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Maschinenelemente 1 - Berechnung der Spannungen einer Schweißverbindung

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Maschinenelemente 1

Berechnung der Spannungen einer Schweißverbindung

Bei zug-, druck- und schubbeanspruchten Nähten einer Schweißverbindung ist die Länge der Wurzel maßgebend. Eine Besonderheit liegt bei Schubbeanspruchungen vor, denn hier werden nur die Nahtlängen in Vorzugsrichtung berücksichtigt. Wie sich dies äußert kannst du der nachfolgenden Abbildung entnehmen:

Bestimmung der Nahtlänge bei Belastung
Bestimmung der Nahtlänge bei Belastung

Die Gesamtlänge der Schweißnaht in der Abbildung beträgt:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Gesamtlänge: $\ l = b + 2 (f - a) $

Gesamtlänge = Nahtlänge b + 2 [ Nahtlänge f - Schweißnahtdicke a]

Die Nahtlänge, die in der Berechnung der Schubbeanspruchung berücksichtigt werden muss, ist:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Wirksame Nahtlänge: $\ l = \not{b} + 2 ( f - a) $

Die Nahtlänge b entfällt in der Berechnung, da sie senkrecht zur Richtung der Kraft F steht. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Man verteilt also die Kraft F immer auf die parallel dazu liegenden Nähte.

Verdeutlicht wird dies nochmals in der nachfolgenden Abbildung:

Änderung der Wirknaht infolge einer Belastungsänderung
Änderung der Wirknaht infolge einer Belastungsänderung

 

Hierbei handelt es sich um einen an der Wand angeschweißten Würfel und einen angeschweißten Zylinder, die jeweils aus zwei Richtungen belastet werden. Und je nach dem aus welcher Richtung die Kraft wirkt, ändert sich der Bereich der Nahtlänge der Berücksichtigt werden muss. Da kein Einbrand vorliegt, muss dieser auch nicht berücksichtigt werden.  

Für den Zylinder ergibt sich unabhängig von der Wirkline der Kraft, die Gesamtnahtlänge und die Länge der wirksamen Naht, durch:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Zylinder

Gesamtnahtlänge: $\ l = \pi \cdot d $ 
Wirksame Nahtlänge: $\ l = \frac{\pi \cdot d}{2} $

Die wirksame Nahtlänge entspricht also der halben Gesamtnahtlänge.

und

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Würfel

Gesamtnahtlänge: $\ l = 4 \cdot b $ 
Wirksame Nahtlänge: $\ l = 2 \cdot b $

Die wirksame Nahtlänge entspricht also auch hier der halben Gesamtnahtlänge.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Zur Ermittlung der Flächenträgheitsmomente und Widerstandsmomente werden die Schweißnahtquerschnitte in die Anschlussebene geklappt und daraus ein "Profil" gebildet. Der Stahlbau nimmt dabei die Wurzelnahtlinie als Schweißnahtschwerachse an, wo hingegen der Maschinenbau hierzu keine Vorschrift aufweist.