Maass P., Peissker P. (ред.) Handbuch Feuerverzinken

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Schweißschlacken der Fall ist. Dies hat zur Folge, dass auch durch Schutzgas-

schweißen hergestellte SchweißnähteeineNachbehandlungbenötigen.

Zu den problematischen Schweißhilfsmitteln gehören Schweißsprays, die dafür

sorgen sollen, dass Schweißspritzer, die vor allen Dingen beim Schweißen unter

Schutzgas leicht entstehen, nicht auf der Werkstückoberfläche festbrennen. Der

Schweißbereich wird daher in der Praxis vor der Schweißung eingesprüht, der sehr

dünne Film sorgt dann dafür, dass Schweißspritzer keine Verbindung zum

Grundwerkstoff bekommen. Beim Schweißen brennen (verkoken) diese Sprays in

der Übergangswärmezone Stahlteil Schweißnaht fest und sind in der Beize nur sehr

schwer zu entfernen, silikonhaltige Sprays werden nicht gelöstundführen zu

Fehlstellen nach dem Feuerverzinken.

Schweißsprays sind fürdasbloßeAugekaumsichtbar,sieverursachenjedoch

ebenfalls Fehlstellen im Zinküberzug am Rand der Schweißnaht. Falls derartige

Schweißsprays benutzt werden, sollten nur fett- und silikonfreie Sprays verwendet

werden und zudem nur äußerst sparsam; am besten ist es, auf derartige Sprays völlig

zu verzichten.

Weitere problematische Verunreinigungen entstehen durch das Schweißen von

nicht sachgerecht von Öl und Fetten gereinigten Stahloberflächen. Bedingt durch die

hohen Temperaturen beim Schweißen könnten diese Produkte gecrackt (aufge-

spaltet) werden und sich auf der Oberfläche neben der Schweiß

naht ablagern und

einbre

nnen. Diese werden in der Regel nicht in der Vorbehandlung entfernt, so dass

Fehlstellen die Folge sind.

Strahlen, Strahlmittelrückstände

Stahlbaukonstruktionen werden mitunter nach der Fertigung gestrahlt. Werden

derartige gestrahlte Konstruktionen feuerverzinkt, so muss darauf geachtet

werden, dass zuvor Strahlmittelrückstände auch aus den Ecken und Winkeln

einer Konstruktion vollständig entfernt, gegebenenfalls abgesaugt werden, da auch

7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen

Abb. 7.1 Fehlstellen im Zinküberzug durch nicht entfernte Schweißschlacke

260

sie den Verzinkungsvorgang störenundFehlstellenimZinküberzug auslösen

können.

Farbe, alte Beschichtungen, Signierungen

Stahlteile sind zur besseren Identifikation mitunter mit Farbkennzeichnungen

signiert. Ebenso kommt es vor, dass alte Stahlteile verwendet werden, die bereits eine

oder mehrere Korrosionsschutzbeschichtungen aufweisen. Auch hier ist eine

konsequente Entfernung derartiger Alt-Rückstände durch Strahlen, Schleifen oder

in Einzelfällen auch durch Abbrennen oder durch spezielle Farbabbeizer unbedingt

erforderlich. Unterbleibt diese Maßnahme, können auch hierdurch unverzinkte

Stellen im Zinküberzug entstehen (Abb. 7.2) [7.8].

7.2.3

Oberflächenrauheit

Die Stahlzusammensetzung an der Oberfläche beeinflusst neben anderen Faktoren

mit entscheidend die Dicke, den Aufbau und die Struktur des Zinküberzuges.

Vielfach wird jedoch nicht bedacht, dass auch die Oberflächenrauheit Auswirkungen

auf die Dicke des Zinküberzuges hat.

Oberflächen mit einer sehr hohen Rautiefe, zum Beispiel Stahlteile, die mit einem

sehr scharfkantigen Strahlmittel gestrahlt wurden, bilden in der Regel dickere

Zinküberzüge als üblich aus, da die raue Struktur der Oberfläche die Fläche bei der

Eisen-Zink-Reaktion deutlich vergrößert und damit auch die entstehende Schicht-

dicke erhöht. Als Sekundäreffekt wird durch eine rauere Oberfläche ein größerer

Anteil der flüssigen Zinkschmelze beim Herausziehen der Stahlteile aus dem

Zinkbad mitgeschleppt, wie dies bei „alten“ rostvernarbten Bauteilen der Fall ist.

7.2 Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit des Grundwerkstoffes

Abb. 7.2 Fehlstellen durch nicht entfernte Signierungen mit Farbe

261

7.2.4

Schalen, Schuppen, Überfaltungen

Bei der Herstellung von Stahlprofilen kann es in seltenen Fällen zu Walzfehlern (wie

z. B. Schalen, Schuppen, Schalenstreifen und Überfaltungen) an der Oberfläche von

Stahlprofilen kommen. Diese Oberflächenfehler sind beim Stahl im schwarzen

Zustand mit dem bloßen Auge kaum wahrzunehmen. Während des Verzinkungs-

vorganges dringt jedoch flüssiges Zink unter derartige Überfaltungen, und durch die

dann einsetzende Bildung von Eisen-Zink-Legierungsschichten werden die Ränder

einer solchen Überfaltung angehoben und dadurch deutlich sichtbar. Auf der

feuerverzinkten Oberfläche erscheinen derartige Fehler dann z. B. als Pickel,

Streifen usw. (Abb. 7.3) [7.1].

7.3

Abmessungen und Gewichte des Verzinkungsgutes

7.3.1

Allgemeines

Transport und Handling von Verzinkungsgut sind Grundlage des Verfahrens-

ablaufes. Obwohl die Bäder in den Feuerverzinkereien im Verlaufe der Jahre

beträchtliche Abmessungen erreicht haben, sind sie nur von begrenzter Größe.

Abmessungen, Gewichte und die damit in Zusammenhang stehenden Sachverhalte

sind entscheidende Parameter bei der erfolgreichen Vorbereitung eines Ver-

zinkungsauftrages. Die sich hieraus ergebenden Fragen sollten möglichst früh

zwischen Hersteller und Feuerverzinkungsunternehmen abgestimmt werden.

7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen

Abb. 7.3 Schliff durch einen Pickel; abgehobene Überfaltung (200 : 1)

262

7.3.2

Badabmessungen, Stückgewichte

Die Verzinkungsbäder in den einzelnen Betrieben haben unterschiedliche Größen.

Man sollte sich stets bemühen, einen Verzinkungskessel zu finden, in dem ein

Bauteil mit seinen Abmessungen optimal verzinkt werden kann. Die zur Verfügung

stehende Größe des Verzinkungsbades sollte bereits bei Festlegung der Konstruk-

tion und ihrer Details bekannt sein. Bei Großkonstruktionen lassen sich dadurch

Schwierigkeiten vermeiden, und es lassen sich mitunter noch Schweiß-oder

Schraubstöße einzelner Segmente so anordnen, dass die vorhandenen Badabmes-

sungen oder Hublasten der Kräne berücksichtigt werden können. Die in Feuer-

verzinkereien in der Bundesrepublik Deutschland vorhandenen Verzinkungskessel

haben zurzeit folgende Abmessungen:

Länge: ca. 4,0 m bis ca. 17,5 m

Breite: ca. 1,2 m bis ca. 2,0 m

Tiefe: ca. 2,2 m bis ca. 3,5 m

Die eigentlichen Tauchmaße sind kleiner als die Kesselabmessungen und sind im

Vorfeld bei dem Verzinkungsunternehmen zu erfragen. Die Vorbehandlungsbäder

sollen mindestens die Länge des Zinkbades aufweisen, da ansonsten insbesondere

bei Überlängen = Doppeltauchung am Verzinkungskessel – in der Beizerei dreifache

Beizvorgänge erforderlich werden.

Auch die Transportkapazitäten innerhalb der Feuerverzinkerei sind sehr unter-

schiedlich, sie beginnen bei Kleinteilen von Schüttgütern, die von Hand transportiert

und verzinkt werden, bis hin zu Großkonstruktionen mit Stückgewichten von über

20 Tonnen.

7.3.3

Sperrige Teile, übergroßeTeile

Um das Feuerverzinken möglichst schnell und damit rationell und in guter Qualität

durchführen zu können, sollten Stahlteile, die feuerverzinkt werden, nicht sperrig

sein. Sperrige Teile können bereits beim Transport Schwierigkeiten bereiten und

unter Umständen beschädigt werden. Spätestens beim Feuerverzinken erfordern sie

jedoch einen wesentlich höheren Arbeitsaufwand als nicht sperrige Teile. Da die

Kosten beim Feuerverzinken unter anderem von der optimalen Beladung der

Gestelle und Traversen abhängig sind, verursachen ungünstige, sperrige Kon-

struktionen auch zwangsläufig hohe Kosten.

Die Konstruktion sollte daher möglichst glatt und ebenflächig (zweidimensional)

geplant sein, auch auf die Gefahr hin, dass dadurch der spätere Montage- oder

Zusammenbauaufwand steigt (Abb. 7.4). Derartige Stahlteile lassen sich einfacher

und rationeller transportieren und ebenso kostengünstiger und qualitativ besser

feuerverzinken.

Durch zweimaliges oder mehrfaches Tauchen einzelner Bereiche kann erreicht

werden, dass auch übergroße Stahlteile, deren Feuerverzinkung in einem Arbeits-

gang nicht möglich ist, einen Zinküberzug erhalten.

7.3 Abmessungen und Gewichte des Verzinkungsgutes

263

Grundsätzlich gilt: Doppel- oder Mehrfachtauchungen sind zu vermeiden, da

Verzugs- und Rissgefahr durch unterschiedliches Erwärmen und Abkühlen der

Bauteile besteht. Bis zum Erreichen der Zinkbadtemperatur dehnt sich ein Stahlteil

um 4–5 mm je laufenden Meter Bauteillänge aus. Unterschiedliche Erwärmung ist

bei mehrfachem Tauchen unvermeidlich, da sich stets ein Teil der Konstruktion in

der 450 °Cheißen Zinkschmelze befindet, der andere Teil hingegen an der

kühleren Luft. Dieses hat auch eine unterschiedliche Ausdehnung der Ober- bzw.

Unterseite eines Bauteils zur Folge und führt zu thermisch bedingten Spannungen

im Bauteil.

Das Feuerverzinken von langen, schlanken Stahlteilen (z. B. Stützen, Masten) in

einem Arbeitsgang ist relativ problemlos, da sich nur geringfügige Unterschiede in

der Wärmedehnung der Ober- bzw. Unterseite eines Bauteils einstellen. Kom-

plizierter wird es, wenn das Stahlteil eine großeHöhe besitzt und aus diesem

Grunde beim Feuerverzinken gedreht werden muss (Abb. 7.5).

Bei Doppeltauchungen ergibt sich zwangsläufig nach der zweiten Tauchung eine

Überschneidung der verzinkten Oberfläche zur ersten Tauchung, die sauber

nachgearbeitet werden muss.

Grundsätzlich gilt: Spannungen, die durch mehrmaliges Tauchen entstehen,

vermeiden.

7.3.4

Aufhängungen

Die Aufhängung von Stahlteilen sollte stets an solchen Stellen möglich sein, die

gewährleisten, dass das flüssige Zink beim Herausziehen der Stahlteile aus dem

Zinkbad problemlos ablaufen kann. Aus diesem Grunde sollten die Aufhängepunkte

auch gegebenenfalls die vorhandene Anordnung der Zulauf- und Entlüftungs-

öffnungen berücksichtigen.

7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen

Abb. 7.4 Sperrige Teile vermeiden; sie verteuern das Feuerver-

zinken und können die Verzinkungsqualität nachteilig beein-

flussen

264

Durch die richtige Anordnung der Aufhängung und der Entlüftungsöffnungen wird

vermieden, dass in den Vorbehandlungsbädern Flüssigkeiten verschleppt werden,

die Konstruktion trocken in das Zinkbad getaucht werden kann und Zink

unbeabsichtigt aus der Schmelze ausgeschleppt wird und dadurch zu einer hohen

Gewichtsbelastung des Bauteils führen kann.

Bei hohen Stückgewichten, sehr großen oder auch weichen Stahlkonstruktionen

sollte genau festgelegt sein, wo die Stahlteile aufgehängt werden können, ohne sie zu

beschädigen. Bei Großkonstruktionen muss die Tragfähigkeit derartiger Aufhän-

gepunkte gegebenenfalls berechnet werden.

7.4

Behälter und Konstruktionen aus Rohren (Hohlkörper)

7.4.1

Allgemeines

Nur das Feuerverzinken bietet die Möglichkeit, Hohlkörper wie Behälter und

Rohrkonstruktionen in einem Arbeitsgang innen und außen mit einem Zinküber-

zug zu überziehen. Dafürmüssen die Bauteile so konstruiert sein, dass beim

Eintauchen in das Zinkbad einerseits das Zink ungehindert und schnell in das

Innere der Hohlkörper eindringen kann, dadurch wird die in den Hohlräumen

vorhandene Luft verdrängt und andererseits muss beim Herausziehen das

„überflüssige“ Zink restlos auslaufen und die Luft muss wieder in die Hohlräume

7.4 Behälter und Konstruktionen aus Rohren

Abb. 7.5 Feuerverzinken von überlangenTeilenin2Teilschritten(Doppeltauchung)

1. Tauchung

2. Tauchung

Träger in Längsrichtung um 180 ° gedreht

265

einströmen können. Es muss demnach bei jedem Einzelprofil ein vollständiger

Durchfluss aller Behandlungsmedien gewährleistet sein, der gegebenenfalls durch

entsprechende Öffnungen sicherzustellen ist.

Werden beim Feuerverzinken von Hohlkörpern Luft und Feuchtigkeit einge-

schlossen, so können sowohl gefährliche Überdrücke und Explosionen im Zinkbad

die Folge sein, als auch die eingeschlossene Luft das Absinken des Bauteiles in das

Zinkbad verhindern („Aufschwimmen des Stahls“). Verdampfende Feuchtigkeit

kann bei der Erhitzung auf 450 °C zu einem hohen Überdruck führen und damit

sogar zur explosionsartigen Zerstörung von Bauteilen (Abb. 7.6).

7.4.2

Rohrkonstruktionen

Richtig angeordnete und ausreichend dimensionierte Zu- und Ablauföffnungen

sind ein wesentlicher Beitrag zu einer rationellen Verzinkung und einer guten

Verzinkungsqualität. Sie sind die Voraussetzung eines schnellen Tauchvorganges.

Die erforderlichen Öffnungen sind stets so anzubringen, dass sie der Art der

Aufhängung der Teile in der Verzinkerei (meist schräge Aufhängung) Rechnung

tragen (Beispiel siehe Abb. 7.7). Hierbei ist darauf zu achten, dass die Öffnungen

soweit wie möglich in der Ecke eines Bauteils angebracht sind. Es besteht die

Möglichkeit, die Öffnungen nachträglich von außen anzubringen, unter Umständen

kann es auch sinnvoll sein, die erforderlichen Bohrungen bereits vor dem

Zusammenbau anzubringen und sie so zu platzieren, dass sie später verdeckt

und somit nicht mehr sichtbar sind.

7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen

Abb. 7.6 Konstruktion aus Rechteckhohlprofilen, die im Zinkbad

als Folge fehlender Bohrungen auseinandergerissen wurde

266

Die GrößederÖffnungen ist abhängig vom jeweiligen Luftvolumen und des

Zinkvolumens, das die Öffnungen passieren muss, also sind sie abhängig von der

Länge und dem Durchmesser der verarbeiteten Stahlprofile. Als Orientierung

sollten die Werte der Tab. 7.1 nicht unterschritten werden.

7.4 Behälter und Konstruktionen aus Rohren

Abb. 7.7 Verschiedene Möglichkeiten fürdieEntlüftung von Rohrkonstruktionen

Tab. 7.1 Einlass- und Auslassöffnungen

Hohlprofil-Abmessungen in [mm] Mindest-Loch-ø in [mm] bei einer jew. Anzahl

der Öffnungen von *:

Kreis Quadrat Rechteck 1 2 4

kleiner als 15 15 20 × 10 8

20 20 30 × 15 10

30 30 40 × 20 12 10

40 40 50 × 30 14 12

50 50 60 × 40 16 12 10

60 60 80 × 40 20 12 10

80 80 100 × 10 20 16 12

100 100 120 × 80 25 20 12

120 120 160 × 80 30 25 20

160 160 200 × 120402520

200 200 260 × 140503025

Mindestdurchmesser für EntlüftungsbohrungenanHohlprofilen

*Die Mindestgrößen in der oben stehenden Tabelle gelten fürmittelgroße Konstruktionen bis zu einer

Länge von ca. 6 m. Bei längeren Profilen sind die Größe bzw. die Anzahl der Löcher aufgrund des

größeren Volumens der Hohlkonstruktion zu erhöhen.

267

7.4.3

Außenverzinkung bei Rohren und Behältern

In speziellen Fällen, zum Beispiel bei Wärmetauschern, kann es notwendig sein, die

Rohrsysteme nur von außen zu verzinken. Diese „Nur-Außenverzinkung“ ist jedoch

aufwendiger und teurer als die übliche Innen- und Außenverzinkung. Die

geringfügige Einsparung an Zink steht in keinem Verhältnis zum größeren

Aufwand, der mit dieser Art der Verzinkung verbunden ist. Konstruktionen, die nur

auf ihrer Außenseite feuerverzinkt werden, müssen so abgedichtet sein, dass keine

Flüssigkeit in das Innere eindringen kann. Um den hohen Innendruck abzuleiten,

der sich unter Umständen in einem geschlossenen Rohrsystem bildet, müssen

derartige Konstruktionen zusätzlich mit einem Steigrohr versehen werden (Abb.

7.8). Das Dichtungsmaterial muss so ausgewählt werden, dass es sowohl der Beize in

der Vorbehandlung als auch der heißen Zinkschmelze widersteht.

Ein besonderes Problem ist der enorme Auftrieb, der beim „Nur-Außenver-

zinken“ von Rohrkonstruktionen entsteht. Da Zink eine etwa siebenmal höhere

Dichte als Wasser hat, wird beim Eintauchen von HohlkörpernindieZinkschmelze

ein Auftrieb erzeugt, der auch etwa siebenmal höher ist als in Wasser. Durch

Zusatzgewichte von mitunter mehreren Tonnen müssen derartige Rohrsysteme

unter die Oberfläche des Verzinkungsbades gedrückt werden. Hierbei ist darauf zu

achten, dass auch das zu verzinkende Bauteil die durch den Auftrieb entstehende

Gewichtsbelastung erträgt und auch der Druck des Belastungsgewichtes ohne

Schaden aufgenommen werden kann.

7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen

Abb. 7.8 Zusatzmaßnahmen zum Abdichten von Wärmetau-

schern, die nur außen feuerverzinkt werden

268

7.4.4

Behälter

Grundsätzlich gelten die vorstehenden Informationen sinngemäß auch fürBehälter.

Bei derartigen Konstruktionen ist jedoch zusätzlich darauf zu achten, dass

Anschlüsse, Flanschen und Stutzen stets so angebracht werden, dass sie möglichst

bündig mit der Oberfläche des Behälters abschließen (Abb. 7.9a). Nur dadurch kann

erreicht werden, dass keine Lufteinschlüsse zu Fehlstellen führen und unbe-

absichtigt ausgeschlepptes Zink das Volumen des Behälters verringert. Luftein-

schlüsse entstehen unter anderem durch eingezogene Rohrstutzen oder durch

Entlüftungsöffnungen, die nicht an der obersten Stelle des Behälters angebracht sind

(Abb. 7.9b). Auch Verstärkungsrahmen, Versteifungsrippen und ähnliche Teile an

oder in Behältern müssen so ausgebildet sein, dass sich keine Lufteinschlüsse

bilden, alle Flüssigkeiten und das Zink ungehindert ein- und abfließen können.

GroßeundschwereBehälter können leichter und sicherer feuerverzinkt werden,

wenn sie mit entsprechenden Aufhängeösen versehen sind [7.3].

7.5

Konstruktionen aus Profilstahl

7.5.1

Werkstoffe/Werkstoffdicken/Spannungen

Werden Konstruktionen aus Profilstahl hergestellt, müssen Werkstoffe verwendet

werden, die zum Feuerverzinken geeignet sind. Es sollten daher nur Stähle

eingesetzt werden, die gemäß Norm DIN EN 10025 Teil 2–6als„zum Feuerverzinken

geeignet“ eingestuft sind, fürStahlgüten bis zu einer Streckgrenze von einschließlich

460 MPa. Eine entsprechende Vereinbarung zwischen Verarbeiter und Stahl-

lieferant ist bereits bei der Stahlbestellung zu treffen.

7.5 Konstruktionen aus Profilstahl

Abb. 7.9a–b Günstige bzw. ungünstige Anordnung von

FlanschenundStutzenanBehältern a günstig b ungünstig

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