Wie wird eine Mischverbindung aus Schweißnaht und Verschraubung berechnet?

Michael · 03 Sep. 2026

Eine Mischverbindung aus Schweißnaht und Verschraubung wird berechnet, indem die Steifigkeiten beider Verbindungsmittel analysiert und die Lastverteilung auf Basis dieser Steifigkeiten ermittelt wird. Da Schweißnähte und Schrauben sehr unterschiedlich auf Verformung reagieren, kann die Last nicht einfach hälftig aufgeteilt werden. Die folgenden Abschnitte klären die wichtigsten Fragen zur Auslegung solcher hybriden Verbindungen.

Wie verteilt sich die Last zwischen Schweißnaht und Schraube?

Die Last verteilt sich zwischen Schweißnaht und Schraube entsprechend ihrer relativen Steifigkeit, nicht entsprechend ihrer jeweiligen Tragfähigkeit. Schweißnähte sind in der Regel deutlich steifer als Schraubenverbindungen und nehmen deshalb bei gemeinsamer Beanspruchung den größten Anteil der Last auf, bevor die Schraube nennenswert beitragen kann.

Dieses Verhalten folgt dem Kompatibilitätsprinzip: Beide Verbindungsmittel erleiden bei gemeinsamer Verformung dieselbe Verschiebung. Da die Schweißnaht für eine gegebene Verschiebung eine höhere Kraft aufnimmt, wird sie zuerst plastisch verformt oder versagt, bevor die Schraube ihre volle Kapazität erreicht. In der Praxis bedeutet das, dass eine einfache Addition der Einzeltragfähigkeiten in den meisten Fällen nicht zulässig ist.

Eine Ausnahme besteht, wenn die Schraube vorgespannt ist und die Verbindung auf Reibung ausgelegt ist. In diesem Fall kann die Reibungskraft der Schraubenverbindung gemeinsam mit der Schweißnaht berücksichtigt werden, weil beide Anteile bereits bei kleinen Verformungen aktiviert werden.

Welche Normen gelten für die Berechnung von Mischverbindungen?

Für die Berechnung von Mischverbindungen aus Schweißnaht und Verschraubung im Stahlbau gilt in Europa primär die DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3, Teil 1-8). Diese Norm regelt die Bemessung von Verbindungen und enthält spezifische Anforderungen zur Kombination verschiedener Verbindungsmittel.

Die DIN EN 1993-1-8 lässt eine gemeinsame Tragwirkung von Schweißnähten und vorgespannten Schrauben unter bestimmten Bedingungen zu, schließt aber die Kombination mit nicht vorgespannten Schrauben für die gemeinsame Aufnahme derselben Kraftkomponente grundsätzlich aus. Im Maschinenbau kommen je nach Anwendungsbereich weitere Regelwerke hinzu, etwa die FKM-Richtlinie für den Festigkeitsnachweis mechanischer Bauteile oder branchenspezifische Normen wie AD 2000 für Druckbehälter.

Für dynamisch beanspruchte Verbindungen sind zusätzlich Ermüdungsnachweise erforderlich, die in der DIN EN 1993-1-9 geregelt sind. Wer eine Berechnung nach Regelwerk durchführen lässt, sollte vorab klären, welche Normen für den jeweiligen Anwendungsfall verbindlich sind.

Wie wird eine Mischverbindung analytisch berechnet?

Die analytische Berechnung einer Mischverbindung aus Schweißnaht und Verschraubung erfolgt in mehreren Schritten: Zuerst werden die Steifigkeiten der einzelnen Verbindungsmittel ermittelt, dann die Lastverteilung nach dem Steifigkeitsverhältnis bestimmt, und schließlich werden beide Komponenten getrennt auf ihre Tragfähigkeit nachgewiesen.

Steifigkeiten ermitteln und Lastverteilung berechnen

Die Federsteifigkeit einer Schweißnaht hängt von ihrer Geometrie, dem Nahttyp und dem Grundwerkstoff ab. Für Schrauben wird die Nachgiebigkeit aus Schaft, Gewinde und den verspannten Bauteilen zusammengesetzt. Aus dem Verhältnis dieser Steifigkeiten ergibt sich der jeweilige Lastanteil, den jede Komponente übernimmt.

Einzelnachweise führen

Nach der Lastverteilung werden Schweißnaht und Schraube separat nachgewiesen. Für die Schweißnaht erfolgt der Nachweis typischerweise nach der Nennspannungsmethode oder der Kerbspannungsmethode. Für die Schraube werden Zug-, Scher- und Abscherversagen geprüft. Beide Nachweise müssen die normativen Anforderungen erfüllen, bevor die Verbindung als ausreichend tragfähig gilt.

Bei exzentrischer Belastung oder Momentenbeanspruchung wird die Berechnung aufwendiger, weil die Kraftresultierenden für jedes Verbindungsmittel einzeln bestimmt werden müssen.

Wann ist eine FEM-Simulation für Mischverbindungen notwendig?

Eine FEM-Simulation ist für Mischverbindungen notwendig, wenn die Geometrie komplex ist, mehrere Lastfälle gleichzeitig wirken oder die analytischen Methoden keine konservative Abschätzung mehr liefern. Besonders bei dynamischer Beanspruchung, Temperatureinflüssen oder unregelmäßigen Nahtgeometrien stößt die Handrechnung an ihre Grenzen.

Die Finite-Elemente-Methode erlaubt es, die reale Spannungsverteilung in der Verbindungszone abzubilden, Spannungskonzentrationen an Nahtübergängen zu identifizieren und das Verformungsverhalten beider Verbindungsmittel unter gemeinsamer Last zu simulieren. Gerade bei Mischverbindungen, die unter Betriebslast plastische Verformungszonen entwickeln können, liefert die FEM-Berechnung wesentlich genauere Aussagen als vereinfachte analytische Ansätze.

Auch wenn Nachweise nach Normen wie der FKM-Richtlinie geführt werden müssen und die Spannungsverteilung nicht eindeutig analytisch bestimmbar ist, ist die numerische Simulation der zuverlässigere Weg. CE-SYS Engineering führt solche FEM-Berechnungen für Verbindungen durch und kann Spannungsnachweise sowie Verformungsanalysen für hybride Verbindungen erbringen.

Welche Fehler entstehen häufig bei der Auslegung von Mischverbindungen?

Der häufigste Fehler bei der Auslegung von Mischverbindungen ist die unzulässige Addition der Tragfähigkeiten von Schweißnaht und Schraube, ohne die unterschiedlichen Steifigkeiten zu berücksichtigen. Dieser Ansatz überschätzt die tatsächliche Tragfähigkeit der Verbindung systematisch.

Weitere typische Fehler sind:

Vernachlässigung der Fertigungsreihenfolge und ihrer Auswirkung auf den Vorspannzustand
Fehlende Ermüdungsnachweise bei wechselnder oder schwellender Belastung
Annahme gleichmäßiger Lastverteilung über mehrere Schrauben ohne Berücksichtigung der Steifigkeitsverteilung im Flansch
Nichtbeachtung von Kerbwirkungen an Schweißnahtenden, die direkt neben Schraubenlöchern liegen
Verwendung von Normen, die für die jeweilige Anwendung nicht zutreffend sind

Ein weiterer häufig übersehener Punkt ist der Einfluss von Setzerscheinungen. Schrauben verlieren nach dem Anziehen durch plastische Verformung in der Auflagefläche einen Teil ihrer Vorspannkraft, was die Lastverteilung in der Mischverbindung verändert.

Wie beeinflusst die Reihenfolge der Fertigung die Tragfähigkeit?

Die Fertigungsreihenfolge beeinflusst die Tragfähigkeit einer Mischverbindung erheblich, weil sie bestimmt, welches Verbindungsmittel unter Eigenspannung steht und wie die Last beim ersten Belasten verteilt wird. Wird zuerst geschweißt und dann verschraubt, sind die Schweißeigenspannungen beim Anziehen der Schrauben bereits vorhanden und können die Schraubenvorspannung überlagern.

Wird dagegen zuerst verschraubt und anschließend geschweißt, beeinflusst der Wärmeeintrag des Schweißprozesses die Vorspannkraft der Schrauben direkt. Die Erwärmung kann die Schraube entspannen oder sogar zu einer Vorspannungsumkehr führen, wenn die Abkühlung des Schweißguts die Bauteile gegeneinander verspannt.

Für die Berechnung bedeutet das, dass der Ausgangszustand der Verbindung vor der Betriebsbelastung nicht allein aus der Konstruktionszeichnung abgelesen werden kann. Die Fertigungshistorie muss dokumentiert und in die Berechnung einbezogen werden, wenn eine realistische Tragfähigkeitsaussage getroffen werden soll.

Wie CE-SYS Engineering bei der Berechnung von Mischverbindungen unterstützt

Die Auslegung einer hybriden Verbindung aus Schweißnaht und Verschraubung erfordert sowohl normatives Wissen als auch numerische Kompetenz. CE-SYS Engineering begleitet Unternehmen von der analytischen Vorauslegung bis zum abgesicherten Festigkeitsnachweis:

Analytische Berechnung der Lastverteilung auf Basis der Steifigkeitsverhältnisse
FEM-Simulation zur Ermittlung realer Spannungsverteilungen in der Verbindungszone
Nachweisführung nach DIN EN 1993-1-8, FKM-Richtlinie und weiteren anwendbaren Normen
Ermüdungsnachweise für dynamisch beanspruchte Verbindungen
Bewertung des Einflusses der Fertigungsreihenfolge auf den Vorspannzustand

Wenn Sie eine Mischverbindung auslegen oder eine bestehende Konstruktion absichern möchten, sprechen Sie direkt mit den Ingenieuren von CE-SYS Engineering. Jetzt Kontakt aufnehmen und Ihr Berechnungsprojekt besprechen.