NahtNormWissen
Spannungskonzepte für Schweißnähte im Vergleich
Nennspannung, Strukturspannung und Kerbspannung unterscheiden sich nicht darin, wie genau sie sind, sondern darin, wie viel Kerbwirkung schon in der Spannung steckt und wie viel noch in der Kerbfallklasse. Wer das verwechselt, erfasst dieselbe Wirkung zweimal — oder gar nicht.
Die kurze Antwort
- 1. Steht Ihr Detail im Kerbfallkatalog der EN 1993-1-9? → Nennspannungskonzept.
- 2. Nein, aber der Riss geht vom Nahtübergang aus und ein Hot-Spot ist definierbar? → Strukturspannungskonzept.
- 3. Auch das nicht — oder der Riss geht von der Nahtwurzel aus? → Kerbspannungskonzept.
Nennspannung
Spannung aus Schnittgrößen und Querschnitt; die Kerbwirkung steckt in der Kerbfallklasse.
- Voraussetzung:
- Detail steht im Kerbfallkatalog
- Modell:
- Balken- oder Schalenmodell, Naht nicht aufgelöst
- Aufwand:
- gering
- Grenze:
- Nicht anwendbar, wenn das Detail nicht katalogisiert ist
Strukturspannung (Hot-Spot)
Spannung am Nahtübergang, aus Stützstellen extrapoliert; enthält die strukturelle, nicht die Naht-Kerbwirkung.
- Voraussetzung:
- Hot-Spot am Nahtübergang definierbar
- Modell:
- Schalen- oder Volumenmodell, Netz auf die Stützstellen abgestimmt
- Aufwand:
- mittel
- Grenze:
- Erfasst die Nahtwurzel prinzipbedingt nicht
Kerbspannung
Naht mit fiktivem Referenzradius modelliert; das Modell erfasst die gesamte Kerbwirkung.
- Voraussetzung:
- Keine — dafür sehr feines Netz nötig
- Modell:
- Volumenmodell mit Kerbradius, oft als Submodell
- Aufwand:
- hoch
- Grenze:
- Für ganze Baugruppen praktisch nicht handhabbar
Der gemeinsame Nenner: Kerbwirkung wird einmal erfasst
Alle drei Konzepte weisen dieselbe physikalische Größe nach — die örtliche Beanspruchung an der versagenskritischen Stelle. Sie teilen die Aufgabe nur unterschiedlich auf zwischen dem, was das Modell liefert, und dem, was die Kerbfallklasse beisteuert.
Beim Nennspannungskonzept trägt die Klasse fast alles: Das Modell liefert eine glatte Spannung, die Klasse enthält die gesamte Kerbwirkung des Details. Beim Strukturspannungskonzept übernimmt das Modell die strukturelle Kerbwirkung, die Klasse nur noch die der Naht. Beim Kerbspannungskonzept trägt das Modell alles, weshalb für alle Details dieselbe Klasse gilt.
Daraus folgt die wichtigste Regel im Umgang mit den drei Verfahren: Spannung und Kerbfallklasse müssen aus demselben Konzept stammen. Eine FAT-Klasse aus dem Nennspannungskatalog gegen eine am Nahtübergang abgelesene Spannung zu setzen, erfasst die Kerbwirkung doppelt. Der Nachweis wird dadurch nicht sicherer, sondern nur unbrauchbar — er ist mit keinem Verfahren mehr begründbar.
Häufige Fragen
- Welches Spannungskonzept soll ich wählen?
- Beginnen Sie beim Nennspannungskonzept: Wenn Ihr Detail im Kerbfallkatalog der EN 1993-1-9 steht, ist es der pragmatische Weg mit dem geringsten Aufwand. Erst wenn keine Kerbfallklasse passt, gehen Sie eine Stufe weiter zum Strukturspannungskonzept — und zum Kerbspannungskonzept nur, wenn auch kein Hot-Spot definierbar ist oder der Riss von der Nahtwurzel ausgeht.
- Kann ich Kerbfallklassen zwischen den Konzepten übertragen?
- Nein. Die Klassen sind konzeptspezifisch, weil jedes Konzept einen anderen Anteil der Kerbwirkung bereits in der Spannung enthält. Eine Klasse aus dem Nennspannungskatalog gegen eine Strukturspannung zu setzen, erfasst die Kerbwirkung teilweise doppelt.
- Ist ein aufwändigeres Konzept immer genauer?
- Für die Spannungsermittlung an der Kerbe ja — für den Nachweis insgesamt nicht unbedingt. Lastannahmen, Randbedingungen und Lastspielzahlen bleiben dieselben, und ihre Unsicherheit ist oft größer als der Genauigkeitsgewinn beim Spannungskonzept. Ein aufwändiges Konzept auf grob geschätzten Eingangsgrößen ist kein besserer Nachweis, nur ein teurerer.
NahtNorm rechnet den Nachweis nach dem Nennspannungskonzept — statisch nach EN 1993-1-8 und Ermüdung nach EN 1993-1-9.