Schweißkonstruktion berechnen: welcher Nachweis, welche Norm

Zwei Nachweise, nicht einer

„Berechnen“ meint bei geschweißten Konstruktionen zwei unterschiedliche Fragen. Der statische Nachweis prüft, ob die Verbindung die auftretenden Kräfte übertragen kann. Der Ermüdungsnachweis prüft, ob sie die geforderte Zahl an Lastwechseln übersteht. Bei schwingender Beanspruchung sind beide zu führen — der eine ersetzt den anderen nicht.

Die Unterscheidung wirkt sich sofort auf den Aufwand aus: Der statische Nachweis kommt mit Schnittgrößen und Werkstoffkennwerten aus. Der Ermüdungsnachweis verlangt zusätzlich eine Kerbfallzuordnung, eine Schwingbreite und eine Aussage über das Lastkollektiv.

Das Regelwerk folgt dem Anwendungsfeld

Welche Norm gilt, entscheidet nicht die Nahtform, sondern das Bauwerk oder Produkt. Dieselbe Kehlnaht wird im Hochbau anders nachgewiesen als im Drehgestell eines Schienenfahrzeugs:

Das Spannungskonzept bestimmt den Modellaufwand

Innerhalb des gewählten Regelwerks steht die dritte Entscheidung an: auf welche Spannung sich der Nachweis bezieht. Das Nennspannungskonzept arbeitet mit Schnittgrößen und einer Kerbfallklasse, das Strukturspannungskonzept extrapoliert die Spannung an den Nahtübergang, das Kerbspannungskonzept modelliert den Nahtübergang selbst mit einem fiktiven Referenzradius.

Der Aufwand steigt in dieser Reihenfolge deutlich — und mit ihm die Anforderungen an die Vernetzung. Ein Modell, das für das eine Konzept ausreicht, ist für das nächste unbrauchbar. Die Gegenüberstellung mit Voraussetzungen und Grenzen steht im Vergleich der Spannungskonzepte.

Der Ablauf in fünf Schritten

Wo die Rechnung in der Praxis kippt

• Ermüdung übersehen. Eine als „ruhend“ eingestufte Belastung, die tatsächlich schwingt, macht den gesamten Nachweis wertlos.
• Konzept und FE-Modell passen nicht zusammen. Kerbfallklassen des Nennspannungskonzepts auf Spannungen anzuwenden, die aus einem feinen Kerbmodell stammen, führt zu systematisch falschen Ergebnissen.
• Nahtüberhöhung mitgerechnet. Maßgeblich ist das a-Maß als Höhe des einbeschriebenen Dreiecks, nicht die sichtbare Außenkontur.
• Nur ein Lastfall betrachtet. Der maßgebende Fall ist nicht zwingend der mit der größten Resultierenden — die Lastrichtung entscheidet mit.
• Zwischenwerte nicht dokumentiert. Ein Endergebnis ohne Rechenweg lässt sich von einem Prüfer nicht nachvollziehen.

Häufige Fragen

Was bedeutet es, eine Schweißkonstruktion zu berechnen?

Zwei getrennte Fragen: Hält die Verbindung die auftretenden Kräfte (statischer Nachweis), und hält sie die auftretenden Lastwechsel über die geforderte Lebensdauer (Ermüdungsnachweis)? Bei schwingender Beanspruchung sind beide zu führen; der Ermüdungsnachweis ersetzt den statischen Nachweis nicht.

Welche Norm gilt für meine Konstruktion?

Das richtet sich nach dem Anwendungsfeld, nicht nach der Nahtform: im Stahlbau EN 1993-1-8 und EN 1993-1-9, im Maschinenbau die FKM-Richtlinie, im Schienenfahrzeugbau DVS 1612, bei Krantragwerken EN 13001. Vertragliche Vorgaben oder Kundenspezifikationen können ein bestimmtes Regelwerk verbindlich setzen.

Brauche ich eine FE-Rechnung?

Für das Nennspannungskonzept nicht zwingend — es kommt mit Schnittgrößen aus. Struktur- und Kerbspannungskonzept setzen dagegen ein FE-Modell voraus, dessen Vernetzung zum Konzept passen muss. Das Konzept entscheidet über den Modellaufwand, nicht umgekehrt.

Reicht ein selbstgebautes Excel-Sheet?

Rechnerisch kommt man damit weit, solange alle Bedingungen abgebildet sind. In der Praxis fehlt in solchen Sheets regelmäßig die zweite Nachweisbedingung des Richtungsverfahrens, die Begrenzung der Normalspannung senkrecht zur Nahtfläche. Der zweite Schwachpunkt ist die Dokumentation: Ein Blatt mit Endergebnis ohne Zwischenwerte lässt sich nicht nachrechnen.

Welche Nahtformen rechnet NahtNorm heute?

Kehlnähte nach dem Richtungsverfahren der EN 1993-1-8, Stumpf- und HV-Nähte nach deren §4.7 sowie den Ermüdungsnachweis nach EN 1993-1-9 mit Kerbfallkatalog und Lastkollektiv. Bei voll durchgeschweißten Stumpfnähten weist NahtNorm nach §4.7.1 aus, dass die Naht die Tragfähigkeit des schwächeren Grundwerkstoffs erreicht — ein eigener Nahtnachweis ist dort nicht vorgesehen. Der jeweils aktuelle Stand steht auf der Seite Entwicklungsstand.