Warum brechen Klauenwurzeln an einem Zamak-Lünettenring?

Klauenwurzeln brechen an einem Zamak-Lünettenring durch zwei Fehler zugleich: ein Wurzelradius, der zu klein ist, um die Last zu verteilen, und eine Presskraft oberhalb des Fensters von 80–200 N. Die Legierung ist selten die Ursache. Ein Zamak-5-Ring nach ASTM B86 AC41A, in diesem Fenster gepresst, biegt sich, bevor er bricht.

Das Teil ist ein Ring von 26 mm mit 0,8 mm Wand und drei Innenklauen im 120°-Versatz, alles Konstruktionsziele. Jede Klaue führt die Last über einen Wurzelquerschnitt von wenigen Zehntelmillimetern Dicke.

Warum reißen Klauenwurzeln, statt sich zu biegen?

Eine Klauenwurzel reißt, weil sie der dünnste Querschnitt im Kraftfluss ist und die Presskraft dort zuerst ankommt. Zink biegt sich unter verteilter Last und reißt unter punktueller, deshalb macht eine scharfe Ecke aus einem gewöhnlichen Druck eine örtliche Spannung, die weit über dem liegt, was der Ring aufnimmt.

Drei Klauen im 120°-Versatz teilen diese Last nur, wenn alle drei zugleich anliegen. Eine Klaue, die gegenüber den beiden anderen vorsteht, nimmt den größten Teil der Kraft allein auf, und ihre Wurzel bricht zuerst. Die Werkstoffsorte ist der falsche Hebel, weil die Legierungswahl den Radius dort lässt, wo das Werkzeug ihn geschnitten hat. Die Baugruppe wird nur einmal gefügt.

Welche Presskraft darf ein Lünettenring sehen?

Zwischen 80 N und 200 N, abgelesen auf einem Presskraftprüfstand mit dem Gehäuse. Unterhalb dieses Bandes sitzt der Ring so lose, dass das Glas abheben oder sich drehen kann. Oberhalb wird die Wurzel über das hinaus belastet, was ihr Querschnitt trägt, und der Ring kann eine Sichtprüfung bestehen und dabei einen Riss halten.

In einem Beispielprotokoll brachen 7 Klauenwurzeln in 1.000 Stück, und die Presse, die sie setzte, maß 320 N, das 1,6-Fache der Grenze von 200 N. Die Kraft kommt aus dem Hub, nicht aus dem Urteil des Bedieners; die Abhilfe ist ein Anschlag an der Presse, angeboten als Werkzeug und nicht als Stückpreis.

Welches Gussmerkmal bestimmt die Festigkeit der Klauenwurzel?

Die Festigkeit der Klauenwurzel bestimmen Anguss und Überlauf, eine härtere Sorte bringt an der Wurzel nichts. Hier ist das Konstruktionsziel ein Mittelanguss mit dem Überlauf außerhalb der Klauenwurzeln, damit das Metall, das die Wurzel zuletzt füllt, noch gespeist wird, während es erstarrt. Wandert der Überlauf nach innen, erstarrt die Wurzel ohne Nachspeisung.

Die Druckintensivierung zählt weniger, als die meisten Betriebe annehmen. Ein üblicher Wert von 20–30 MPa an einem so dünnen Zamak-5-Teil bildet die Kavität ab, kann eine bereits geschlossene Wurzel aber nicht zusammendrücken. Das Werkzeug ist ein 8407-Einsatz mit acht Kavitäten und einem Konstruktionsziel von 500.000 Schuss; den Überlauf zu versetzen ist Werkzeugarbeit und keine Entgratarbeit.

Wie wird eine gebrochene Wurzel von einem Lunker unterschieden?

Die Bruchfläche trennt Gussfehler und Pressfehler. Eine Wurzel, die unter zu großer Kraft brach, zeigt gestrecktes, mattes Metall über den Querschnitt, mit ausgezogenen Rändern vor der Trennung. Eine Wurzel, die brach, weil der Guss hohl war, zeigt in der Mitte des Bruchs einen glatten, runden Hohlraum ohne dieses Reißen.

Lunker sitzen dort, wo der Querschnitt zuletzt erstarrt, hier also in der Wurzel. Den Ring ins Gehäuse setzen und die Kraft ablesen. Dann die Fläche ansehen: Kraft im Band mit sauberer Fläche deutet auf die Zeichnung, Kraft über dem Band deutet auf die Presse, ein Hohlraum in der Fläche deutet zurück auf den Guss.

Was ändert sich nach einem Wurzelbruch auf der Zeichnung?

Die Abhilfe steht in zwei Angaben: ein Wurzelradius und eine Presskraftgrenze mit dem Gehäuse, gegen das sie gemessen wurde. Das Beispielprotokoll nutzte R0,2 mm an der Wurzel plus einen Hubanschlag, der die Presse im Band hielt, und die Bruchzahl auf demselben Prüfstand ging auf null zurück.

Der Radius allein reicht nicht, und eine Kraftgrenze allein reicht auch nicht. Eine großzügige Wurzel reißt noch, wenn die Presse überfährt, und ein perfekter Hub bricht noch eine Wurzel, die mit scharfer Ecke geschnitten wurde.

Die Klauenhöhe ist eine dritte Angabe, nach dem Guss gesetzt durch das Nacharbeiten der Innenklauen. Die Zeilen unten sind Konstruktionsziele aus der Zeichnung.

Zeichnung mit markiertem Wurzelradius und Presskraftband senden, dazu das Versuchsgehäuse, gegen das die Kraft gelesen wird. Diese drei Angaben machen aus einer Frage zur Klauenwurzel eine Angebotszeile, die ein zweiter Lieferant beantworten muss.