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, vollständig überarbeitete 7. Auflage (2020, VDMA Verlag) 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 — für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis abhängig von den Schadensfolgen und davon, ob das Bauteil regelmäßig inspiziert wird (so DVS 0905, Tab. 8.2, mit Verweis auf die FKM-Richtlinie), (5) Statischer Nachweis — Vergleichsspannung vs. zulässige Spannung, (6) Ermüdungsfestigkeitsnachweis (Dauer- bzw. Betriebsfestigkeit) — Lebensdauerbewertung unter zyklischer Last.

Statischer Nachweis und Ermüdungsfestigkeitsnachweis stehen nebeneinander und ersetzen sich nicht (so auch DVS 0905); welche Nachweise im Einzelfall zu führen sind, hängt von der Beanspruchung ab. Die Schritte bauen aufeinander auf: Ein Fehler bei Beanspruchungen oder Werkstoffkennwerten zieht sich durch den gesamten Nachweis. Genau hier liegt die Herausforderung für manuelle Berechnung.

Statischer Nachweis vs. Ermüdungsfestigkeitsnachweis

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 Ermüdungsfestigkeitsnachweis 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 linear-elastisch berechneten Kerbspannung an der idealisierten Kerbe mit festgelegtem Referenzradius (DVS 0905) 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. NahtNorm rechnet heute nur nach Eurocode 3; die FKM-Richtlinie steht im Entwicklungsstand mit offenem Status.

7. Auflage (2020): Was ist neu?

Die 7. Auflage der FKM-Richtlinie (2020) bringt laut Verlagsangabe überarbeitete Schweissnahtfaktoren, erweiterte Werkstoffdaten und präzisierte Regeln für die FEA-basierte Nachweisführung. Besonders relevant: Neue Regelungen zur Berücksichtigung von Eigenspannungen in Schweissverbindungen.

Festigkeitsnachweis nach FKM: Anbieter und Wege im Überblick

Wer einen rechnerischen Festigkeitsnachweis nach FKM braucht, hat im Kern drei Wege. Welcher passt, hängt von der Zahl der Nachweise, vom vorhandenen Fachwissen und von dem ab, was vertraglich vereinbart ist:

• Selbst rechnen. Grundlage ist die Richtlinie selbst (7. Auflage 2020, VDMA Verlag, im Verlag zu beziehen) mit den sechs Nachweisschritten oben. Das lohnt, wenn Sie die Beanspruchungen und Werkstoffkennwerte selbst belegen können und die Rechnung nachvollziehbar dokumentieren.
• Berechnungssoftware einsetzen. Hier ist vor dem Kauf zu klären, welche Auflage der Richtlinie umgesetzt ist, welche Nachweiskonzepte und Nahttypen abgedeckt sind und ob Eingangs- und Zwischenwerte im Bericht erscheinen. Eine Software, die eine andere Norm rechnet, ersetzt den FKM-Nachweis nicht.
• Ingenieurbüro oder Berechnungsdienstleister beauftragen. Das bietet sich bei einzelnen Nachweisen an oder wenn die Auslegung ohnehin von Dritten geprüft wird. Klären Sie vorab, nach welcher Auflage gerechnet wird, welche Lastkollektive und Randbedingungen Sie liefern und was Sie als Rechengrundlage zurückbekommen.

Eine Bewertung einzelner Anbieter nehmen wir hier nicht vor. Prüfen Sie jeden Anbieter an denselben Fragen: Auflage, Nachweiskonzept, Nahtdetails, Nachvollziehbarkeit des Berichts.

Rechnet NahtNorm den FKM-Nachweis?

Heute nicht. NahtNorm führt den Schweißnahtnachweis nach EN 1993-1-8 und den Ermüdungsnachweis nach EN 1993-1-9. Die FKM-Richtlinie steht auf der Roadmap, ist aber nicht Bestandteil des Produkts — den vollständigen Stand führen wir unter Entwicklungsstand.

Für viele geschweißte Baugruppen im Maschinenbau ist das kein Ausschlusskriterium: Wo der Eurocode-Nachweis zulässig und vereinbart ist, deckt er den Fall ab. Wo die FKM-Richtlinie vertraglich gefordert ist, braucht es sie.