Sicherheitsfaktor berechnen

Was ist ein Sicherheitsfaktor?

Der Sicherheitsfaktor ist das Verhältnis des aufnehmbaren Grenzwerts eines Bauteils zum Betriebswert: n = Widerstand / Beanspruchung. Ein Bauteil mit 250 MPa Streckgrenze und 100 MPa Betriebsspannung hat den Faktor 2,5. Bei 1 ist die Grenze erreicht, unter 1 überschritten.

Dasselbe Verhältnis gilt für Lasten. Ein Bauteil mit 60 kN Bruchlast und 12 kN Betriebslast hat den Faktor 5.

Zulässige Spannung

Ebenso häufig ist die Umkehrung. Schreibt eine Norm einen Faktor vor, gilt zulässige Spannung = Festigkeit / n. Die Betriebsspannung muss darunter bleiben. Für 355 MPa Streckgrenze und den Faktor 1,5 beträgt die zulässige Spannung 236,7 MPa. Dies ist das Verfahren mit zulässigen Spannungen.

Sicherheitsmarge

Manche Fachgebiete geben eine Marge statt eines Faktors an: Sicherheitsmarge = n − 1. Ein Faktor von 2,5 ergibt eine Marge von 1,5 oder 150 %. Eine Marge von null bedeutet, dass das Bauteil genau an seiner Grenze liegt.

Teilsicherheitsbeiwerte

Aktuelle Tragwerksnormen verwenden zwei getrennte Beiwerte anstelle eines einzigen Faktors. Die Last wird erhöht: E_d = γ_F × E_k. Der Widerstand wird vermindert: R_d = R_k / γ_M. Es muss gelten E_d ≤ R_d. Bei 100 kN charakteristischer Last, Lastbeiwert 1,5, 200 kN charakteristischem Widerstand und Materialbeiwert 1,15 beträgt die Bemessungsbeanspruchung 150 kN und der Bemessungswiderstand 173,9 kN. Der Nachweis ist erfüllt.

Grenzen

Der Faktor selbst lässt sich leicht berechnen. Schwieriger ist es, Widerstand und Beanspruchung richtig zu bestimmen. Spannungskonzentrationen, Ermüdung, Knicken, Korrosion und Lastunsicherheit verändern das Ergebnis erheblich. Der ausreichende Faktor hängt von der Anwendung ab und steht in der maßgebenden Norm. Dieser Rechner liefert nur das Verhältnis. Den Faktor wählen Sie selbst.

Häufige Fragen

Wie berechnet man den Sicherheitsfaktor mit der Streckgrenze?

Eine beispielhafte Streckgrenze von 250 MPa und eine Betriebsspannung von 100 MPa ergeben den Sicherheitsfaktor 2,5. Teilen Sie die Festigkeit durch die Betriebsspannung. Dieses vorläufige Verhältnis prüft weder Ermüdung, Knicken, Korrosion noch Spannungskonzentrationen und weist allein keine sichere Bemessung nach.

Mit diesen Werten berechnen