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Festigkeitslehre

Flächenträgheitsmoment Kreis (Vollquerschnitt)

Flächenträgheitsmoment einer Vollwelle oder eines Rundstabs – der Durchmesser geht mit der vierten Potenz ein.

Umstellen nach

Für den Vollkreis mit Durchmesser d beträgt das axiale Flächenträgheitsmoment I = π · d⁴ / 64. Wegen der Kreissymmetrie gilt dieser Wert für jede Achse durch den Mittelpunkt – ein Rundstab ist in alle Richtungen gleich biegesteif.

Der Durchmesser geht mit der vierten Potenz ein: Eine Welle mit 10 % mehr Durchmesser ist rund 46 % biegesteifer. Umgekehrt ändert sich bei der Umstellung nach d der nötige Durchmesser nur mit der vierten Wurzel aus dem geforderten I.

I wird für die Durchbiegung von Wellen und Achsen sowie für den Knicknachweis von Rundstäben und Stützen benötigt. Das polare Flächenträgheitsmoment für Torsion ist doppelt so groß: I_p = π · d⁴ / 32.

Größen und Einheiten

SymbolBedeutungEinheit
Flächenträgheitsmomentaxiales Flächenmoment 2. Grades um eine Achse durch den Mittelpunkt (1 cm⁴ = 10 000 mm⁴)mm⁴
DurchmesserDurchmesser des Vollkreises (nicht Radius!)mm

Rechner

mm⁴
mm

Ergebnis

Rechenweg

  1. Werte eintragen, eine Größe leer lassen, „Lösen“ drücken.

GrafikFlächenträgheitsmoment über dem Durchmesser

Flächenträgheitsmoment über dem DurchmesserArbeitspunkt bei d = 50 mm und I = 306 796 mm⁴.0500 0001 000 0001 500 000020406080100d in mmI in mm⁴306 79650
Beispiel: ≈ 306 800 mm⁴ (30,7 cm⁴)

Ergebnis ohne Gewähr – ersetzt keine Fachplanung.

Beispiel

Eine Antriebswelle aus Vollmaterial hat 50 mm Durchmesser. Wie groß ist ihr Flächenträgheitsmoment?

  1. Gegeben: d = 50 mm.
  2. Formel: I = π · d⁴ / 64.
  3. Einsetzen: I = π · (50 mm)⁴ / 64 = π · 6 250 000 / 64 mm⁴ ≈ 306 796 mm⁴.
  4. In Tabellenbuch-Einheiten: 306 796 mm⁴ ≈ 30,7 cm⁴.

Ergebnis: ≈ 306 800 mm⁴ (30,7 cm⁴)

Gültigkeit & Hinweise

  • Gilt für den Vollkreis bezogen auf eine Achse durch den Mittelpunkt.
  • Für Rohre (Kreisring) gilt I = π · (D⁴ − d⁴) / 64 mit Außen- und Innendurchmesser (eigene Formel in diesem Bereich).
  • Bei Wellen mit Nuten, Absätzen oder Bohrungen ist der kleinste wirksame Querschnitt maßgebend.

Typische Fehler

  • Radius statt Durchmesser einsetzen (Faktor 16).
  • Die Formel für I_p (π · d⁴ / 32) mit der für I (π · d⁴ / 64) verwechseln.