Rechenweg
SF = σzul / σvorh
SF > 1 bedeutet Reserve gegenüber der zulässigen Spannung; SF < 1 bedeutet Überschreitung.
SF = σzul/σvorh
Sicherheitsfaktor einer Schweißnaht
SF > 1 bedeutet Reserve gegenüber der zulässigen Spannung; SF < 1 bedeutet Überschreitung.
MINTSI
02
Ergebnis
Zielgröße auswählen und Eingaben berechnen.
Eingaben verstehen
- Sicherheitsfaktor SF — Verhältnis von zulässiger zu vorhandener Spannung.
- Zulässige Spannung σzul — Zulässige Spannung bzw. Tragfähigkeit der Naht, z. B. Rm/(√3·βw·γM2) für Kehlnähte.
- Vorhandene Spannung σvorh — Rechnerisch vorhandene Spannung, z. B. aus dem Kehl- oder Stumpfnaht-Rechner.
Beispiel
235 MPa zulässig zu 94 MPa vorhanden ergeben SF = 2,5.
Annahmen und Grenzen
SF vergleicht gleichartige Spannungen (beide Schub- oder beide Normalspannung); ein gemischter Vergleich ist ohne Vergleichsspannung nicht zulässig.
Sicherheitsfaktor einer Schweißnaht verstehen
Der Rechner bestimmt den Sicherheitsfaktor einer Schweißnaht aus zulässiger und vorhandener Spannung – anwendbar auf Kehl- und Stumpfnähte gleichermaßen.
Was beschreibt diese Größe?
Der Sicherheitsfaktor SF = σzul/σvorh (oder analog mit Schubspannungen) vergleicht die vom Nahtquerschnitt ertragbare Spannung mit der tatsächlich vorhandenen. SF > 1 bedeutet Reserve, SF = 1 die Auslastungsgrenze und SF < 1 eine Überschreitung der zulässigen Spannung.
Der Sicherheitsfaktor funktioniert wie eine Tragfähigkeitsreserve bei einem Aufzug: Ein Aufzug für 1.000 kg, der tatsächlich nur mit 400 kg beladen wird, hat einen Sicherheitsfaktor von 2,5 – genau wie eine Naht, deren zulässige Spannung 2,5-mal höher ist als die tatsächlich auftretende.
Formel und Variablen
SF = σzul / σvorh
SF = σzul / σvorhσvorh = σzul / SFσzul = SF · σvorh
| Symbol / Eingabe | Bedeutung |
|---|---|
| Sicherheitsfaktor SF | Verhältnis von zulässiger zu vorhandener Spannung. |
| Zulässige Spannung σzul | Zulässige Spannung bzw. Tragfähigkeit der Naht, z. B. Rm/(√3·βw·γM2) für Kehlnähte. |
| Vorhandene Spannung σvorh | Rechnerisch vorhandene Spannung, z. B. aus dem Kehl- oder Stumpfnaht-Rechner. |
Eingaben richtig wählen
σzul (allow) ist die zulässige Spannung bzw. Tragfähigkeit der Naht, z. B. Rm/(√3·βw·γM2) für Kehlnähte nach DIN EN 1993-1-8. σvorh (actual) ist die rechnerisch vorhandene Spannung, z. B. aus dem Kehl- oder Stumpfnaht-Rechner.
So benutzt du den Rechner
Berechne zunächst σvorh mit dem passenden Nahtspannungs-Rechner. Trage diesen Wert zusammen mit der zulässigen Spannung hier ein, um SF zu erhalten.
Schritt-für-Schritt-Beispiel
235 MPa zulässige Spannung zu 94 MPa vorhandener Spannung ergeben SF = 235/94 = 2,5.
Ergebnis und Einheiten verstehen
SF = 2,5 bedeutet, dass die Naht das 2,5-Fache der tatsächlich auftretenden Spannung ertragen könnte, bevor die zulässige Grenze erreicht wird. Ob dieser Wert ausreicht, hängt von der geforderten Mindestsicherheit für die jeweilige Anwendung ab.
SF ist dimensionslos; σzul und σvorh müssen dieselbe Spannungsart (beide Schub- oder beide Normalspannung) und dieselbe Einheit (üblicherweise MPa) verwenden.
Woher kommt die zulässige Spannung σzul?
Nach DIN EN 1993-1-8 folgt die zulässige Spannung einer Kehlnaht aus σzul = Rm/(√3·βw·γM2), mit Rm als Zugfestigkeit des schwächeren angeschlossenen Bauteils, βw als Korrelationsbeiwert (materialabhängig, siehe TB 6-7) und γM2 = 1,25 als Teilsicherheitsbeiwert. Für Stumpfnähte mit vollem Einbrand gilt näherungsweise die Bauteilfestigkeit selbst als zulässige Spannung. Diese Werte müssen aus den entsprechenden Tabellen entnommen werden, bevor der Sicherheitsfaktor berechnet werden kann.
Typische Anwendungen
Der Rechner wird als letzter Schritt jeder Schweißnahtauslegung verwendet, um die berechnete Spannung formal gegen die zulässige Spannung zu prüfen.
Annahmen, Grenzen und typische Fehler
SF vergleicht nur gleichartige Spannungen. Wirken an derselben Stelle sowohl Normal- als auch Schubspannung, muss zuerst eine Vergleichsspannung gebildet werden (z. B. über den GEH-Rechner), bevor ein sinnvoller Sicherheitsfaktor bestimmt werden kann.
Typischer Fehler: Ein häufiger Fehler ist, eine Schubspannung gegen eine für Normalspannung geltende zulässige Spannung zu vergleichen (oder umgekehrt) – die beiden Werte müssen konsistent aus demselben Nachweisverfahren stammen.
Häufige Fragen
Was bedeutet SF < 1?
Die vorhandene Spannung überschreitet die zulässige Spannung; die Naht ist in dieser Konfiguration nicht ausreichend dimensioniert.
Welcher Mindestwert für SF ist üblich?
Das hängt vom Anwendungsfall und dem gewählten Nachweisverfahren ab; DIN EN 1993-1-8 legt die zulässige Spannung bereits inklusive Teilsicherheitsbeiwert γM2 fest, sodass rechnerisch oft SF ≥ 1 gefordert wird.
Kann ich diesen Rechner für Stumpf- und Kehlnähte gleichermaßen nutzen?
Ja, SF = σzul/σvorh ist unabhängig vom Nahttyp; nur die Herkunft der beiden Eingabewerte unterscheidet sich.
Was mache ich bei kombinierter Normal- und Schubbeanspruchung?
Zuerst eine Vergleichsspannung nach dem genaueren Verfahren (z. B. GEH) bilden und diese als σvorh einsetzen.
Wie verbessere ich einen zu niedrigen Sicherheitsfaktor?
Größere Nahtdicke a, längere wirksame Nahtlänge leff oder ein Werkstoff mit höherer Festigkeit erhöhen σzul bzw. senken σvorh.