Torsionsbelastung

Die Torsionsbelastung ist eine Form der Momentbelastung, bei der ein Drehmoment um die Längsachse eines Bauteils wirkt. Sie erzeugt Schubspannungen in den Querschnittsebenen und bewirkt eine Verdrehung des Bauteils um seine Achse. Typische Einsatzbereiche sind Wellen, Achsen, Hampel- und Hebezeuge sowie Verbindungselemente im Antriebsstrang.

Für kreisförmige Querschnitte gilt eine der zentralen Beziehungen der Torsionslehre: Die Schubspannung hat senkrechte Flächen und steigt linear mit dem Radius an. Tau maximal ist Tau_max = T·c/J, wobei T das auf den Querschnitt wirkende Drehmoment, c der Abstand vom Mittelpunkt bis zur äußeren Faser (also c = d/2) und J der Flächenträgheits- bzw. polare Trägheitsmomenteinheit ist. Beim Kreisquerschnitt J = π d^4 / 32. Die Verdrehung pro Längeneinheit lautet Theta/L = T/(G·J), wobei G der Schubmodul ist. Damit lässt sich die Gesamtverdrehung über eine Länge L bestimmen: Theta = T·L/(G·J).

Bei nicht kreisförmigen Querschnitten tritt Warping auf, und es wird eine torsionsbezogene Größe verwendet, die als torsionskonstante Jt bezeichnet wird. Die Berechnung wird komplexer; oft kommen Annäherungslösungen oder Finite-Elemente-Analysen zum Einsatz.

Design- und Praxisaspekte: Torsion beeinflusst Tragfähigkeit, Steifigkeit und Ermüdung. Bei zyklischer Torsion sind Ermüdungsfestigkeit und Sicherheitsfaktoren entscheidend. Messung erfolgt durch Dehnungsmessstreifen, Spannungsanalyse oder FE-Berechnungen, unterstützt durch normative Vorgaben und Konstruktionsrichtlinien.