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(1)
Ansicht einer automatischen Hochtemperatur-
Feuerverzinkungsanlage für Kleinteile
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(2)
Schrauben und Muttern aller Art sind die wesentlichen mechanischen Verbindungselemente, die feuerverzinkt werden
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(3)
Feuerverzinkte HV- Verbidungen an einer Stahlbaukonstruktion
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Arbeitsblätter Feuerverzinken
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2.11
Schraubverbindungen
1. Allgemeines
Kleinteile, wie z. B. Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, Stifte, Nägel usw. werden als Schüttgut in Körben feuerverzinkt. Um eine möglichst hohe Qualität zu erzielen, werden derartige Kleinteile normalerweise unmittelbar nach dem Feuerverzinken in einer Zentrifuge geschleudert und anschließend in einem Wasserbad abgekühlt.
Beim Zentrifugieren wird überschüssiges (flüssiges) Zink abgeschleudert, das ohne diese Maßnahme nach der Erstarrung die Paßfähigkeit von Gewindeteilen beeinträchtigen könnte. Das Abkühlen im Wasserbad verhindert das Zusammenkleben der einzelnen Teile. Die Feuerverzinkung von Kleinteilen erfolgt üblicherweise in keramisch ausgekleideten Verzinkungskesseln im Hochtemperaturbereich bei ca. 530-560 :°C (Abb. I); eine Ausnahme sind hierbei einige spezielle Schraubentypen für hochfeste Verbindun-gen, diese werden bei niedrigen Temperaturen (ca. 460-470 :°C) feuerverzinkt. Der Vorteil der hohen Temperatur liegt darin, daß die geringere Viskosität der Zinkschmelze beim Zentrifugieren ein besseres Abschleudern des flüssigen Metalls in den Gewindegängen ermöglicht.
Produkt- und werkstoffabhängig werden die jeweils günstigsten Zinkbadtemperaturen und Schleuderbedingungen gewählt, um immer eine hochwertige Qualität der Feuerverzinkung sicherzustellen (siehe auch Arbeitsblatt 1.3).
2. Normen, Schichtdicken, Passfähigkeit
Zu den Verbindungselementen gehören Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben (Abb. 2). Diese Teile können von M 5 an aufwärts feuerverzinkt werden. Normenmäßig erfaßt sind die Gewinde von M 6 bis M 33 (DIN 267, Teil 10, Mechanische Verbindungselemente, Technische Lieferbedingungen, Feuerverzinkte Teile).
Durch den Feuerverzinkungsvorgang darf die Paßfähigkeit von Gewindeteilen selbstverständlich nicht beeinträchtigt werden. Deshalb ist bei feuerverzinkten Schrauben zum Aufbringen des Zinküberzuges gegenüber unverzinkten (schwarzen) Schrauben ein vergrößertes Gewindespiel erforderlich. Dem wird in DIN 267, Teil 10, Rechnung getragen durch entsprechende Grundabmaße im Bolzengewinde in Verbindung mit einer Mindestschichtdicke des Zinküberzuges von 40 µm. Die gleiche Mindestdicke des Zinküberzuges gilt sinngemäß auch für Unterlegscheiben, die in der Norm nicht gesondert erwähnt sind.
Werden Schrauben und Muttern in feuerverzinkter Ausführung zusammen (als Garnitur) geliefert, so kann nach Vereinbarung zwischen Besteller und Lieferer das Gewinde-Abmaß auch in die Mutter gelegt werden.
Muttergewinde werden üblicherweise nicht feuerverzinkt, sondern die Verzinkung erfolgt als Rohling, der statt eines Innengewindes nur ein Kerndurchgangsloch aufweist. Das Gewinde der Mutter wird dann erst nach dem Feuerverzinken hergestellt. Hierdurch ergibt es sich, daß das Gewinde der Mutter natürlich keinen Zinküberzug aufweist. Den Korrosionsschutz des unverzinkten Muttergewindes übernimmt dann der Zinküberzug auf dem Gewindebolzen, der in montiertem Zustand unmittelbaren Kontakt mit dem Muttergewinde hat. Ein eventuell vorhandener kleiner Spalt zwischen Bolzen und Muttergewinde wird durch schützende Zinkverbindungen ausgefüllt. Muttern, die bereits vor dem Feuerverzinken ein Gewinde besitzen, müssen anschließend noch einmal nachgeschnitten werden.
3. Feuerverzinkte HV-Verbindungen
Schrauben und Muttern für hochfest vorgespannte Verbindungen (sog. HV-Verbindungen) finden auch in feuerverzinkter Ausführung in vielen Bereichen des Stahlbaus zunehmend Verwendung (Abb. 3). Bereits seit 1974 ist der Einsatz feuerverzinkter HV-Verbindungen bis zur Festigkeitsklasse 10.9 zulässig. Aufgrund der geltenden Vorschriften dürfen HV-Schrauben nur vom Schraubenhersteller im Eigenbetrieb bzw. im Fremdbetrieb unter seiner Verantwortung feuerverzinkt werden. Es sind nur komplette Garnituren (Schraube, Mutter und Unterlegscheiben) von ein und demselben Hersteller zu verwenden. Bei feuerverzinkten, hochfesten Schrauben sind Gewinde und Unterlegscheibe, auf der angezogen wird, grundsätzlich mit Molybdändisulfit (z. B. Molykote) zu schmieren, um die erforderliche Vorspannung zu erreichen, ohne daß es beim Anziehen der Verbindung zu einem Fressen auf dem Zinküberzug kommt. Sinnvoll und empfehlenswert ist dies auch bei Schrauben geringerer Festigkeitsklassen.
Die Verwendung von feuerverzinkten HV-Verbindungen der Festigkeitsklasse 10.9 ist in allen drei Verbindungstypen zulässig; es sind dies:
- Scher/Lochleibungsverbindung ohne bzw. mit Paßwirkung (SL- bzw. SLP-Verbindung)
- Gleitfest vorgespannte Verbindung ohne bzw. mit Paßwirkung (GV-bzw. GVP-Verbindung)
- Schraubverbindungen mit Zugbelastung in Richtung der Schraubenachse infolge äußerer Belastung
Der Einsatz feuerverzinkter HV-Verbindungen ist in Scher-Lochleibungs-Verbindungen ohne Einschränkungen möglich. Beim Einsatz als gleitfeste Verbindung muß jedoch beachtet werden, daß ein Zinküberzug nicht die gleichen Reibbeiwerte aufweist wie eine unverzinkte Stahloberfläche. Zudem sind auch je nach Art und Struktur des Zinküberzuges erhebliche Unterschiede des Reibbeiwertes möglich. So liegt im ungünstigsten Fall der Reibbeiwert (u) für einen Zinküberzug mit einer ausgeprägten Reinzinkschicht bei weniger als 0,20; bei Zinküberzügen mit einer durchgewachsenen Eisen-Zink-Legierungsschicht kann der Reibbeiwert über 0,50 betragen. Diese Unterschiede sind bei der Dimensionierung von gleitfesten Verbindungen zu berücksichtigen, ggf. kann durch Auftragen einer Alkalisilikat-Zinkstaubbeschichtung oder auch durch Sweepen auf den Gleitflächen eine Vereinheitlichung bzw. eine Anhebung des Reibbeiwertes erreicht werden.
4. Sonstige Hinweise
Feuerverzinkte Schrauben und Muttern werden bei der Montage hart beansprucht. Besonders bei der Verwendung von Druckluftschraubern kommt es mitunter zu Beschädigungen der Mutter an den Außenseiten. Durch die kathodische Schutzwirkung des Zinküberzuges stellen diese kleinen, lokalen Beschädigungen im Regelfall keine Gefahr für den Korrosionsschutz dar. Bei sehr erheblichen Beschädigungen sollte jedoch eine Ausbesserung des Korrosionsschutzes in diesem Bereich mit Hilfe von Zinkstaubbeschichtungsstoffen erwogen werden.
Werden Verbindungsmittel zur Erleichterung der Montage geschmiert (siehe oben), sollte man ausgetretene Rückstände des Schmiermittels vor dem Auftragen zusätzlicher Beschichtungen auf jeden Fall wieder entfernen, da sie andernfalls die Haftung nachfolgender Beschichtung an solchen Stellen beeinträchtigen können.
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