Mineralische Werkstoffe wie natürliches Hartgestein (Granit) oder hochfester Beton (UHPC) gewinnen im Maschinen- und Anlagenbau zunehmend an Bedeutung. Die besonderen Granit-Eigenschaften machen das Material zu einer interessanten Alternative gegenüber Stahl und Grauguss.
Für den Einsatz des natürlichen Materials von Granit sprechen eine Reihe von guten Gründen. Vor allem sind es die hervorragenden physikalischen Eigenschaften, die hohe Präzision der Maschinenkomponenten und eine sehr gute Umweltbilanz.
Wer nach den wichtigsten Granit-Eigenschaften sucht, stößt schnell auf Begriffe wie thermischer Ausdehnungskoeffizient, Spannungsfreiheit oder Schwingungsdämpfung. Doch was genau steckt hinter diesen Begriffen und welche Vorteile ergeben sich daraus konkret?
Diese fünf Eigenschaften machen Granit zu einem gefragten Werkstoff für Präzisionsmaschinen, Messsysteme und Maschinenbetten.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Granit liegt deutlich unter dem von Stahl und Grauguss. Dadurch bleiben Maschinenkomponenten auch bei Temperaturschwankungen formstabil und präzise.
Die thermischen Eigenschaften der Gestellwerkstoffe haben einen maßgeblichen Einfluss auf Geometrieveränderungen und damit auf die Genauigkeit von Maschinenkomponenten.
Thermische Eigenschaften (bei 20° C) von Stahl, Grauguss, UHPC und Granit im Vergleich:
| Längenausdehnungs-Koeffizienten - α (10-6/K) | Wärmeleitfähigkeit λ (W/(m*K)) |
Spezifische Wärmekapazität cp - J/(kg * K) |
|
| Stahl | 11,1 – 11,5 *** | 46-50 * | 490 – 502 ** |
| Grauguss | 10 – 11,7 **** | 45,5 - 52,5 **** | 460 – 540 ** |
| UHPC (MBB-50) | 10,8 – 11,2 | 1,8 – 2,4 | 900 |
| Granit |
5 – 7,5 |
3 | 845 |
Quellen-Links: *Quelle | **Quelle | ***Quelle | ****Quelle
Wie der Tabelle zu entnehmen ist, sind mineralische Werkstoffe aus thermischer Sicht wesentlich bessere Werkstoffe für präzise Maschinenkomponenten als Materialien als Stahl und Grauguss.
Granit weist den niedrigsten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verglichenen Materialien auf. Durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit und höhere spezifische Wärmekapazität reagieren Granit und hochfester Beton (UHPC) wesentlich träger auf Temperaturänderungen als die metallischen Werkstoffe. Insbesondere kurzfristige und höhere Temperaturdifferenzen führen bei Stahl und Grauguss zu permanenten Geometrieveränderungen.
Granit absorbiert Schwingungen deutlich schneller als Stahl oder Grauguss. Dadurch werden Bearbeitungsfehler reduziert und die Prozessstabilität verbessert.
Eigenschwingungen und Fremdschwingungen können verschiedene negative Auswirkungen auf Bearbeitungsmaschinen haben:
negativer Einfluss auf Bearbeitungsgenauigkeiten
Verschlechterung der Oberflächenqualität
höherer Werkzeugverschleiß
Schwingungsdämpfung von Stahl, Grauguss, UHPC und Granit im Vergleich:
| Dämpfung in 10³ kg/ms | |
| Stahl | 0,002 * |
| Grauguss | 0,003 * |
| UHPC (MBB-50) | 0,03 |
| Granit | 0,03 -0,04 |
*Quelle: Verlag Moderne Industrie; Die Bibliothek der Technik; Band 231
Das Schwingungsverhalten mineralischer Werkstoffe ist durch einen schnelleren Abbau der Schwingungsamplitude gekennzeichnet. Darüber hinaus profitieren Maschinenbetten aus Granit von einer geringeren Lärmbelastung im Betrieb.
Granit ist ein Tiefengestein, das über einen Zeitraum von Millionen von Jahren auf natürliche Weise entstanden ist. Während dieses langen Prozesses wurden sämtliche Materialspannungen vollständig abgebaut.
Vorteile von Granit:
Auch hochfester Beton (UHPC) weist aufgrund seines Herstellungsverfahrens nur minimale Materialspannungen auf.
Eigenschaften von UHPC:
Metallische Werkstoffe entstehen durch Schmelz- und Abkühlprozesse. Dabei entstehen innere Spannungen, die selbst durch nachgelagerte Bearbeitung nicht vollständig beseitigt werden können.
Nachteile von Stahl und Grauguss:
Dank moderner Bearbeitungsverfahren lässt sich Granit hochpräzise bearbeiten. Aufgrund seiner Spannungsfreiheit bietet er sogar Vorteile bei hochgenauen Anwendungen.
Sowohl Granit als auch UHPC-Beton lassen sich wie Stahl und Grauguss mechanisch bearbeiten. Durch die fehlenden Materialspannungen und die geringere Dichte können jedoch beim händischen Läppen von Granit höhere Genauigkeiten erreicht werden als bei Stahl und Grauguss.
Granit benötigt in der Gewinnung und der Verarbeitung deutlich weniger Energie als Stahl oder Grauguss und weist dadurch eine vorteilhafte Umweltbilanz auf.
Nachteile von Stahl- und Gussbauteilen:
Vorteile von Granit-Bauteilen:
UHPC-Bauteile:
Der Vergleich zeigt deutlich: Die besonderen Granit-Eigenschaften machen Naturhartgestein wie Granit zu einer leistungsfähigen Alternative gegenüber Stahl und Grauguss. Vor allem der geringe thermische Ausdehnungskoeffizient, die hohe Schwingungsdämpfung und die Spannungsfreiheit schaffen ideale Voraussetzungen für präzise und langfristig stabile Maschinenkomponenten.
Deshalb setzen immer mehr Unternehmen auf Granit im Maschinenbau, wenn höchste Präzision, langfristige Stabilität und reproduzierbare Prozesse gefragt sind. Besonders bei Präzisionsmaschinen und Maschinenbetten aus Granit spielen diese Eigenschaften ihre Vorteile aus.
Sie möchten tiefer in das Thema einsteigen? Hier finden Sie die Granit-Eigenschaften im Überblick.