Definition des Sicherheitsfaktors
Je höher der Sicherheitsfaktor ist, desto sicherer ist das Produkt oder die Struktur. Ein Sicherheitsfaktor von 1 bedeutet, dass eine Struktur oder ein Bauteil sofort versagen wird, wenn die Bemessungslast erreicht ist, und keine zusätzliche Last mehr aufnehmen kann. Strukturen oder Komponenten mit Sicherheitsfaktoren kleiner als eins sind nicht zulässig. Wenn die Folgen eines Versagens schwerwiegend sind, wie z. B. der Verlust von Menschenleben oder Körperverletzungen, wird ein höherer Sicherheitsfaktor entweder durch die Konstruktion oder durch das Gesetz vorgeschrieben.
Je höher der Sicherheitsfaktor ist, desto sicherer ist das Produkt oder die Struktur. Ein Sicherheitsfaktor von 1 bedeutet, dass eine Struktur oder ein Bauteil sofort versagen wird, wenn die Bemessungslast erreicht ist, und keine zusätzliche Last mehr aufnehmen kann. Strukturen oder Komponenten mit Sicherheitsfaktoren kleiner als eins sind nicht zulässig. Wenn die Folgen eines Versagens schwerwiegend sind, wie z. B. der Verlust von Menschenleben oder Körperverletzungen, wird ein höherer Sicherheitsfaktor entweder durch die Konstruktion oder durch das Gesetz vorgeschrieben.
Einfach ausgedrückt: Strukturen oder Geräte müssen mehr Gewicht tragen können, als sie bei normaler Nutzung tragen würden, um sicherer zu sein. Der Sicherheitsfaktor (auch Sicherheitskoeffizient genannt, Safety Coefficient) gibt an, um welchen Faktor das Design sicher ist.
Typische Gesamtsicherheitsfaktoren
Nachstehend finden Sie eine Tabelle mit typischen Sicherheitsfaktoren von Geräten, die von Engineering ToolBox zur Verfügung gestellt wurde:
| Ausrüstung | Sicherheitsfaktor
– FoS – |
| Luftfahrzeugkomponenten | 1.5 – 2.5 |
| Heizkessel | 3.5 – 6 |
| Bolzen | 8.5 |
| Räder aus Gusseisen | 20 |
| Motorkomponenten | 6 – 8 |
| Schwerlastwellen | 10 – 12 |
| Hebegeräte – Haken | 8 – 9 |
| Druckbehälter | 3,5–6 (in der Bauvorschrift angegeben) |
| Turbinenkomponenten – statisch | 6 – 8 |
| Turbinenkomponenten – rotierend | 2 – 3 |
| Feder, groß, hochbelastbar | 4.5 |
| Stahlbauarbeiten in Gebäuden | 4 – 6 |
| Stahlbauarbeiten an Brücken | 5 – 7 |
| Drahtseile | 8 – 9 |
Allgemeine Empfehlungen
| Anwendungen | Sicherheitsfaktor
– FoS – |
| Für den Einsatz mit sehr zuverlässigen Materialien, bei denen die Belastungs- und Umgebungsbedingungen nicht so streng sind und bei denen das Gewicht eine wichtige Rolle spielt | 1.3 – 1.5 |
| Für die Verwendung mit zuverlässigen Materialien, bei denen die Belastungs- und Umgebungsbedingungen nicht so streng sind | 1.5 – 2 |
| Für die Verwendung mit gewöhnlichen Materialien, bei denen die Belastungs- und Umgebungsbedingungen nicht sehr streng sind | 2 – 2.5 |
| Für den Einsatz von weniger bewährten und für spröde Materialien, wo Belastung und Umweltbedingungen nicht streng sind | 2.5 – 3 |
| Für die Verwendung von Materialien, deren Eigenschaften nicht zuverlässig sind und deren Belastungs- und Umgebungsbedingungen nicht streng sind, oder wenn zuverlässige Materialien unter schwierigen Umgebungsbedingungen verwendet werden | 3 – 4 |
Berechnung
Alle Berechnungen messen im Grunde das Gleiche: Wie viel zusätzliche Belastung über die geplante Belastung hinaus kann eine Konstruktion aushalten? Eine einfache Berechnung des Sicherheitsfaktors lautet:
Sicherheitsfaktor-Gleichung | SafetyCulture
Viele Sicherheitsfaktor-Rechner stehen online zur Verfügung, um die Sicherheitszahl zu berechnen, wenn die maximale Spannung und die zulässigen Spannungswerte bekannt sind.
Bedeutung des Sicherheitsfaktors
Der Sicherheitsfaktor hängt von der jeweiligen Situation ab. Die Systeme sind absichtlich so ausgelegt, dass sie viel stärker sind, als es für normale Einstellungen erforderlich ist. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sie auch unter extremen Bedingungen wie Notsituationen, zusätzlicher Belastung, Überbeanspruchung oder verschleißbedingter Abnutzung weiterhin funktionieren. Darüber hinaus gibt es weitere Gründe, warum die Verwendung von Sicherheitsfaktoren im Design wichtig ist:
- Erhält die Funktionalität der Konstruktion für die Zukunft und bietet gleichzeitig zusätzliche Sicherheit für die aktuelle Nutzung
- Verhindert Schäden an Eigentum, Arbeitern und Maschinen
- Bietet Schutz für unvorhersehbare Risiken, die bei der Nutzung eines Produkts oder einer Dienstleistung auftreten können
- Verringert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Produkt versagt
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Auswahl der Sicherheitsfaktoren
Nach A Textbook of Machine Design von R. S. Khurmi und J. K. Gupta basiert die Auswahl des geeigneten Sicherheitsfaktors, der bei der Konstruktion eines mechanischen Systems verwendet werden soll, auf einer Reihe von Überlegungen, darunter die folgenden:
- Material – dehnbar oder spröde; bei dehnbaren Materialien wird die Streckgrenze verwendet, bei spröden Materialien die Bruchfestigkeit.
- Streckgrenze: Bestimmt den Sicherheitsfaktor bis zum Beginn der Verformung.
- Endfestigkeit – bestimmt den Sicherheitsfaktor bis zum Versagen.
- Herstellungsprozess
- Art der Belastung
- Allgemeine Betriebsbedingungen
- Form der Teile
Beispiele
Im Folgenden werden zwei Beispiele für die Verwendung des Sicherheitsfaktors genannt:
Druckgefäße
Kessel und Druckbehälter sowie Kernkraftwerkssysteme unterliegen den Sicherheitsrichtlinien des American Society of Mechanical Engineers (ASME) International Boiler and Pressure Vessel Code, die die Konstruktion, Herstellung und Inspektion von Kesseln und Druckbehältern während des Bauprozesses regeln. Druckbehälter sind von Natur aus potenziell gefährlich. Es müssen Sicherheitsfaktoren zum Schutz vor Ausfallunsicherheiten in der Konstruktion, den verwendeten Materialien, der Herstellung, der Inspektion und dem Betrieb hinzugefügt werden.
Persönliche Absturzsicherungssysteme (Personal Fall Arrest Systems, PFAS)
Persönliche Absturzsicherungssysteme und andere Absturzsicherungsgeräte müssen mit einem hohen Sicherheitsfaktor gebaut werden. Die Norm 1915.159 der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) umreißt die Kriterien für Verbindungselemente und Verankerungen, die in der Lage sein müssen, eine Mindestzuglast von 3.000 bis 5.000 Pfund (22,24 Kn) pro Arbeitnehmer auszuhalten, sowie die Forderung nach einem vollständigen persönlichen Absturzsicherungssystem, das einen Sicherheitsfaktor von mindestens 2 hat. Wenn das Gerät unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden soll, kann ein noch höherer Sicherheitsfaktor erforderlich sein.
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SafetyCulture für den Sicherheitsfaktor
Der Sicherheitsfaktor ist eine Sicherheitsmaßnahme, die dazu dient, ein Produkt, ein System oder eine Konstruktion sicher zu machen. SafetyCulture (früher iAuditor) kann Herstellern, Ingenieuren und Inspektoren dabei helfen, externe und interne Inspektionen von Geräten durchzuführen und ihren Sicherheitsfaktor zu bewerten, um ihre Fähigkeit zu bestimmen, der maximal zulässigen Belastung standzuhalten. Mit SafetyCulture können Sie:
- Praktischere Inspektionen mit einem mobilen Gerät durchführen.
- Bei Inspektionen festgestellte Probleme erfassen, wie z. B. Systemausfälle. Bei dringenden Problemen oder Ausfällen von Geräten und Erhalt von Status-Updates in Echtzeit sofort Maßnahmen zuweisen.
- Inspektionsberichte über die App mit anderen qualifizierten Mitarbeitern teilen, um Sicherheitsinspektionen durchzuführen.
- Die Vorlagen für Sicherheitschecklisten an die Anforderungen des Systems oder der Ausrüstung anpassen, z. B. bei Druckbehältern, und die in den Branchenvorschriften festgelegten Standards erfüllen.
- Anleitungen und mobile Schulungen für die Mitarbeiter bereitstellen, die sie überallhin mitnehmen können, um sich über die ordnungsgemäße Verwendung, Inspektion und Lagerung der Ausrüstung zu informieren. Unsicherheitsfaktoren prüfen und Qualitätskontrolle des Materials während der Herstellung, Konstruktion oder Montage durchführen.
- Anlagen von jedem Ort aus verwalten, um die Sicherheit Ihrer Mitarbeiter jederzeit zu gewährleisten.
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SafetyCulture Content-Team Team
Das Content-Team von SafetyCulture bemüht sich, qualitativ hochwertige und leicht verständliche Informationen bereitzustellen. So hilft es den Lesenden, komplexe Themen zu verstehen und die Sicherheit und Qualität am Arbeitsplatz zu verbessern. Unser Autorenteam hat Erfahrung in der Erstellung von Artikel in unterschiedlichen Themenbereichen wie Sicherheit, Qualität, Gesundheit und Compliance.
