Radien und Fasen
Beim Konstruieren mit Kunststoffen ist das Anbringen von Radien oder Fasen an scharfen Kanten von entscheidender Bedeutung für die Herstellbarkeit der Bauteile, Maßgenauigkeit und Tragfähigkeit.
Funktion
Beim Entwurf von spritzgegossenen Bauteilen sollten scharfe Kanten und Ecken grundsätzlich vermieden werden. Dies liegt daran, dass sie zu folgenden Ergebnissen führen:
- Hohe eingespannte Restspannungen
- Ungünstige Fließeigenschaften
- Verminderte mechanische Eigenschaften
- Erhöhter Werkzeugverschleiß
- Probleme bei der Oberflächenqualität
- Stattdessen können durch den Einsatz von Radien und Fasen folgende Vorteile erzielt werden:
- Weniger Verzug
- Weniger Fließwiderstand und einfachere Werkzeugfüllung
- Reduzierte Spannungskonzentration
- Weniger Kerbempfindlichkeit
- Homogenere Kühlung
- Verbesserte Oberflächenoptik
Bemessung von Radien und Fasen
- Scharfe Ecken sollten mit einem Radius abgerundet werden, der zwischen 25 und 60 % der Nennwanddicke beträgt. Liegt eine tragende Funktion vor, wird der obere Bereich empfohlen.
- Ein minimaler Innenradius von 0,5 mm wird empfohlen.
- Um eine gleichmäßige Wanddicke sicherzustellen, sollte der Außenradius einer Ecke dem Innenradius plus der Wanddicke entsprechen (siehe Abbildung 1).
- Alle scharfen Außenkanten und Rippenkanten sollten mit mindestens 0,125 mm Radius verrundet werden.
- Bei einem Bauteil mit Innenradius von der Hälfte der Nennwanddicke ist ein Spannungskonzentrationsfaktor von 1,5 eine plausible Annahme (siehe Abbildung 2). Bei kleineren Radien, z. B. 10 % der Nennwanddicke, erhöht sich dieser Faktor auf 3. Normtabellen für Spannungskonzentrationsfaktoren stehen zur Verfügung und sollten für kritische Anwendungen herangezogen werden.
Fasen
Wie ein Radius oder eine Fase kann eine Abschrägung verwendet werden, um scharfe Kanten zu entschärfen oder einen sanften Übergang zwischen zwei senkrechten Flächen zu schaffen. Im Hinblick auf die Minimierung von Spannungsspitzen und zur Optimierung des Fließverhaltens ist ein Radius einer Fase vorzuziehen. Allerdings kann eine Fase zusätzliche Funktionen bieten, wie das Erleichtern der manuellen Positionierung von Bauteilen während der Montage. Eine Fase kkann auch unter ästhetischen Gesichtspunkten eingesetzt werden: Wo viele Bereiche abgerundet sind, sorgt eine abgeschrägte Kante für ein unverwechselbares Erscheinungsbild. Wie bei Radien wird eine gleichmäßige Wanddicke bevorzugt, daher sollte eine Fase an der Außenkante auch an der inneren Ecke übernommen werden.