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Bild 8.4-6: Bezeichnung der Momente am Abzweig

(3) Für Abzweige sind die Terme für M_i in den Gleichungen (8.4-1), (8.4-2), (8.4-3), (8.4-4) und (8.4-6) wie folgt zu ersetzen:

1. Für die Gleichung (8.4-1):

   MA MH B2A · + B2H · ZA ZH

   (8.4-40)

2. Für die Gleichungen (8.4-2), (8.4-4) und (8.4-6):

   MA MH C2A · + C2H · ZA ZH

   (8.4-41)

3. Für die Gleichung (8.4-3):

   MA MH C2A · K2A · + C2H · K2H · ZA ZH

   (8.4-42)

worin

Z_A = π / 4 d_Rm ² · s_Rc
Z_H = π / 4 d_Hm ² · s_Hc

sind.

(4) Für Abzweige nach Abschnitt A 2.7 sind d_Rm, s_Rc, d_Hm und s_Hc in Bild 8.4-7 angegeben.

Bild 8.4-7 Stutzenabmessungen

Bezeichnungen zum Bild 8.4-7

8.4.7.3.6.2 Spannungsbeiwerte für Abzweige nach Abschnitt A 2.7

(1) Voraussetzungen für die Anwendbarkeit

Die angegebenen Spannungsbeiwerte gelten für Abzweiganschlüsse, wenn die nachfolgenden Bedingungen a) bis h) erfüllt sind:

1. Abzweigdurchmesserverhältnis
   d_Am / d_{Hm <} 0,5
2. Das Durchmesser-Wanddickenverhältnis in Rohren ist wie folgt eingeschränkt:
   d_Hm / s_Hc < 50
3. Die Achse des Abzweigs muss senkrecht auf der Hauptleitungswand stehen.
4. Die Vorschriften für Verstärkungsflächen nach Abschnitt A 4.6 sind eingehalten.
5. Der innere Rundungsradius r₁ (siehe Bild 8.4-7) liegt zwischen 0,1 und 0,5 · s_Hc.
6. Der äußere Rundungsradius r₂ (siehe Bild 8.4-7) ist mindestens der größere Wert aus s_Ac / 2 oder (s_Ac + y) / 2 (siehe Bild 8.4-7 c) und s_Hc / 2.
7. Der äußere Rundungsradius r₃ (siehe Bild 8.4-7) ist nicht kleiner als der größere Wert von 0,002 · α· d_Aa oder 2 · (sin α)³ multipliziert mit dem Wanddickensprung, wie er in Bild 8.4-7 a und Bild 8.4-7 b dargestellt ist.
8. Bei mehreren Abzweigen in einem Rohr darf die Bogenlänge zwischen den Mitten benachbarter Abzweige an der Außenfläche der Hauptleitung in Längsrichtung nicht kleiner als das 1,5fache der Summe ihrer Innendurchmesser und in Umfangsrichtung nicht kleiner als die Summe ihrer Innendurchmesser sein.

(2) Spannungsbeiwerte für Primärspannungen

(3) Spannungsbeiwerte für Primär- plus Sekundärspannungen

Die Beiwerte C₁, C_2A und C_2H können aus folgenden Beziehungen bestimmt werden:

(8.4-45)

jedoch nicht kleiner als 1,2.

Für r₂ / s_Rc größer als 12 ist zur Bestimmung von C₁ r₂ / s_Rc = 12 zu setzen.

(8.4-46)

jedoch nicht kleiner als 1,5.

(8.4-47)

jedoch nicht kleiner als 1,5.

(4) Spannungsbeiwerte für Spitzenspannungen

Die Beiwerte K_2A und K_2H für Momentenbelastungen können wie folgt gesetzt werden:

K_2A = 1,0 K_2H = 1,75

wobei das Produkt K_2H · C_2H größer als oder gleich 2,65 sein soll.

8.4.7.3.6.3 Spannungsbeiwerte für Einschweiß-T-Stücke

(1) Die in Tabelle 8.4-1 sowie die nachfolgend angegebenen Spannungsbeiwerte für Einschweiß-T-Stücke sind anwendbar, wenn diese den Anforderungen gemäß Abschnitt A 4.6.1 oder A 4.6.2 genügen.

(2) Zur Ermittlung der Spannungen aus Innendruck und Momenten sowie der Spannungsbeiwerte sind die Anschlussdurchmesser (d_Ha, dAa) und die äquivalenten Anschlusswanddicken (s_H⁺, + s_A⁺ ) gemäß Abschnitt A 4.6.1.5 oder A 4.6.2.4 zu verwenden.

(3) Spannungsbeiwerte für Primärspannungen

Die Beiwerte B_2A und B_2H können wie folgt bestimmt werden:

(8.4-48)

jedoch nicht kleiner als 1,0

(8.4-49)

jedoch nicht kleiner als 1,0

(4) Spannungsbeiwerte für Primär- plus Sekundärspannungen

Die Spannungsbeiwerte für Momentenbelastungen C_2A und C_2H betragen:

(8.4-50)

jedoch nicht kleiner als 2,0

(5) Spannungsbeiwerte für Spitzenspannungen

Die Spannungsbeiwerte für Momentenbelastungen K_2A und K_2H betragen:

8.4.8 Detaillierte Spannungsermittlung

8.4.8.1 Allgemeines

(1) Anstelle der Spannungsermittlung nach den Abschnitten 8.4.2 bis 8.4.5 dürfen die Spannungen gemäß diesem Abschnitt bestimmt werden.

(2) Zur Ermittlung einer Normalspannung 2 gilt mit 2N als Nennspannung und i als Spannungsbeiwert die Beziehung

σ = i · σ_N

Entsprechend gilt für Schubspannungen:

τ = i · τ_N

(3) In diesem Abschnitt gelten für die Nennspannungen folgende Definitionen:

Bei Belastung durch Innendruck p

Bei Belastung durch Biegemoment M_b

Bei Belastung durch Torsionsmoment M_t

(4) Für die Spannungskomponenten am Rohrquerschnitt gelten entsprechend Abschnitt 8.2.2 und Bild 8.4-8 folgende Definitionen:

σ_a: Spannungskomponente in axialer Richtung
σ_t: Spannungskomponente in Umfangsrichtung
σ_r: Spannungskomponente in radialer Richtung
τ_at = τ_ta: Schubspannungskomponenten in Umfangsrichtung und axialer Richtung

(5) Mit diesen Spannungskomponenten sind für die untersuchten Stellen die Vergleichsspannungen zu ermitteln und gemäß den Tabellen 7.7-4 bis 7.7-6 zu begrenzen.

Bild 8.4-8: Bezeichnung am Rohrbogen für detaillierte Spannungsanalyse

8.4.8.2 Rohrbögen und Biegungen

(1) Die Spannungsbeiwerte der Tabellen 8.4-2 und 8.4-3 gelten für Rohrbögen und Biegungen unter der Voraussetzung, dass die untersuchten Stellen ausreichend weit von Umfangsnähten, Längsnähten und anderen lokalen Störstellen entfernt sind. Anderenfalls sind zusätzliche theoretische oder experimentelle Untersuchungen erforderlich. Die Anwendbarkeit der Spannungsbeiwerte für Biegungen mit Wanddickenaufstauchungen größer als 15 %, bezogen auf die Nennwanddicke, (Induktivbiegungen) ist im Einzelfall nachzuweisen.

(2) Die bei den Spannungsbeiwerten verwendeten Bezeichnungen gehen aus Bild 8.4-8 hervor. Dabei sind die Momentenkomponenten wie folgt definiert:

M_x: Torsionsmoment
M_y: Biegemoment, das den Bogen aus der Krümmungsebene E_z heraus verformt
M_z: Biegemoment, das den Bogen in der Krümmungsebene E_y verformt

(3) Die in Tabelle 8.4-2 für Innendruckbelastung angeführten Spannungsbeiwerte haben folgende Größen:

Tabelle 8.4-2: Spannungsbeiwerte für Rohrbögen unter Innendruck

(4) Die in Tabelle 8.4-3 für Momentenbelastung angeführten Spannungsfaktoren haben mit

	(8.4-60)
Ψ = 2 · p · r2 / (E · dm · sc)	(8.4-61)
x1 = 5 + 6 · λ2 + 24 · Ψ	(8.4-62)
x2 = 17 + 600 · λ2 + 480 · Ψ	(8.4-63)
x3 = x1 · x2 - 6,25	(8.4-64)
x4 = (1 - v2) · (x3 - 4,5 · x2)	(8.4-65)

die nachfolgend angeführten Größen und gelten nur bei λ > 0,2.

In die Gleichung für Ψ darf für p nicht mehr als der jeweilige Innendruck eingesetzt werden.

Für Biegemoment M_y gilt:

Für Biegemoment M_z gilt:

(5) Für die Einstufung der mit den hier angeführten Spannungsbeiwerten ermittelten Spannungen in die Spannungskategorien entsprechend Abschnitt 7.7.2 gilt Tabelle 8.4-4.

8.4.8.3 Abzweige nach Abschnitt A 2.7

Für die Abzweige nach Abschnitt A 2.7 darf die Ermittlung der Spannungen infolge Innendruck nach Abschnitt 8.2.2.1 und der Spannungen infolge der Kräfte und Momente nach Abschnitt 8.2.2.4 erfolgen, wenn die in Abschnitt 8.2.2.1 angegebenen geometrischen Bedingungen eingehalten sind.

Tabelle 8.4-3: Spannungsbeiwerte für Rohrbögen unter Momentenbelastung

Tabelle 8.4-4: Spannungskategorien für Rohrbögen bei detaillierter Spannungsanalyse

8.4.9 Flexibilitäts- und Spannungserhöhungsfaktoren

8.4.9.1 Allgemeines

(1) Einzelne Rohrleitungselemente weisen unter Biegebeanspruchung durch Verformung des Rohrquerschnitts und dadurch bedingter Spannungserhöhung im Vergleich zum geraden Rohr eine erhöhte Flexibilität auf.

(2) Sofern die Systemanalyse für die Rohrleitung nach der Balkentheorie (gerader Balken mit Kreisringquerschnitt) durchgeführt wird, ist diesem erhöhten Verformungsverhalten durch Werte k größer als oder gleich 1 für die Flexibilitätsfaktoren und C größer als oder gleich 1 für die Spannungserhöhungsfaktoren Rechnung zu tragen.

(3) Torsionsmomente sowie Normal- und Querkräfte bewirken im Vergleich zum geraden Rohr keine erhöhte Flexibilität und keine erhöhte Beanspruchung.

8.4.9.2 Gerade Rohre

(1) Für die Ermittlung der Verformungen gerader Rohre infolge Biege- und Torsionsmomente sowie Normal- und Querkräfte gilt die Balkentheorie.

(2) Für die Analyse gerader Rohre sind alle Flexibilitätsfaktoren mit k = 1 und der Spannungserhöhungsfaktor mit C = 1 anzusetzen.

8.4.9.3 Bögen und Biegungen

(1) Für Bögen und den Krümmungsbereich von Biegungen sind die sich nach der Balkentheorie durch Biegemomente (M_y oder M_z entsprechend Bild 8.4-9) ergebenden Verformungen mit den Flexibilitätsfaktoren k_y oder k_z zu multiplizieren. Dabei kann die Systemanalyse entweder mit mittleren Werten oder mit ortsabhängigen Werten für die Flexibilitätsfaktoren durchgeführt werden.

Bild 8.4-9: Definition der Momentenrichtung

(2) Für die Ermittlung der Verformungen infolge Torsionsmomente sowie Normal- und Querkräfte gilt weiterhin die Balkentheorie.

(3) Der nachfolgende Wert für den mittleren Flexibilitätsfaktor k_m = k_y = k_z größer als oder gleich 1,0 gilt, sofern für die Bögen und Biegungen die folgenden Bedingungen eingehalten sind:

1. r / d_m größer als oder gleich 0,85
2. Bogenlänge größer als oder gleich d_m
3. weder am Krümmungsanfang noch am Krümmungsende sind Flansche oder ähnliche Versteifungen in einer Entfernung L_G kleiner als oder gleich 2 - d_m vorhanden.

km = kp · 1,65 / h; aber > 1	(8.4-71)
	(8.4-72)
	(8.4-73)
h = 4 · r · sc / dm2	(8.4-74)

(4) Sind Flansche oder ähnliche Versteifungen in einer Entfernung L_G kleiner als oder gleich dm / 2 vom Krümmungsanfang oder -ende vorhanden, ist für derartige Bögen und Biegungen k_m = k_y = k_z = 1,0 anzusetzen oder k´ gemäß Absatz 6 zu verwenden.

(5) Sind Flansche oder ähnliche Versteifungen in einer Entfernung LG kleiner als oder gleich 2 - dm vom Krümmungsanfang oder -ende vorhanden, ist für derartige Bögen und Biegungen zwischen k_m = k_y = k_z = 1,0 oder k´ gemäß Absatz 6 und dem Ergebnis der Gleichung (8.4-71) in Abhängigkeit vom Verhältnis L_G / d_m linear zu interpolieren.

(6) Für k´ gilt:

k´ = c · k, jedoch k´ > 1,

wobei
c = h ^{1/ 6} bei einseitiger Versteifung;
c = h ^{1/ 3} bei beidseitiger Versteifung.

(7) Bei Systemanalysen mit mittleren Flexibilitätsfaktoren sind die mittleren Spannungsbeiwerte C₂ entsprechend Abschnitt 8.4.7.3.5 zu verwenden.

(8) Bei der Spannungsanalyse wird in den Gleichungen (8.4-1) bis (8.4-6) die Biegespannung aus einem resultierenden Moment infolge der Biege- und Torsionsmomente mit dem mittleren Spannungsbeiwert ermittelt.

(9) Die nachfolgenden Werte für die ortsabhängigen Flexibilitätsfaktoren k_x ≠ k_y ≠ k_z gelten für die Bögen und Biegungen, die an beiden Enden gerade Rohre mit der Abmessung des Bogens aufweisen, und deren Abstand zum nächsten Bogen mindestens zweimal den Außendurchmesser beträgt:

mit
k_p entsprechend Gleichung (8.4-72)
h entsprechend Gleichung (8.4-74)
k_α= 1,65 für α₀ e 180°
k_α = 1,30 für α₀ = 90°
k_α = 1,10 für α₀ = 45°
k_α = h für α₀ = 0°

Die Werte für k_z dürfen im Bereich zwischen 180° und 0° linear interpoliert werden.

(10) Bei Systemanalysen mit ortsabhängigen Flexibilitätsfaktoren dürfen nachfolgende orts- und momentabhängige Spannungsbeiwerte C_2m verwendet werden:

Die Werte für C_2z dürfen im Bereich zwischen 90° und 0° linear interpoliert werden, jedoch darf kein Wert mit α₀ kleiner als 30° verwendet werden; C_2z ist immer größer als oder gleich 1 anzusetzen.

(11) Sind Flansche oder ähnliche Versteifungen in einer Entfernung L_G kleiner als oder gleich 2 · da vom Krümmungsanfang oder -ende vorhanden, ist für derartige Bögen und Biegungen zwischen k_y und k_z der Gleichungen (8.4-76) und (8.4-77) und k"_y,z gemäß Absatz 12 in Abhängigkeit vom Verhältnis L_G / d_a linear zu interpolieren.

(12) Rohrbögen und Biegungen, bei denen in einer Entfernung L_G kleiner als oder gleich d_a / 2 vom Krümmungsanfang oder -ende Flansche oder ähnliche Versteifungen vorhanden sind, müssen k_y durch k"_y und k_z durch k"_z ersetzt werden, wobei gilt:

k"_y = c · k_y , aber > 1
k"_z = c · k_z , aber > 1,

mit c = h ^1/6 bei einseitiger Versteifung und
c = h ^1/3 bei beidseitiger Versteifung.

(13) Bei der Systemanalyse mit ortsabhängigen Flexibilitätsfaktoren darf bei der Spannungsanalyse in den Gleichungen (8.4-1) bis (8.4-6) die Biegespannung aus den Biege- und Torsionsmomenten mit den orts- und momentabhängigen Spannungsbeiwerten ermittelt werden. Hierzu sind die resultierenden Größen wie folgt zu ersetzen:

- statt B2 · MiI nunmehr	(8.4-83)
	(8.4-84)

(1) Das Verformungsverhalten von Abzweigen nach Abschnitt A 2.7 kann entsprechend Bild 8.4-10 mit folgendem Modell erfasst werden:

1. Balken in Grundrohrachsrichtung mit Grundrohrabmessung bis zum Achsenschnittpunkt,
2. starre Verbindung im Achsenschnittpunkt von Grundrohr und Abzweig,
3. starrer Balken der Länge 0,5 - d_Ha vom Achsenschnittpunkt bis zum Schnittpunkt der Abzweigachse mit der Grundrohraußenkontur,
4. Federelement im Schnittpunkt der Abzweigachse mit der Grundrohraußenkontur.

(2) Die Steifigkeiten (Momenteneinheit pro rad) des Federelementes bezüglich der Abzweigbiegemomente können näherungsweise wie folgt angesetzt werden:

a) für Biegung um die x-Achse

Cx = E · IR / kx · dRa	(8.4-85)
	(8.4-86)

b) für Biegung um die z-Achse

Cz = E · IR / kz · dRa mit	(8.4-87)
	(8.4-88)

Für die Bezeichnungen gilt Bild 8.4-7 mit den zusätzlichen Definitionen

I_R : Trägheitsmoment des abzweigenden Rohres,

s_n : Rechenwert für Stutzenwanddicke, und zwar:

für Ausführung a und b von Bild 8.4-7:

s_n = s_Ac, wenn L₁ > 0,5 · ((d_Ai + s_A) · s_A)^0,5
s_n = s_Rc, wenn L₁ < 0,5 · ((d_Ai + s_A) · s_A)^0,5

für Ausführung c von Bild 8.4-7:

s_n = s_Rc + (2 / 3) · y, wenn α < 30°
s_n = s_Rc + 0,385 · L₁, wenn α > 30°

für Ausführung d von Bild 8.4-7: s_n = s_Rc

(3) Bezüglich der Torsions-, Normal- und Querkraftverformung ist das Federelement als starr zu betrachten.

8.4.9.5 Abzweige mit d_Ai / d_Hi > 0,5 und Einschweiß-T-Stücke

Abzweige mit d_Ai / d_Hi größer als 0,5 und Einschweiß-T-Stücke sind ebenfalls nach Abschnitt 8.4.9.4 und Bild 8.4-10 zu modellieren, jedoch unter Wegfall des Federelementes.

Bild 8.4-10: Modellierung von Abzweigen

8.5 Komponentenstützkonstruktionen

8.5.1 Komponentenstützkonstruktionen mit integralen Anschlüssen

8.5.1.1 Allgemeines

Dieser Abschnitt gilt für die Berechnung der integralen Bereiche von Komponentenstützkonstruktionen.

Komponentenstützkonstruktionen sind Konstruktionen zur Lastabtragung. Die integralen Bereiche von Komponentenstützkonstruktionen sind an die druckführende Fläche angeschweißt, angeschmiedet, angegossen oder aus dem Vollen gearbeitet. Deshalb steht der unmittelbar an die Wand der Komponente angrenzende Teil der Komponentenstützkonstruktion in Wechselwirkung mit der Komponente (Einflussbereich). Für die Berechnung der Komponentenstützkonstruktion ist nicht die Innendruckbelastung maßgebend, sondern der Kraft- und Momentenverlauf.

8.5.1.2 Abgrenzung

(1) Die Abgrenzung des integralen Bereichs der Komponentenstützkonstruktionen ist im Bild 8.5-1 dargestellt. Der Abstand l wird wie folgt berechnet:

1. Schalen (z.B. Zargen, rohrförmige Stutzen)

   I = 0,5 · (r · sc)0,5

   (8.5-1)

   mit
   r : mittlerer Radius der Komponentenstützkonstruktionsschale s_c : Dicke der Komponentenstützkonstruktionsschale gemäß Abschnitt 7.1.4
   

2. Stangen oder Profile

   l = 0,5 · (r 2 / 2)0,5

   (8.5-2)

   mit
   r : Radius der Stange oder die Hälfte der größten Querschnittsdimension des Profils
   

3. andere Formen

   l = 0,5 · (r · sc)0,5

   (8.5-3)

   mit
   r : Hälfte der größten Abmessung eines Flansches, T-Profils, Blechs oder Rundprofils oder Hälfte der größten Schenkelbreite eines Winkelprofils
   s_c : Flanschdicke von Profilen oder Blechdicke gemäß Abschnitt 7.1.4

(2) Befindet sich jedoch innerhalb des Abstands l ein lösbarer Anschluss, so ist an dieser Stelle die Grenze zwischen dem integralen und nichtintegralen Bereich der Komponentenstützkonstruktion anzusetzen.

Bild 8.5-1: Anschlussarten der Komponentenstützkonstruktion und Abklingbereich

8.5.1.3 Berechnung

(1) Integrale Bereiche von Komponentenstützkonstruktionen sind als Teil der zu unterstützenden Komponente anzusehen. Es sind sämtliche gleichzeitig auftretende Belastungen zu berücksichtigen. Für die Komponentenstützkonstruktionen sind folgende Kräfte und Momente zu ermitteln:

1. Normalkraft F_N,
2. Querkraft F_Q,
3. Torsionsmomente M_t,
4. Biegemomente M_b.

(2) Der Einfluss der äußeren Kräfte und Momente auf die Wandung der Komponente ist nach Abschnitt 7 zu berücksichtigen.

(3) Die Beurteilung der Spannungen ist nach Abschnitt 7 vorzunehmen.

(4) Bei Druckbeanspruchung ist die Stabilität nachzuweisen.

8.5.2 Komponentenstützkonstruktionen mit nichtintegralen Anschlüssen

Komponentenstützkonstruktionen mit nichtintegralen Anschlüssen sind in KTA 3205.1 geregelt.

9 Art und Umfang der vorzulegenden Festigkeitsnachweise und zugehörige Unterlagen

(1) Für die Prüfung durch den Sachverständigen nach § 20 AtG sind folgende Festigkeitsnachweise für die Komponenten oder Bauteile des Primärkreises zu erstellen und in Form eines Berichtes einzureichen:

1. Dimensionierungsberechnung,
2. Analyse des mechanischen Verhaltens.

(2) Bei Berechnung, Bericht und Prüfung sind die einschlägigen Abschnitte der Regeln KTA 3201.1, 3201.2, 3201.3 und 3201.4 zugrunde zu legen.

(3) Jeder Bericht über eine Berechnung soll die nachfolgenden Angaben in dem Umfang enthalten, wie dies zur Prüfung der Festigkeitsnachweise notwendig ist:

1. Erläuterung der Vorgehensweise bei der Berechnung, insbesondere Erläuterung getroffener Annahmen,
2. Angabe des Berechnungsverfahrens, der theoretischen Grundlagen und der verwendeten Programme,
3. Belastungsdaten, Lastkombinationen sowie deren Klassifizierung,
4. geometrische Daten,
5. verwendete Werkstoffkennwerte,
6. Eingabedaten,
7. Ergebnisse einschließlich der Angabe des Erschöpfungsgrades,
8. Beurteilung der Ergebnisse und Vergleich mit zulässigen Werten,
9. Folgerungen aus den Ergebnissen,
10. Referenzen, Literaturhinweise, Quellenangaben.

.

A 1 Allgemeines

(1) Die nachstehenden Berechnungsregeln gelten für die Dimensionierung der Komponenten und ihrer Bauteile gemäß Abschnitt 6 unter Auslegungsdruck und zusätzlichen Auslegungslasten bei Auslegungstemperatur. Die allgemeinen Berechnungsgrößen und Berechnungseinheiten sind in Absatz (6) aufgeführt. Weitere Berechnungsgrößen und Berechnungseinheiten sind in den einzelnen Abschnitten enthalten.

(2) Der anzuwendende Spannungsvergleichswert (S_m) ist in Abhängigkeit von der Auslegungstemperatur festzulegen. Zusatzbelastungen, zum Beispiel äußere Kräfte und Momente, sind gesondert zu erfassen und zu berücksichtigen.

(3) Die Nachrechnung von den mit der Nennwanddicke s_n ausgeführten Bauteilen ist innerhalb dieses Anhangs A mit der Wanddicke s_0n = s_n - c₁ - c₂ mit s_n > s₀ + c₁ + c₂ durchzuführen. Hinsichtlich der Zuschläge gilt Abschnitt 6.4.

(4) Die Bilder dieses Anhangs berücksichtigen nicht die Zuschläge.

(5) Die in Abschnitt A 2 enthaltenen Festlegungen für allgemeine Bauteile der drucktragenden Wand sind unter Beachtung der jeweiligen Voraussetzungen auch anwendbar auf spezifische Bauteile von Armaturen gemäß Abschnitt A 3 und Rohrleitungen gemäß Abschnitt A 4, wenn dort keine anderslautenden Regelungen getroffen sind.

(6) Berechnungsgrößen und Einheiten

Zeichen	Bedeutung
Kopfzeiger ^	Maximalwert, z.B.
Kopfzeiger	Minimalwert, z.B.
Kopfzeiger -	Mittelwert, z.B. ̄σ
Kopfzeiger ~	schwellend, z.B.
Kopfzeiger ´	zur Druckprüfung gehörend, z.B. p´
Fußzeiger	Zahlenindex, z.B. ni
1 N / mm2 = 10 bar = 10,2 at = 0,102 kp / mm2 = 106 Pa

A 2 Dimensionierung von Bauteilen der drucktragenden Wand

A 2.1 Allgemeines

Die in den Abschnitten A 2.2 bis A 2.10 angegebenen Gleichungen für die Dimensionierung gelten nur zur Ermittlung der erforderlichen Wanddicke der einzelnen Bauteile unter Innen- oder Außendruck jedoch ohne Berücksichtigung des elastischen Zusammenhangs der gesamten Struktur.

A 2.2 Zylinderschalen

A 2.2.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.2

A 2.2.2 Zylinderschalen unter innerem Überdruck

A 2.2.2.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für Zylinderschalen unter innerem Überdruck, bei denen das Verhältnis d_a / d_i kleiner als oder gleich 1,7 ist. Durchmesserverhältnisse d_a / d_i kleiner als oder gleich 2 sind zulässig, wenn die Wanddicke s_0n kleiner als oder gleich 80 mm ist. Die Berechnung von Ausschnittsverstärkungen in Zylinderschalen unter innerem Überdruck ist gemäß Abschnitt A 2.7 durchzuführen.

A 2.2.2.3 Berechnung

(1) Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke des Grundkörpers gilt:

(2) Für die Nachrechnung bei vorgegebener Wanddicke gilt:

(A 2.2-3)

A 2.2.3 Zylinderschalen unter äußerem Überdruck

A 2.2.3.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für Zylinderschalen unter äußerem Überdruck, bei denen das Verhältnis d_a / d_i kleiner als oder gleich 1,7 ist.

A 2.2.3.2 Sicherheitsbeiwerte

(1) Der zusätzliche Sicherheitsbeiwert gegen plastisches Verformen ist unabhängig vom Werkstoff mit f_v = 1,2 anzusetzen.

(2) Der Sicherheitsbeiwert gegen elastisches Einbeulen ist unabhängig vom Werkstoff f_k = 3,0 anzusetzen. Wird ein höherer Prüfdruck als 1,3 ⋅ p gefordert, so muss f_k mindestens 2,2 betragen.

A 2.2.3.3 Berechnung

A 2.2.3.3.1 Allgemeines

(1) Die Berechnung ist gegen elastisches Einbeulen und gegen plastisches Verformen gemäß den nachfolgenden Abschnitten durchzuführen. Der errechnete kleinste Wert für p_zul ist maßgebend.

(2) Die Beullänge ist die Länge des Mantels. Bei Behältern mit gewölbten Böden beginnt die Beullänge am Übergang vom zylindrischen Bord zur Krempe.

A 2.2.3.3.2 Berechnung gegen elastisches Einbeulen

(1) Die Berechnung erfolgt nach folgender Gleichung:

(A 2.2-4)

wobei für Z = 0,5 ⋅ π ⋅ d_a / l einzusetzen ist; n ist eine ganze Zahl und muss den Bedingungen n > 2 und n > Z genügen und ist so zu wählen, dass p zum kleinsten Wert wird. n bedeutet die Anzahl der Einbeulwellen, die beim Versagen auf dem Umfang auftreten können. Die Anzahl der Einbeulwellen darf nach folgender Näherungsgleichung abgeschätzt werden:

(A 2.2-5)

(2) Die erforderliche Wanddicke s_0n darf nach Bild A 2.2-1 für gebräuchliche Abmessungen bestimmt werden. Dieses Bild gilt für eine Querkontraktionszahl v = 0,3. Bei wesentlich anderen Querkontraktionszahlen ist nach Gleichung (A 2.2-4) zu rechnen.

A 2.2.3.3.3 Berechnung gegen plastisches Verformen

(1)

(A 2.2-6)

Die erforderliche Wanddicke s_0n darf nach Bild A 2.2-2 für gebräuchliche Abmessungen und mit U = 1,5 % unmittelbar bestimmt werden.

(2) Bei d_a / l > 5 ist der größere der nach den folgenden Gleichungen ermittelte Druck für die Festlegung des zulässigen äußeren Überdrucks maßgebend:

	(A 2.2-7)
	(A 2.2-8)

(3) Die Gleichung (A 2.2-8) gilt hauptsächlich bei kleinen Beullängen. Die Gleichungen (A 2.2-6) bis (A 2.2-8) gelten nur dann, wenn im Zylinder keine positiven Primär-Längsspannungen σ_a auftreten. In den Gleichungen (A 2.2-6) bis (A 2.2-8) ist S_m zu ersetzen durch (Sm - σ_a), wenn σ_a > 0 ist.

A 2.3 Kugelschalen

A 2.3.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.3

A 2.3.2 Kugelschalen unter innerem Überdruck

A 2.3.2.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für Kugelschalen ohne Ausschnitte unter innerem Überdruck, bei denen das Verhältnis d_a / d_i < 1,5 ist. Die Berechnung von Kugelschalen mit Ausschnitten unter innerem Überdruck ist gemäß Abschnitt A 2.7 durchzuführen.

A 2.3.2.2 Berechnung

(1) Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke s0 für Kugelschalen mit dem Verhältnis s_0n / d_i größer als 0,05 gelten wahlweise:

oder

mit

(A 2.3-3)

(2) Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke dünnwandiger Kugelschalen mit dem Verhältnis s_0n / d_i kleiner als oder gleich 0,05 gilt:

oder

(3) Für die Nachrechnung bei vorgegebener Wanddicke gilt:

(A 2.3-6)

A 2.3.3 Kugelschalen unter äußerem Überdruck A 2.3.3.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für Kugelschalen unter äußerem Überdruck, bei denen das Verhältnis d_a / d_i kleiner als oder gleich 1,5 ist.

A 2.3.3.2 Sicherheitsbeiwerte

(1) Der zusätzliche Sicherheitsbeiwert gegen plastisches Verformen beträgt unabhängig vom Werkstoff f_v = 1,2.

(2) Der Sicherheitsbeiwert gegen elastisches Einbeulen ist unabhängig vom Werkstoff der Tabelle A 2.3-1 zu entnehmen. Wird ein höherer Prüfdruck als 1,3 · p gefordert, dann ist für den Prüfdruck der Nachweis mit f´_k, aus Tabelle A 2.3-1 zusätzlich zu erbringen.

Tabelle A 2.3-1: Sicherheitsbeiwerte gegen elastisches Einbeulen

A 2.3.3.3 Berechnung

(1) Allgemeines

Die Berechnung ist gegen elastisches Einbeulen und gegen plastisches Verformen durchzuführen. Der größere sich aus den Absätzen (2) und (3) ergebende Wert für s0 ist der jeweils maßgebliche.

(2) Berechnung gegen elastisches Einbeulen

Die erforderliche Wanddicke ergibt sich aus der folgenden Gleichung

(A 2.3-7)

Für die Nachrechnung bei vorgegebener Wanddicke gilt:

(A 2.3-8)

(3) Berechnung gegen plastisches Verformen Die erforderliche Wanddicke ergibt sich aus:

(A 2.3-9)

Für Kugelschalen mit dem Verhältnis s0 / d_a ´ 0,05 darf die erforderliche Wanddicke n´herungsweise aus

ermittelt werden.

Bei Nachrechnung mit vorgegebener Wanddicke gilt:

(A 2.3-11)

Bild A 2.2-1: Erforderliche Wanddicke s_0n von Zylinderschalen, Rohren und Rohrbögen bei Berechnung gegen elastisches Einbeulen

Bild A 2.2-2: Erforderliche Wanddicke s_0n von Zylinderschalen, Rohren und Rohrbögen bei Berechnung gegen plastisches Verformen

s

A 2.4 Kegelschalen

A 2.4.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.4

A 2.4.2 Kegelschalen unter innerem Überdruck

A 2.4.2.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für Kegelschalen unter innerem Überdruck ohne Ausschnitte, bei denen am weiten Ende die Bedingung 0,005 < s_0n / d_a < 0,2 eingehalten ist. Die Berechnung von Kegelschalen mit Ausschnitten unter innerem Überdruck ist gemäß Abschnitt A 2.7 durchzuführen.

Hinweis:
Dem Wert s_0n / d_a = 0,2 entspricht für d_a - d_i = 2 · s_0n der Wert d_a / d_i = 1,67.

A 2.4.2.2 Allgemeines

(1) Kegelschale mit Eckschweißungen

Kegelschalen dürfen untereinander oder mit Zylinderschalen und dergleichen ohne Krempe durch Schweißung entsprechend Abschnitt 5.3.2.6 verbunden werden.

(2) Störbereichslänge

Bei Kegelschalen mit nach innen gekrümmten Übergängen muss die nach Abschnitt A 2.4.2.3 Absatz 2 oder 4 geforderte Wanddicke über dem durch die Störbereichslänge e begrenzten Krempenbereich vorhanden sein (siehe Bild A 2.4-1).

Es gilt:

Bei veränderlicher Wanddicke innerhalb des Störbereichs ist für die Ermittlung der Längen e₁ und e₂ nach Gleichung (A 2.4-1) jeweils die Wanddicke am Auslauf der Krümmung maßgebend.

Bild A 2.4-1: Störbereichslängen e₁ und e₂

A 2.4.2.3 Berechnung

(1) Wanddickenberechnung für den ungestörten Bereich einer Kegelschale mit Φ < 70° .

Die erforderliche Wanddicke des ungestörten Bereichs einer Kegelschale (siehe Bild A 2.4-2) ergibt sich wahlweise aus:

oder

Für die Nachrechnung bei vorgegebener Wanddicke gilt:

(A 2.4-4)

Für d_a und d_i sind in den Gleichungen (A 2.4-2) bis (A 2.4-4) jeweils die Maße am weiten Ende des ungestörten Bereichs der Kegelschale einzusetzen.

Zwischen d_a und d_i besteht die Beziehung:

Bei mehreren untereinander verbundenen kegelförmigen Mänteln mit gleichem Öffnungswinkel ist die Berechnung nach Gleichung (A 2.4-2) oder (A 2.4-3) für sämtliche Mäntel durchzuführen.

Bild A 2.4-2: Ungestörter Bereich einer Kegelschale

(2) Wanddickenberechnung für den gestörten Bereich von Kegelschalen mit nach innen gekrümmten Übergängen und Φ< 70° .

Die Bemessung erfolgt getrennt für die

1. Umfangsbeanspruchung im äußeren Krempenteil,
2. Umfangsbeanspruchung im inneren Krempenteil
   und
3. Beanspruchung längs der Mantellinie.

Die größte sich nach a), b) und c) ergebende Wanddicke ist für die Bemessung maßgebend.

Im Hinblick auf die Umfangsspannung ist bei nach innen gekrümmten Übergängen (Bild A 2.4-1) die erforderliche Wanddicke nach Gleichung (A 2.4-2) oder (A 2.4-3) für beide Seiten des Übergangs zu ermitteln.

Hinsichtlich der Längsspannungen ergibt sich die erforderliche Wanddicke aus:

Der Berechnungsbeiwert β ist dabei in Abhängigkeit vom Winkel Ψ und dem Verhältnis r / d_a der Tabelle A 2.4-1 zu entnehmen. Zwischenwerte dürfen dabei linear interpoliert werden.

Der größere Wert aus den Gleichungen (A 2.4-2) oder (A 2.4-3) und (A 2.4-6) ist maßgebend. Für die Nachrechnung bei vorgegebener Wanddicke gilt:

Der Winkel Ψ ergibt sich aus der absoluten Differenz der halben Öffnungswinkel Φ ₁ und Φ ₂

Bei veränderlicher Wanddicke innerhalb der Abklinglänge (z.B. Schmiedestücke, Drehteile) ist für die Ermittlung der Längen e₁ und e₂ nach Gleichung (A 2.4-1) jeweils die Wanddicke am Auslauf der Krümmung maßgebend.

(3) Wanddickenberechnung für den gestörten Bereich von Kegelschalen mit nach außen gekrümmten Übergängen und Φ < 70° .

Bei nach außen gekrümmten Übergängen (Bild A 2.4-3) gelten grundsätzlich alle Bedingungen und Beziehungen wie bei den nach innen gekrümmten Übergängen.

Zusätzlich ist jedoch wegen der erhöhten Umfangsspannung die folgende Bedingung zu erfüllen:

(A 2.4-9)

(4) Wanddickenberechnung für den gestörten Bereich von flachen Kegelschalen mit Krempe und Φ > 70°

Bei sehr flachen Kegeln, deren Neigungswinkel zur Behälterachse Φ > 70° ist, darf die Bemessung nach Gleichung (A 2.4-10) erfolgen, auch wenn sich geringere Wanddicken als nach den Gleichungen (A 2.4-2), (A 2.4-3) und (A 2.4-6) ergeben:

(A 2.4-10)

Bild A 2.4-3: Kegelschale mit nach außen gekrümmtem Übergang

A 2.4.3 Kegelschalen unter äußerem Überdruck

Bei Beanspruchung durch äußeren Überdruck ist außer der Berechnung nach Abschnitt A 2.4.2.3 bei Kegelschalen mit ( kleiner als oder gleich 45° zusätzlich nachzuprüfen, ob der Kegel gegen elastisches Einbeulen sicher ist. Diese Nachprüfung erfolgt nach Abschnitt A 2.2.3.3.2, wobei der Kegel einem Zylinder gleichzusetzen ist, dessen Durchmesser wie folgt bestimmt wird:

mit

d_a1 : Durchmesser am weiten Ende des Kegels,
d_a2: Durchmesser am engen Ende des Kegels.

Als Länge ist dabei die axiale Länge des Kegels und der gegebenenfalls anschließenden Zylinder einzusetzen, es sei denn, dass die Zylinder am Übergang entsprechend Abschnitt A 2.2.3 ausreichend verstärkt sind.

Tabelle A 2.4-1: Berechnungsbeiwert β in Abhängigkeit vom Verhältnis r / d_a und Ψ

A 2.5 Gewölbte Böden

A 2.5.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.5

A 2.5.2 Gewölbte Böden unter innerem Überdruck

A 2.5.2.1 Geltungsbereich

Die nachstehende Berechnung gilt für gewölbte Böden in Klöpper-, Korbbogen- und Halbkugelform unter innerem Überdruck, wenn folgende Beziehungen und Grenzen eingehalten sind (siehe Bild A 2.5-1):

Bild A 2.5-1: Gewölbter Boden

1. Klöpperböden
   R = d_a
   r = 0,1 ⋅ d_a
   h₂ = 0, 1935 ⋅ d_a - 0,455 ⋅ s_0n
   0,001 < s_0n < 0,1 d_a
2. Korbbogenböden
   R = 0,8 ⋅ d_a
   r = 0,154 ⋅ d_a
   h₂ = 0,255 ⋅ d_a - 0,635 ⋅ s_0n
   0,001 < s_{0n <} 0,1 / d_a
3. Halbkugelböden
   d_a / d_i < 1,5

A 2.5.2.2 Allgemeines

(1) Höhe des zylindrischen Bords

Bei Klöpperböden soll die Bordhöhe grundsätzlich h₁ > 3,5 - s_0n, bei Korbbogenböden h₁ > 3,0 . s_0n betragen. Sie braucht jedoch folgende Maße nicht zu überschreiten:

Bei Halbkugelböden ist kein zylindrischer Bord erforderlich.

(2) Wird ein gewölbter Boden aus einem Krempen- und einem Kalottenteil zusammengeschweißt, so muss die Verbindungsnaht einen ausreichenden Abstand von der Krempe haben. Als ausreichender Abstand l gilt:

1. bei unterschiedlichen Wanddicken des Krempen- und Kalottenteils:
   l = 0,5 ⋅ (R ⋅ s_0n)^0,5
   wobei s_0n die Nennwanddicke des Krempenteils abzüglich der Zuschläge darstellt. Bild A 2.5-2: Boden mit unterschiedlicher Wanddicke des Krempen- und Kalottenteils
2. bei gleicher Wanddicke des Krempen- und Kalottenteils:
   l = 3,5 ⋅ s_0n bei Klöpperböden,
   l = 3,0 ⋅ s_0n bei Korbbogenböden.
   Der Abstand l soll jedoch mindestens 100 mm betragen.
3. Bei der Bestimmung des Übergangs von der Krempe zum Kalottenteil ist vom Innendurchmesser auszugehen. Bei dünnwandigen Klöpperböden nach DIN 28011 liegt der Übergang ungefähr bei 0,89 ⋅ d_i und bei dünnwandigen Korbbogenböden nach DIN 28013 ungefähr bei 0,86 ⋅ d_i. Mit zunehmender Dickwandigkeit verringern sich die Faktoren.

A 2.5.2.3 Berechnung

Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke der Krempe gilt:

Die Berechnungsbeiwerte β sind für gewölbte Böden in Klöpperform dem Bild A 2.5-3, in Korbbogenform dem Bild A 2.5-4 in Abhängigkeit von s_0n / d_a zu entnehmen.

Ausschnitte in gewölbten Böden gemäß Bild A 2.5-2 müssen in jedem Fall den Bedingungen des Abschnitts A 2.7 genügen, wobei als Kugeldurchmesser der doppelte Wölbungsradius R einzusetzen ist. Dieses Verfahren ist jedoch bei Klöpper- und Korbbogenböden auf den Scheitelbereich von 0,6 ⋅ d_a zu beschränken (siehe Bild A 2.5-2).

Bild A 2.5-2: Gewölbter Boden mit Ausschnitt

Für Vollböden in Halbkugelform gilt unabhängig von der Wanddicke im Bereich 0,5 ⋅ ( R ⋅ s_0n)^0,5 neben der Anschlussnaht der Berechnungsbeiwert β= 1,1. Bei Halbkugelböden mit Ausschnitten ist die Wanddicke der Verstärkung des Ausschnitts nach Abschnitt A 2.7 zu berechnen. Die für den Vollboden mit β = 1,1 ermittelte Wanddicke darf jedoch dabei nicht unter schritten werden.

A 2.5.3 Gewölbte Böden unter äußerem Überdruck

Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke der Krempe bei Beanspruchung durch äußeren Überdruck gelten die Forderungen des Abschnittes A 2.5.2 mit folgenden zusätzlichen Forderungen:

Die erforderliche Wanddicke s₀ der Krempe ist aus Gleichung (A 2.5-1) zu berechnen. Bei der Berechnung der erforderlichen Wanddicke s₀ ist der zulässige Spannungsvergleichswert S_m um 20 % zu erniedrigen. Zusätzlich ist nachzuprüfen, dass der Boden im Bereich der Kalotte gegen elastisches Einbeulen ausreichend bemessen ist.

Dies ist der Fall, wenn

(A 2.5-2)

ist.

Der Sicherheitsbeiwert f_k ist der Tabelle A 2.5-1 zu entnehmen. Wird ein höherer Prüfdruck als p´ = 1,3 ⋅ p gefordert, so ist ein gesonderter Nachweis gegen elastisches Einbeulen zu führen. In diesem Fall darf der Sicherheitsbeiwert f´_k beim Prüfdruck den in der Tabelle A 2.5-1 angegebenen Wert nicht unterschreiten.

Tabelle A 2.5-1: Sicherheitsbeiwerte gegen elastisches Einbeulen bei äußerem Überdruck

Bild A 2.5-3: Berechnungsbeiwerte β für gewölbte Böden in Klöpperform

Bild A 2.5-4: Berechnungsbeiwerte β für gewölbte Böden in Korbbogenform

A 2.6 Ebene Platten

A 2.6.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.6

A 2.6.2 Geltungsbereich

Die nachstehenden Berechnungsregeln gelten für ebene Platten mit und ohne Randmoment unter Druckbelastung im Bereich

A 2.6.3 Berechnung

A 2.6.3.1 Mit zylindrischem Schuss fest verbundene runde ebene Platte

(1) Bei der mit einem zylindrischen Schuss verbundenen Platte nach Bild A 2.6-1 sind Platte und Zylinder gemeinsam zu betrachten.

Bild A 2.6-1: Mit einem zylindrischen Schuss fest verbundene ebene Platte

(2) Entsprechend Tabelle 7.7-1, Fußnote ¹, bestehen zwei Dimensionierungsmöglichkeiten für die Verbindung ebene Platte / Zylinder.

Hinweis:
Alternative 2 erlaubt gegenüber Alternative 1 dünnere ebene Platten bei größeren Zylinderwanddicken.

1. Alternative 1:
   Vordimensionierung der Platte

   (A 2.6-1)

   Vordimensionierung des Zylinders entsprechend Abschnitt A 2.2.

   Kontrolle der Spannungen im Zylinder:

   mit	(A 2.6-2)
   di + s0n, Zyl B1 = 2 ⋅ s0n, Zyl	(A 2.6-3)
   s0n, Pl B2 = s0n, Zyl	(A 2.6-4)
   di + s0n, Zyl B3 = 2 ⋅ s0n, Pl	(A 2.6-5)

2. Alternative 2:
   Vordimensionierung der Platte

   (A 2.6-6)

   Vordimensionierung des Zylinders entsprechend Abschnitt A 2.2.

   Kontrolle der Spannungen im Zylinder:

   (A 2.6-7)

   mit di + s0n, Zyl B1 = 2 ⋅ s0n, Zyl	(A 2.6-8)
   s0n, Pl B2 = s0n, Zyl	(A 2.6-9)
   di + s0n, Zyl B3 = 2 ⋅ s0n, Pl	(A 2.6-10)

Bei beiden Alternativen kann es erforderlich sein, die bei der Vordimensionierung erhaltenen Wanddicken für Platte oder Zylinder oder in Kombination für Platte und Zylinder zu vergrößern und die Kontrolle der Spannungen im Zylinder am Übergang zur Platte nach Gleichung (A 2.6-2) oder (A 2.6-7) zu wiederholen.

A 2.6.3.2 Unverankerte runde Platten mit zusätzlichem Randmoment

(1) Bei ebenen, am Rande verschraubten und mit einem Dichtelement versehenen Platten ist neben der Festigkeitsberechnung nach Gleichung (A 2.6-11) eine Verformungsbetrachtung nach Gleichung (A 2.6-14) durchzuführen, damit ein Dichtbleiben der Verbindung sichergestellt ist, wobei der Einbauzustand, der Prüfzustand und der Betriebszustand in Betracht zu ziehen sind.

(2) Die erforderliche Wanddicke s₀ unverankerter runder Platten mit zusätzlichem gleichsinnigen Randmoment nach Bild A 2.6-2 beträgt

(A 2.6-11)

Der C-Wert ist in Abhängigkeit vom Verhältnis d_t / d_D und dem Wert δ aus Bild A 2.6-3 zu entnehmen. Hierbei beträgt das Verhältnis der erforderlichen Schraubenkraft zur Innendruckkraft

(A 2.6-12)

wobei in der Regel S_D = 1,2 eingesetzt wird. Dichtungsbreite b_D gemäß Abschnitt A 2.10.

Das gleiche Ergebnis für den C-Wert wie Bild A 2.6-3 liefert die Gleichung:

(A 2.6-13)

Die Durchbiegung der Platte mit der Wanddicke s₀ nach Gleichung (A 2.6-11) sollte im Hinblick auf Dichtheitsanforderungen mit Hilfe der Gleichung (A 2.6-14) überprüft werden.

Bei Begrenzung der Durchbiegung auf z.B. w = 0,001 - d_D ist in Gleichung (A 2.6-14) für x = 0,001 einzusetzen.

(A 2.6-14)

mit der Dichtungskraft F_D nach Abschnitt A 2.8 und dem Hebelarm

Bild A 2.6-2: Runde ebene Platten mit zusätzlichem Randmoment

A 2.6.3.3 Ausschnitte in runden ebenen Platten

(1) Ausschnitte in ebenen Platten nach Bild A 2.6-1 sind entsprechend Abschnitt A 2.7.2.3.1 zu verstärken.

(2) Die erforderliche Wanddicke s₀ der ebenen Platte mit zusätzlichem Randmoment nach Abschnitt A 2.6.3.2 ergibt sich aus der Gleichung (A 2.6-11), indem der C-Wert nach Bild-A 2.6-3 oder nach Gleichung (A 2.6-13) mit dem Berechnungsbeiwert C_A multipliziert wird. Der Wert C_A ist wie folgt zu bestimmen, wobei d_A der Ausschnittsdurchmesser ist:

(3) Bei einem Durchmesserverhältnis d_A / d_i > 0,7 ist die Platte als Flansch nach Abschnitt A 2.9 zu berechnen.

(4) Nichtmittige Ausschnitte dürfen wie zentrale Ausschnitte behandelt werden.

Bild A 2.6-3: Berechnungsbeiwert C von ebenen runden Platten mit gleichsinnigem zusätzlichem Randmoment

A 2.7 Ausschnittverstärkungen

A 2.7.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.7

A 2.7.2 Allgemeine Dimensionierung

A 2.7.2.1 Geltungsbereich

(1) Der Geltungsbereich nachstehender Berechnungsregeln entspricht den in den Abschnitten A 2.2 bis A 2.6 und A 4.6 aufgeführten Bereichen.

(2) Die Berechnungsregeln berücksichtigen nur durch inneren Überdruck hervorgerufene Beanspruchungen. Zusätzliche Kräfte und Momente müssen gesondert berücksichtigt werden.

(3) Der Abzweigwinkel β muss größer als oder gleich 60° sein.

A 2.7.2.2 Allgemeines

(1) Ausschnitte sollen rund oder elliptisch sein. Weitere Anforderungen ergeben sich bei Anwendung der Spannungsindex-Methoden nach den Abschnitten 8.2.2.1 bis 8.2.2.3. In dem Falle sind die konstruktiven Voraussetzungen für die Spannungsindex-Methode gemäß Abschnitt 8.2.2 einzuhalten.

(2) Die Verstärkung eines Ausschnittes in einem Grundkörper darf wie folgt vorgenommen werden:

1. durch Wahl einer größeren Wanddicke für den Grundkörper als dies für den unverschwächten Grundkörper erforderlich wäre. Diese Wanddicke darf bis zu einer Länge e_H, von der Ausschnittsachse gemessen, als Verstärkung berücksichtigt werden,
2. durch Stutzen, die auf einer Länge e_A, von der Außenwand des Grundkörpers gemessen, dickwandiger ausgeführt sind, als dies für die Innendruckbelastung erforderlich wäre. Der als Verstärkung erforderliche Werkstoff ist gleichmäßig auf den Umfang des Stutzens zu verteilen,
3. durch Kombination der unter a) und b) aufgeführten Maßnahmen.

Im Hinblick auf eine beanspruchungsgerechte Formgebung ist die Ausführung c) zu bevorzugen.

(3) Bei der Verstärkung eines Ausschnittes sind folgende Durchmesser- und Wanddickenverhältnisse einzuhalten:

Ein Wanddickenverhältnis s_A / s_H ist bis maximal 2 zulässig für dAi gleich oder kleiner als 50 mm. Dies gilt auch für Stutzen mit dAi größer als 50 mm, sofern das Durchmesserverhältnis d_Ai / d_Hi gleich oder kleiner als 0,2 ist.

Bei Stutzen mit einem Durchmesserverhältnis d_Ai / d_Hi größer als 0,2 soll grundsätzlich s_A / s_H den Wert 1,3 nicht überschreiten. Größere Werte sind erlaubt, wenn

1. die über vorgenanntes Wanddickenverhältnis hinausgehende zusätzliche Wanddicke des Stutzens nicht zur Verstärkung des Stutzenausschnitts herangezogen, sondern aus konstruktiven Gründen gewählt wird, oder
2. der Stutzen mit verkürztem Verstärkungsbereich ausgeführt wird (z.B. Stutzen, die aus Gründen der verbesserten Prüfbarkeit des Rohrleitungsanschlusses konisch ausgebildet sind), wobei die durch die verkürzte Einflusslänge fehlende Verstärkungsfläche im verkürzten Einflussbereich zusätzlich untergebracht werden darf.

Stutzen größer als oder gleich 120 mm Innendurchmesser sind mit mindestens der 2fachen Wanddicke wie die anschließenden Rohrleitungen auszuführen, wobei sich der Faktor auf die rechnerische Rohrwanddicke bezieht. Auf die Istwanddicke bezogen muss der Faktor mindestens 1,5 betragen.

(4) Eine Ausschnittverstärkung ist nicht erforderlich und der Nachweis für Ausschnitte nach A 2.7.2.3 muss nicht geführt werden, falls:

1. ein einzelner Ausschnitt einen Durchmesser hat, der gleich oder kleiner als 0,2 ⋅ (0,5 ⋅ d_Hm ⋅ s_H)^0,5 ist, oder wenn zwei oder mehrere Ausschnitte innerhalb eines Kreises mit dem Durchmesser 2,5 ⋅ 0,5 ⋅ d_Hm ⋅ s_H angeordnet sind, wobei die Summe der Durchmesser solcher unverstärkter Ausschnitte einen Wert von 0,25 ⋅ (0,5 ⋅ d_{Hm ⋅} s_H)^0,5nicht überschreiten darf und
2. zwei unverstärkte Ausschnitte keine kleineren Mittenabstände, gemessen auf der Innenseite des Grundkörpers, aufweisen als das 1,5fache der Summe ihrer Durchmesser und
3. der Rand eines unverstärkten Ausschnittes nicht näher als 2,5 ⋅ (0,5 ⋅ d_Hm ⋅ s_H)^0,5 von der Mitte eines anderen örtlich beanspruchten Bereiches liegt.

Hinweis:
Definition eines örtlich beanspruchten Bereichs siehe Abschnitt 7.7.2.2.

(5) Werkstoffpaarungen

Bestehen Grundkörper und Stutzen aus Werkstoffen unterschiedlicher zulässiger Spannungen, so ist, wenn der Grundkörperwerkstoff die kleinere zulässige Spannung aufweist, diese für die Berechnung der gesamten Konstruktion maßgebend. Hierbei muss vorausgesetzt werden, dass das Verformungsvermögen des Stutzenwerkstoffs nicht nennenswert kleiner ist als das des Grundkörperwerkstoffs.

Wenn der Stutzenwerkstoff eine geringere zulässige Spannung aufweist, so sind die im Bereich der geringeren zulässigen Spannungen anzuordnenden Verstärkungsflächen im Verhältnis der zulässigen Spannungen zu vergrößern.

Unterschiede bis zu 4 %-Punkten in den Bruchdehnungen der Werkstoffe von Grundkörper und Abzweig werden als nicht nennenswerter Unterschied des Verformungsvermögens der Werkstoffe angesehen, wobei δ₅ 14 % nicht unterschreiten darf.

Haben Grundkörperwerkstoff und Stutzenwerkstoff unterschiedliche Wärmedehnungszahlen, so darf ihre Differenz 15 % der Wärmedehnungszahl des Grundkörperwerkstoffs nicht überschreiten.

A 2.7.2.3 Berechnung

A 2.7.2.3.1 Erforderliche Verstärkung

(1) Die gesamte Querschnittsfläche A der erforderlichen Verstärkung eines Ausschnittes in Zylinder-, Kugel-, Kegelschalen und gewölbten Böden unter Innendruck muss der folgenden Bedingung genügen:

wobei der Faktor F für rechtwinklige Stutzen gilt und gleich 1 in allen dimensionierungsbestimmenden Ebenen ist. Bei Zylinder- oder Kegelschalen ist F für eine nicht dimensionierungsbestimmende Ebene in Abhängigkeit von deren Winkellage zu der betrachteten Ebene dem Bild A 2.7-1 zu entnehmen.

Bild A 2.7-1: Ermittlung des Korrekturfaktors F für rechtwinklige Stutzen in Zylinder- oder Kegelschalen

(2) Ausschnitte in ebenen Böden, die den halben Bodendurchmesser nicht überschreiten, müssen mindestens folgende Verstärkungsflächen aufweisen:

A 2.7.2.3.2 Mittragende Längen

(1) Die mittragende Länge des Grundkörpers ist wie folgt zu ermitteln:

oder

Der größere der beiden Werte ist der Berechnung zugrunde zu legen. Zusätzlich gilt, dass 2/3 der Verstärkungsfläche innerhalb eines Bereiches der Länge 2 ⋅ e´_H liegen müssen (Bilder A 2.7-8 bis A 2.7-10), wobei e´_H der größere Wert ist von entweder

(2) Die mittragende Länge für Stutzen gemäß den Bildern A 2.7-2, A 2.7-3, A 2.7-5, A 2.7-6 ist wie folgt zu ermitteln:

ist.

Im Falle eines Stutzens mit konischer Innenfläche nach Bild 2.7-6 ist die mittragende Länge unter Verwendung der Werte dAi und s_A an der Stelle des äußeren Durchmessers des Grundkörpers zu bestimmen.

(3) Die mittragende Länge für Stutzen gemäß den Bildern A 2.7-4 und A 2.7-7 ist wie folgt zu bestimmen:

und zusätzlich für Ausschnittverstärkungen gemäß Bild A 2.7-4

ist.

Im Fall eines Stutzens mit konischer Innenfläche gemäß Bild A 2.7-7 ist die obere Grenzlinie der Verstärkungsfläche gegebenenfalls iterativ unter Verwendung der Werte d_Ai und s_A im Schwerpunkt dieser Stutzenverstärkungsfläche zu bestimmen.

A 2.7.2.3.3 Beanspruchungsschema für nutzbare Verstärkungsflächen

(1) Die für die Erfüllung der Gleichung (A 2.7-1) nutzbaren Verstärkungsflächen A₁, A₂, A₃ sind in den Bildern A 2.7-8 bis A 2.7-11 dargestellt, sie muss die Bedingung A₁ + A₂ + A₃ größer als oder gleich A erfüllen.

(2) Eine gegenseitige Beeinflussung von Stutzenausschnitt und Übergang Kegel - Zylinder ist nur dann zu berücksichtigen, wenn

ist.

Dabei ist

Bilder A 2.7-2 bis A 2.7-4: Zulässige Stutzenformen

Bilder A 2.7-5 bis A 2.7-7: Zulässige Stutzenformen

Bild A 2.7-8: Schräger zylindrischer Abzweig

Bild A 2.7-9: Schräger konischer Abzweig

Bild A 2.7-10: Kegelschale mit Ausschnittsverstärkung

Bild A 2.7-11: Konischer Abzweig in einer Kugelschale

A 2.7.3 Alternative Dimensionierung von Ausschnittsverstärkungen

A 2.7.3.1 Zylinderschalen

Im Falle der Anwendung der alternativen Spannungsindex-Methode gemäß Abschnitt 8.2.2.2 gilt für die Berechnung der Verstärkungsflächen nach Abschnitt A 2.7.2 folgende alternative Vorschrift:

dAi / (dHi ⋅ sH0 / 2)0,5	Verstärkung
< 0,2	0
von 0,2 bis 0,4
> 0,4	0,75 ⋅ dAi ⋅ sH0

Für die mittragende Zone gilt Bild A 2.7-12.

l_c (siehe Bild A 2.7-12) ist nach Gleichung (A 2.7-14) zu ermitteln:

l_n (siehe Bild A 2.7-12) ist nach Gleichung (A 2.7-15) zu ermitteln:

Die Berechnungseinheiten sind dem Abschnitt A 2.7.1 zu entnehmen.

Bild A 2.7-12: Mittragende Zone

A 2.7.3.2 Gewölbte Böden

Im Falle der Anwendung der alternativen Spannungsindex-Methode gemäß Abschnitt 8.2.2.2 gilt für die Berechnung der Verstärkungsflächen nach Abschnitt A 2.7.2 folgende alternative Vorschrift:

dAi / (dHi ⋅ sH0 / 2)0,5	Verstärkung
< 0,2	0
von 0,2 bis 0,4
> 0,4	dAi ⋅ sH0 ⋅ cosµ µ = sin-1 (dAi / (dHi)

Für die mittragende Zone gilt Bild A 2.7-12.

Die Berechnungseinheiten sind dem Abschnitt A 2.7.1 zu entnehmen.

A 2.8 Schraubenverbindungen

A 2.8.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.8.

A 2.8.2 Geltungsbereich

Die nachstehenden Berechnungsregeln gelten für Schrauben mit kreisförmiger Anordnung in gleichem Abstand als kraftschlüssige Verbindungselemente von druckführenden Teilen. Die in den einzelnen Betriebszuständen erforderlichen Kräfte (Schraubenkraft, Dichtungskraft) werden für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Krafthauptschluss (KHS) und Kraftnebenschluss (KNS) bestimmt (siehe Bild A 2.8-1 und Abschnitt A 2.8.4). Voraussetzung für die Anwendung von Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftnebenschluss ist eine hinreichende Steifigkeit und damit begrenzte Flanschblattneigung. Die Berechnungsregeln berücksichtigen vorwiegend ruhende Zugbeanspruchung. Schub- und Biegebeanspruchungen in den Schrauben, die z.B. aus den Verformungen von Flanschen und Deckeln, aus thermischen Einflüssen (z.B. örtlichen und zeitlichen Temperaturgradienten, unterschiedlichen Wärmedehnzahlen) stammen, sind in diesem Abschnitt nicht erfasst.

Bild A 2.8-1: Darstellung einer Flanschverbindung mit der Dichtung im KHS und im KNS (schematisch)

A 2.8.3 Allgemeines

(1) Für verschraubte Flanschverbindungen müssen Dichtheits- und Festigkeitsnachweise durchgeführt werden (siehe Ablaufschema in Bild A 2.8-2). Beim Dichtheitsnachweis ist im Wesentlichen die Höhe der Vorspannung zu bestimmen, die zur Gewährleistung der Dichtheit der Verbindung bei den Betriebs- und Prüffällen erforderlich ist. Beim Festigkeitsnachweis ist die Einhaltung der zulässigen Spannungen für Flansche, Schrauben und Dichtungen nachzuweisen.

(2) Im ersten Schritt sind die Komponenten der Flanschverbindung auszuwählen. Die in den Abschnitten A 2.8.4, A 2.9.4 und A 2.9.5 angegebenen vereinfachten Verfahren sind hierfür geeignet. Dabei werden aus den spezifizierten Belastungen, der gewählten Dichtung (z.B. Abmessungen, Dichtheitsklasse, Dichtungskennwerte) sowie den zulässigen Spannungen der Komponenten der Flanschverbindung die erforderlichen Abmessungen sowie die erforderliche Vorspannkraft der Schrauben bestimmt.

(3) Im zweiten Schritt erfolgen die Dichtheits- und Festigkeitsnachweise und eine Überprüfung der Abtragbarkeit der Schnittlasten (auch Querkraft und Torsionsmoment). Das Schraubenanzugsverfahren (z.B. Anzugsfaktor) ist beim Festigkeitsnachweis der Flansche und Schrauben zu berücksichtigen.

Der Dichtheitsnachweis ist mit der minimalen rechnerischen Schraubenkraft zu führen. Bei Kraftnebenschlussverbindungen mit einer Schraubenanzahl n gleich oder größer als 8 darf abweichend hiervon der Nachweis mit einer mittleren rechnerischen Schraubenkraft geführt werden.

Die Festigkeitsnachweise des Flansches und bei Krafthauptschlussverbindungen der Dichtung sind im Einbauzustand mit der maximalen rechnerischen Schraubenkraft zu führen, bei den Festigkeitsnachweisen im Betriebszustand darf die mittlere rechnerische Schraubenkraft zugrunde gelegt werden.

Für den Festigkeitsnachweis der Schrauben ist die maximale Schraubenkraft anzusetzen.

(4) Können die Dichtheits- und Festigkeitsnachweise nicht erbracht werden, ist eine iterative Vorgehensweise mit einer Wiederholung der Nachweise erforderlich, bis die Bedingungen erfüllt sind.

(5) Als Dehnschrauben werden solche Schrauben bewertet, deren Schaftdurchmesser kleiner als oder gleich dem 0,9fachen des Kerndurchmessers ist und deren Dehnschaftlänge mindestens das Zweifache, möglichst aber das Vierfache des Schaftdurchmessers beträgt, oder solche Schrauben, deren Abmessungen DIN 2510-1 bis DIN 2510-4 entsprechen. Als Dehnschrauben dürfen auch Schaftschrauben mit vergrößerter Dehnlänge und einem Schaftdurchmesser kleiner oder gleich dem Kerndurchmesser verwendet werden, wenn deren Nachgiebigkeit bezüglich der Längung und deren Nachgiebigkeit bezüglich der Biegung unter den gegebenen Randbedingungen der Nachgiebigkeit einer Dehnschraube gemäß vorstehender Definition mit gleichem Gewindekerndurchmesser und minimaler Dehnschaftlänge gemäß oben getroffener Festlegung entspricht.

Bei Schraubenverbindungen nach DIN EN ISO 898-1, DIN EN ISO 898-2, DIN EN ISO 3506-1, DIN EN ISO 3506-2, DIN EN ISO 3506-3, DIN 267-13 und DIN 2510-1 bis DIN 2510-4 darf unter Beachtung der angegebenen Mutterhöhen oder Einschraubtiefen auf eine Nachrechnung der Gewindebeanspruchung verzichtet werden.

Andernfalls ist die Berechnung nach Abschnitt A 2.8.4 oder nach VDI 2230 durchzuführen.

Bild A 2.8-2: Allgemeines Ablaufschema für die Berechnung von Flanschen

A 2.8.4 Dimensionierung von Schrauben

A 2.8.4.1 Schraubenkraft für Krafthauptschluss

Die Schraubenkraft (F_S) ist zu ermitteln für den Betriebszustand (F_SBx), für den Prüfzustand (F´ _S ) und für den Einbauzustand (F_S0).

1. Erforderliche Schraubenkraft für den Betriebszustand

   FSBU / L = FR + FDBU / L + FF + FZ

   (A 2.8-1)

   Als Rohrkraft FR ist die vom Rohr oder Mantel auf die Flanschverbindung übertragene Kraft zu verstehen. Die Rohrkraft ergibt sich bei geschlossenen Rohren oder Mänteln nach folgender Gleichung:

   FR = FRP + FRZ + FRM

   (A 2.8-2)

   dabei ist

   FRP = di 2 ⋅ π ⋅ p / 4

   (A 2.8-3)

   Die zusätzlichen Rohrkräfte F_RZ und F_RM berücksichtigen Rohrlängskräfte F_RZ und Rohrbiegemomente M_B, wobei

   FRM = 4 ⋅ MB / dD

   (A 2.8-4)

   Auf Grundlage der vorhandenen Steifigkeitsverhältnisse darf anstelle des Dichtungsdurchmessers d_D der wirksame Durchmesser verwendet werden.

   Beim Spannungsnachweis der Schrauben darf anstelle des Dichtungsdurchmessers d_D der Lochkreisdurchmesser d_t eingesetzt werden.

   F_RZ und M_B müssen gegebenenfalls der statischen oder dynamischen Rohrleitungssystemanalyse entnommen werden.

   F_RZ und M_B sind gleich 0 bei Flanschverbindungen in Behältern und Rohrleitungen, an die keine oder nur Rohrleitungen ohne zusätzliche Längskraft F_RZ und ohne zusätzliches Rohrbiegemoment M_B angeschlossen sind.

   Die erforderliche Dichtungskraft für den Betriebszustand (F_{DBU / L}) ermittelt sich aus:

   FDBU / L = π⋅ dD ⋅ bD ⋅ σBU / L ⋅ SD

   (A 2.8-5)

   Für S_D ist mindestens der Wert 1,2 einzusetzen.

   Die erforderliche Dichtungskraft im Betriebszustand F_{DBU / L} ist notwendig, um dauerndes Dichthalten (Dichtheitsklasse L) im Betrieb zu gewährleisten. Die Dichtungskennwerte werden in Abschnitt A 2.10 behandelt.

   Bei Schweißlippendichtungen ist zur Sicherstellung der Lagestabilität eine axiale Druckkraft auf die Stirnflächen der Flansche vorzuhalten. Für FDBU / L ist hierfür mindestens der Wert 0, 15 (FRP + FF) zu setzen.

   Die zulässige (maximal ertragbare) Standkraft der Dichtung im Betriebszustand beträgt

   FDBO = π ⋅ dD ⋅ bD ⋅ σBO

   (A 2.8-6)

   Die Ringflächenkraft F_F beträgt

   (A 2.8-7)

   Die Ringflächenkraft F_F wird hervorgerufen durch den Innendruck p und lastet auf der Ringfläche, die durch den Dichtungskreis d_D und den Innendurchmesser d_i gebildet wird. Als Dichtungsdurchmesser d_D muss der mittlere Durchmesser der Dichtung angesetzt werden. Bei Schweißlippendichtungen ist der mittlere Durchmesser der Schweißnaht einzusetzen. Bei konzentrischen Doppeldichtungen ist der mittlere Durchmesser der äußeren Dichtung zu verwenden.

   Um in der Flanschverbindung eine Querkraft Q (senkrecht zur Rohrachse) und ein Torsionsmoment M_t durch Reibschluss übertragen zu können, muss an der Dichtung erforderlichenfalls eine zusätzliche Kraft F_Z angreifen.

   F_Z beträgt:

   aa) für seitlich verschiebbare Flansche, bei denen Querkräfte nur durch Reibschluss übertragen werden können

   (A 2.8-8)

   ab) für seitlich nicht verschiebbare Flansche, bei denen Querkräfte durch Formschluss übertragen werden

   (A 2.8-9)

   Falls keine anderslautenden Versuchsergebnisse vorliegen, sind die Reibbeiwerte wie folgt einzusetzen:

   μ_D = 0,05 bei Dichtungen auf PTFE-Basis
   μ_D = 0,1 bei graphitbeschichteten Dichtungen
   μ_D = 0,15 bei metallischen Auflagen mit glatter Oberfläche
   μ_D = 0,25 bei unbeschichteten Dichtungen auf Faserbasis
   

2. Erforderliche Schraubenkraft für den Prüfzustand

   (A 2.8-10)

   Die Größen F´_RZ und F´_RM entsprechen den zusätzlichen Rohrkräften im Prüfzustand. F´_Z ist entsprechend den Gleichungen (A 2.8-8) und (A 2.8-9) unter Berücksichtigung des Prüfzustandes zu ermitteln.
   

3. Erforderliche Schraubenkraft für den Einbauzustand Die Schraubenverbindung ist so anzuziehen, dass beim Einbau die notwendige Vorverformung der Dichtung erreicht wird, so dass die Verbindung im Prüfzustand und im Betriebszustand dicht bleibt und etwaige im Rohrsystem vorhandene Rohrkräfte F_R0 aufgenommen werden können.

   Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist zu fordern:

   FS0U > FDVU / L + FRZ0 + FRM0

   (A 2.8-11)

   mindestens jedoch für den Prüfzustand

   FS0U > F´S

   (A 2.8-12)

   und für den Betriebszustand

   FS0U > FSBU / L

   (A 2.8-13)

   Dabei ist F_{DVU / L} die Vorverformungskraft der Dichtung, die erforderlich ist, um ein ausreichendes Anpassen der Dichtung an die Dichtflächen (Dichtheitsklasse L) zu erreichen.

   FDVU / L = π ⋅ dD ⋅ bD ⋅ σVU / L

   (A 2.8-14)

   Im Einbauzustand darf die Dichtung höchstens mit

   FDVO = π⋅ dD ⋅ bD ⋅ σVO

   (A 2.8-15)

   belastet werden.

A 2.8.4.2 Schraubenkraft für Kraftnebenschluss

Die Schraubenkraft (F_S) ist zu ermitteln für das Erreichen der Blocklage (F_SKU), für den Prüfzustand (F´_S ) und für den Betriebszustand (F_SB). Das Erreichen der Blocklage wird über Gleichung (A 2.9-45) indirekt kontrolliert.

1. Erforderliche Schraubenkraft für das Erreichen der Blocklage

   FSKU = FDKU + FR0

   (A 2.8-16)

   Die erforderliche Dichtungskraft für die Blocklage ermittelt sich für Dichtungen außer Metall-O-Ring-Dichtungen aus:

   FDKU = π⋅ dD ⋅ bD ⋅ σKNS

   (A 2.8-17)

   für eine einfache Metall-O-Ring-Dichtung aus:

   FDKU = π⋅ dD ⋅ k*1

   (A 2.8-18)

   und für doppelte Metall-O-Ring-Dichtung aus:

   FDKU = π⋅ (dD1 ⋅ k*11 + dD2 ⋅ k*12)

   (A 2.8-19)

   Für einfache Metall-O-Ring-Dichtungen ist der Dichtungskennwert k^*₁ und für doppelte Metall-O-Ring-Dichtungen die Dichtungskennwerte k^*₁₁ und k^*₁₂ nach den Unterlagen des Herstellers zu verwenden.
   

2. Erforderliche Schraubenkraft für das Einhalten der Blocklage im Betriebszustand

   FSBU = FDKU + FR + FF + FZ

   (A 2.8-20)

   Als Rohrkraft FR ist die vom Rohr oder Mantel auf die Flanschverbindung übertragene Kraft zu verstehen. Die Rohrkraft ergibt sich bei geschlossenen Rohren oder Mänteln nach folgender Gleichung:

   FR = FRP + FRZ + FRM

   (A 2.8-21)

   dabei ist

   FRP = di2 ⋅ π⋅ p / 4

   (A 2.8-22)

   Die zusätzlichen Rohrkräfte F_RZ und F_RM berücksichtigen Rohrlängskräfte F_RZ und Rohrbiegemomente M_B, wobei

   (A 2.8-23)

   F_Z beträgt:

   aa) für seitlich verschiebbare Flansche, bei denen Querkräfte nur durch Reibschluss übertragen werden können

   (A 2.8-24)

   ab) für seitlich nicht verschiebbare Flansche, bei denen Querkräfte durch Formschluss übertragen werden

   (A 2.8-25)

   Falls keine anderslautenden Versuchsergebnisse vorliegen, sind folgende Reibbeiwerte einzusetzen:

   μ_D = 0,10 bei graphitbeschichteten Dichtungen
   μ_M = 0,15 bei metallischen Auflagen mit glatter Oberfläche
   

3. Erforderliche Schraubenkraft für das Einhalten der Blocklage im Prüfzustand

   FSPU = p´ / p ⋅ (FRP + FF) + FDKU + F´RZ + F´RM + F´Z

   (A 2.8-26)

   Die Größen F´_RZ und F´_RM entsprechen den zusätzlichen Rohrkräften im Prüfzustand. F´_Z ist entsprechend den Gleichungen (A 2.8-24) und (A 2.8-25) unter Berücksichtigung des Prüfzustandes zu ermitteln.
   

4. Erforderliche Schraubenkraft für den Einbauzustand

   Die Schraubenverbindung ist so anzuziehen, dass beim Einbau die notwendige Schraubenkraft aufgebracht wird, um die Blocklage im Einbauzustand zu erreichen und um die Blocklage weder im Prüfzustand noch im Betriebszustand wieder zu verlassen.

   Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist zu fordern:

   FS0U > max (FSKU + FZ0; FSBU; FSPU)

   (A 2.8-27)

   Hierbei ist F_Z0 die zum Abtragen der Querkraft oder eines Torsionsmomentes im Einbauzustand erforderliche zusätzliche Kraft, die nach den Gleichungen (A 2.8-24) oder (A 2.8-25) zu ermitteln ist, wobei die Kräfte und Momente für den Einbauzustand einzusetzen sind.

A 2.8.4.3 Vorspannen von Schraubenverbindungen

(1) Die Einbauschraubenkraft ist in kontrollierter Weise aufzubringen. Je nach Schraubenanzugsverfahren erstreckt sich diese Kontrolle z.B. auf das Drehmoment, die Längung der Schrauben, die Dehnung der Schrauben oder die Temperaturdifferenz zwischen Schraube und Flansch. Hierbei sind - abhängig vom Anzugsverfahren - z.B. folgende Einflussgrößen zu beachten: Reibbeiwert, Oberflächengüte, Schmierungszustand, Setzerscheinungen.

(2) Erfolgt das Anziehen der Schrauben mittels Drehmomentenschlüssel, so ist das Anzugsmoment nach einem geeigneten, rechnerischen oder experimentellen Verfahren zu bestimmen, z.B. nach VDI-Richtlinie 2230 Blatt 1.

A 2.8.4.4 Schraubendurchmesser

(1) Der erforderliche Gewindekerndurchmesser d_k einer Starrschraube oder der Schaftdurchmesser d_s einer Dehnschraube (mit oder ohne Innenbohrung) in einer Schraubenverbindung mit n Schrauben ist nach folgender Gleichung zu berechnen:

(A 2.8-28)

mit σ_zul gemäß Tabelle 7.7-7.

(2) Hierbei sind folgende Lastfälle zu berücksichtigen:

1. die Lastfälle der Beanspruchungsgruppen 0, A, B, C, D gemäß den Zeilen 1 und 2 der Tabelle 7.7-7,
2. der Lastfall der Beanspruchungsstufe P gemäß Zeile 3 der Tabelle 7.7-7,
3. die Einbauzustände gemäß Zeile 4 der Tabelle 7.7-7 (zur Berücksichtigung der vom Anzugsverfahren abhängigen Streuung der Schraubenkräfte sind die diesbezüglichen Angaben in der VDI-Richtlinie 2230 Blatt 1 zu beachten).

(3) Als Konstruktionszuschlag c ist einzusetzen bei Dehnschrauben c = 0 mm, bei Starrschrauben gilt für die Belastungen der Beanspruchungsstufe 0 in den Zeilen 1 und 2 der Tabelle 7.7-7:

(A 2.8-29)

oder

(A 2.8-30)

Im Zwischenbereich ist linear zu interpolieren gemäß

(A 2.8-31)

Für die Lastfälle der übrigen Beanspruchungsstufen ist c = 0 mm zu setzen.

A 2.8.4.5 Erforderliche Einschraubtiefe

A 2.8.4.5.1 Allgemeines

(1) Bei der Ermittlung der erforderlichen Einschraubtiefe in einer zylindrischen Mutter oder im Sackloch soll davon ausgegangen werden, dass die auf der Abstreiffestigkeit beruhende Tragfähigkeit sowohl des Bolzengewindes als auch des Muttergewindes größer ist als die auf der Zugfestigkeit beruhende Tragfähigkeit des freien belasteten Gewindeteils oder des Schaftes bei Dehnschrauben. Die Tragfähigkeit der einzelnen Bereiche berechnet sich wie folgt:

frei belastetes Gewinde:

Dehnschaft:

eingeschraubtes Bolzengewinde:

eingeschraubtes Muttergewinde:

(2) Die Berechnung der Einschraubtiefe ist für den Fall kleinster Flankenüberdeckung gemäß den nachfolgenden Abschnitten vorzunehmen. Hierzu sind bei der Berechnung der tragenden Querschnitte die Bolzenkleinstmaße und die Mutterngrößtmaße einzusetzen.

(3) Bei gegebener Einschraubtiefe oder Mutterhöhe ist nachzuweisen, dass die Tragfähigkeit des freien belasteten Gewindeteils oder des Dehnschaftes kleiner ist als die der ineinandergreifenden Bolzen- und Muttergewindegänge. Bei verringerter Ausnutzung der Schraubenfestigkeit darf die Schraubenkraft FS entsprechend den Abschnitten A 2.8.4.1 oder A 2.8.4.2 zugrunde gelegt werden. Der Nachweis der erforderlichen Einschraubtiefe ist dann gemäß Abschnitt A 2.8.4.5.5 zu erbringen.

(4) Von der Berechnung der Einschraubtiefe gemäß den nachfolgenden Abschnitten ausgenommen sind genormte Schraubenverbindungen. Die Berechnung der Einschraubtiefe gemäß den nachfolgenden Abschnitten einschließlich des Abschnitts A 2.8.4.5.5 gilt nicht für Schraubenverbindungen mit Sägezahn- und Trapezgewinde.

(5) Ergeben sich aus repräsentativen Versuchen kleinere erforderliche Einschraubtiefen als die gemäß den nachfolgenden Abschnitten berechneten, so dürfen diese angewendet werden.

A 2.8.4.5.2 Schraubenverbindungen mit Sackloch oder zylindrischer Mutter ohne Aussenkung

Die erforderliche Einschraubtiefe l_ges für Schraubenverbindungen mit Sackloch oder zylindrischer Mutter ist als Maximum aus den nachstehend aufgeführten Gleichungen zu ermitteln:

1. Aus der Forderung nach Abstreiffestigkeit des Schraubengewindes ergibt sich die Bedingung (siehe Bild A 2.8-3):

   (A 2.8-36)

   Bei Dehnschrauben darf anstelle des Spannungsquerschnittes A_S der Dehnschaftquerschnitt A₀ eingesetzt werden.
   Für Spitzgewinde mit Flankenwinkel ± = 60° beträgt

   	α		1
   tan =		=
   	2		(3)0,5

2. Aus der Forderung nach Abstreiffestigkeit des Mutter- oder Sacklochgewindes ergibt sich die Bedingung (siehe Bild A 2.8-3)

   (A 2.8-37)

   Im Falle eines Sacklochs ist anstelle R_mM die Zugfestigkeit R_mS einzusetzen.
   

3. Weiterhin muss folgende Bedingung erfüllt sein:

   lges > 0,8 ⋅ d

   (A 2.8-38)

   Die Größen C₁, C₂ und C₃ sind gemäß Abschnitt A 2.8.4.5.4 zu bestimmen.

Bild A 2.8-3: Darstellung der Größen bei Bolzen- und Muttergewinde

A 2.8.4.5.3 Schraubenverbindungen mit konischem Gewindebereich der Mutter ohne Aussenkung

Die erforderliche Einschraubtiefe l_ges für Schraubenverbindung mit konischem Gewindebereich der Mutter ist als Maximum aus den nachstehend aufgeführten Gleichungen zu ermitteln.

1. Aus der Forderung nach Abstreiffestigkeit des Schraubengewindes ergibt sich die Bedingung (siehe die Bilder A 2.8-4 und A 2.8-5):

   (A 2.8-39)

2. Aus der Forderung nach Abstreiffestigkeit des Muttergewindes ergibt sich die erforderliche Einschraubtiefe l_ges (siehe die Bilder A 2.8-4 und A 2.8-5) gemäß Gleichung (A 2.8-37).
3. Die Einschraubtiefe l_ges muss der Gleichung (A 2.8-38) genügen.

Die Größen C₁, C₂, C₃ sind gemäß Abschnitt A 2.8.4.5.4 zu bestimmen.

Bild A 2.8-4: Darstellung der Größen bei Bolzen- und Muttergewinde (konisches Muttergewinde)

Bild A 2.8-5: Darstellung der Größen bei der Mutter (mit konischem Teil)

A 2.8.4.5.4 Berechnungsbeiwerte C₁, C₂, C₃

(1) Der Berechnungsbeiwert C₁ ist gemäß der nachfolgenden Gleichung

(A 2.8-40)

oder nach Bild A 2.8-6 zu bestimmen.

Im Falle verzahnter Muttern ist anstelle der Schlüsselweite SW ein äquivalenter Wert einzusetzen.

Bild A 2.8-6: Faktor C₁ zur Kennzeichnung der Verminderung der Abstreiffestigkeit von Bolzen- und Muttergewinde infolge Mutteraufweitung

(2) Der Berechnungsbeiwert C₂ lässt sich gemäß der Gleichung (A 2.8-46) oder nach Bild A 2.8-7 bestimmen.

Die hierzu erforderlichen Größen berechnen sich wie folgt: Festigkeitsverhältnis R_S

(A 2.8-41)

Hinweis:
Bei der Ermittlung des Festigkeitsverhältnisses ist der Quotient der Scherflächen A_{SG Mutter / Sackloch} und A_{SG Bolzen} zu bilden, so dass sich die Einschraubtiefe l herauskürzt

Die Scherfläche A_SG des Mutter- oder Sacklochgewindes ist

(A 2.8-42)

Die Größe der Scherfläche A_{SG Bolzen} des Bolzens ist davon abhängig, ob es sich um eine Schraubverbindung mit Sackloch oder Mutter mit zylindrischem Gewinde oder um eine Schraubverbindung mit einer Mutter handelt, die einen konischen Gewindeteil besitzt.

Demnach lautet die Gleichung der Scherfläche A_{SG Bolzen} bei Schraubverbindungen mit Sackloch oder

(A 2.8-43)

Die Größe der Scherfläche A_{SG Bolzen} eines Bolzens bei Schraubverbindungen mit Mutter mit konischem Gewindeteil nach Bild A 2.8-5 und unter Berücksichtigung der Beziehung l_B = 0,4 ⋅ l lautet:

	(A 2.8-44)
Dm errechnet sich aus Dm = 1,015 ⋅ D1	(A 2.8-45)

C₂ errechnet sich für 1 < R_S < 2,2 aus der Gleichung

und für R_S < 1 zu C₂ = 0,897

C₂ kann auch aus Bild A 2.8-7 bestimmt werden.

(3) Der Berechnungsbeiwert C₃ berechnet sich für 0,4 d R_S < 1 aus der Gleichung

und für R_S > 1 zu C₃ = 0,897

C₃ kann auch aus Bild A 2.8-7 bestimmt werden.

Bild A 2.8-7: Faktor zur Kennzeichnung der Verminderung der Abstreiffestigkeit von Bolzen- und Muttergewinde als Folge plastischer Gewindeverformung

Bild A 2.8-8: Gewindeabmessungen

A 2.8.4.5.5 Erforderliche Einschraubtiefe für Armaturengehäuse

(1) Alternativ zum Verfahren nach Abschnitt A 2.8.4.5.1 bis A 2.8.4.5.4 darf bei Armaturen die Einschraubtiefe wie folgt überprüft werden. Der Nachweis gilt als erbracht, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

mit

l: Einschraublänge
n : Anzahl der Schrauben
d, d₂: gemäß Bild A 2.8-8
S_m: der kleinere Spannungsvergleichswert der zu verschraubenden Werkstoffe gemäß Abschnitt 7.7.3.4
F_max: F_S oder F_S0 (ungünstigster Belastungszustand entsprechend Tabelle 7.7-7)

(2) Der Einbauzustand und die Betriebszustände sind getrennt nachzuweisen.

A 2.9 Flansche

A 2.9.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 2.9

Mit dem Index "0" wird der Einbauzustand, mit dem Index "x" der jeweils betrachtete Zustand (Betriebszustand, Prüfzustand) bezeichnet.

A 2.9.2 Allgemeines

(1) Die nachstehende Berechnung gilt für die Dimensionierung und die Festigkeitsnachweise kreisförmiger Flansche aus Stahl, die als kraftschlüssige Verbindungselemente mit Dichtungen im Krafthauptschluss (KHS) und mit Dichtungen im Kraftnebenschluss (KNS) innendruckbeansprucht sind. Voraussetzung für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftnebenschluss ist eine hinreichende Steifigkeit und damit eine begrenzte Spalthöhe im Bereich der Dichtung. Unter Flanschen werden im Folgenden Vorschweißflansche, Vorschweißbunde, Losflansche und Deckelflansche verstanden.

(2) Der Dichtheitsnachweis ist mit der minimalen rechnerischen Schraubenkraft zu führen. Bei Kraftnebenschlussverbindungen mit einer Schraubenanzahl n gleich oder größer als 8 darf abweichend hiervon der Nachweis mit einer mittleren rechnerischen Schraubenkraft geführt werden. Bei Kraftnebenschlussverbindungen mit einer Schraubenanzahl n kleiner als 8 ist die Spaltvergrößerung an der Dichtung mit der maximalen Schraubenkraft zu überprüfen.

Die Festigkeitsnachweise des Flansches und der Dichtung im Einbauzustand sind mit der maximalen rechnerischen Schraubenkraft zu führen, bei den Festigkeitsnachweisen im Betriebszustand darf die mittlere rechnerische Schraubenkraft zugrunde gelegt werden.

(3) Ist für Flanschverbindungen der Nachweis einer ausreichenden Dichtheit in den Beanspruchungsstufen C und D erforderlich, so darf dieser durch eine Nachprüfung der Kraft- und Verformungsverhältnisse nach Abschnitt A 2.9.6 oder A 2.9.7 erfolgen.

A 2.9.3 Ausführung und Schweißung

(1) Behälterflansche dürfen geschmiedet oder nahtlos gewalzt werden.

(2) Schweißen und gegebenenfalls notwendige Wärmebehandlungen richten sich nach den komponentenbezogenen Vorschriften.

A 2.9.4 Dimensionierung der Flansche bei Krafthauptschlussverbindungen

A 2.9.4.1 Allgemeines

(1) Die Berechnung besteht aus der Dimensionierung und dem Dichtheits- / Festigkeitsnachweis gemäß Abschnitt A 2.9.6. Die Flanschverbindung muss so bemessen sein, dass sie die Kräfte beim Zusammenbau (Vorverformen der Dichtung), bei der Druckprüfung, im Betrieb bei den An- und Abfahrvorgängen sowie bei eventuellen Störfällen aufnehmen kann.

so ist die Berechnung auch für diesen Belastungsfall durchzuführen. Die Bedingung ist sowohl für den Flansch- als auch für den Schraubenwerkstoff zu überprüfen.

(2) Die Flansche sind nach den in den folgenden Abschnitten angeführten Gleichungen zu berechnen. Der Einfluss äußerer Kräfte und Momente ist zu berücksichtigen und nachzuweisen.

(3) Die dem rechnerischen Nachweis zugrunde gelegte Höhe h_F oder h_L des Flanschblatts muss am ausgeführten Bauteil vorhanden sein. Nuten für normale Feder-, Nut- oder Ring-Joint-Verbindungen brauchen nicht berücksichtigt zu werden.

(4) Maßgebend für die Auslegung der Flansche ist der erforderliche Flanschwiderstand W_erf.

(5) Für die Ermittlung des erforderlichen Flanschwiderstands im Betriebszustand für Flansche der Abschnitte A 2.9.4.2 und A 2.9.4.3 in den Schnitten A-A und B-B und für Flansche nach Abschnitt A 2.9.4.4 im Schnitt A-A gilt

Für die genannten Flansche im Schnitt C-C gilt

Für die Flansche des Abschnitts A 2.9.4.5 gilt

Im Einbauzustand gilt für die Flansche der Abschnitte A 2.9.4.2 bis A 2.9.4.5 ohne Rücksicht auf die Schnitte

mit σ_zul: zulässige Spannung nach Tabelle A 2.9-1.

Hinweis:
Die Berücksichtigung der maximalen Einbauschraubenkraft FS0max erfolgt im Rahmen des Festigkeitsnachweises, siehe Tabelle A 2.9-1 lfd. Nr. 3.

Bild A 2.9-1: Flanschquerschnitt

Tabelle A 2.9-1: Zulässige Spannungen σ_zul für drucktragende Flanschverbindungen aus Stahl oder Stahlguss

Lfd. Nr.	Spannungsart 1	Einbauzustand	Beanspruchungsstufen
			0	A, B	P	C, D
1	Spannung aus Innendruck, erforderlicher Dichtungskraft und äußeren Lasten 2 FS = FRP + FF + FDB + FRZ + FRM	-	Sm	Sm	-	1 / 1,1 ⋅ R p0,2RT 7, 8
2	Spannung im Prüfzustand 2 FSP = F´RP + F´RZ + F´RM + F´F + F´DB	-	-	-	1 / 1,1 ⋅ Rp0,2RT 7	-
3	Spannung im Einbauzustand 3, 4 FS0	1 / 1,1 ⋅ R p0,2RT 7	-	-	-	-
4	Spannung aus Innendruck, äußeren Lasten, Restdichtungskraft und ggf. unterschiedlicher Wärmedehnung 5 unter Berücksichtigung des Verspannungszustandes 4, 6	-	-	1 / 1,1 ⋅ R p0,2RT 7	-	-
Bei Durchmesserverhältnissen dF / di > 2 sind alle Spannungsgrenzen um den Faktor Φ = 0,6 + abzumindern. 1) Bedeutung der verwendeten Formelzeichen siehe Abschnitt A 2.9.1. 2) Bei Anwendung der Gleichungen (A 2.9-1) bis (A 2.9-3). 3) Bei Anwendung der Gleichung (A 2.9-4) im Rahmen der Dimensionierung ist FS0U, im Rahmen des Festigkeitsnachweises ist FS0max zu verwenden. 4) Unter Berücksichtigung der Festlegungen in Abschnitt A 2.8.3 (3). 5) Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmedehnung bei einer Auslegungstemperatur > 120 °C. Die Temperaturbegrenzung gilt nicht für die Werkstoffpaarung Austenit / Ferrit in Flansch und Schrauben. 6) Bei Berechnung nach Abschnitt A 2.9.6. 7) Bei Stahlguss 0,75 ⋅ Rp0,2T anstelle Rp0,2T / 1,1. 8) Sind für die Beanspruchungsstufen C, D Dichtheitsnachweise zu führen, so ist wie für die Stufen A, B gemäß lfd. Nr. 4 vorzugehen

Die Gleichungen (A 2.9-1) bis (A 2.9-3) dürfen sinngemäß auf die Prüffälle angewendet werden.

Die Kräfte F sind nach Abschnitt A 2.8 zu ermitteln.

Die Hebelarme für Dichtungen im Krafthauptschluss betragen:

Bei Vorschweißbunden ist anstelle d_t der Teilkreisdurchmesser d^*_t einzusetzen (siehe Bilder A 2.9-3 und A 2.9-5).

Für Losflansche gilt:

Für die Berechnung des Flansches stellt die Verwendung von

und für die Berechnung des Bundes die Verwendung von d^*_t = d_F einen konservativen Ansatz dar.

d^*_t darf in Abhängigkeit von den Steifigkeitsverhältnissen des Bundes und des Flansches den realen Gegebenheiten angepasst werden.

(6) Der Flanschwiderstand muss allgemein für einen beliebigen Schnitt X-X (Bild A 2.9-1) der Bedingung

(A 2.9-9)

genügen.

Dabei ist s₁ die infolge der Längskräfte im Flanschansatz erforderliche Wanddicke.

Sie errechnet sich aus folgender Gleichung:

σ_zul ist nach Tabelle A 2.9-1 zu bestimmen. Der Faktor Φdarf fÌr Gleichung A 2.9-10 entfallen.

Mit e₁ und e₂ werden die Schwerpunktabstände der Teilquerschnittsflächen A₁ = A₂ (im Bild A 2.9-1 durch verschiedene Schraffuren gekennzeichnet) von der für die im angenommenen vollplastischen Zustand geltenden neutralen Linie 0-0 bezeichnet. Der Schwächung des Flanschblatts durch die Schraubenlöcher muss durch den Berechnungsdurchmesser d^´_L in der nachfolgenden Gleichung Rechnung getragen werden:

Für Flansche mit d_i > 500 mm ist

und für Flansche mit d_i < 500 mm ist

A 2.9.4.2 Vorschweißflansche mit innenliegender Dichtung und konischem Ansatz nach Bild A 2.9-2

Der Flansch ist in den Querschnitten A-A, B-B und C-C zu überprüfen, wobei der kleinste Flanschwiderstand für das Festigkeitsverhalten maßgebend ist.

Der vorhandene Flanschwiderstand im Querschnitt bei A-A ergibt sich aus:

(A 2.9-13)

Die Gleichung (A 2.9-13) darf auch zur Bestimmung von h_F verwendet werden.

Bild A 2.9-2: Vorschweißflansch mit konischem Ansatz

Der vorhandene Flanschwiderstand im Schnitt B-B ergibt sich aus:

(A 2.9-14)

Die Schwerpunktabstände e₁ und e₂ bei Flanschen mit konischem Ansatz betragen:

	(A 2.9-15)
e2 = K / L	(A 2.9-16)

dabei ist

	(A 2.9-17)
L = (dF - di - 2 ⋅ d2L) ⋅ (hF - 2 ⋅ e1) + hA ⋅ (sF + sR)	(A 2.9-18)

Die zur Aufnahme der Schubbeanspruchung erforderliche Blattdicke h_S ergibt sich wie folgt:

im Einbauzustand

im Betriebszustand

mit σ_zul: zulässige Spannung nach Tabelle 2.9-1.

Der Flanschwiderstand im Querschnitt C-C ergibt sich dann aus:

(A 2.9-21)

Das äußere Moment beträgt in diesem Fall

mit

F_S = F_S0U im Einbauzustand
F_S = F_{SBU / L} im Betriebszustand.

Die Anwendung der Gleichung A 2.9-21 kann zu sehr konservativen Ergebnissen führen, z.B. im Falle d_D größer als (d_i + 2 ⋅ s_F). Detalliertere Betrachtungen unter Berücksichtigung der Hebelarm- und Geometrieverhältnisse sind zulässig.

2.9.4.3 Vorschweißbunde mit konischem Ansatz nach Bild A 2.9-3

Die Berechnung erfolgt nach Abschnitt A 2.9.4.2 mit d´_L = 0.

Bild A 2.9-3: Vorschweißbund mit konischem Ansatz

A 2.9.4.4 Flansche und Bunde mit innenliegender Dichtung und zylindrischem Ansatz nach Bild A 2.9-4 und Bild A 2.9-5

Der Flansch ist in den Querschnitten A-A und C-C zu überprüfen. Der vorhandene Flanschwiderstand im Schnitt A-A ergibt sich aus:

(A 2.9-23)

Der vorhandene Flanschwiderstand im Schnitt C-C ergibt sich entsprechend Abschnitt A 2.9.4.2.

Bei der Berechnung von Vorschweißbunden ist d´L = 0 zu setzen.

Bild A 2.9-4: Vorschweißflansch mit zylindrischem Ansatz

Bild A 2.9-5: Vorschweißbund mit zylindrischem Ansatz

A 2.9.4.5 Losflansche nach Bild A 2.9-6

Die erforderliche Höhe des Flanschblatts beträgt

(A 2.9-24)

mit W_erf nach Gleichung (A 2.9-3).

Bild A 2.9-6: Losflansch

A 2.9.4.6 Deckelflansch für Reaktordruckbehälter nach den Bildern A 2.9-7 und A 2.9-8

(1) Der Flansch darf als Losflansch betrachtet werden. Zusätzlich muss jedoch die Umfangsspannung aus dem Innendruck berücksichtigt werden. Da es sich hierbei um eine Flansch-Kugelschalen-Verbindung handelt, ist die Membrankraft in ihre Komponenten zu zerlegen (siehe Bild A 2.9-7).

(2) Zur Ermittlung des Schwerpunktes ist die Fläche der Schraubenlöcher gleichmäßig über den Umfang zu verteilen und ein Ersatzdurchmesser zu bilden:

Bild A 2.9-7: Deckelflansch des Reaktordruckbehälters

(3) Somit ergeben sich als äußere Momente:

MS = FS × aS = FS × 0,5 × (dt - dSP)	(A 2.9-27)
MR = FR ⋅ aR = FR ⋅ 0,5 ⋅ (dSP - di)	(A 2.9-28)
MF = FF ⋅ aF = FF ⋅ 2 ⋅ dSP ⋅ (di + dD) / 4	(A 2.9-29)
MD = FD ⋅ aD = FD ⋅ 0,5 ⋅(dSP - dD)	(A 2.9-30)
	(A 2.9-31)

und das gesamte Moment beträgt:

(Vorzeichenregel: positives Vorzeichen bei Drehung im Uhrzeigersinn)

(4) Das Widerstandsmoment beträgt:

Die erforderliche Höhe des Flanschblatts beträgt demnach:

(A 2.9-34)

(5) Die Umfangsspannung, hervorgerufen aus Stülpung, ergibt sich aus folgender Gleichung:

(6) Die Belastung des Flansches durch den Innendruck beträgt:

(7) Die von der anschließenden Kugelschale ausgeübte Horizontalkraft beträgt:

(8) Die resultierende Horizontalkraft beträgt:

(9) Die Wanddicke des verschwächten Flanschringquerschnitts beträgt:

(10) Der resultierenden Horizontalkraft entspricht ein äquivalenter Innendruck von:

(11) Die mittlere Umfangsspannung folgt somit aus der nachstehenden Gleichung:

(12) Die gesamte Spannung beträgt:

(13) Zusätzlich ist die Flächenpressung zwischen Deckelflansch und Unterteil nachzurechnen (siehe Bild 2.9-8).

Bild A 2.9-8: Dichtfläche des Reaktordruckbehälters

Als Dichtfläche wird nur die Fläche zwischen dem inneren Durchmesser der äußeren O-Ring-Nut und dem lichten Durchmesser des Flanschunterteils betrachtet.

Die Dichtfläche beträgt:

(A 2.9-43)

Die vorhandene Flächenpressung beträgt:

Die zulässige Flächenpressung ist in Abhängigkeit von der Werkstoffpaarung nachzuweisen.

A 2.9.5 Dimensionierung der Flansche bei Kraftnebenschlussverbindungen

(1) Bei Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftnebenschluss ist eine hinreichende Steifigkeit und damit eine begrenzte Spalthöhe im Bereich der Dichtung erforderlich.

(2) Der für eine hinreichende Steifigkeit erforderliche Flanschwiderstand berechnet sich zu

(A 2.9-45)

Hierbei sind

(A 2.9-46)

f_CF: Verhältnis der tatsächlichen Drehsteifigkeit des Flansches zu der nach Gleichung A 2.9-57 ermittelten rechnerischen Drehsteifigkeit

Sofern keine anderen Werte vorliegen, sind für f_CF folgende Werte anzunehmen:

f_CF = 0,8 bei Flanschen mit zylindrischem Ansatz

f_CF = 0,9 bei Flanschen mit konischem Ansatz

Das Stülpmoment M wird für die zu betrachtenden Fälle wie folgt bestimmt:

a) Einbauzustand

b) normaler und anomaler Betrieb sowie Prüfzustand

Die Summe der Werte für die maximalen Spaltvergrößerungen beider Flanschblätter Δ_s1 + Δ_s2 muss kleiner sein als die in Formblatt A 2.10-2 vom Hersteller für die jeweilige Dichtheitsklasse angegebene zulässige Rückfederung aus der Blocklage Δ_h.

Bei Flanschen mit kegeligem Ansatz ist der vorhandene Flanschwiderstand W = W_A nach Gleichung (A 2.9-13) zu bestimmen. Ferner gilt

(A 2.9-49)

Für Anschweißflansche, bei denen das Rohr oder der Mantel ohne kegeligen Übergang an das Flanschblatt anschließt, ist der vorhandene Flanschwiderstand W = W_A nach Gleichung (A 2.9-23) zu bestimmen. Ferner gilt

(3) Der für eine hinreichende Festigkeit erforderliche Flanschwiderstand berechnet sich zu

A 2.9.6 Dichtheits- und Festigkeitsnachweise für Krafthauptschlussverbindungen

A 2.9.6.1 Allgemeines

(1) In der In- und Außerbetriebnahme ändert sich der Verspannungszustand infolge von Innendruck, betriebsunabhängigen Zusatzkräften und Zusatzmomenten, temperaturbedingter Änderung der E-Moduln, unterschiedlicher Wärmedehnung, Setzen von Dichtungen, insbesondere von Weichstoffdichtungen.

(2) Ausgehend von der gewählten Vorspannkraft sind unter Beachtung des elastischen Verformungsverhaltens der Flanschverbindung die Schraubenkraft und die Restdichtungskraft unter Berücksichtigung abzutragender Torsionsmomente und Querkräfte für jeden maßgebenden Lastfall zu überprüfen.

Der Mutternweg stellt bei paarigen Flanschen die Summe der Federwege der Flansche 2 ⋅ ΔF, der Schrauben ΔS, der Dichtung ΔD, im Falle von Temperatureinwirkung der unterschiedlichen Wärmedehnung von Flansch und Schraube Δ_W sowie im Falle von Setzvorgängen in der Schraubenverbindung und in der Dichtung Δ_V dar. Unter Berücksichtigung dieser Größen bleibt der Mutternweg im Einbauzustand E für jeden beliebigen Betriebszustand x konstant:

Bei nicht paarigen Flanschen tritt an die Stelle von 2 ⋅ ΔFdie Summe der Federwege der unterschiedlichen Einzelflansche ΔF₁ + ΔF₂, bei Flansch-Deckel-Verbindungen tritt an die Stelle von 2 ⋅ ΔFdie Summe der Federwege von Flansch und Deckel ΔF + ΔB.

Bei Flanschverbindungen mit Dehnhülsen sind auch deren Steifigkeiten zu berücksichtigen.

(3) Mit den sich aus der Nachprüfung der Kraft- und Verformungsverhältnisse der maßgebenden Lastfälle maximal ergebenden Schrauben- und Dichtungskräften ist der Festigkeitsnachweis der gesamten Flanschverbindung (Flansch, Blinddeckel, Schrauben und Dichtung) zu kontrollieren.

(4) Die zulässigen Spannungen für Flansche sind der Tabelle A 2.9-1 lfd. Nr. 4 zu entnehmen. Bei der Bestimmung der Widerstandmomente sind neben diesen zulässigen Spannungen in der Gleichung A 2.9-10 die Kraft F_Rx und in der Gleichung A 2.9-20 die Kraft F_SBx zugrunde zu legen.

(5) Eine allgemeine Vorgehensweise für die Führung der Dichtheits- und Festigkeitsnachweise für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Krafthauptschluss zeigt Bild A 2.9-9.

(6) Die für die Berechnung der betrieblichen Belastungen erforderliche Vorspannkraft der Schrauben ist zuerst nach Abschnitt A 2.8.4.1 zu bestimmen (F_S0 = F_S0U), auch wenn keine Dimensionierung erforderlich ist.

(7) Für die Vorspannkraft der Schrauben ist die Dichtungsflächenpressung im Einbauzustand σ_v zu berechnen, mit der die Mindestflächenpressung im Betriebszustand für die geforderte Dichtheitsklasse σ_{BU / L} bestimmt wird, siehe Abschnitt A 2.10.2.

(8) Werden die einzelnen Bedingungen in Bild 2.9-9 nicht erfüllt, dann ist entsprechend iterativ vorzugehen.

A 2.9.6.2 Vereinfachtes Verfahren zur Nachprüfung der Kraft- und Verformungsverhältnisse

A 2.9.6.2.1 Allgemeines

(1) In den folgenden Abschnitten sind für einige Fälle der Einwirkung von Innendruck, Zusatzkräften und Zusatzmomenten, temperaturbedingter Änderung der E-Moduln, unterschiedlicher Wärmedehnung in Flansch und Schrauben sowie Setzvorgängen in der Dichtung Gleichungen zur angenäherten Ermittlung der Schraubenkräfte F_S, der Dichtungskräfte F_D, sowie der Verformungen Δ_F, Δ_S und Δ_D in den betreffenden Zuständen angegeben.

(2) Alternativ hierzu darf zur detaillierteren Erfassung

1. der Drehsteifigkeit der Flansche,
2. des radialen Innendruckes,
3. des effektiven Schraubenkreisdurchmessers,
4. des effektiven Dichtungsdurchmessers und der effektiven Dichtungsbreite

eine angenäherte Nachprüfung des Kraft- und Verformungsverhaltens nach anderen Verfahren erfolgen.

A 2.9.6.2.2 Berechnung der Federsteifigkeiten

A 2.9.6.2.2.1 Schrauben

Die elastische Längung der Schrauben darf berechnet werden aus

Für Starrschrauben gilt annähernd

Für Dehnschrauben gilt

(A 2.9-55)

Bild A 2.9-9: Nachweisführung für Flanschverbindungen mit Dichtungen im Krafthauptschluss (schematisch)

Bild A 2.9-10: Schrauben

A 2.9.6.2.2.2 Flansche

Die elastische Durchbiegung ΔFdes Einzelflansches beträgt im Schraubenlochkreis

Bei der Berechnung der Verspannung paariger Flansche muss ΔF stets doppelt eingesetzt werden.

Bei Flanschen mit kegeligem Ansatz ist W = W_A nach Gleichung (A 2.9-13).

Hinweis:
Von einem kegeligen Ansatz wird ausgegangen, wenn die Bedingungen

0,2 < s_F ⋅ s_R / h_A < 0,5

und

h_A / h_F > 0,5

eingehalten sind. Ferner gilt

(A 2.9-58)

Für Anschweißflansche, bei denen das Rohr oder der Mantel ohne kegeligen Übergang an das Flanschblatt anschließt, gilt

Ferner gilt

Für Losflansche gilt

A 2.9.6.2.2.3 Blinddeckel

Die elastische Durchbiegung Δ_B des Blinddeckels beträgt im Schraubenlochkreis für den Einbauzustand 0:

mit F_S0 = F_D0: Einbauschraubenkraft

und c_B0: Federsteifigkeit im Einbauzustand

und für den Betriebszustand x:

(A 2.9-63)

wobei die Deckelkraft F_Bx

(A 2.9-64)

sein muss und

c_Bxp = Federsteifigkeit für die Belastung durch die Deckelkraft

und

E_BT = Federsteifigkeit für die Belastung

^cBxF_D = ^cB,0 _⋅ E_BT / E_BRT durch die Dichtungskraft F_Dx

Die Federsteifigkeiten für die unterschiedlichen Belastungsarten der Blinddeckel dürfen z.B.

1. Markus [6]
2. Warren C. Young, Fall 2a, S. 339 [7]
3. Kantorowitsch [8]

entnommen oder mittels geeigneter Methoden ermittelt werden.

A 2.9.6.2.2.4 Dichtungen

Der elastische Anteil der Zusammendrückung (Rückfederung) der Dichtung ΔD kann für Flachdichtungen wie folgt angenommen werden

wobei

Hierbei ist je nach Lastfall E_D der E-Modul des Dichtungswerkstoffes bei Einbau- oder Betriebstemperatur.

Bei Metalldichtungen aller Art ist die Rückfederung im Vergleich zur Durchbiegung der Flansche so gering, dass sie vernachlässigt werden kann.

A 2.9.6.2.2.5 Wärmedehnungsunterschiede und Setzbeträge

In den Gleichungen zur Berechnung der Schrauben- und Dichtungskräfte gemäß Abschnitt A 2.9.6.2.3 können auch Wärmedehnungsunterschiede zwischen Flansch, Blinddeckel, Schrauben und Dichtung sowie Setzbeträge berücksichtigt werden:

mit

ΔW_x: Differenz der thermischen Längenänderungen von Flansch, Blinddeckel, Schrauben und Dichtung. Die Indizes 1 und 2 beziehen sich auf den Flansch und den zugehörigen Gegenflansch oder Blinddeckel

I_k: Klemmlänge der Schrauben

(Δh_D)x : Setzbetrag der Dichtung (ist nur bei Weichstoffdichtungen und Metall-Weichstoffdichtungen zu berücksichtigen; hierbei ist von den Angaben des Herstellers auszugehen.)

A 2.9.6.2.3 Berechnung der Schrauben- und Dichtungskräfte

A 2.9.6.2.3.1 Paarige Flanschverbindungen

Für paarige Flanschverbindungen gilt:

	(A 2.9-68)
FSBx = FDBx + FRx + FFx	(A 2.9-69)

A 2.9.6.2.3.2 Nichtpaarige Flanschverbindungen

Für Flanschverbindungen mit nichtpaarigen Flanschen 1 und 2 gilt:

	(A 2.9-70)
FSBx = FDBx + FRx + FFx	(A 2.9-71)

und

A 2.9.6.2.3.3 Flansch-Blinddeckel

Für die Verbindung Flansch-Blinddeckel gilt:

	(A 2.9-73)
und FSx = FDBx + FRx + FFx	(A 2.9-74)

A 2.9.7 Dichtheits- und Festigkeitsnachweise für Kraftnebenschlussverbindungen

A 2.9.7.1 Allgemeines

(1) Zur Gewährleistung der geforderten Eigenschaften der Flanschverbindung mit der Dichtung im Kraftnebenschluss muss die Blocklage bei allen relevanten Belastungen beibehalten werden (F_Kontakt > 0).

(2) Die Dichtung überträgt nur einen Teil der Vorspannkraft.

(3) Abhängig von der geometrischen Gestaltung kann es zwischen Erreichen der Blocklage und den Betriebszuständen zu einer Vergrößerung des Spalts im Dichtungsbereich kommen. Diese Vergrößerung muss durch das Rückfederungs- vermögen der Dichtung Δh (siehe Formblatt A 2.10-2) kompensiert werden können.

Hinweis:
Die Bewertung der Vergrößerung der Spalthöhe erfolgt auf der Grundlage einer für den gewählten Dichtungstyp repräsentativen Rückverformungskurve. Die Vergrößerung der Spalthöhe zwischen dem Einbauzustand (Erreichen der Blocklage) und den Betriebszuständen wird bei Dichtungsdicken von 4,5 mm und Nuttiefen von 3,3 mm üblicherweise mit 0,1 mm begrenzt (sofern in Formblatt A 2.10-2 keine anderen Angaben enthalten sind), da das Abdichtverhalten von Spiraldichtungen und Graphit-Profilringen bis zu einer Rückfederung der Dichtung dieser Größe nur unwesentlich beeinträchtigt ist (siehe Literatur [9] und [10]).

(4) Bei Änderungen des Spalts (z.B. durch unterschiedliche Wärmedehnungen der verspannten Teile oder durch Rohrleitungslasten) kann ein Entlasten der Dichtung hervorgerufen werden. Die dadurch bedingte Änderung der Leckagerate darf mit der errechneten Entlastung nach Bild A 2.10-5 und den Angaben entsprechend Formblatt A 2.10-2 bestimmt werden.

(5) Eine allgemeine Vorgehensweise für die Führung der Dichtheits- und Festigkeitsnachweise für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftnebenschluss zeigt Bild A 2.9-11.

(6) Die Leckagerate der Verbindung ist mit der errechneten Dichtungsflächenpressung σ_DB nach Bild A 2.10-1 zu bestimmen. Diese Leckagerate muss kleiner sein als die der geforderten Dichtheitsklasse L zugeordnete, sonst ist eine andere Dichtung zu wählen, und die vorherigen Schritte (Steifigkeitsnachweis, Bestimmung der Schraubenkraft) sind zu wiederholen.

(7) Werden die einzelnen Bedingungen in Bild A 2.9-11 nicht erfüllt, dann ist entsprechend iterativ vorzugehen.

A 2.9.7.2 Vereinfachtes Verfahren zur Nachprüfung der Kraft- und Verformungsverhältnisse

A 2.9.7.2.1 Allgemeines

(1) In den folgenden Abschnitten sind für einige Fälle der Einwirkung von Innendruck, Zusatzkräften und Zusatzmomenten, temperaturbedingter Änderung der E-Moduln, unterschiedlicher Wärmedehnung in Flansch und Schrauben sowie Setzvorgängen Gleichungen zur angenäherten Ermittlung der Schraubenkräfte F_S, der Dichtungskräfte F_D, der Flanschmomente M sowie der Spaltvergrößerung Δs in den betreffenden Zuständen angegeben.

(2) Alternativ hierzu darf zur detaillierteren Erfassung

1. der Drehsteifigkeit der Flansche,
2. des radialen Innendruckes,
3. des effektiven Schraubenkreisdurchmessers

eine angenäherte Nachprüfung des Kraft- und Verformungsverhaltens nach anderen Verfahren erfolgen.

A 2.9.7.2.2 Eingabewerte

(1) Die Bestimmung der Wärmedehnungsunterschiede Δ_Wx (mit Ausnahme der Dichtung) sowie die Bestimmung der Federsteifigkeiten für Schrauben und Blinddeckel hat nach Abschnitt A 2.9.6.2.2 zu erfolgen. Die Federsteifigkeiten für Flansche sind nach Abschnitt A 2.9.6.2.2.2 unter Berücksichtigung der Abminderungsfaktoren f_CF (siehe Abschnitt A 2.9.5 Absatz 2) zu berechnen.

(2) Die erforderliche Kraft zum Erreichen der Blocklage F_DKU ist nach Gleichung (A 2.8-17) zu bestimmen.

(3) Die Federsteifigkeit der Kraftnebenschlussdichtung ist aus der Rückfederungskurve der Dichtung oder dem Formblatt A 2.10-2 wie folgt abzuleiten:

Hierbei ist je nach Lastfall ^ED_KNS der E-Modul des Dichtungswerkstoffes bei Einbau- oder Betriebstemperatur.

(4) Als Hebelarm der Kontaktkräfte a_Kontakt darf der Abstand von Schraubenmitte zur äußeren Kontaktstelle der beiden Flansche a_M angesetzt werden. Beim Losflansch ist dies der Abstand von Schraubenmitte bis zum Bundaußendurchmesser d_F. Eine genauere Berechnung nach folgender Berechnungsgleichung ist zulässig (iteratives Vorgehen mit dem Anfangswert a_Kontakt = a_M bei der Bestimmung der Kraft F_{Kontakt 0}):

Bei ungleichen Flanschwerkstoffen ist als Zugfestigkeit R_mRT die Zugfestigkeit des schwächeren Flanschwerkstoffs einzusetzen.

Bild A 2.9-11: Nachweisführung für Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraftnebenschluss (schematisch)

A 2.9.7.2.3 Paarige Flanschverbindungen

A 2.9.7.2.3.1 Einbauzustand

xS0 = FS0 / cS0	(A 2.9-77)
γFKNS = FDKU ⋅ aD / CF0	(A 2.9-78)
	(A 2.9-79)
FS0 / aD FKontakt 0 γF0 = - ⋅ aD - aKontakt CF0 CF0	(A 2.9-80)
FD0 = FDKU - }	(A 2.9-81)

Spaltvergrößerung am Dichtungsdurchmesser d_D:

Flanschmoment:

A 2.9.7.2.3.2 Betriebszustand

mit den Koeffizienten

Spaltvergrößerung am mittleren Dichtungsdurchmesser d_D:

Flanschmoment:

A 2.9.7.2.4 Nicht paarige Flanschverbindungen

A 2.9.7.2.4.1 Einbauzustand

xS0 = FS0 / cS0	(A 2.9-95)
γF1KNS = FDKU ⋅ aD / CF10	(A 2.9-96)
γF2KNS = FDKU ⋅ aD / CF20	(A 2.9-97)
	(A 2.9-98)
FS0 ⋅ aD FKontakt 0 γF1 0 = - (aD - aKontakt) CF1 0 CF1 0	(A 2.9-99)
FS0 ⋅ aD FKontakt 0 γF2 0 = - (aD - aKontakt) CF2 0 CF2 0	(A 2.9-100)
FD0 = FDKU - { (γF1 0 - γF1 KNS) + (γF2 0 - γF2KNS) ⋅ (aD - aKontakt)} ⋅ cDKNS0	(A 2.9-101)

Spaltvergrößerung am Dichtungsdurchmesser d_D:

Flanschmomente:

A 2.9.7.2.4.2 Betriebszustand

mit den Koeffizienten

Spaltvergrößerung am Dichtungsdurchmesser d_D:

Flanschmomente:

A 2.9.7.2.5 Flansch-Blinddeckel-Verbindungen

Es gelten (mit Ausnahme der Bestimmungsgleichungen für die Flanschmomente am 2. Flansch) die Gleichungen für nicht paarige Flanschverbindungen gemäß Abschnitt A 2.9.7.2.4 mit den nachfolgenden Ersatzgrößen zur Abbildung des Blinddeckels als 2. Flansch.

Die Überprüfung der Festigkeit des Blinddeckels erfolgt mit den Lasten F_D0 und F_{Kontakt 0} im Einbauzustand sowie F_{Kontakt x}, F_Dx, p und F_BZ im Betriebszustand.

A 2.10 Dichtungen

A 2.10.1 Allgemeines

(1) Für die Berechnungsgrößen und Einheiten gelten die Festlegungen in den Abschnitten A 2.8.1 und A 2.9.1.

(2) Die Dichtungskennwerte sind gemäß den Formblättern A 2.10-1 und A 2.10-2 bereitzustellen.

Hinweis:
Verfahren zur Ermittlung der Dichtungskennwerte sind in [11] enthalten.

A 2.10.2 Berechnungskennwerte für KHS-Verbindungen Hinweis:

Die Definition der Dichtungskennwerte ist in DIN 28090-1 (1995-09) und in DIN EN 13555 (2005-02) enthalten.

A 2.10.2.1 Mindestflächenpressung im Einbauzustand σ_{VU / L}

Die Mindestflächenpressung σ_{VU / L} ist die Flächenpressung, die von der Einbauschraubenkraft F_S0 auf die wirksame Dichtfläche (gepresste Dichtungsfläche) A_D = π ⋅ d_D × β_D ausgeübt werden muss, damit sich durch Anpassung an die Flanschrauheiten und Verkleinern innerer Hohlräume die geforderte Dichtheit im Betriebszustand ergibt. Ein Beispiel für die Bestimmung der Kennwerte für die Abdichteigenschaften (σ_{VU / L}, σ_{BU / L}) zeigt Bild A 2.10-1.

Bild A 2.10-1: Bestimmung der Kennwerte zur Beurteilung der Abdichteigenschaften (schematisch)

Die dem Kennwert σ_{VU / L} zugrunde liegende Dichtheitsklasse wird im Index genannt, z.B. σ_{VU / 0,1} für die Dichtheitsklasse L_0,1 mit einer spezifischen Leckagerate λ < 0,1 mg / (s ⋅ m).

σ_{VU / L} bestimmt somit die minimal erforderliche Dichtungskraft im Einbauzustand F_DVU = A_{D ⋅} σ_{VU / L} für eine bestimmte Dichtheitsklasse L. Eine mögliche Zuordnung der Dichtheitsklassen zum verwendeten Medium zeigt Tabelle A 2.10-1.

Hinweis:
(1) Zur Bestimmung der wirksamen Dichtungsfläche siehe die Bilder A 2.10-2 und A 2.10-3.
(2) Die Dichtungsbreite bD von Schmiegungsdichtungen nach Bild A 2.10-3 ermittelt sich aus Berechnungsansätzen nach DIN EN 1591-1 (2009-10) "Flansche und Flanschverbindungen - Regeln für die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung - Teil 1: Berechnungsmethode; Deutsche Fassung EN 1591-1:2001+A1:2009", DIN 2696 (1999-08) "Flanschverbindungen mit Dichtlinse" oder Herstellerangaben unter Verwendung der zum jeweiligen Berechnungsverfahren gehörenden Dichtungskennwerte.

Bild A 2.10-2: Darstellung der Dichtungsbreite b_D

Bild A 2.10-3: Dichtungsprofile für Schmiegungsdichtungen

Bild A 2.10-4: Winkel α bei Schmiegungsdichtungen, dargestellt am Beispiel einer Linsendichtung

Formblatt A 2.10-1: Zusammenstellung der Dichtungskennwerte (Muster)

Formblatt A 2.10-2: Zusammenstellung der Dichtungskennwerte (Muster)

Tabelle A 2.10-1: Beispiele für die Zuordnung der Dichtheitsklassen und der Medien

A 2.10.2.2 Höchstflächenpressung im Einbauzustand σ_VO

Die Höchstflächenpressung im Einbauzustand σ_VO ist die maximale Flächenpressung, die von der Einbauschraubenkraft FS0 auf die wirksame Dichtfläche A_D = π ⋅ d_D × β_Δ ausgeübt werden darf, um eine unzulässige Entspannung der Dichtverbindung durch Zerstörung (Stauchversuch) oder durch Fließen bzw. Kriechen (Druckstandversuch) der Dichtung zu vermeiden. Sie bestimmt die maximal zulässige Dichtungskraft im Einbauzustand F_DVO = A_{D ⋅} σ_VO bei Raumtemperatur.

A 2.10.2.3 Mindestflächenpressung im Betriebszustand σ_{BU / L}

Die Mindestflächenpressung im Betriebszustand σ_{BU / L} ist die Flächenpressung, die im Betriebszustand auf die wirksame Dichtfläche A_D = π ⋅ d_D ⋅ b_D ausgeübt werden muss, um die angestrebte Dichtheitsklasse bei gegebenem Medium, Innendruck und gegebener Temperatur zu erreichen.

Der Kennwert σ_{BU / L} ist in Abhängigkeit von der Dichtungsflächenpressung im Einbauzustand zu bestimmen.

Die dem Kennwert σ_{BU / L} zugrundeliegende Dichtheitsklasse wird im Index genannt, z.B. σ_{BU / 0,1} für die Dichtheitsklasse L_0,1 mit einer spezifischen Leckagerate λ < 0,1 mg / (s ⋅ m).

σ_{BU / L} bestimmt somit die minimal erforderliche Dichtungskraft im Betriebszustand F_DBU = A_{D ⋅} σ_{BU / L} für eine bestimmte Dichtheitsklasse.

A 2.10.2.4 Höchstflächenpressung im Betriebszustand σ_BO

Die Höchstflächenpressung im Betriebszustand σ_BO ist die maximale Flächenpressung, die unter allen möglichen Betriebsbedingungen auf die wirksame Dichtfläche A_D = π ⋅ d_D ⋅ b_D ausgeübt werden darf, um eine unzulässige Entspannung der Dichtverbindung durch Strukturschädigung oder Kriechen der Dichtung zu vermeiden. σ_BO bestimmt die maximal zulässige Dichtungskraft F_DBO = A_D ⋅ σ_BO bei Betriebstemperatur.

A 2.10.2.5 Setzbetrag Δh_D und Dichtungskennwert P_QR

(1) Der Setzbetrag Δh_D ist die Dickenänderung einer Dichtung unter Betriebsbedingungen nach abgeschlossenem Einbau.

Hinweis:
Bei bekannter Steifigkeit des verspannten Systems lässt sich mittels Δh_D der Dichtkraftverlust abschätzen.

(2) Der Dichtungskennwert P_QR ist ein Faktor zur Berücksichtigung des Relaxationseinflusses auf die Dichtungsbelastung nach dem Anziehen der Schrauben und der Langzeitwirkung der Betriebstemperatur.

(3) Zur Nachprüfung des Kraft- und Verformungsverhältnisses gemäß Abschnitt A 2.9.6 ist der Kennwert P_QR gemäß DIN EN 13555 Abschnitt 8.6 in einen Setzbetrag Δ_hD umzurechnen.

A 2.10.2.6 Ersatz-Elastizitätsmodul E_D

Der Ersatz-Elastizitätsmodul E_D beschreibt das Rückverformungsverhalten der Dichtung. Bei Dichtungen mit nichtlinearer Rückverformung wird E_D definiert als Sekantenmodul der Rückverformungskurve. Die in der Berechnung verwendeten Werte für den Ersatz-Elastizitätsmodul E_D müssen auf die Ausgangsdicke der Dichtung bezogen sein (wie nach DIN 28090-1).

A 2.10.3 Berechnungskennwerte für KNS-Verbindungen

A 2.10.3.1 Mindestflächenpressung für KNS-

Die Mindestflächenpressung σ_KNS ist die Flächenpressung, die von der Einbauschraubenkraft ausgeübt werden muss, um KNS einzustellen.

A 2.10.3.2 Abdichtbarer Druck bei KNS-

Der abdichtbare Druck p_{KNS / L} ist der Innendruck, der bei K_NS abgedichtet werden kann, ohne dass eine vorzugebende Leckagerate überschritten wird.

A 2.10.3.3 Relaxationsfaktor bei KNS-

Der Relaxationsfaktor g_KNS gibt an, um wieviel Prozent die Flächenpressung bei K_NS für die gegebene Betriebstemperatur und eine für die Betriebszeit repräsentative Zeitdauer abfällt.

Hinweis:
Siehe auch Bild A 2.10-5.

A 2.10.3.4 Ersatzelastizitätsmodul E_D,KNS

Der Ersatz-Elastizitätsmodul E_D,KNS beschreibt das Rückverformungsverhalten der Dichtung für verschiedene Rückfederungen der Dichtung aus der Blocklage. E_D,KNS wird definiert als Sekantenmodul der Rückverformungskurve. Die in der Berechnung verwendeten Werte für den Ersatz-Elastizitätsmodul E_D,KNS müssen auf die Ausgangsdicke der Dichtung bezogen sein.

Bild A 2.10-5: Bestimmung der Leckagerate (oben) und des abdichtbaren Drucks (unten) für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftnebenschluss (schematisch)

A 3 Armaturen

A 3.1 Armaturengehäuse

A 3.1.1 Berechnungsgrößen und Einheiten zu Abschnitt A 3.1