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1. Geltungsbereich

Dieses Blatt gilt für die Berechnung von Schrauben, die als kraftschlüssige Verbindungselemente vom Innendruck her auf Zug und dabei vorwiegend ruhend beansprucht sind. Es werden übliche Verhältnisse vorausgesetzt. Außergewöhnlichen Verhältnissen ist besonders Rechnung zu tragen. Sie liegen vor, wenn die Berechnungstemperatur der Schrauben über 300 °C liegt, oder wenn z.B. mit übermäßig kurzen Anfahrzeiten gerechnet werden muß.

2. Allgemeines

2.1. Um eine Schraubenverbindung möglichst elastisch zu halten, empfiehlt es sich, die Schrauben als Dehnschrauben nach DIN 2510 auszuführen. Hochbelastete Schrauben müssen als Dehnschrauben ausgeführt sein. Dies gilt insbesondere bei Schrauben

(1) mit einer Berechnungstemperatur über 300 °C oder

(2) für einen höchstzulässigen Betriebsdruck über 80 atü oder

(3) mit Abmessungen über M 30

2.2. Schrauben mit einem Schaftdurchmesser unter 10 mm sind nicht zulässig.

2.3. Schrauben dürfen nicht im Heizgasstrom liegen.

2.4. Bei Verwendung von Rohrleitungs-Normflanschen gilt die festigkeitsmäßige Anforderung an die Schrauben als erfüllt, wenn nach DIN 2401 Blatt 2 Schrauben mit den dort angegebenen Werkstoffen ¹ für einen dort angegebenen zulässigen Betriebsüberdruck und der dazugehörigen Betriebstemperatur verwendet werden.

2.5. Die Anzahl der Schrauben muß mindestens 4 betragen; sie soll mit Rücksicht auf das Dichthalten möglichst groß gewählt werden, da viele dünnere Schrauben mit dadurch kleinerer Teilung günstiger sind als wenige dicke Schrauben.

2.6. Um kleine Dichtungskräfte und damit kleine Schraubenkräfte zu erhalten, sind die Flanschdichtungen relativ schmal auszuführen. Die Ausführung "Nut und Feder" (DIN 2691) bzw. "Vor- und Rücksprung" ist in der Regel derjenigen der ebenen Dichtfläche" (DIN 2690) vorzuziehen, soweit nicht Metall- bzw. Metall/Weichstoffdichtungen verwendet werden.

3. Bezeichnungen

4. Berechnung der Schraubendurchmesser

4.1. Der Kerndurchmesser einer Schraube ist zu berechnen

4.2. Der erforderliche Gewindekerndurchmesser einer Schraube in einer Schraubenverbindung mit n Schrauben beträgt

(1)

Bei Dehnschrauben ist der Schaftdurchmesser d_s = 0,9 d_k (s. DIN 2510).
Zur Erleichterung der Berechnung kann ein Hilfswert

(2)

eingeführt werden, s. Tafel 1. Dann wird

(3)

4.3. Als Konstruktionszuschlag c ist einzusetzen

5. Berechnung der Schraubenkraft

Die Schraubenkraft ist zu ermitteln für den Betriebszustand, den Prüfdruck und den Einbauzustand vor Druckaufgabe. Dabei gelten für kreisförmige Schraubenverbindungen nachstehende Formeln.

5.1 Für den Betriebszustand s. Nummer 4.1 (1) ist

P_SB = P_R + P_DB + P_F   (4)

Hierbei sind einzusetzen

5.2. Für den Prüfdruck - s. Nummer 4.1 (2) - ist

(8)

5.3. Für den Einbauzustand vor Druckaufgabe - s. Nummer 4.1 (3) - sind folgende Fälle zu berücksichtigen:

Die Schraubenverbindung ist so anzuziehen, daß beim Einbau die notwendige Vorverformung der Dichtung gewährleistet ist, daß etwaige im Rohrsystem vorhandene Rohrkräfte Pf aufgenommen werden können und daß die Verbindung im Betriebszustand dicht bleibt.

Um diese drei Bedingungen zu erfüllen, ist zu fordern,

P_S = P_DV bzw. P_DV (9)

(P_DV s.a. DIN 2505), mindestens jedoch

P_S0 = 1,1 (P_DB + P_F + P_R)  (10)

Dabei ist P_DV oder P_DV' die Vorverformungskraft der Dichtung, die erforderlich ist. um ein ausreichendes Anpassen der Dichtung an die Dichtflächen zu gewährleisten.

P_DV = D_d · π· k₀ · K_D   (11)

Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei Weichstoffdichtungen zur Beherrschung niedriger Drücke nicht die vollkommene Angleichung der Dichtung an die Dichtungsfläche entsprechend Formel (11) erforderlich ist. Um in solchen Fällen unwirtschaftlich große Schraubendurchmesser zu vermeiden, kann bei Drücken

der Wert P_DV in P_DV' ermäßigt werden.

(12)

wobei

A = 0,1 für Flüssigkeiten und
A = 0,2 für Gase und Dämpfe ist.

P_Rz ist erforderlichenfalls nach Nummer 5.1 (1) einzusetzen.

Die Faktoren k₀, k₁ und K_D sind abhängig von der Dichtungsart, der Dichtungsform und dem Füllmedium (s. Tafel 2).

6. Berechnungstemperatur t

Die Temperatur, mit der die Schrauben zu berechnen sind, hängt von der Art der Schraubenverbindung und dem Wärmeschutz ab. Soweit kein besonderer Temperaturnachweis erfolgt, kann sie bei Schraubenverbindungen

niedriger als die höchste Temperatur des durchströmenden Mediums angenommen werden. Diese Abschläge berücksichtigen den Abfall der Temperatur bei isolierten Schraubenverbindungen. Da die nur bei niedrigen Dampftemperaturen üblichen nicht isolierten Verbindungen bei zwar kälteren Schrauben zu entsprechend höheren Temperaturbeanspruchungen der gesamten Verbindung führen, sind hierfür weitere Abstriche nicht zulässig.

7. Festigkeitskennwert K

Als Festigkeitskennwert K gilt:

7.1. bei Berechnungstemperaturen t bis 350 °C die Streckgrenze bzw. σ_0,2 (Mindestwert) bei der Berechnungstemperatur (s. Abschnitt 6)

7.2. bei Berechnungstemperaturen t über 350 °C der niedrigere der folgenden Werte:

Außerdem ist nachzuprüfen, ob noch mindestens 1,0fache Sicherheit besteht gegen

7.3. Die Festigkeitskennwerte sind TRD 106 - Schrauben und Muttern aus Stahl - Ferritische Stähle - zu entnehmen.

8. Sicherheitsbeiwert S

Der Sicherheitsbeiwert ist wie folgt einzusetzen:

9. Gütewert Φ

Vollschaftschrauben müssen mindestens der Bearbeitungsgüte mg noch DIN 267 entsprechen. Dehnschrauben müssen allseitig bearbeitet sein. Bei unbearbeiteten planparallelen Auflageflächen ist Φ = 0,75 einzusetzen. Bei spanabhebend bearbeiteten Auflageflächen der zu verbindenden Teile kann Φ = 1,0 gesetzt werden. Nicht planparallele Auflageflächen (wie z.B. an Winkelprofilen) sind nicht zulässig.

1) Mit Ausnahme der Werkstoffe für Schrauben 4.6 (früher 4 D) und der Werkstoffe C 35 sowie C 45 - siehe TRD 106.