Sicherheitskoeffizient.

Die Ermittlung des Sicherheitskoeffizienten ist eine komplizierte und verantwortliche Aufgabe. Ein sehr hoher Sicherheitskoeffizient führt meistens zu einem sicheren Entwurf und zum Wert eines höheren Gewichts und damit auch eines höheren Preises und umgekehrt. Es handelt sich um den grundlegenden Ingenieurkompromiss "Preis versus Sicherheit". Die Berufsorganisation spezifiziert oft die Mindestsicherheitskoeffizienten für die verschiedenen Systeme, jedoch liegt die Verantwortung voll beim Konstrukteur, einen solchen Sicherheitskoeffizienten festzulegen, der eine entsprechende Sicherheit bei der Beibehaltung eines akzeptablen Preises sichern würde. Der Sicherheitskoeffizient kann sich dabei in einem sehr breiten Spektrum bewegen. Für eine militärische Rakete kann ein Koeffizient von etwa 1.0 genügend sein (einmalige Verwendung, kurze Lebensdauer), für Kampfflugzeuge 1.2 (ist mit einem Fallschirm ausgestattet, durchläuft einen Inspektionsprozess), die zivile Luftfahrt bewegt sich im Bereich 1.5 (Inspektionsprozeß, regelmäßige Wartung). Auf dem anderen Ende des Spektrums kann beispielsweise ein Staudamm sein, mit einem Sicherheitskoeffizienten höher als 20 (Betriebsdauer einige Jahrzehnte, eine Störung hat katastrophale Folgen).

Für eine einfachere Orientierung führen wir hier einige Modelle für die Ermittlung des entsprechenden Sicherheitskoeffizienten auf, die in der Fachliteratur publiziert sind. Für ein besseres Verständnis der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsproblematik empfehlen wir jedoch das Studium der Fachliteratur.

Joseph P. Visodic.

Im Jahre 1948 publizierte er seine Empfehlungen für die Festlegung des minimalen Sicherheitskoeffizienten, die in der Tabelle unten aufgeführt sind. Der Sicherheitskoeffizient für die dehnbaren Werkstoffe beruht auf der Streckgrenze. Für spröde Werkstoffe beruht er auf der Zugfestigkeit und im Vergleich zu den für die dehnbaren Werkstoffe aufgeführten Werten ist er doppelt so groß. Der Sicherheitskoeffizient für die zyklische Belastung beruht auf der Dauerfestigkeit. Die Stoßbelastung erfordert einen Mindestsicherheitskoeffizienten 2, multipliziert mit dem Stoßkoeffizienten - in der Regel im Bereich 1.1-2.0.

Der empfohlene Sicherheitskoeffizient für die dehnbaren Werkstoffe, ist ausgelegt für die Streckgrenze.

Sicherheits
koeffizient
Belastungs
kenntnis
Kenntnis
der zulässigen Spannung
Kenntnis der
Werkstoffeigenschaften
Kenntnis
der Umgebung
1.2-1.5 genau genau sehr gut voll unter Kontrolle
1.5-2.0 gut gut sehr gut konstant
2.0-2.5 gut gut durchschnittlich üblich
2.5-3.0 durchschnittlich durchschnittlich zufällig getestet üblich
3.0-4.0 durchschnittlich durchschnittlich nicht geprüft üblich
3.0-4.0 unbestimmt unbestimmt unbestimmt

Robert L. Norton.

Der Gesamtwert des Sicherheitskoeffizienten ist eine Kombination von Sicherheitskoeffizienten, die auf den Werkstoffeigenschaften, der Genauigkeit des Berechnungsmoduls und den Kenntnissen der Arbeitsumgebung beruhen.

Sicherheitskoeffizient SF

wo SF1, SF2, SF3 eine Auswahl aus der folgenden Tabelle ist.

Sicherheits
koeffizient
SF1 - Werkstoffeigenschaften (aus Tests) SF2 - Belastungsbedingungen (Kenntnis) SF3 - Arbeitsumgebung
1.3 Gut bekannt/charakteristisch Durch Testung bestätigt Ebenso wie Werkstofftestbedingungen
2 Gut approximiert Gut approximiert Kontrolliert, Zimmertemperatur
3 Passend approximiert Passend approximiert Mäßig anspruchsvoll
5+ Grob approximiert Grob approximiert Extrem anspruchsvoll

Pugsley, A.G.

er empfiehlt, den gesamten Sicherheitskoeffizienten als das Produkt von zwei Koeffizienten zu ermitteln.

SF = SF1 * SF2

wo:

Parameterbedeutung:

  1. Werkstoffqualität, Bearbeitungsniveau, Wartung, Servicekontrollen
  2. Kontrolle der möglichen Überlastung
  3. Genauigkeit der Spannungsanalyse, Kenntnis der Experimentaldaten oder Erfahrungen mit ähnlichen Bauteilen
  4. Gefährdung der Menschen bei Bauteilversagen
  5. Ökonomische Auswirkung bei Bauteilversagen
Parameter A Parameter C Parameter B
B=1 B=2 B=3 B=4
A=1 C=1  
C=2
C=3
C=4
1.10  
1.20
1.30
1.40
1.30  
1.45
1.60
1.75
1.50  
1.70
1.90
2.10
1.70  
1.95
2.20
2.45
A=2 C=1  
C=2
C=3
C=4
1.30  
1.45
1.60
1.75
1.55  
1.75
1.95
2.15
1.80  
2.05
2.30
2.55
2.05  
2.35
2.65
2.95
A=3 C=1  
C=2
C=3
C=4
1.50  
1.70
1.90
2.10
1.80  
2.05
2.30
2.55
2.10  
2.40
2.70
3.00
2.40  
2.75
3.10
3.45
A=4 C=1  
C=2
C=3
C=4
1.70  
1.95
2.20
2.45
2.15  
2.35
2.65
2.95
2.40  
2.75
3.10
3.45
2.75  
3.15
3.55
3.95

Wo die Bewertung was bedeutet: 1=Sehr gut; 2=Gut; 3=Genügend; 4=Schlecht

Parameter D Parameter E
E=1 E=2 E=3
D=1  
D=2
D=3
1.0  
1.2
1.4
1.0  
1.3
1.5
1.2  
1.4
1.6

Wo die Bewertung was bedeutet: 1=Minimal; 2=Mittelmäßig; 3=sehr ernst

Fachliteraturverzeichnis.