Stahl und Schweißkonstruktionen

Was ist Stahl?

Stahl - Eisen mit bis zu 2% Kohlenstoff als Legierungsbestandteil - hat eine lange Tradition als Konstruktionswerkstoff. Kostengünstig, recyclingfähig, Verarbeitung durch Schmieden und Walzen. Diese Eigenschaften machen Stahl zum Standardwerkstoff im Maschinen- und Automobilbau und auch im Bauwesen spielt er eine große Rolle.

Dabei hat Stahl viele Gesichter:

"weiche" Stähle für kalt umgeformte Blechteile
Schweißgeeignete Feinkornbaustähle (z.B. S235, S355) für verschiedenste Anwendungen im Bauwesen und im Maschinenbau
Vergütungsstähle, härtbar (z.B. 34CrMo4) für hochbeanspruchte Bauteile im Maschinen- und Fahrzeugbau, Zahnräder
Schraubenwerkstoffe verschiedener Festigkeitsklassen (z.B. 4.6, 8.8, 12.9)
Federstahldraht mit höchsten Festigkeiten bei dynamischer Beanspruchung

Berechnung von Stahlkonstruktionen

Für Berechnungen von Stahlkonstruktionen werden Normen wie Eurocode 3 herangezogen. Für den Kranbau gibt es besondere Vorgaben für die Definition der Lastgruppen und für die Ermüdungsfestigkeit. Im Schienenfahrzeugbau wird auf DVS-Richtlinien zurückgegriffen, z.B. DVS 1612 "Gestaltung und Dauerfestigkeitsbewertung von Schweißverbindungen mit Stählen im Schienenfahrzeugbau".

Schweißverbindungen

Schweißnähte können natürlich durch eine sehr feine Vernetzung genau abgebildet werden (Kerbspannungskonzept), jedoch ist das für komplexe Schweißbaugruppen viel zu aufwändig und teuer. In der Regel wird bei der Bewertung auf genormte Erfahrungswerte, sogenannte konstruktive Details zurückgegriffen. Es wird die vorhandene Spannung im ungestörten Bereich herangezogen (Nennspannungskonzept) und die zulässige Spannung des konstruktiven Details beinhaltet Effekte wie Spannungsüberhöhung durch Kerbwirkung und auch geringere Festigkeiten durch Wärmeeinfluss.

Trotzdem kann die Modellierung von Schweißverbindungen im FE-Modell sehr aufwändig sein. Spezielle Tools erleichtern die Arbeit sehr: mit "Konnektoren" ist es möglich, Einzelteile effektiv zu verbinden und so können auch große Schweißbaugruppen schnell bearbeitet werden.