BN 10 - Broetje-Automation...Kleinste Nahtdicke (DIN 18800; DIN 15018) Für t ≤ 30 mm Für t > 30...

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BN 10.060

31.08.2012

Grundlagen Stahlbaukonstruktion

1. Allgemeine Gestaltungsgrundsätze für die Erstellung von Schweißkonstruktionen

2. Tragwerke, Träger, usw.

3. Blechbau, Kastenträger

Anhang

4. Zeichnungserstellung

Anhang 2 Alternativen zum Schweißen im kaltgeformten Bereich Zwei Beispiele

5. Übliche Schweißnähte bei Brötje- Automation

1 © Broetje-Automation GmbH 31.08.2012

Änderungsstand und Freigabe

Änderungsstand:

04 Änderung Freigabemodul Sebasatian Otholt 25.11.2014

03 Logo geändert Lüder Wilken 31.08.2012

02 Kap. 1.6 Text geändert; Kap. 5 hinzu; Anhang 1 entfällt Lüder Wilken 29.06.09

01 Erstellung Version 1 Lüder Wilken 28.05.09

Index Benennung Name Datum

Freigabe:

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und freigegeben. Ausdrucke und lokal gespeicherte Kopien sind zu

prüfen. Sie unterliegen nicht dem Änderungsdienst. Die

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für Werksnormen für Externe.


1. Allgemeine Gestaltungsgrundsätze für die Erstellung von Schweißkonstruktionen

1.1 Möglichst wenig Schweißnähte anordnen! Walz- und Kaltprofile verwenden.

1 2 3 4

5 6

6 Teile

1 2 3

4

4 Teile


1.2 Auf stetigen Kraftfluss achten!

Jede Richtungsänderung des Kraftflusses führt zum Entstehen von Spannungsspitzen (Kerbwirkung), die

umso höher sind, je stärker der Kraftfluss gestört ist. Bei ruhender Belastung können durch Kerben

entstandene Spannungsspitzen durch Plastisierbarkeit des Werkstoffes abgebaut werden. Bei dynamischer

Beanspruchung ist dies jedoch nicht möglich. Die Kerbe kann zum Ausgangspunkt eines Dauerbruchs führen.

Stumpfnähte sind vorzuziehen. Kehlnähte am T-Stoß als Doppelnaht ausführen. Krasse Querschnittssprünge

sind zu vermeiden.

Ungünstiger Kraftfluss besserer Kraftfluss ( 1:4 oder flacher)

1.3 Schweißnähte möglichst symmetrisch anordnen!

Einseitiger Verzug bzw. Verdrehung wird vermieden und damit notwendige Richtarbeiten minimiert.


1.4 Nahtanhäufungen und Nahtkreuzungen sind zu vermeiden!

Es treten sonst durch Schrumpfspannungen erzeugte mehrachsige Spannungszustände auf, die eine Verformungsbehinderung

verursachen und zur Rissbildung führen können.

1.5 Ausschnitte

Einspringende Ecken und Ausschnitte sind mit mindestens 8 mm Radius auszurunden

1.6 Schweißnahtvorbereitung

Bei der Schweißnahtvorbereitung ist die DIN EN ISO 9692 zu beachten.

günstiger


1.7 Trägerausteifungen

Die wirtschaftliche Ausnutzung des Werkstoffes erfordert bei Biegeträgern die Verwendung dünner Stegbleche. Die damit

verbundene Gefahr des Beulens wird durch die Anordnung von Aussteifungen behoben.

An Aussteifungs- und Eckblechen ist ein genügend großer Freischnitt zu lassen. Ein kreisförmiger Freischnitt ist einem geraden

Eckabschnitt vorzuziehen, weil dieser leichter zu umschweißen und Spannungsgünstiger ist.

mmR 35


1.8 Schweißen in kaltgeformten Bereichen

Wenn in kaltgeformten Bereichen einschließlich der angrenzenden Bereiche der Breite 5*t geschweißt wird, sind die

Grenzwerte min (r/t) nach unten stehender Tabelle einzuhalten. Zwischen den Werten der Zeilen 1 bis 5 darf linear interpoliert

werden.

Die Werte der Umformgrade nach unten stehender Tabelle brauchen nicht eingehalten werden, wenn kaltgeformte Teile vor

dem schweißen normalgeglüht werden.

1 2

max t mm min (r/t)

1 50 10

2 24 3

3 12 2

4 8 1,5

5 4 1

6 < 4 1

5 * t

5 *

t

r t

Siehe auch Anhang 2


1.9 Randabstand e

Der Randabstand sollte e ≥ 2 x a betragen

1.10 Langlochschweißungen, Langlochbreite c

Bei Kehlnähten in Langlöchern ist eine

Langlochbreite von c ≥ 3 x t vorzusehen


1.11 Kehlnahtdicke, Nahtdickenbegrenzung

Die Nahtdicke von Kehlnahtverbindungen sollte im Allgemeinen der statischen Berechnung entnommen werden und in der

technischen Dokumentation (Zeichnungen) angegeben sein.

Es sind bestimmte Grenzmaße zu beachten:

Mindestnahtdicken – a min mma 2min

5,0maxmin ta

mma 5min

mm

Kleinste Nahtdicke (DIN 18800; DIN 15018)

Für t ≤ 30 mm

Für t > 30 mm

Maximale Nahtdicke – a max

Bei der Ausführung von Kehlnähten ist zu beachten, dass diese Nähte nicht nach dem Grenzmaß a max ausgerichtet

werden, sondern nur die notwendige rechnerische Dicke aufweisen sollten.

Für a > 4,0 mm muss mehrlagig geschweißt werden. Auf Zugänglichkeit achten!

minmax *7,0 ta


1.12.1 Beanspruchung in Dickenrichtung, Terassenbruch

1.12 Beanspruchung in Dickenrichtung

Bei Beanspruchung in Dickenrichtung von Walzerzeugnissen ist häufig das Formänderungsvermögen gegenüber den Längs- oder

Querrichtung vermindert. Ursache hierfür sind beim Walzen entstehende schichtweise Anordnungen von nichtmetallischen

Einschlüssen parallel zur Oberfläche. Diese Einschlüsse nehmen bei Beanspruchung an der Formänderung nicht im gleichen Maß

wie die metallische Matrix teil. Daraus resultiert die Gefahr von Brüchen parallel zur Oberfläche von Walzerzeugnissen.


besser

a. Konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung von Terrassenbrüchen (beste Lösung)

Vermeidung von unnötigen Nahtvolumen:

besser

Anschluss über die Dicke des Bleches

Vergrößern der Schweißnahtbasis:

besser

besser

b. Werkstoffbezogene Maßnahmen zur Vermeidung von Terrassenbrüchen (teuer & unsicher)

Die werkstoffbezogenen Maßnahmen zielen darauf ab, das Formänderungsvermögen bei Beanspruchung in Dickenrichtung zu

verbessern. Insbesondere Stähle mit geringer Brucheinschnürung in Dickenrichtung sind durch Terrassenbruch gefährdet.

Vergrößern der Schweißnahtbasis:

11 © Broetje-Automation GmbH Datum

1.12.2 Beanspruchung in Dickenrichtung, Dopplungen

Bleche und Breitflachstähle in Haupttragteilen der Klasse E (nicht vorwiegend ruhend beansprucht), die in Dickenrichtung auf

Zug beansprucht werden, müssen ab einer Nenndicke von 10 mm ultraschallgeprüft sein.

Beispiel 1 : U180 Treppenwange mit

Zwischenbleche

Beispiel 2:


2. Rahmen und Rahmentragwerke

Rahmen bestehen aus folgenden Bauteilen:

- horizontale oder geneigte Träger = Riegel oder Binder.

- vertikale Träger, deren Fußpunkte gelenkig gelagert werden = Stiel oder Stütze.

-Verbindung zwischen Riegel und Stütze = Rahmenecke.

Stütze und Riegel sind Biegeträger und werden durch Normal-, Querkraft und Biegemoment beansprucht. Rahmenecken

sind biegesteife Verbindungen, die keine Verdrehung der Enden von Stütze und Riegel zulassen. Rahmenecken werden als

vollständig geschweißte oder als teilweise geschweißte und geschraubte Verbindung ausgeführt.

Rahmen und deren Bauteile bedürfen einer statischen Auslegung (Dimensionierung) auf die hier nicht weiter eingegangen

wird.

2.1 gestalterische Ausführungen von Rahmen und Rahmenecken

2.1.1 Konstruktion aus offenen Querschnitten (für vorwiegend ruhende Beanspruchung).

Vorteile:

- Anschlüsse können einfach konstruiert und gefertigt werden.

- leere Kammern können für Installationen genutzt werden.

-Standartwalzprofile können oftmals genutzt werden. (z.B. DIN 1025-1 bis 4)

Nachteile:

-geringes Flächen- bzw. Widerstandsmoment in einer Richtung.

-Konservierung aufwendiger.

-


aF = 0,7 * t

F

aS = 0,7 * t

S

Konstruktives Beispiel für geringe Moment- und Querkraftbeanspruchung

Die Schweißnähte bedürfen

keine weiteren Nachweise, wenn

folgend Bedingungen erfüllt

werden:

14 © Broetje-Automation GmbH Datum

Anordnung von Aussteifungen (siehe auch 1.7).

Quersteifen sind im Bereich großer Querkräfte und an Stellen großer Krafteinleitungen anzuordnen.

Längssteifen sind bei Trägern mit großen Steghöhen im Bereich großer Biegemomente anzuordnen.

z.B. Flächenlast

Querkraftverlauf

Biegemomentenverlauf

Beispiel eines verstärkten Biegeträgers mit Flächenlast

Quersteifen Längssteifen


2.1.2 Geschlossener Querschnitt, Rohrkonstruktionen

Für Schweißkonstruktionen müssen grundsätzlich warmgefertigte Hohlprofile (DIN EN 10210) verwendet werden.

Vorteile:

- nahezu gleiches Flächenträgheits- und Widerstandsmoment in beide Richtung.

- Konservierung einfacher.

-

Nachteile:

- Anschlüsse sind aufwendig zu Konstruieren und zu fertigen.

- Hohe Materialkosten (um Faktor 2 höher als bei Walzprofilen)

Konstruktive Einzelheiten

Anschlüsse sollten über den gesamten Umfang als Stumpfnaht, als Kehlnaht oder als eine Kombination aus diesen

Nahtarten hergestellt werden.

Bei aufgesetzten Hohlprofilen mit Wanddicken ta ≤ 3 mm muss die Schweißnahtdicke mindestens gleich des aufgesetzten

Profils sein: a = ta

Bei aufgesetzten Hohlprofilen mit Wanddicken > 3 mm muss die Schweißnahtdicke mindestens gleich der Wanddicke des

aufgesetzten Profiles sein: a ≥ ta, mindestens jedoch 3 mm

Aus konstruktiven Gründen kann eine größere Schweißnahtdicke erforderlich sein.

Gültigkeitsbereich:

Rohrdurchmesser: d ≤ 500 mm

Hohlprofilmaße: b ≤ 400 mm / h ≤ 400 mm

0,5 ≤ h/b ≤ 2,0

t ≥ 1,5 mm (für S355)

t ≤ 25 mm (für S355)

d/t ≤ 67 (für S355)

b/t ≤ 36 (für S355)

Aufgesetztes

Hohlprofil


Ausführung der Schweißnähte

Bei Anschlüssen von Hohlprofilen untereinander sind die Bereiche A, B und C zu unterscheiden. Bei

Anschlüssen von Rechteckhohlprofilen untereinander gelten folgende Festlegungen:

A C B

B

α

Im Bereich A:

Die Schweißnaht soll bei Anschlusswinkeln α < 45° als HV-Naht ausgebildet

werden (Bild 1). Bei α ≥ 45° ist auch eine Kehlnaht möglich (Bild 2).

bu

ba

Breitenverhältnis γ

bu

ba

A A

Bild 1 Bild 2

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Im Bereich B

Für γ ≤ 0,8: Die Schweißverbindungen dürfen als Kehlnähte ausgeführt werden (Bild 3).

Für γ > 0,8: Schweißen ist aufgrund der Eck-Radien nicht immer möglich (Bild 4) und sollte

vermieden werden. Bei kleinen Eckradien kann ein sicheres Durchschweißen nicht

sichergestellt werden. Die Schweißnähte müssen als V-Naht ausgebildet werden (Bild 5).

B B B

Bild 3 Bild 4 Bild 5

Bereich C

Die Schweißnähte im spitzen Winkel dürfen nur als Kehlnähte ausgeführt werden (Bild 6).

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Biegesteife Rahmenecken aus Rechteckhohlprofilen

Gültigkeitsbereich:

b ≤ 300 mm

h ≤ 300 mm

0,33 ≤ h/b ≤ 3,5

t ≥ 2,5 mm

t ≤ 25 mm (für S355)

d/t ≤ 67 (für S355)

b/t ≤ 36 (für S355)

Auf den Schweißnahtnachweis kann verzichtet

werden, wenn folgende Tabellen gilt:

h/b b/t

1 ≥15

1,2 ≥15,5

1,4 ≥16,5

1,6 ≥17,5

1,8 ≥19

2 ≥21,5

für hochkant stehende Rechteck- Hohlprofile

für flachliegende Rechteck-Hohlprofile

h/b b/t

1 ≥15

1,2 ≥14,5

1,4 ≥14

1,6 ≥14,5

1,8 ≥15

2 ≥15,5

Die Gestaltfestigkeit bzw. Tragfähigkeit wird

nach DIN 18808 bestimmt

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3. Blechbau, Kastenträger

Wenn große Bauteildicken notwendig sind, empfiehlt sich eine Ausführung in Kasten- oder Zellenbauweise, bei der die

Querschnitte der einzelnen Bleche verkleinert werden können.

Vorteile:

- kleinere Schweißnahtdicken d.h. Einsparung von Schweißgut

- dem Werkstück wird weniger Wärme beim Schweißen zugeführt d.h. weniger Verzug

- Kostensenkung durch Wegfall von Dickenaufpreise bei Verwendung von Blechstärken bis t = 25 mm

- die Gefahr des Sprödbruches infolge mehrachsiger Spannungszustände in großen

Blechquerschnitten wird entgegengewirkt

- Gewichtsersparnis

Ungünstige

Querschnittsgestaltung bei

Zugbeanspruchung

Günstigere


Zugbeanspruchung

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Ungünstige


Biegebeanspruchung

Günstigere


Biegebeanspruchung

Hinweis:

Bei Brötje Automation wird in vielen Fällen nicht nach dem Grundsatz der der zulässigen Spannung, d.h. der

zulässigen Beanspruchung, entworfen, sondern nach dem Grundsatz der zulässigen Verformung. Es muss also

eine möglichst große Formsteifigkeit gegeben sein. Dies wird durch große Querschnittsflächen bzw. große

Flächenträgheitsmomente erreicht.

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4. Zeichnungserstellung

Es sind alle Schweißnähte darzustellen. Hierbei ist die Symbolik nach DIN EN 22553 zu verwenden. Die Zeichnungen sind

fertigungsgerecht aufzubauen und zu vermaßen. Das Gewicht des Schweißteiles ist auf der Schweißteilzeichnung zu

vermerken. Bei Einzelteilzeichnungen ist die Schweißnahtvorbereitung darzustellen.

Maßzahlen sind möglichst auf ganze Millimeter zu runden. Um Symmetrien u.ä. auszunutzen 1/10 Millimeter.

Im Unterschied zum Maschinenbau ist es üblich (geschlossene) Maßketten einzutragen. Bezugsbemaßung ist im Stahlbau oftmals

wenig fertigungsgerecht.

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Bei gebogenen Teilen ist es häufig sinnvoll Bogenmaße zu setzen. Der Krümmungsradius, auf den sich das Bogenmaß

oder die Bogenmaßkette bezieht, muss in Klammern hinter das Bogenmaß oder die Bogenmaßkette gesetzt werden.

Ansicht eines gebogenen Trägers (Walzprofil) mit

Anbauteilen Fertigungsgerecht vermasst.

Ansicht eines gebogenen Trägers (Walzprofil) mit

Anbauteilen nicht Fertigungsgerecht vermasst.

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5. Übliche Schweißnähte bei Brötje Automation

Beispiel Doppelkehlnaht Beispiel Umlaufende Kehlnaht

Keine Schweißnahtvorbereitung. a-Maße zwischen 2 und 15 mm möglich. Bevorzugte Auswahl zwischen 3 und 8 mm. Auswahl ist

abhängig von der Blechstärke und der statischen Betrachtung. Umlaufende Kehlnähte sind zu bevorzugen. Siehe Kap. 1.11.

Achtung: Kehlnähte mit einem a-Maß über 4 mm werden durch einen

mehrlagigen Aufbau erzeugt (Aufwand).

Beispiel mehrlagige Kehlnaht a = 10 mm, Anzahl der Lagen ca. 4 bis 5

a-min a-max

zulässige

Kehlnahtstärken

bei BA

2 mm

15 mm

(Rückspr.

SFI)

zu

bevorzugender

Bereich BA

3 mm 8 mm

5.1 Kehlnaht / Kehlnahtdarstellung

Erklärende Darstellung

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1 2

3

4

5


5.2 V-Naht / V-Nahtdarstellung

Beispiel halbe V-Naht Beispiel V-Naht

Einzelteil 02

α = 50° bis 60 ° bei kleinen Wandstärken a = 45° möglich

c = 1 bis 2 mm

Für Blechstärken t zwischen 3 mm und 20 mm.

Achtung bei großen Blechstärken werden V-Nähte mit vielen Lagen

aufgebaut (Aufwand). Beispiel Blechstärke t = 15 mm, Anzahl der

Lagen ca. 5 bis 6.


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1

2

3 4

5 6


5.3 Y-Naht / Y-Nahtdarstellung

Beispiel halbe Y-Naht Beispiel Y-Naht

C = Nahttiefe. C wird als Zahlenwert (in mm) vor das Y-Symbol geschrieben. α = 60° bei kleinem C ist α = 45° möglich. C

ist allein Abhängig von statischen Anforderungen.

C

t

C

Einzelteil 02

5.4 I-Naht / I-Nahtdarstellung

Keine Schweißnahtvorbereitung. Für Blechstärken bis 3 mm.

Beispiel I-Naht

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5.5 Versetzte, unterbrochene Schweißnaht


Symbol

Beispiel

Die zu verschweißende Naht muss aufgeteilt

(siehe erklärende Darstellung) und das Symbol

entsprechend ausgefüllt werden. Die Enden sind

zu umschweißen.

Am Beispiel von Kehlnähten

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Übliche Schottblechkonstruktion bei BA. Hier wird

im kaltgeformten Bereich geschweißt. Es gilt die

Tabelle Kap. 1.8

d12

(4)

2 Anhang Alternativen zum Schweißen im kaltgeformten Bereich

5,1min

t

R

5,18

12

mm

mmzulässig

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