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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 können Sie der nachfolgenden Abbildung entnehmen:

Bestimmung der Nahtlänge bei Belastung
Bestimmung der Nahtlänge bei Belastung

Die Gesamtlänge der Schweißnaht in der Abbildung beträgt:

Merke

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:

Merke

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

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

Methode

Man verteilt also die Kraft F immer auf die parallel dazu liegenden Nähte.

Verdeutlicht wird dies nochmals in der nachfolgenden Abbildung:

Änderung der Wirknaht nach Änderung der Belastung
Änderung der Wirknaht nach Änderung der Belastung

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:

Merke

Zylinder

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

Die wirksame Nahtlänge entspricht also der halben Gesamtnahtlänge.

und

Merke

Würfel

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

Die wirksame Nahtlänge entspricht also auch hier der halben Gesamtnahtlänge.

Methode

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.