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Zulässige Spannung nach Material
Berechnung der zulässigen Bemessungsspannung gemäß ASME VIII Div. 1 oder EN 13445-3. Temperaturabhängige Eigenschaften, Kriechbruchprüfung, Schweißnahtwirkungsgrad. Über 12 Werkstoffgüten.
Auslegungszulässige Spannung
EN 13445-3 (Ferritische Stähle)
ASME VIII Div.1
Temperaturreduzierung
Sowohl Streckgrenze als auch Zugfestigkeit nehmen mit steigender Temperatur ab. Dieser Rechner verwendet linearisierte Reduktionskurven basierend auf Daten nach EN 10028 / ASME II-D:
- Unter 100 °C: Die Eigenschaften entsprechen den Werten bei Raumtemperatur.
- 100–400 °C: allmähliche Reduzierung (Streckgrenze sinkt schneller als die Zugfestigkeit)
- Oberhalb von 400 °C: deutliche Reduzierung; Kriechen kann maßgebend werden
Kriechbereich
Wenn die Auslegungstemperatur die Kriechbeginntemperatur überschreitet, ist die zeitabhängige Bruchspannung maßgebend. Typischer Kriechbeginn:
| Materialart | Kriechbeginn (°C) | Typische maximale Auslegung T |
|---|---|---|
| Kohlenstoffstahl (S235, S355) | ~350 | 400 °C |
| C-Mn-Druck (P265GH, P355GH) | ~380 | 450 °C |
| Mo-Stahl (16Mo3) | ~400 | 500 °C |
| CrMo-Stahl (13CrMo4-5) | ~450 | 550 °C |
| 2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10) | ~470 | 600 °C |
| Austenitischer Edelstahl (304, 316L) | ~500 | 700 °C |
Praktisches Beispiel
Gegeben: P265GH, Rp(20)=265 MPa, Rm=410 MPa, T=250°C, Schweißnaht E=1,0
Rp(250°C) ≈ 265 × 0,85 = 225,3 MPa (Temperaturabminderung)
f_yield = 225,3 / 1,5 = 150,2 MPa
f_UTS = 410 / 2,4 = 170,8 MPa
f = min(150,2; 170,8) = 150,2 MPa (Streckgrenze maßgebend)
Bei E=1,0: σ_zulässig = 150,2 MPa
Materialvergleich bei Raumtemperatur
| Material | Rp0,2 | Rm | f (EN) | S (ASME) |
|---|---|---|---|---|
| S235JR | 235 | 360 | 150 | 103 |
| S355JR | 355 | 510 | 213 | 146 |
| P265GH | 265 | 410 | 171 | 117 |
| P355GH | 355 | 490 | 204 | 140 |
| 16Mo3 | 280 | 450 | 187 | 129 |
| 13CrMo4-5 | 295 | 460 | 192 | 131 |
| 10CrMo9-10 | 275 | 450 | 183 | 129 |
| Edelstahl 304 | 210 | 520 | 140 | 138 |
| 316L Edelstahl | 200 | 500 | 133 | 133 |
| 2205 Duplex | 450 | 620 | 258 | 177 |
⚠️ Hinweis: Dieser Rechner liefert Näherungswerte für die Vorkonstruktion. Überprüfen Sie die Werte stets anhand der Tabellen in den entsprechenden Normen (ASME II-D, EN 10028, EN 10222) für Ihre spezifische Werkstoffgüte, Produktform, Dicke und Temperatur.
Die zulässige Spannung ist die maximal erlaubte Spannung in einem auszulegenden Bauteil. Sie entspricht der Werkstofffestigkeit geteilt durch einen im Regelwerk festgelegten Sicherheitsfaktor. Ihre Verwendung stellt sicher, dass das Bauteil unter normaler (oder außergewöhnlicher) Belastung nicht versagt und eine ausreichende Sicherheitsreserve besteht.
Verschiedene Regelwerke verwenden unterschiedliche Sicherheitsfaktoren, wodurch sich für denselben Werkstoff unterschiedliche zulässige Spannungen ergeben.
ASME VIII verwendet für UTS einen Sicherheitsfaktor von 3.5 (vor 2007 waren es 4.0), während EN 13445 einen Faktor von 2.4 verwendet. Das bedeutet, dass ASME beim UTS-Kriterium konservativer ist. Für die Streckgrenze verwenden jedoch beide 1.5.
Bei hochfesten Werkstoffen, bei denen die Streckgrenze maßgebend ist (z. B. S355, 2205), liefern beide Regelwerke ähnliche Ergebnisse. Bei Werkstoffen mit geringerer Festigkeit, bei denen UTS maßgebend ist, ist ASME deutlich konservativer.
Sowohl die Streckgrenze als auch UTS nehmen mit steigender Temperatur ab. Die Streckgrenze nimmt schneller ab. Oberhalb der Temperatur, bei der Kriechen einsetzt, kann die zeitabhängige Bruchspannung zum maßgebenden Kriterium werden.
Beispiel: S355 hat bei 400°C Rp ≈ 297 MPa (gegenüber 355 bei RT), sodass die zulässige Spannung von 213 auf ~173 MPa sinkt (EN).
Kriechen wird oberhalb folgender Temperaturen bedeutend: ~350°C für Kohlenstoffstahl, ~400°C für Mo-Stahl, ~450°C für CrMo, ~500°C für austenitischen Edelstahl SS. Oberhalb dieser Temperaturen kann die Zeitstandfestigkeit für 100.000h, geteilt durch ihren Sicherheitsfaktor, niedriger sein als die auf der Streckgrenze beruhende zulässige Spannung.
Der Schweißnahtfaktor (E oder z) berücksichtigt mögliche Schweißnahtfehler:
- E=1.0: Vollständige Durchstrahlungs- oder Ultraschallprüfung aller Schweißnähte
- E=0.85: Stichprobenartige (teilweise) Durchstrahlungsprüfung
- E=0.7: Keine volumetrische NDE (nur Sichtprüfung)
Die wirksame zulässige Spannung = σ_allow × E. Die Verwendung von E=1.0 erfordert mehr NDE, ermöglicht aber dünnere Wände.
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
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