Radien und Übergänge

Warum scharfe Kanten bei Kunststoffteilen vermieden werden sollten.

Radien gehören zu den wichtigsten Konstruktionsmerkmalen im Spritzguss. Scharfe Kanten und rechtwinklige Übergänge führen häufig zu Spannungsspitzen, einem ungünstigen Materialfluss und erhöhtem Werkzeugverschleiß. Durch gezielt eingesetzte Verrundungen lassen sich diese Effekte deutlich reduzieren. Das Ergebnis sind belastbarere Bauteile, eine höhere Prozesssicherheit und eine wirtschaftlichere Serienfertigung.

Warum scharfe Ecken problematisch sind

Scharfe Innenkanten wirken wie sogenannte Kerben. Unter mechanischer Belastung konzentrieren sich die Spannungen auf einen sehr kleinen Bereich – Ingenieure sprechen hierbei von einer Kerbwirkung oder Spannungskonzentration. Je kleiner der Innenradius, desto höher fällt diese lokale Spannungsbelastung aus.

Die Folge können Rissbildung, Materialermüdung, Weißbruch, eine verringerte Dauerfestigkeit oder sogar ein frühzeitiger Bauteilausfall sein. Gleichzeitig verschlechtern scharfe Übergänge den Materialfluss der Kunststoffschmelze und erhöhen die Belastung des Werkzeugs.

Grundregel: Größere Radien reduzieren die Spannungskonzentration.

Empfohlene Radien

Als bewährte Konstruktionsregel sollte der Innenradius etwa 40 bis 60 % der Wandstärke betragen. In diesem Bereich wird die Spannungskonzentration deutlich reduziert, ohne dass unnötige Materialanhäufungen entstehen. Der Außenradius ergibt sich anschließend aus dem Innenradius zuzüglich der Wandstärke (Rₐ = Rᵢ + s). Dadurch bleibt die Wanddicke im Übergangsbereich möglichst konstant und der Materialfluss wird verbessert.

Beispiel:

Wandstärke	Innenradius (Empfehlung)	Außenradius
2,0 mm	0,8–1,2 mm	2,8–3,2 mm
3,0 mm	1,2–1,8 mm	4,2–4,8 mm

Die folgende Grafik verdeutlicht den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Innenradius zu Wandstärke (R/S) und der Spannungskonzentration. Mit zunehmendem Radius nimmt die Spannungskonzentration deutlich ab.

Ein Verhältnis von R/S ≈ 0,4 bis 0,6 hat sich in der Praxis als guter Kompromiss zwischen Bauteilfestigkeit, Materialeinsatz und fertigungsgerechter Konstruktion bewährt.

Wandstärkenübergänge

Nicht nur Ecken sollten verrundet werden. Auch Übergänge zwischen unterschiedlichen Wandstärken sollten möglichst fließend ausgeführt werden. Dadurch werden Materialanhäufungen vermieden, Schwindung reduziert und Einfallstellen sowie Verzug minimiert.

Radien an Rippen und Schraubdomen

Auch Rippen und Schraubdome sollten niemals ohne Verrundung an die Grundwand anschließen. Radien verbessern den Materialfluss, reduzieren Kerbspannungen und erleichtern gleichzeitig die Werkzeugfüllung. Sie tragen außerdem dazu bei, lokale Materialanhäufungen zu vermeiden und die Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen.

Einfluss auf Werkzeug und Fertigung

Großzügige Radien verbessern nicht nur die Festigkeit des Bauteils. Sie erleichtern auch den Materialfluss während des Einspritzens, reduzieren den erforderlichen Einspritzdruck und sorgen für eine gleichmäßigere Kühlung. Gleichzeitig sinkt der Werkzeugverschleiß, da scharfkantige Werkzeugbereiche vermieden werden.

Engineering-Tipp

Ein möglichst großer Radius ist nicht das eigentliche Ziel. Entscheidend ist eine gleichmäßige Wanddicke im Übergangsbereich. Deshalb sollten Innen- und Außenradien stets gemeinsam ausgelegt werden. Dies verbessert den Materialfluss, reduziert Kerbspannungen und minimiert das Risiko von Einfallstellen, Verzug und Rissbildung.

Inhaltsverzeichnis Konstruktionsleitfaden