1. Ursachen

Verantwortlich für einen unter Umständen auftretenden Verzug beim Feuerver-

zinken ist der Abbau von Eigenspannungen als Folge der Erwärmung der Stahltei-

le im Zinkbad, das eine Temperatur von ca. 450 °C hat. Bei dieser verringert sich die Streckgrenze des Stahls gegenüber den Werten bei Raumtemperatur um etwa die Hälfte.

Bei sehr hohen Eigenspannungen in einer Stahlkonstruktion kann es dann unter Umständen dazu kommen, dass vorhandene Spannungsspitzen sich durch plastische Formänderung abbauen. Liegen nämlich die Eigenspannungen einer Konstruktion erheblich oberhalb der während des Feuerverzinkens vorübergehend verringerten Streckgrenze des Stahls, so kann der Stahl diese Eigenspannungen nicht mehr aufnehmen. Die Spannungen werden als plastische Formänderung abgebaut - es entsteht Verzug (Abb. I). 

Abb. 1: Schematischer Verlauf der Streckgrenze des Stahls bei Temperaturerhöhung und Darstellung von Spannungsanteilen, die zu Verzug führen können.

Eigenspannungen sind in jeder Stahlkonstruktion mehr oder weniger ausgeprägt vorhanden und im Regelfall beim Feuerverzinken völlig unproblematisch. Eigen-

spannungen, die zum Beispiel in Form von Walz-, Verformungs- oder Schweiß-

spannungen in einer Konstruktion vorhanden sein können, stehen normalerweise untereinander im Gleichgewicht und geben zu einer Verformung zunächst keinen Anlass. Durch das Einbringen der Wärme beim Feuerverzinken kann dieser Zu-

stand jedoch gestört werden und dann können Verformungen die Folge sein.

2. Gegenmaßnahmen

Dem Verzug von Stahlkonstruktionen beim Feuerverzinken kann man durch kon-

struktive Maßnahmen begegnen. Hierbei geht man von Überlegungen aus, mit denen auch in der Schweißtechnik fertigungsbedingte Eigenspannungen niedrig gehalten werden.

Grundsätzlich läßt sich ohnehin feststellen, dass Eigenspannungen als Folge des Schweißens die größte Rolle beim Entstehen von Verzug spielen. Man sollte sich also von vornherein bemühen, die Spannungen in einer Stahlkonstruktion mög-

lichst niedrig zu halten und Spannungsspitzen zu vermeiden, damit der Stahl trotz vorübergehend nachlassender Festigkeit während des Verzinkungsvorganges in der Lage ist, die inneren Spannungen vollständig aufzunehmen, ohne zu plastifi-

zieren. Die Aufstellung eines Schweißfolgeplans kann hierbei eine Hilfe sein (siehe auch Arbeitsblatt 2.9).

Symmetrische Profilquerschnitte, symmetrische Anordnung der Schweißnähte und keine größere Dimensionierung der Schweißnähte als notwendig sind die wesentlichen Maßnahmen zur Reduzierung der Verzuggefahr.

Bei Blechkonstruktionen ist darauf zu achten, dass die Ausdehnung der Blechteile, die als Folge der Erwärmung auf die Temperatur der Zinkschmelze stattfindet, nicht behindert wird. Gleichzeitig muss durch konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass glatte Blechflächen versteift werden (zum Beispiel durch Sicken oder Abkantungen), um so der Bildung von Beulen oder Verwerfungen entgegenzuwirken (siehe auch Arbeitsblatt 2.6).

Dass bei sorgfältiger Vorplanung selbst ein Feuerverzinken von komplizierten, dünnwandigen Blechkonstruktionen ohne nennenswerten Verzug möglich ist, zeigt sich in der Automobiltechnik, in der in einigen Fällen stückverzinkte Blechkon-

struktionen als Chassis eingesetzt werden (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Stückverzinktes Stahlblechchassis des BMW Z1

3. Mehrfachtauchungen

Große Stahlkonstruktionen lassen sich wegen ihrer Abmessungen mitunter nicht in einem Arbeitsgang in den zur Verfügung stehenden Verzinkungsbädern feuer-

verzinken. In solchen Fällen kann durch schrittweises Mehrfachtauchen erreicht werden, dass auch Stahlteile mit Übergröße feuerverzinkt werden, hierbei sind jedoch zusätzliche Aspekte im Hinblick auf die Vermeidung von Verzug zu berücksichtigen.

Das Mehrfachtauchen von vollwandigen, schlanken Walzprofilen für Stützen und Träger ist im allgemeinen unproblematisch, da diese anders als zum Beispiel mit Stegsteifen versehene Blechträger keine Kerben aufweisen. Zudem sind die Un-

terschiede, die sich durch eine unterschiedliche Erwärmung zwischen der Ober- und Unterseite eines Profils ergeben, relativ unbedeutend.

Bei größeren Konstruktionen erhöht sich jedoch infolge der ungleichmäßigen Er-

wärmung des Bauteils die Gefahr des Verzuges und gegebenenfalls auch der Rissbildung. Neben einer über alle Details des Verzinkungsvorganges sorgfältigen Abstimmung zwischen Stahlbau- und Feuerverzinkungsunternehmen ist grund-

sätzlich folgendes zu beachten:

Beim Mehrfachtauchen von Großkonstruktionen handelt es sich vorrangig um ein Verformungsproblem (als Folge der Wärmedehnung) und weniger um ein Span-

nungsproblem (als Folge der schweißtechnischen Fertigung), da örtlich auftreten-

de Spannungen, die die Fließgrenze des Stahls überschreiten, ebenso wie beim Schweißen durch lokale Plastifizierung abgebaut werden.

Starker Verzug und gegebenenfalls dadurch initiierte Risse lassen sich vermei-

den, wenn Möglichkeiten geschaffen werden, damit die beim Mehrfachtauchen auftretenden unterschiedlich großen Längenausdehnungen einzelner Bauelemente auf einem möglichst langen Weg aufgenommen werden. Die dann noch auftre-

tenden Längenausdehnungen bewegen sich nur im elastischen Bereich, d.h. nach dem Feuerverzinken nimmt das abgekühlte Stahlteil seine ursprüngliche Form wieder an.

Abb. 3: Beispiel für das Mehrfachtauchen von großen Stahlkonstruktionen (siehe Erläuterungen im Text)

Zur Erläuterung sind in Abbildung 3 einige Beispiele dieses Sachverhaltes ange-

geben, die nachstehend erklärt werden.

Reihe l: Die Längenänderung zwischen Ober- und Untergurt ist in Spalte l wesentlich kleiner als in Spalte 2 und führt bei gleichen Steifigkeits-

verhältnissen deshalb zu entsprechend niedrigeren Beanspruchungen als Folge der kleineren in das Zinkbad eingetauchten Gurtlängen.

Reihe 2: Die Längenänderung zwischen Ober- und Untergurt bewirkt in Spalte 1 wegen der größeren Trägerhöhe und der weniger steifen Kon-

struktion wesentlich geringere Beanspruchungen als in Spalte 2.

Reihe 3: Die in Spalte 1 und 2 nahezu gleiche Längenänderung zwischen Ober- und Untergurt führt wegen der Scheibenwirkung des unteren Bereiches der Konstruktion in Spalte 2 (zusätzlich eingeschweißter Gurt in Verbandmitte) zu einer wesentlich höheren Beanspruchung als in Spalte 1 ohne diesen Zusatzstab. Der Ausgleich der Längenänderung kann hier über die gesamte Höhe des Bauteils erfolgen.

Grundsätzlich lassen sich Schäden an Konstruktionen in Form von Verzug und Rissbildung durch eine vorausschauende Planung, die die Temperatur- und Ausdehnungsverhältnisse während des Verzinkungsvorganges berücksichtigt, vermeiden.