit 20
Tonnen maßgebend, welches mit maximal 6 Chargen frisch in frisch
betoniert werden muss. Die Chargenmischzeit beträgt je nach
Temperatur zwischen 7 und 10 Minuten. Bei Nanodur-Beton mit seinem vorgemischten Compound braucht lediglich das Fließmittel
diese Zeit um wirksam zu verflüssigen und somit ist die Chargenmischzeit in erster Linie vom gewählten Fließmittel und weniger von
dem Energieeintrag in das Mischgut abhängig.
Die komplette Mischanlage inklusive Silos, Big-Bag Entladestation,
Transporteinrichtungen, Sensoren, Steuerung, Betonverteilung und
Recycling wurde an die Firma Teka vergeben. Wichtig war bei der
Entscheidung, dass der gewählte Turbinenmischer sowohl große,
als auch sehr kleine Chargen qualitativ hochwertig mischen kann
und somit für die vielen Bauteile kleinerer Größe kein zweiter
Mischer angeschafft werden musste. Einiges Nachdenken erforder-
10
BWI – BetonWerk International – 3 | 2017
te auch die Entsorgung des Restbetons und des Waschwassers. Die
Umweltgesetzte sind auch in China streng, dem UHPC darf aber
kein Recyclingwasser zugegeben werden und die anfallenden
Restmengen sind zu klein für den Einsatz einer herkömmlichen
Betonrecyclinganlage. Die Bauteile für die Mischanlage wurden
alle in Deutschland gefertigt, nach China verschifft und durch Teka
bei Kle-Rause aufgebaut. Acht Monate nach Vertragsunterzeichnung konnte die Abnahme erfolgen. Dr. Bernhard Sagmeister,
Geschäftsführer der durcrete GmbH ist begeistert von der reibungslosen Abwicklung. „Bei Teka arbeiten Profis, routiniert im internationalen Geschäft. Von der Technik bis zur Montage kümmern sich die
Mitarbeiter und treiben das Projekt voran, sodass sogar drei
Wochen vor dem vertraglich vereinbarten Termin die Abnahme
erfolgen konnte.“ Bei der Probebetonage anlässlich der Abnahme
wurden erfolgreich mehrere Bauteile betoniert, wodurch das Werk
unverzüglich die Produktion aufnehmen konnte.
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Betonieren des ersten Bauteils
Qualitätskontrolle nach deutschen Maßstäben
Die Beschaffung von aufbereiteten, qualitativ hochwertigen Rohstoffen ist in China schwieriger als in Europa. Deshalb wurde ein
umfangreiches Equipment zur Wareneingangskontrolle von Kiesen
und Sanden beschafft. Auch die Abnehmer der Produkte verlangen
eine umfangreiche werkseigene Produktionskontrolle. So wird von
jedem betonierten Bauteil ein Probekörper gefertigt und nach sieben Tagen in einer Prüfmaschine abgedrückt. Damit kann nach kurzer Zeit nicht nur die Güte des Bauteils selbst, sondern auch eine
Fehlentwicklung der Produktion insgesamt schnell nachvollzogen
werden. Entscheidende Prüfgröße ist nicht die Druckfestigkeit, welche im Maschinenbau vollkommen ohne Belang ist. Maßgebender
Materialwert ist die Biegezugfestigkeit des Betons. Wichtig ist auch
die E-Modulprüfung, da man sich durch einen hohen E-Modul positiv von den Mitbewerbern des kunstharzgebundenen Mineralgusses
abheben kann und der Endkunde stets eine möglichst kleine und vor
allem gleichbleibende Verformung des Betons erwartet. Durcrete
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erstellte einen QM-Plan nach deutschen Maßstäben und die
Ausschreibung für die Prüf- und Testgeräte. Diese wurden im Paket
an die Fa. Testing vergeben. Entscheidend war für den Auftraggeber das umfangreiche Service Angebot in China.
Definierte Produktionsabläufe sorgen
für absolut rissfreie Produkte
Mit der Mischanlage ist das Werk noch nicht vollendet. Sie ist nur
notwendige Voraussetzung, das wahre Können liegt im Formenbau
und dem Produktionsablauf. Der Kunde erwartet absolut rissfreie
Produkte, welche sich ausschließlich im elastischen Bereich bewegen. Die üblichen Hilfsmittel des Bauwesens helfen bei Produkten im
Maschinenbau nicht, da Fasern oder konventionelle Bewehrung erst
richtig wirken, nachdem der Beton gerissen ist. Diese Hilfsmittel bleiben dem Produzenten von Maschinenbauteilen verwehrt. Durch
schwindarme Rezepturen, Schalungen ohne Zwang und geschickte
Produktionsabläufe können auch großformatige und zerklüftete
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BETONFERTIGTEILE
Aufbau einer Portalfräsmaschine
Bauteile bis 12 m Länge ohne Risse hergestellt werden. Kle-Rause
arbeitet hierfür mit dem deutschem Betonwerk Sudholt-Wasemann
GmbH zusammen, welches sich in den letzten fünf Jahren ein
umfangreiches Wissen in diesem Bereich erarbeitet hat. Ein Großteil
der Produkte von Kle-Rause geht anfangs an den eigenen
Mutterkonzern Shandong Yonghua Machinery Ltd., welcher ein
Hersteller von großen und hochwertigen Fräsmaschinen auf dem
asiatischen Markt ist. Darüber hinaus wurden bereits Mitarbeiter
gewonnen, welche den Vertrieb an andere chinesischen Präzisionsmaschinenhersteller aufgenommen haben. Damit wird es Kle-Rause
gelingen den chinesischen Markt für massive Maschinenbetten zu
erobern, da die dort ansässigen Töchter deutscher Mineralgussunternehmen es lediglich schaffen an andere deutsche Töchter und
nicht an originär chinesische Unternehme zu liefern.
왎
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