FKM-Richtlinie für Schweissnähte

Die FKM-Richtlinie: Zweck und Geltungsbereich

Die FKM-Richtlinie (Forschungskuratorium Maschinenbau) ist der maßgebliche Leitfaden für den rechnerischen Festigkeitsnachweis im allgemeinen Maschinenbau. Während der Eurocode 3 primär für den Stahlbau gilt, deckt die FKM-Richtlinie ein breiteres Werkstoffspektrum (Stahl, Gusseisen, Aluminium) und Bauteilgeometrien ab. Die aktuelle Version 7 (2024) enthält wesentliche Erweiterungen, insbesondere für Schweissnähte.

Die 6 Nachweisschritte im Überblick

Der FKM-Festigkeitsnachweis folgt einem systematischen 6-Schritt-Verfahren: (1) Beanspruchungsermittlung — Spannungen aus FEA oder analytischer Berechnung, (2) Werkstoffkennwerte — Festigkeit und Dauerfestigkeit aus Werkstoffdaten, (3) Konstruktive Gestaltung — Kerbwirkung und Größeneinfluss, (4) Sicherheitsfaktoren — je nach Bauteilversagensfolgen, (5) Statischer Nachweis — Vergleichsspannung vs. zulässige Spannung, (6) Betriebsfestigkeitsnachweis — Lebensdauerbewertung unter zyklischer Last.

Jeder Schritt baut auf dem vorherigen auf. Fehlt ein Schritt, ist der gesamte Nachweis ungültig. Genau hier liegt die Herausforderung für manuelle Berechnung.

Statischer Nachweis vs. Betriebsfestigkeitsnachweis

Der statische Nachweis prüft, ob die Schweissnaht unter maximaler Belastung standhalt. Die zulässige Spannung ergibt sich aus der Werkstoff-Streckgrenze, reduziert um einen Sicherheitsfaktor und den Schweissnahtfaktor. Der Betriebsfestigkeitsnachweis bewertet die Lebensdauer unter zyklischer Belastung und berücksichtigt Lastkollektive, Mittelspannungseinfluss und Oberflächenzustand.

Synthetische Wöhlerlinien für Schweissnähte

Die FKM-Richtlinie verwendet synthetische Wöhlerlinien, die aus Werkstoffkennwerten und Konstruktionsparametern berechnet werden. Für Schweissnähte werden spezifische Korrekturfaktoren angewandt, die den Nahttyp, die Nahtgüte und den Oberflächenzustand berücksichtigen.

Nennspannungs-, Strukturspannungs- und örtliches Konzept

Die FKM-Richtlinie unterstützt drei Bewertungskonzepte: Das Nennspannungskonzept eignet sich für einfache Geometrien. Das Strukturspannungskonzept (Hot-Spot) verwendet FEA-Ergebnisse und linearisierte Spannungen. Das örtliche Konzept arbeitet mit der tatsächlichen Kerbspannung und ist am genauesten, aber auch am aufwändigsten.

FKM vs. Eurocode 3: Wann welche Richtlinie?

Im Stahlbau mit bauaufsichtlicher Bedeutung ist der Eurocode 3 vorgeschrieben. Im allgemeinen Maschinenbau — Anlagenbau, Fördertechnik, Sondermaschinenbau — ist die FKM-Richtlinie die erste Wahl. Im Zweifelsfall kann WeldCheck beide Normen parallel berechnen und die Ergebnisse vergleichen.

Version 7 (2024): Was ist neu?

Die Version 7 der FKM-Richtlinie bringt überarbeitete Schweissnahtfaktoren, erweiterte Werkstoffdaten und präzisierte Regeln für die FEA-basierte Nachweisführung. Besonders relevant: Neue Regelungen zur Berücksichtigung von Eigenspannungen in Schweissverbindungen.

Wie WeldCheck den FKM-Nachweis automatisiert

WeldCheck führt den kompletten 6-Schritt-FKM-Nachweis automatisiert durch — vom STEP-Upload überdie FEA-Berechnung bis zum prüffaehigen PDF-Report. Die integrierte Werkstoffdatenbank und die automatische Kerbfallzuordnung eliminieren manuelle Fehlerquellen.