Dezember 2018
DEUTSCHE NORM
D
DIN EN 13445-3
ICS 23.020.30
Ersatz für
DIN EN 13445-3:2017-12,
DIN EN 13445-3/A3:2017-11 und
DIN EN 13445-3/A4:2018-05
Unbefeuerte Druckbehälter –
Teil 3: Konstruktion;
Deutsche Fassung EN 13445-3:2014, nur auf CD-ROM
Diese Kopie wird bei Änderung nicht berücksichtigt!
Die Vervielfältigung ist lt. DIN-Merkblatt nur für innerbetriebliche
Zwecke der SMS group gestattet.
Unfired pressure vessels –
Part 3: Design;
German version EN 13445-3:2014, only on CD-ROM
Récipients sous pression non soumis à la flamme –
Partie 3: Conception;
Version allemande EN 13445-3:2014, seulement en CD-ROM
Gesamtumfang 877 Seiten
DIN-Normenausschuss Chemischer Apparatebau (FNCA)
©
DIN Deutsches Institut für Normung e. V. · Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise,
nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet.
Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin
Preisgruppe 52
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www.beuth.de
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a 11.18
2897137
DIN EN 13445-3:2018-12
Nationales Vorwort
Dieses Dokument (EN 13445-3:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 54 „Unbefeuerte
Druckbehälter“ erarbeitet, dessen Sekretariat von BSI (Vereinigtes Königreich) gehalten wird. Das
zuständige deutsche Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 012-00-05 AA „Unbefeuerte Druckbehälter“ im
DIN-Normenausschuss Chemischer Apparatebau (FNCA).
Dieser Teil von DIN EN 13445 enthält alle in Zusammenhang mit der Konstruktion für Druckgeräte nach
dieser Europäischen Norm relevanten Festlegungen.
DIN EN 13445 besteht unter dem allgemeinen Titel Unbefeuerte Druckbehälter aus den folgenden Teilen:
Teil 1: Allgemeines
Teil 2: Werkstoffe
Teil 3: Konstruktion
Teil 4: Herstellung
Teil 5: Inspektion und Prüfung
Teil 6: Anforderungen an die Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern und Druckbehälterteilen
aus Gusseisen mit Kugelgraphit
Teil 8: Zusätzliche Anforderungen an Druckbehälter aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
Teil 10: Zusätzliche Anforderungen an Druckbehälter aus Nickel und Nickellegierungen
Änderungen
Gegenüber DIN EN 13445-3:2017-12, DIN EN 13445-3/A3:2017-11 und DIN EN 13445-3/A4:2018-05
wurden folgende Änderungen vorgenommen:
a) redaktionell überarbeitet;
b) der Unterabschnitt 9.7.2.4 „Ausschnitte in elliptischen und torisphärischen Böden“ wurde überarbeitet;
c) der Abschnitt 15 „Rechteckige Behälter“ wurde überarbeitet.
2
DIN EN 13445-3:2018-12
Frühere Ausgaben
DIN EN 13445-3: 2002-08, 2003-05, 2003-11, 2010-02, 2010-12, 2011-12, 2012-12, 2013-12, 2014-12,
2015-12, 2016-12, 2017-12
DIN EN 13445-3/A4: 2005-10, 2018-05
DIN EN 13445-3/A5: 2006-05
DIN EN 13445-3/A6: 2006-06
DIN EN 13445-3/A8: 2006-07
DIN EN 13445-3/A11: 2007-03
DIN EN 13445-3/A2: 2007-07, 2014-03, 2016-11
DIN EN 13445-3/A3: 2007-07, 2017-11
DIN EN 13445-3/A1: 2007-09, 2012-08, 2015-05
DIN EN 13445-3/A17: 2008-04
DIN EN 13445-3/A10: 2008-10
DIN EN 13445-3/A16: 2009-02
3
DIN EN 13445-3:2018-12
— Leerseite —
4
EN 13445-3
EUROPÄISCHE NORM
EUROPEAN STANDARD
NORME EUROPÉENNE
September 2014
ICS 23.020.30
Ersatz für EN 13445-3:2009
Deutsche Fassung
Unbefeuerte Druckbehälter - Teil 3: Konstruktion
Unfired pressure vessels - Part 3: Design
Récipients sous pression - Partie 3: Conception
Diese Europäische Norm wurde vom CEN am 19. August 2014 angenommen.
Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschäftsordnung zu erfüllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen
dieser Europäischen Norm ohne jede Änderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen
dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum des CEN-CENELEC oder bei jedem CENMitglied auf Anfrage erhältlich.
Diese Europäische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Französisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache,
die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch Übersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum
mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen.
CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, der ehemaligen jugoslawischen
Republik Mazedonien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta,
den Niederlanden, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der
Tschechischen Republik, der Türkei, Ungarn, dem Vereinigten Königreich und Zypern.
EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION
CEN-CENELEC Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brüssel
© 2014 CEN
Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem
Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.
Ref. Nr. EN 13445-3:2014 D
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Inhalt
Seite
Vorwort ............................................................................................................................................................... 6
1
Anwendungsbereich .............................................................................................................................8
2
Normative Verweisungen ......................................................................................................................8
3
Definitionen ............................................................................................................................................9
4
Symbole und Abkürzungen ................................................................................................................11
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Grundlegende Auslegungskriterien ..................................................................................................13
Allgemeines ..........................................................................................................................................13
Schutz vor Korrosion und Erosion ....................................................................................................13
Lastfälle ................................................................................................................................................15
Konstruktions- und Berechnungsverfahren .....................................................................................19
Wanddickenberechnungen (DBF) ......................................................................................................20
Schweißnahtfaktor ...............................................................................................................................21
Gestaltungsforderungen für Schweißverbindungen .......................................................................22
6
6.1
6.2
6.6
Maximal zulässige Werte für Berechnungsnennspannungen an drucktragenden Teilen ...........25
Allgemeines ..........................................................................................................................................25
Stähle (außer Gusseisen), außer austenitische Stähle nach 6.4 und 6.5, mit einer
Mindestbruchdehnung nach der zutreffenden technischen Werkstoffnorm von weniger
als 30 % .................................................................................................................................................26
Alternatives Verfahren für Stähle (außer Gusseisen), außer austenitische Stähle nach 6.4
und 6.5, mit einer Mindestbruchdehnung nach der zutreffenden technischen
Werkstoffnorm von weniger als 30 % ................................................................................................26
Austenitische Stähle (außer Gusseisen) von 30 % bis 35 % Bruchdehnung nach der
maßgeblichen Werkstoffnorm ............................................................................................................27
Austenitische Stähle (außer Gusseisen) von 35 % (und mehr) Bruchdehnung nach
zugehöriger Werkstoffnorm................................................................................................................27
Stahlgussstücke ..................................................................................................................................28
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
Schalen unter Innendruck...................................................................................................................29
Allgemeines ..........................................................................................................................................29
Zusätzliche Definitionen .....................................................................................................................29
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ...........................................................................................29
Zylinder- und Kugelschalen................................................................................................................29
Gewölbte Böden ..................................................................................................................................30
Kegelschalen und Kegelböden ..........................................................................................................35
Stutzen im Krempenbereich ...............................................................................................................43
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Schalen unter Außendruck .................................................................................................................48
Zweck ....................................................................................................................................................48
Zusätzliche Definitionen .....................................................................................................................48
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ...........................................................................................48
Allgemeines ..........................................................................................................................................51
Zylinderschalen ...................................................................................................................................52
Kegelschalen ........................................................................................................................................73
Kugelschalen .......................................................................................................................................81
Behälterböden ......................................................................................................................................82
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
Ausschnitte in Schalen und Böden ...................................................................................................83
Zweck ....................................................................................................................................................83
Zusätzliche Definitionen .....................................................................................................................83
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ...........................................................................................84
Allgemeines ..........................................................................................................................................87
Einzelausschnitte ................................................................................................................................99
Mehrfachausschnitte .........................................................................................................................115
Ausschnitte in der Nähe von Störstellen der Schale .....................................................................125
6.3
6.4
6.5
2
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
Ebene Böden...................................................................................................................................... 133
Anwendungsbereich ......................................................................................................................... 133
Zusätzliche Begriffe .......................................................................................................................... 133
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 133
An Zylinderschalen angeschweißte runde ebene Böden ohne Ausschnitte .............................. 135
Verschraubte runde ebene Böden ohne Ausschnitte ................................................................... 142
Runde ebene Böden mit Ausschnitten ........................................................................................... 146
Nicht runde oder ringförmige ebene Böden ................................................................................... 150
11
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
11.10
Flansche ............................................................................................................................................. 154
Zweck .................................................................................................................................................. 154
Zusätzliche Definitionen ................................................................................................................... 154
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 154
Allgemeines ....................................................................................................................................... 157
Flansche mit innenliegender Dichtung ........................................................................................... 161
Flansche mit durchgehender Weichstoffringdichtung.................................................................. 176
Dichtgeschweißte Flansche ............................................................................................................. 179
Innenliegende Flansche mit innenliegender Dichtung .................................................................. 179
Innenliegende Flansche mit durchgehender Weichstoffdichtung ............................................... 182
Flansche mit durchgehender Dichtfläche in Kraftnebenschluss ................................................. 186
12
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
Tellerböden (verschraubte gewölbte Böden) ................................................................................. 189
Zweck .................................................................................................................................................. 189
Zusätzliche Definitionen ................................................................................................................... 189
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 189
Allgemeines ....................................................................................................................................... 189
Tellerböden mit innenliegender Dichtung ...................................................................................... 189
Tellerböden mit durchgehender Dichtung ...................................................................................... 191
13
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
13.8
13.9
13.10
13.11
13.12
Wärmeaustauscher-Rohrböden ....................................................................................................... 193
Zweck .................................................................................................................................................. 193
Zusätzliche Definitionen ................................................................................................................... 193
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 193
U-Rohr-Wärmeaustauscher .............................................................................................................. 196
Festkopf-Wärmeaustauscher ........................................................................................................... 210
Schwimmkopf-Wärmeaustauscher.................................................................................................. 238
Eigenschaften von Rohrböden ........................................................................................................ 255
Höchstzulässige Berechnungsspannung an der Verbindung zwischen Rohr und
Rohrboden ......................................................................................................................................... 262
Höchstzulässige Knickspannung der Rohre .................................................................................. 263
Auslegung des Rohrbodenflansches mit schmaler Dichtfläche .................................................. 266
Auslegung des Rohrbodenflansches mit vollflächiger Dichtung ................................................ 269
Spezielle Rohr-Rohrboden-Schweißverbindungen ....................................................................... 272
14
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.9
14.10
Kompensatoren ................................................................................................................................. 275
Zweck .................................................................................................................................................. 275
Zusätzliche Definitionen ................................................................................................................... 275
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 277
Geltungsbereich ................................................................................................................................ 279
Unverstärkte Kompensatoren mit U-förmigem Profil .................................................................... 281
Verstärkte Kompensatorbälge mit U-förmigem Profil ................................................................... 295
Torusbälge (Kompensatoren mit torusförmigem Wellenprofil) ................................................... 303
Herstellung ......................................................................................................................................... 310
Inspektion und Prüfung .................................................................................................................... 312
Kompensatoren unter Einwirkung von Axial-, Lateral- oder Angularbewegungen ................... 314
15
15.1
15.2
15.3
15.4
Rechteckige Druckbehälter .............................................................................................................. 319
Allgemeines ....................................................................................................................................... 319
Zusätzliche Definitionen ................................................................................................................... 319
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 319
Allgemeines ....................................................................................................................................... 322
3
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
15.5
15.6
15.7
16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
16.8
16.9
16.10
16.11
16.12
16.13
16.14
17
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.6
17.7
17.8
17.9
18
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
18.8
18.9
18.10
18.11
18.12
19
19.1
19.2
19.3
19.4
19.5
19.6
19.7
19.8
20
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
20.7
20.8
20.9
4
Unverstärkte Behälter .......................................................................................................................322
Verstärkte Druckbehälter ..................................................................................................................330
Öffnungen ........................................................................................................................................ 334e
Andere Einwirkungen als Druck ......................................................................................................335
Allgemeines ........................................................................................................................................335
Zusätzliche Definitionen ...................................................................................................................335
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen .........................................................................................336
Äußere Lasten an Stutzen in Kugelschalen ....................................................................................337
Lokale Lasten an Stutzen in Zylinderschalen .................................................................................347
Streckenlasten ...................................................................................................................................355
Aufhängeösen ....................................................................................................................................361
Liegende Behälter auf Sätteln ..........................................................................................................365
Liegende Behälter mit Ringlagerung ...............................................................................................379
Stehende Behälter mit Tragpratzen .................................................................................................384
Stehende Behälter auf Stützfüßen ...................................................................................................389
Stehende Behälter auf Standzargen ................................................................................................391
Stehende Behälter mit Ringlagerung ..............................................................................................422
Globale Lasten ...................................................................................................................................433
Vereinfachte Berechnung der Ermüdungslebensdauer ................................................................438
Zweck ..................................................................................................................................................438
Zusätzliche Definitionen ...................................................................................................................438
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen .........................................................................................440
Bedingungen für die Anwendbarkeit ...............................................................................................441
Allgemeines ........................................................................................................................................442
Ermittlung der zulässigen Anzahl von Druckzyklen ......................................................................447
Berechnungsregel .............................................................................................................................472
Konstruktion und Fertigung .............................................................................................................472
Prüfung ...............................................................................................................................................473
Ausführliche Berechnung der Ermüdungslebensdauer................................................................474
Zweck ..................................................................................................................................................474
Zusätzliche Definitionen ...................................................................................................................474
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen .........................................................................................477
Geltungsbereich ................................................................................................................................479
Allgemeines ........................................................................................................................................481
Geschweißte Bauteile........................................................................................................................483
Ungeschweißte Bauteile und Schrauben ........................................................................................488
Korrekturfaktoren zur Berücksichtigung von Spannungen im überelastischen Bereich ..........491
Ermüdung ...........................................................................................................................................493
Ermüdungsfestigkeit geschweißter Bauteile ..................................................................................496
Ermüdungsfestigkeit ungeschweißter Bauteile .............................................................................517
Ermüdungsfestigkeit von Stahlschrauben .....................................................................................522
Auslegung im Zeitstandbereich .......................................................................................................525
Zweck ..................................................................................................................................................525
Zusätzliche Begriffe...........................................................................................................................525
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen .........................................................................................525
Auslegung im Zeitstandbereich .......................................................................................................526
Berechnungsnennspannung im Zeitstandbereich .........................................................................526
Schweißnahtfaktor im Zeitstandbereich .........................................................................................531
Überwiegend ruhende Druckbelastungen im Zeitstandbereich ...................................................531
Auslegung nach Formeln DBF .........................................................................................................531
Regeln für die Auslegung von verstärkten ebenen Wänden ........................................................535
Allgemeines ........................................................................................................................................535
Verankerte ebene Wände ..................................................................................................................535
Zusätzliche Symbole für verankerte ebene Wände ........................................................................535
Erforderliche Wanddicke für verankerte ebene Wände .................................................................535
Erforderliche Maße und Anordnung von Stehbolzen und Ankern ...............................................535
Anforderungen für Stehbolzen mit Gewinde ..................................................................................536
Anforderungen für eingeschweißte Stehbolzen und geschweißte Anker ...................................536
Tabellen für verankerte ebene Wände .............................................................................................537
Bilder/Verankerte ebene Wandungen ..............................................................................................538
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
21
21.1
21.2
21.3
21.4
21.5
21.6
21.7
21.8
22
22.1
22.2
22.3
22.4
22.5
22.6
22.7
Runde ebene Böden mit radialen Verstärkungsrippen ................................................................. 541
Zweck .................................................................................................................................................. 541
Zusätzliche Begriffe .......................................................................................................................... 541
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 543
Böden ohne zusätzliches Umfangsmoment ................................................................................... 544
Böden mit zusätzlichem Umfangsmoment ..................................................................................... 546
Ausschnitte ........................................................................................................................................ 548
Schweißnähte .................................................................................................................................... 548
Zentrierring ........................................................................................................................................ 549
Statische Berechnung hoher stehender Behälter auf Standzargen ............................................ 550
Allgemeines ....................................................................................................................................... 550
Zusätzliche Begriffe .......................................................................................................................... 550
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen ......................................................................................... 551
Lasten ................................................................................................................................................. 552
Lastkombinationen............................................................................................................................ 555
Spannungsberechnung für Druckbehälterschalen und Standzargen ......................................... 558
Auslegung der Schweißnaht zwischen Standzarge und Druckbehälter (an gewölbtem
Boden oder zylindrischer Schale) ................................................................................................... 558
22.8
Auslegung von Verankerungsschrauben und der Bodenringanordnung ................................... 558
22.9
Fundamentlasten ............................................................................................................................... 559
Anhang A (normativ) Anforderungen an die Ausführung von drucktragenden
Schweißverbindungen ...................................................................................................................... 560
Anhang B (normativ) Analytischer Zulässigkeitsnachweis – Direktes Verfahren .................................. 584
Anhang C (normativ) Verfahren der Spannungskategorien für die Auslegung mit
Analyseverfahren .............................................................................................................................. 614
Anhang D (informativ) Prüfung der Form von Druckbehältern unter Außendruck ............................... 633
Anhang E (normativ) Verfahren zur Berechnung der Unrundheit von Zylinder- und Kegelschalen ... 640
Anhang F (normativ) Zulässiger Außendruck für Druckbehälter mit toleranzüberschreitender
Unrundheit ......................................................................................................................................... 643
Anhang G (normativ) Alternativverfahren zur Auslegung von Flanschen und
Flanschverbindungen mit Dichtung ................................................................................................ 645
Anhang GA (informativ) Alternativverfahren zur Auslegung von Flanschen und
Flanschverbindungen mit Dichtung ................................................................................................ 692
Anhang H (informativ) Dichtungsbeiwerte m und y ................................................................................. 755
Anhang I (informativ) Zusätzliche Angaben zu Rohrböden für Wärmeaustauscher............................. 758
Anhang J (normative) Alternativverfahren zur Auslegung von Rohrböden für Wärmeaustauscher ... 762
Annex K (informativ) ...................................................................................................................................... 807
Annex L (informativ) Berechnungsgrundlage für andere Einwirkungen als Druck ............................... 813
Annex M (informativ) Überwachung im Betrieb von Behältern, die im Ermüdungsbereich bzw.
Zeitstandbereich betrieben werden ................................................................................................. 815
Anhang N (informativ) Literaturhinweise zu Abschnitt 18 ....................................................................... 818
Anhang O (informativ) Physikalische Eigenschaften von Stahl............................................................... 819
Anhang P (normativ) Klassifizierung von Einzelheiten von Schweißnähten, die unter
Verwendung von Hauptspannungen zu beurteilen sind ............................................................... 827
Anhang Q (normativ) Vereinfachte Methode zur Berechnung der Werkstoffermüdung für
ungeschweißte Bereiche .................................................................................................................. 840
Anhang R (informativ) Koeffizienten für Kriechbruch-Modellgleichungen für die Extrapolation
der Kriechbruchfestigkeit ................................................................................................................. 841
Anhang S (informativ) Extrapolation der Berechnungsnennspannung auf der Basis des
zeitunabhängigen Werkstoffverhaltens im Zeitstandbereich ....................................................... 845
Anhang T (normativ) Auslegung nach experimentellen Verfahren .......................................................... 851
Anhang Y Entwicklung der EN 13445-3........................................................................................................ 864
Anhang ZA (informativ) Zusammenhang zwischen dieser Europäischen Norm und den
grundlegenden Anforderungen der Richtlinie 2014/68/EG ........................................................... 865
5
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Vorwort
Dieses Dokument (EN 13445-3:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 54 „Unbefeuerte Druckbehalter“
erarbeitet, dessen Sekretariat vom BSI gehalten wird.
Diese Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Veröffentlichung eines
identischen Textes oder durch Anerkennung bis Dezember 2014, und etwaige entgegenstehende nationale
Normen müssen bis Dezember 2014 zurückgezogen werden.
Es wird auf die Möglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berühren können. CEN
[und/oder CENELEC] sind nicht dafür verantwortlich, einige oder alle diesbezüglichen Patentrechte zu
identifizieren.
Dieses Dokument wurde unter einem Mandat erarbeitet, das die Europäische Kommission und die Europäische
Freihandelszone dem CEN erteilt haben, und unterstützt grundlegende Anforderungen der EU- Richtlinien.
Für den Zusammenhang mit EU-Richtlinien siehe informativen Anhang ZA, der Bestandteil dieses Dokumentes ist.
Diese Europäische Norm über „Unbefeuerte Druckbehälter“ umfasst die folgenden Teile:
Teil 1: Allgemeines
Teil 2: Werkstoffe
Teil 3: Konstruktion
Teil 4: Herstellung
Teil 5: Inspektion und Prüfung
Teil 6: Anforderungen an die Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern und Druckbehälterteilen aus
Gusseisen mit Kugelgraphit
CR 13445-7 Unbefeuerte Druckbehälter
Konformitätsbewertungsverfahrens
—
Teil
7:
Anleitung
für
den
Gebrauch
des
Teil 8: Zusätzliche Anforderungen an Druckbehälter aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
CEN/TR 13445-9 Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 9: Gegenüberstellung der EN 13445-Normenreihe und
ISO 16528.
Teil 10: Zusätzliche Anforderungen an Druckbehälter aus Nickel und Nickellegierungen
Obwohl alle Teile dieser Norm einzeln erhältlich sind, sollte berücksichtigt werden, dass die Teile in gegenseitigem
Zusammenhang stehen. Deshalb werden für die Herstellung von unbefeuerten Druckbehältern die jeweils
zutreffenden Teile benötigt, damit die Anforderungen der Norm zufrieden stellend erfüllt werden.
Korrekturen zu Formulierungen der Norm mit möglicherweise mehreren Auslegungen erfolgen über den Migration
Help Desk (MHD). Informationen rund um den Help Desk sind unter http://www.unm.fr (en13445@unm.fr) zu
finden. Ein Formblatt für Anfragen kann von der Website herunterladen werden. Nachdem einschlägige Experten
einer Antwort einhellig zustimmen, wird die Antwort dem Anfragenden mitgeteilt. Korrigierte Seiten erhalten eine
spezifische Nummerierung und werden von CEN entsprechend den CEN-Regeln veröffentlicht. Interpretationseiten
werden in die Website aufgenommen.
Dieses Dokument ersetzt EN 13445-3:2009. Diese neue Ausgabe enthält die Änderungen, welche vorher durch die
CEN Mitglieder angenommen wurden, sowie die korrigierten Seiten bis Ausgabe 5 ohne weitere technische
Änderungen. Anhang Y beschreibt Einzelheiten der wesentlichen technischen Änderungen zwischen dieser
Europäischen Norm und der vorangegangen Ausgabe.
6
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Änderungen zu dieser neuen Ausgabe werden bei Bedarf veröffentlicht und können dann sofort als Alternativen zu
den in dieser Ausgabe enthaltenen Regeln angewendet werden. Es ist vorgesehen, jährlich eine neue Ausgabe
der EN 13445:2014 zu erstellen, in welcher die Änderungen und andere identifizierte Berichtigungen konsolidiert
werden. Ausgabe 5 (2018-07) beinhaltet die in Anhang Y aufgeführten korrigierten Seiten.
Entsprechend der CEN-CENELEC-Geschäftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Länder
gehalten, diese Europäische Norm zu übernehmen: Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, die ehemalige
jugoslawische Republik Mazedonien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien,
Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden,
Schweiz, Serbien, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Türkei, Ungarn, Vereinigtes Königreich
und Zypern.
7
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1
Anwendungsbereich
Dieser Teil 3 der Europäischen Norm legt die Anforderungen an die Konstruktion von unbefeuerten Druckbehältern
nach EN 13445-1:2014 und hergestellt aus Stählen nach EN 13445-2:2014 fest.
EN 13445-5:2014 gibt im Anhang C Bedingungen für die Konstruktion von Zugangs- und Besichtigungsöffnungen,
von Verschlüssen und besonderen Verschlusselementen.
ANMERKUNG
Dieser Teil gilt für Konstruktion und Berechnung von Behältern vor der Inbetriebnahme. Er kann auch, mit
entsprechenden Anpassungen, für Berechnungen oder analytische Nachweise im Betrieb verwendet werden.
2
Normative Verweisungen
Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind für die
Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene
Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments
(einschließlich aller Änderungen).
EN 286-2:1992, Einfache unbefeuerte Druckbehälter für Luft oder Stickstoff; Teil 2: Druckbehälter aus Stahl für
Druckluftbremsanlagen und pneumatische Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen und deren Anhängefahrzeugen
EN 764-1:2004, Druckgeräte — Terminologie — Teil 1: Druck, Temperatur, Volumen, Nennweite
EN 764-2:2012, Druckgeräte — Teil 2: Größen, Symbole und Einheiten
EN 764-3:2002, Druckgeräte — Teil 3: Definition der beteiligten Parteien
EN 837-1:1996, Druckmessgeräte — Teil 1: Druckmessgeräte mit Rohrfedern — Maße, Messtechnik,
Anforderungen und Prüfung
EN 837-3:1996, Druckmessgeräte — Teil 3: Druckmessgeräte mit Platten- und Kapselfedern — Maße,
Messtechnik, Anforderungen und Prüfung
EN 1092-1:2007, Flansche und ihre Verbindungen — Runde Flansche für Rohre, Armaturen, Formstücke und
Zubehörteile, nach PN bezeichnet — Teil 1: Stahlflansche
EN 1591-1:2011, Flansche und ihre Verbindungen — Regeln für die Auslegung von Flanschverbindungen mit
runden Flanschen — Teil 1: Berechnung
EN 1708-1:2010, Schweißen — Verbindungselemente beim Schweißen von Stahl — Teil 1: Druckbeanspruchte
Bauteile
EN 1990, Eurocode — Grundlagen der Tragwerksplanung
EN 1992-1-1, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken — Teil 1-1:
Allgemeine Bemessungregeln und Regeln für den Hochbau
EN 1991-1-4, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke — Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen — Windlasten
EN 1991-1-6, Eurocode 1 — Einwirkungen auf Tragwerke — Teil 1-6: Allgemeine Einwirkungen — Einwirkungen
während der Bauausführung
EN 1998-1:2004, Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 1 : Grundlagen; Erdbebeneinwirkungen und
Regeln für Hochbauten
EN 10222-1:1998, EN 10222-1:1998/A1:2002, Schmiedestücke aus Stahl für Druckbehälter — Teil 1: Allgemeine
Anforderungen an Freiformschmiedestücke
EN 13445-1:2014, Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 1: Allgemeines
8
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
EN 13445-2:2014, Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 2: Werkstoffe
EN 13445-4:2014, Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 4: Herstellung
EN 13445-5:2014, Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 5: Inspektion und Prüfung
EN 13445-8:2014, Unbefeuerte Druckbehälter — Teil 8: Zusätzliche Anforderungen an Druckbehälter aus
Aluminium und Aluminiumlegierungen
EN ISO 4014:2011, Sechskantschrauben mit Schaft — Produktklassen A und B (ISO 4014:2011)
EN ISO 4016:2011, Sechskantschrauben mit Schaft — Produktklasse C (ISO 4016:2011)
EN ISO 15613:2004, Anforderung und Anerkennung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe —
Qualifizierung aufgrund einer vorgezogenen Arbeitsprüfung
ISO 261:1998, ISO general-purpose metric screw threads — General plan
3
Definitionen
Für diesen Teil dieser Europäischen Norm gelten die Begriffe und Definitionen nach EN 13445-1:2014,
EN 13445-2:2014 und die folgenden.
ANMERKUNG
In EN 13445-1:2014 und EN 13445-2: 2014 sind die Begriffe, Symbole und Definitionen aus EN 764-1:2004,
EN 764-2:2012 und EN 764-3:2002 übernommen worden.
3.1
Einwirkung
aufgebrachte thermo-mechanische Beeinflussung zur Erzeugung von Spannung und/oder Stauchung in einer
Konstruktion, z. B. das Aufbringen von Druck, Kraft oder Temperatur
3.2
Berechnungswanddicke
effektiv verfügbare Dicke, die den Belastungen im korrodierten Zustand standhält, in Abhängigkeit vom Lastfall,
siehe 5.3.2
3.3
angenommene Dicke
vom Konstrukteur angenommene Dicke zwischen der mindest erforderlichen Mantelwanddicke e und der
berechneten Mantelwanddicke ea
3.4
Berechnungsdruck
Differenzdruck, der zum Zweck der Berechnung eines Bauteiles verwendet wird
[EN 764-1:2004]
3.5
Berechnungstemperatur
Temperatur, die zum Zweck der Berechnung eines Bauteiles verwendet wird
[EN 764-1:2004]
3.6
Druckraum
ein Medium enthaltender Raum innerhalb eines Druckgerätes
[EN 764-1:2004]
3.7
Bauteil
Teil eines Druckgerätes, welches als ein eigenständiges Teil für die Berechnung betrachtet werden kann
[EN 764-1:2004]
9
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
3.8
Zeitstandbereich
Temperaturbereich, in dem die Eigenschaften der für die Konstruktion verwendeten Werkstoffe temperaturabhängig sind
ANMERKUNG
Siehe auch 5.1.
3.9
Kryogene Einsatzbereiche
Einsatzbereiche für Flüssiggase bei niedriger Temperatur
3.10
Auslegungsdruck
Druck am höchsten Punkt jedes Druckraumes des Druckgerätes, der für die Ermittlung des Berechnungsdruckes
jedes Bauteils gewählt wird
[EN 764-1:2004]
ANMERKUNG
Jeder andere Ort darf festgelegt werden
3.11
Auslegungstemperatur
Temperatur, die für die Ermittlung der Berechnungstemperatur jedes Bauteiles gewählt wird
[EN 764-1:2004]
3.12
Differenzdruck
Druck, dessen algebraischer Wert gleich der Druckdifferenz auf beiden Seiten einer Trennwand ist
[EN 764-1:2004]
3.13
maßgebende Schweißverbindung
durchgeschweißte Stumpfnaht, deren Gestaltung aufgrund des Schweißnahtfaktors die Wanddicke des Bauteils
bestimmt
3.14
Lastfall
Kombination zusammenfallender Einwirkungen
3.15
Hauptnaht
Schweißnaht zur Verbindung der drucktragenden Hauptteile
3.16
maximal zulässiger Druck
bei der Auslegung nach Formeln oder entsprechenden Verfahren nach EN 13445-3:2014 erzielter maximaler
Druck eines bestimmten Bauteils in einem bestimmten Lastfall oder, bei ganzen Druckbehältern, der kleinste dieser
maximal zulässigen Drücke aller Bauteile
ANMERKUNG 1 Die Differenzen der Berechnungsnennspannung, f, der Berechnungswanddicke, ea, und des Schweißnahtfaktors, z, für die Berechnung des maximal zulässigen Drucks in verschiedenen Lastfällen sind in 5.3.2 festgelegt.
ANMERKUNG 2 Ist keine spezielle Gleichung für den maximal zulässigen Druck, Pmax, angegeben, kann dieser als der Druck
berechnet werden, bei dem die erforderliche Dicke der Berechnungswanddicke entspricht.
ANMERKUNG 3 Der maximal zulässige Druck, Pmax, für die vereinfachte Bewertung der Ermüdungslebensdauer nach
Abschnitt 17 und für die Berechnung der äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite nach 5.4.2 wird für die Lastfälle
bei Normalbetrieb berechnet.
3.17
minimal mögliche Herstellungsdicke
kleinste erreichbare Dicke nach der Herstellung
10
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
3.18
Berechnungsnennspannung
Spannungswert, der in den Formeln zur Berechnung von drucktragenden Teilen zu verwenden ist
3.19
Nennwanddicke
in den Konstruktionszeichnungen angegebene Dicke
3.20
Prüfdruck
Druck, dem das Druckgerät zu Prüfzwecken ausgesetzt wird
[EN 764-1:2004]
3.21
Prüftemperatur
Temperatur, bei der die Druckprüfung am Druckgerät durchgeführt wird
[EN 764-1:2004]
3.22
Volumen
Innenvolumen eines Druckraums, einschließlich des Stutzenvolumens bis zur ersten Verbindung (Flansch, Muffe,
Schweißnaht), jedoch abzüglich des Volumens von Inneneinbauten (z. B. Leitbleche, Rührwerke)
[EN 764-1:2004]
3.23
Kehlnahtdicke (a-Maß)
Höhe des eingeschriebenen gleichschenkeligen Dreiecks gemessen vom theoretischen Wurzelpunkt
4
Symbole und Abkürzungen
Für diesen Teil dieser Europäischen Norm gelten in EN 13445-1:2014, EN 13445-2:2014 und die in Tabelle 4-1
angegebenen allgemeinen Symbole und Abkürzungen.
11
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 4-1 — Symbole, Größe und Einheiten c
Symbol
Größe
Einheit
Kehlnahtdicke (a-Maß)
erforderliche Dicke
Nenndicke
mm
mm
mm
minimal mögliche Herstelldicke
mm
ea
(minimale) Berechnungsdicke
mm
c
Korrosionszuschlag
Berechnungsspannung
maximaler Betrag der Berechnungsspannung für normale Betriebslstfälle
mm
MPa
MPa
maximaler Betrag der Berechnungsspannung für außergewöhnliche
Betriebslstfälle
maximaler Betrag der Berechnungsspannung für Prüflastfälle
MPa
MPa
Anzahl gleicher voller Druckzyklen (siehe 5.4.2)
-
a
e
en
emin
f
fd
fexp
ftest
neq
P
Pd
Pmax
Berechnungsdruck
Auslegungsdruck
MPa a
MPa a
maximal zulässiger Druck
MPa a
PS , Ps
Ptest
maximal zugelassener Druck
Prüfdruck
MPa a
MPa a
R
obere Streckgrenze
MPa
Zugfestigkeit
MPa
Rm/ T
Zugfestigkeit bei Temperatur T
MPa
R
0,2 % Dehngrenze
MPa
0,2 % Dehngrenze bei Temperatur T
MPa
1,0 % Dehngrenze
MPa
1,0 % Dehngrenze bei Temperatur T
MPa
Temperatur
Berechnungstemperatur
°C
°C
Prüftemperatur
°C
maximal/minimal zulässige Temperaturen
Volumen
Schweißnahtfaktor
Querkontraktionszahl
°C
mm3 b
—
—
R
m
R
R
R
eH
p0,2
p0,2/T
p1,0
p1,0/T
T
Td
Ttest
TSmax ,TSmin
V
z
a die Einheit MPa ist nur für Berechnungszwecke zulässig; ansonsten ist die Einheit bar zu verwenden (1 MPa =10 bar).
b Die Einheit mm3 ist nur für Berechnungszwecke zulässig; ansonsten ist die Einheit Liter zu verwenden.
c Die in dieser Norm verwendeten Formeln sind dimensionsbehaftet.
12
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5
Grundlegende Auslegungskriterien
5.1
Allgemeines
Die Anforderungen in Teil 3 gelten nur,
a)
wenn die Werkstoffe und Schweißnähte keiner örtlich begrenzten Korrosion durch die Produkte unterliegen, für
die der Druckbehälter vorgesehen ist, oder die unter vernünftigerweise vorhersehbaren Bedingungen im
Behälter sein können;
b)
wenn alle Berechnungstemperaturen unterhalb des Zeitstandbereichs liegen oder wenn eine
Berechnungstemperatur im Zeitstandbereich liegt und in der Werkstoffnorm zeitabhängige Werkstoffeigenschaften gegeben sind.
ANMERKUNG
Siehe Begriff 3.8 Zeitstandbereich.
Im Hinblick auf die Auslegung ist der Zeitstandbereich der Temperaturbereich, in dem zeitunabhängige
Werkstoffeigenschaften für die Festlegung der Berechnungsnennspannung nicht mehr maßgebend sind.
Die Festigkeitseigenschaften des gewählten Werkstoffes müssen mit den in den verschiedenen Lastfällen im
Zeitstandbereich festgelegten Lebensdauerzeiten in Bezug stehen.
5.2
Schutz vor Korrosion und Erosion
5.2.1
Allgemeines
Im Rahmen der vorliegenden Europäischen Norm umfaßt der Begriff ”Korrosion" Erscheinungen wie Korrosion,
Oxidation, Verzunderung, Abrasion, Erosion und alle sonstigen Formen von Abtrag.
ANMERKUNG 1 Unter bestimmten Temperatur- und Umgebungseinflüssen kann Spannungsrisskorrosion auftreten. Ein
Korrosionszuschlag ist kein geeignetes Mittel, um dieser Korrosionsform und ähnlichen Erscheinungen entgegenzuwirken.
Vielmehr sind in diesen Fällen Überlegungen bezüglich der verwendeten Werkstoffe und der Eigenspannungen in den
fertiggestellten Druckbehältern anzustellen.
ANMERKUNG 2 Aufgrund der Komplexität der Korrosionserscheinungen ist es nicht möglich, eindeutige Anforderungen zum
Schutz vor ihren Auswirkungen festzulegen. Korrosion kann u. a. in den nachstehend angeführten Erscheinungsformen
auftreten:
Chemische Reaktion, bei der Metall durch die Reagenzien angegriffen wird. Diese Reaktion kann auf der
gesamten Oberfläche oder örtlich begrenzt (mit der Folge von Lochfraß) oder als Kombination beider Arten
auftreten.
Rostbildung durch die kombinierte Wirkung von Feuchtigkeit und Luft;
Erosionskorrosion, bei der ein ansonsten unschädlicher Stoff mit einer Geschwindigkeit über die Oberfläche
strömt, die einen kritischen Wert überschreitet;
Verzunderung (Oxidation bei hoher Temperatur).
Der Hersteller muss berücksichtigen, welche Auswirkung Korrosion (innen wie außen) auf die Nutzungsdauer des
Druckbehälters hat. In Zweifelsfällen sind Korrosionsprüfungen durchzuführen. Dabei sind die tatsächlich
verwendeten Metalle (einschließlich Schweißnähte bzw. Kombinationen verschiedener Metalle) den Chemikalien
auszusetzen, für die der Behälter im Betrieb benutzt wird. Korrosionsprüfungen sind über eine ausreichend lange
Zeit fortzusetzen, um ermitteln zu können, wie sich die Korrosionsgeschwindigkeit im Lauf der Zeit verändert.
ANMERKUNG 3
Es ist ein Trugschluss, dass der Hauptbestandteil einer Mischung verschiedener Chemikalien das aktive
Reagenz ist; in vielen Fällen können geringe Spuren einer Substanz eine korrosionsbeschleunigende oder –hemmende
Wirkung
haben,
die
in
keinem
Verhältnis
zu
der
vorhandenen
Menge
steht.
Fluidtemperaturen
und -Strömungsgeschwindigkeiten in den Korrosionsprüfungen müssen denen im Betrieb entsprechen.
13
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5.2.2
Korrosionszuschlag
Wenn als Folge von Oberflächenkorrosion oder -erosion, verursacht durch die Produkte im Druckbehälter oder die
Atmosphäre, mit einer Abnahme der Wanddicke an einer der Oberflächen zu rechnen ist, muss eine für die
Auslegungslebensdauer der Druckbehälterbauteile ausreichende zusätzliche Wanddicke veranschlagt werden. Der
Wert ist in der Konstruktionszeichnung des Druckbehälters anzugeben. Die Höhe des Zuschlags muss der
gesamten erwarteten Korrosion auf den betreffenden Oberflächen entsprechen.
Ein Korrosionszuschlag ist nicht erforderlich, wenn die Druckbehälterwände von beiden Seiten aus ausreichend
geprüft werden können, Erosion ausgeschlossen werden kann oder die verwendeten Werkstoffe gegenüber dem
Behälterinhalt korrosionsbeständig oder zuverlässig korrosionsgeschützt sind (siehe 5.2.4).
Für Wärmeaustauscherrohre oder andere für ähnliche Zwecke eingesetzte Bauteile ist kein Korrosionszuschlag
erforderlich, sofern nicht bestimmte korrosive Medien in der Betriebsumgebung dies erfordern.
Dieser Korrosionszuschlag schützt nicht sicher gegen Lochfraß oder Spannungsrisskorrosion; in solchen Fällen
sind die Verwendung anderer Werkstoffe, das Anbringen von Überzügen usw. geeignete Maßnahmen.
Ist mit tiefer Lochkorrosion zu rechnen, sollten entsprechend widerstandsfähige Werkstoffe gewählt oder
Schutzüberzüge auf die Oberflächen aufgetragen werden.
5.2.3
Zusammenhänge zwischen den definierten Wanddicken
Die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen definierten Wanddicken sind in Bild 5-1 dargestellt.
m
e
c
ea
emin
e
en
eex
Legende
e Erforderliche Wanddicke
en Nennwanddicke
emin
Mindestfertigungsdicke ( emin = en e )
ea Berechnungswanddicke ( e = emin c )
a
c
Korrosionszuschlag
e Absolutwert der negativen Toleranz der Nenndicke des Bauteils (beispielsweise aus den Werkstoffnormen entnommen)
m Zuschlag für die mögliche Dickenabnahme beim Formen
eex
Dickenzuschlag bis zur Nennwanddicke
Bild 5-1 — Zusammenhänge zwischen den definierten Wanddicken
14
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5.2.4
Auskleidungen und Schutzüberzüge
Nur völlig undurchlässige, ausreichend dicke und chemisch stabile Schutzschichten, deren mittlere Lebensdauer
mindestens der des Druckbehälters entspricht, werden als zuverlässiger Schutz angesehen; dünne
Beschichtungen (durch Anstrich, Elektroplattierung, Verzinnen usw.) und Überzüge, die erfahrungsgemäß vor
Ablauf der Lebensdauer der Druckbehälterbauteile erneuert werden müssen, gelten als ungeeignet. Bei
Kunststoffüberzügen muss ihre Eignung nachgewiesen werden, wobei neben anderen Faktoren das
Diffusionsrisiko zu berücksichtigen ist. Die Korrosionsschutzprüfung gemäß Europäischer Norm EN 286-2:1992
wird für die in dieser Norm behandelten Druckbehälter als nicht ausreichend angesehen.
Druckbehälter können ganz oder teilweise mit korrosionsbeständigen Materialien ausgekleidet (oder beschichtet)
sein. Auskleidungen sollten fest mit dem Grundwerkstoff des Druckbehälters verbunden sein. Bei losen oder in
Abständen befestigten Auskleidungen sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
ausreichende Duktilität der Auskleidung, damit die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen, z. B.
unterschiedliche Wärmeausdehnung, aufgenommen werden können;
geeignete Oberflächenbehandlung des Grundwerkstoffs bei nichtmetallischen Beschichtungen.
Wenn der Kontakt des korrosiven Mediums mit dem Grundwerkstoff des Druckbehälters ausgeschlossen werden
kann, ist ein Korrosionszuschlag zur Kompensation des Abtrags auf der Innenoberfläche nicht erforderlich.
5.2.5
Verschleißplatten
Wenn starke Erosion oder Abrasion auftritt, sind an den betroffenen Stellen Schutz- oder Verschleißplatten direkt
im Strömungsweg des abtragenden Mediums anzubringen.
5.3
Lastfälle
5.3.1
Einwirkungen
Bei der Konstruktion eines Druckbehälters sind die folgenden Einwirkungen, soweit zutreffend, zu berücksichtigen:
a)
Innendruck und/oder Außendruck;
b)
maximaler statischer Druck des Fluids im Druckbehälter unter Betriebsbedingungen;
c)
Masse des Druckbehälters;
d)
maximale Masse des Behälterinhalts unter Betriebsbedingungen;
e)
Masse des Wassers unter Wasserdruckprüfbedingungen;
f)
Beanspruchung durch Wind, Schnee und Eis;
g)
Belastung durch Erdbeben;
h)
sonstige vom Druckbehälter aufgenommene oder auf den Behälter wirkende Lasten, einschließlich
Belastungen bei Transport und Montage.
In Fällen, in denen ein Nachweis der Angemessenheit der vorgeschlagenen Konstruktion, z. B. durch Vergleich mit
dem Verhalten anderer Druckbehälter, nicht möglich ist, sind ggf. die Wirkungen der nachstehend angeführten
Lasten zu berücksichtigen.
i)
Beanspruchungen durch Stützpratzen, Stützringe, Träger, Sattelauflager, Inneneinbauten oder Anschlussrohre
oder durch beabsichtigten Mittellinienversatz zu benachbarten Teilen;
15
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
j)
Stoßbeanspruchung durch Wasserschlag oder Schwallwirkung des Behälterinhalts;
k)
Biegemomente aufgrund außermittiger Lage der Druckkräfte gegenüber der neutralen Achse des
Druckbehälters;
l)
Spannungen aufgrund von Temperaturunterschieden einschließlich Transienten und unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten;
m) Spannungen aufgrund von Druck- und Temperaturschwankungen sowie externen Belastungen, die auf den
Druckbehälter wirken;
n)
Spannungen aufgrund der Zersetzung von instabilen Fluiden.
5.3.2
Klassifizierung der Belastungen
5.3.2.1
Lastfälle bei Normalbetrieb
Lastfälle bei Normalbetrieb treten beim normalen Betrieb des Druckbehälters einschließlich Anlauf und Abschalten
auf.
Für die Berechnung der Lastfälle bei Normalbetrieb sind folgende Parameter zu verwenden:
der Berechnungsdruck, P, nach 5.3.10;
für die Nennberechnungsspannungen gilt f = fd nach 6.1.3 bei Berechnungstemperatur;
für die Berechnungswanddicke gilt ea = emin – c nach 5.2.3;
der Schweißnahtfaktor, z, nach Tabelle 5.6-1.
5.3.2.2
Außergewöhnliche Lastfälle
Außergewöhnliche Lastfälle liegen dann vor, wenn Ereignisse mit geringer Eintrittswahrscheinlichkeit, die
Sicherheitsabschaltung bzw. -Inspektion des Druckbehälters bzw. der Anlage erfordern. Beispiele hierfür sind der
Druckanstieg in der Außenhülle bzw. interne Explosionen.
Für die Berechnung außergewöhnlicher Lastfälle sind folgende Parameter zu verwenden:
der Berechnungsdruck, P, nach 5.3.10;
für die Nennberechnungsspannungen gilt f = fexp nach 6.1.2 und 6.1.3 bei Berechnungstemperatur;
für die Berechnungswanddicke gilt ea = emin – c nach 5.2.3;
für den Schweißnahtfaktor gilt z = 1,0 nach 5.6.
5.3.2.3
Prüflastfälle
Prüflastfälle sind:
Prüflastfälle für die abschließende Bewertung in Verbindung mit Prüfungen nach der Fertigung
entsprechend EN 13445-5:2014;
oder
Prüflastfälle bei Betrieb in Verbindung mit Wiederholungsprüfungen während der vom Anwender festgelegten Lebensdauer.
16
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bei der Berechnung der Prüflastfälle für die abschließende Bewertung sind folgende Parameter zu verwenden:
für den Prüfdruck gilt Ptest = Pt nach EN 13445-5:2014;
für die Nennberechnungsspannungen gilt f = ftest nach 6.1.2 und 6.1.3 bei Prüftemperatur;
für die Berechnungswanddicke gilt ea = emin, dabei entspricht emin den Festlegungen in 5.2.3 (kein Korrosionszuschlag);
für den Schweißnahtfaktor gilt z = 1,0 nach 5.6.
Bei der Berechnung der Prüflastfälle bei Betrieb sind folgende Parameter zu verwenden:
für den Prüfdruck gilt Ptest = Prüfdruck bei Betrieb, festgelegt vom Anwender unter Berücksichtigung nationaler
Vorschriften. Die Änderung des Prüfdruckes für Behälter bei hydrostatischem Druck nach EN 13445-5:2014,
10.2.3.3.1 b) ist anzuwenden, wobei der vom Anwender festgelegte Prüfdruck bei Betrieb statt Pt zu
verwenden ist;
für die Nennberechnungsspannungen gilt f ftest nach 6.1.2 und 6.1.3 bei Prüftemperatur;
für die Berechnungswanddicke gilt ea emin c nach 5.2.3;
für den Schweißnahtfaktor gilt z 1,0 nach 5.6.
5.3.3
In diesem Teil betrachtete Ausfalltypen
a)
starke plastische Verformung (GPD);
b)
plastische Instabilität (Platzen);
c)
elastische oder plastische Instabilität (Knicken);
d)
elastisches Einspielen (PD);
e)
Ermüdung;
f)
Kriechbruch
g)
Kriechverformung
h)
Kriechermüdung
ANMERKUNG 1
Detailliertere Informationen über die Ausfalltypen finden sich in Anhang B.
ANMERKUNG 2
Die plastische Instabilität wird durch die Grenzwerte für GPD abgedeckt.
5.3.4
(Höchster) zulässiger Druck PS eines Druckraums (bzw. einer Kammer)
Der (Höchster) zulässiger Druck PS eines Druckraums (oder einer Kammer) bei normaler Betriebsbelastung ist an
einer festgelegten Stelle zu definieren. Dies ist entweder der Anschlusspunkt von Sicherheits- und/oder
Begrenzungseinrichtungen, der höchste Punkt des Druckraums (bzw. der Kammer) oder, falls diese ungeeignet
sind, jeder andere festgelegte Punkt.
1)
Der innere zulässige Betriebsüberdruck (bei normalen Betriebsbedingungen) darf nicht kleiner sein als:
a)
der Differentialdruck, der an dem festgelegten Punkt im Druckraum (bzw. in der Kammer) herrscht, wenn
die Druckentlastungseinrichtung zu öffnen beginnt;
17
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
2)
der höchste im Betrieb an diesem Punkt erreichbare Differentialdruck, wenn dieser nicht durch eine
Druckentlastungseinrichtung begrenzt wird.
Der Absolutwert des äußeren zulässigen Betriebsüberdrucks darf nicht kleiner sein als:
a)
der Absolutwert des Drucks, der an dem festgelegten Punkt im Druckraum (bzw. in der Kammer) herrscht,
wenn die Druckentlastungseinrichtung zu öffnen beginnt;
b)
der höchste im Betrieb an diesem Punkt erreichbare Absolutwert des Drucks, wenn dieser nicht durch
eine Druckentlastungseinrichtung begrenzt wird.
5.3.5
Auslegungsdruck für einen Druckbehälter (bzw. für eine Kammer)
Der Absolutwert des Auslegungsdrucks Pd darf bei normaler Betriebsbelastung nicht kleiner sein als der
Absolutwert für PS.
5.3.6 Zulässige Maximal-/Minimaltemperaturen TSmax und TSmin für einen Druckbehälter (bzw. für eine
Kammer)
TSmax und TSmin müssen für eine normale Betriebsbelastung spezifiziert werden.
5.3.7
Auslegungstemperatur für einen Druckbehälter (bzw. für eine Kammer)
Die Auslegungstemperatur Td darf nicht niedriger sein als die maximale Fluidtemperatur bei dem zugehörigen
Auslegungsdruck.
Wenn die zulässige Maximaltemperatur unter 20 °C liegt, muss die Auslegungstemperatur 20 °C betragen.
5.3.8
Kombinationen von Auslegungsdruck und -temperatur bei normalen Betriebsbedingungen
Es kann mehrere Kombinationen von Auslegungsdruck und Auslegungstemperatur geben.
5.3.9 Kombinationen von Auslegungsdruck und -temperatur bei Testbedingungen oder
außergewöhnlichen Betriebsbedingungen
Ferner sind Kombinationen außergewöhnlicher Auslegungsdrücke und –temperaturen bei besonderen Lastfällen
möglich (siehe 5.3.2).
5.3.10 Berechnungsdruck für ein Bauteil
Der Berechnungsdruck P muss auf der ungünstigsten Kombination von Druck und Temperatur beruhen. Der Wert
muss, soweit anwendbar, die auftretende maximale statische und dynamische Druckhöhe einschließen und auf der
größtmöglichen Druckdifferenz zwischen Behälterinnenseite und Behälteraußenseite (oder zwischen den zwei
benachbarten Kammern) basieren.
Druckbehälter unter Außendruckbelastung sind für den maximalen Differenzdruck auszulegen, dem sie im Betrieb
ausgesetzt sein können. Druckbehälter, die einem Vakuum ausgesetzt sind, sind für einen äußeren Überdruck von
0,1 MPa auszulegen, sofern nicht die Höhe des Teilvakuums z. B. durch ein Unterdruckventil oder eine ähnliche
Einrichtung begrenzt wird. In diesem Fall kann ein Auslegungsdruck zwischen 0,1 MPa und dem Einstelldruck
dieser Sicherheitseinrichtung vereinbart werden.
18
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5.3.11 Berechnungstemperatur für ein Bauteil
Die Berechnungstemperatur T darf nicht niedriger sein als die im Betrieb zu erwartende tatsächliche
Wandtemperatur oder, wenn die Temperaturänderung über die Wanddicke bekannt ist, als die mittlere
Wandtemperatur. Die Berechnungstemperatur muss eine angemessene Toleranz für Unsicherheiten in der
Temperaturbemessung enthalten. Sind gesicherte Vorhersagen unterschiedlicher Metalltemperaturen für
verschiedene Teile des Druckbehälters möglich, kann der Berechnungstemperatur für jeden beliebigen Punkt im
Behälter die angenommene Metalltemperatur zugrunde gelegt werden.
5.4
Konstruktions- und Berechnungsverfahren
5.4.1
Allgemeines
Dieser Teil legt die Anforderungen an die Konstruktion von Druckbehältern oder Druckbehälterteilen fest, bei denen
die Auslegung nach Berechnungsverfahren (DBF, en: Design by formulae) angewendet wird.
Das DBF-Verfahren kann außerdem durch die beiden folgenden Verfahrensreihen ergänzt oder ersetzt werden:
a)
analytischer Zulässigkeitsnachweis (vorher: Auslegung nach Analyseverfahren (DBA)), d. h. analytischer
Zulässigkeitsnachweis – Direktes Verfahren nach Anhang B, und analytischer Zulässigkeitsnachweis –
Verfahren der Spannungskategorien, nach Anhang C;
b)
experimentelle Verfahren.
5.4.2
Behälter sämtlicher Prüfgruppen, Druckbelastung vorwiegend nicht-zyklischer Art
Die in den Abschnitten 7 bis 16, den Anhängen G und J und in Abschnitt 19 (nur für die Prüfung der
Untergruppen 1 c und 3 c) sowie die Anforderungen von Anhang B und C ergeben eine zufriedenstellende
Auslegung für Behälter unter ruhenden Druckbelastungen, d. h. bei denen die Anzahl der Druckzyklen über die
volle Schwingbreite bzw. die Anzahl der äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite unter bzw. bei 500
liegt.
neq 500
(5.4-1)
Dann ist keine Analyse der Ermüdung erforderlich, und es kommen die Standardanforderungen der
zerstörungsfreien Prüfungen nach EN 13445-5:2014 zur Anwendung.
Für ni Druckzyklen bei einem Druck Δ Pl, der geringer ist als der volle Druck P, ergibt sich die Anzahl der
gleichwertigen Druckzyklen über die volle Schwingbreite durch:
Pi
n eq ni
Pmax
3
(5.4-2)
In der oben angegebenen Gleichung steht Pmax für den maximal zulässigen Druck, Pmax, der für den gesamten
Behälter (siehe 3.16) für den Lastfall bei Normalbetrieb berechnet wurde (siehe 5.3.2.1).
Zur Vereinfachung darf Pmax durch den Berechnungsdruck P ersetzt werden.
ANMERKUNG
Der Wert von 500 äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite ist nur eine ungefähre Angabe. Es
kann davon ausgegangen werden, dass für Bauteile mit Unregelmäßigkeiten im Profil, einer stark variierenden örtlichen
Beanspruchung, auf die zusätzliche Beanspruchungen - nicht in Form von Druck - einwirken, eine Ermüdungsschädigung vor
500 Zyklen eintreten kann.
19
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5.4.3
Druckbehälter der Prüfgruppe 4
Druckbehälter der Prüfgruppe 4 sind nach der Festlegung in EN 13445-5:2014 vorwiegend für den nicht zyklischen
Betrieb und Berechnungstemperaturen unterhalb des Zeitstandbereichs bestimmt. Sie sind für den Betrieb bis
zu 500 Druckzyklen über die volle Schwingbreite bzw. äquivalente Druckzyklen begrenzt.
ANMERKUNG
Ist die Anzahl der äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite von 500 erreicht, sollte eine
Wasserdruckprüfung durchgeführt werden, gefolgt von einer umfassenden Sichtprüfung. Ist die Prüfung erfolgreich bestanden,
kann der Betrieb über weitere 500 Druckzyklen erneut aufgenommen werden.
5.4.4 Druckbehälter der Prüfgruppen 1, 2 und 3, die unterhalb des Zeitstandbereiches betrieben werden,
überwiegend zyklische Druckbelastungen
Liegt die Anzahl der Druckzyklen über die volle Schwingbreite bzw. der äquivalenten Druckzyklen über die volle
Schwingbreite über 500, sind die Berechnungen für die Druckbehälter der Prüfgruppe 1, 2 und 3 entweder durch
eine vereinfachte Berechnung auf Ermüdungsfestigkeit nach Abschnitt 17 oder, falls erforderlich, durch eine
ausführliche Berechnung auf Ermüdungsfestigkeit nach Abschnitt 18 zu ergänzen.
Die Abschnitte 17 und 18 schreiben ferner die Bedingungen für die Festlegung von kritischen Zonen vor, wenn
zusätzliche Anforderungen an Schweißfehler bzw. NDT nach Definition im Anhang G zu EN 13445-5:2014 zur
Anwendung kommen sollen.
5.4.5
Ermüdungsanalyse für Kompensatoren
Der Abschnitt 14 enthält spezifische Ermüdungskurven für Kompensatoren.
5.4.6
Auslegung durch Analyse
Sofern in den Abschnitten 7 bis 16, den Anhängen G und J keine Anforderung für ein Teil angegeben ist, kommen
die Regeln der Anhänge B und C zur Anwendung.
Die Regeln von Anhang B, Analytischer Zulässigkeitsnachweis – Direktes Verfahren, gelten nur für Behälter oder
Behälterteile der Prüfgruppe 1.
5.4.7
Experimentelle Verfahren
Der Zulässigkeitsnachweis der Konstruktion kann auch nach den experimentellen Verfahren erbracht werden.
Diese Verfahren können ohne Berechnungen angewendet werden, wenn das Produkt von maximal zulässigem
Druck PS und Volumen V kleiner ist als 6 000 barL; andernfalls dürfen sie nur als Ergänzung zu einer Auslegung
nach Formeln bzw. einer Auslegung nach Analyseverfahren dienen.
5.4.8
Vermeidung von Sprödbruch
Detaillierte Empfehlungen für Maßnahmen zum Schutz gegen Sprödbruch von Druckbehältern aus Stahl sind in
EN 13445-2:2014, Anhang B, enthalten.
5.5
Wanddickenberechnungen (DBF)
5.5.1
Festlegung der geforderten Wanddicke
Sofern nicht anders angegeben, sind sämtliche Auslegungsberechnungen im korrodierten Zustand mit zueinander
passenden Abmessungen (für Dicke, Durchmesser usw.) durchzuführen.
Die Formeln in diesem Teil der Norm beschreiben entweder:
ein direktes Verfahren zur Ermittlung der erforderlichen Wanddicke oder
ein iteratives Verfahren zur Überprüfung der ausreichenden Bemessung der Berechnungswanddicke.
20
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Toleranzen und Fertigungszuschläge sind entsprechend hinzuzufügen (siehe Bild 5-1).
ANMERKUNG
In den einzelnen Abschnitten zu konstruktiven Einzelheiten können Einschränkungen bezüglich der
Wanddicke angegeben sein.
5.5.2
Auskleidungen
Korrosionsbeständige Auskleidungen können in der Berechnung der erforderlichen Wanddicke in Abhängigkeit
vom Auslegungsdruck nur dann berücksichtigt werden, wenn sie fest mit dem Grundwerkstoff des Behälters
verbunden sind (z. B. durch Sprengplattieren, Schweißplattieren u.ä.).
Bei der Berechnung der Instabilität darf die Festigkeit der Verkleidung nicht berücksichtigt werden.
Die DBF-Anforderungen der Abschnitte 7 bis 16 können mit einer äquivalenten Dicke zur Anwendung kommen,
wodurch das Vorhandensein der Auskleidung berücksichtigt wird. Als Berechnungsspannung ist der Wert des
Grundwerkstoffs zu verwenden: m1.
Wenn die Berechnungsnennspannung der Auskleidung m2 größer oder gleich der Berechnungsnennspannung des
Grundwerkstoffs ist, dann ist die äquivalente Dicke eeq gleich der Summe der Berechnungswanddicke der
Auskleidung und des Grundwerkstoffs.
e
eq
e
e
a, m1 a, m2
(5.5-1)
Ist die Berechnungsnennspannung der Auskleidung geringer als die Berechnungsnennspannung der Auskleidung
des Grundwerkstoffs, ergibt sich folgende äquivalente Dicke:
e
f
e
e
m2
eq
a, m1 a, m2 f
m1
(5.5-2)
hierbei wird der Index m1 für den Grundwerkstoff verwendet,
der Index m2 wird für die Auskleidung verwendet.
Bei den Ermüdungsanalyseprüfungen nach Abschnitt 17 und 18 muss das Vorhandensein einer Auskleidung
sowohl für die thermische Analyse als auch für die Spannungsanalyse berücksichtigt werden. Wenn dagegen die
Auskleidung fest mit dem Grundwerkstoff des Behälters verbunden ist und die Nenndicke der Auskleidung nicht
mehr als 10 Prozent der gesamten Nenndicke des Bauteils beträgt, braucht das Vorhandensein der Auskleidung
nicht berücksichtigt werden, d.h. das Modell beruht auf der Grundwerkstoffgeometrie.
5.6
Schweißnahtfaktor
Für die Berechnung der erforderlichen Wanddicke bestimmter geschweißter Teile (z. B. Zylinder, Kegel, Kugeln)
enthalten die Berechnungsformeln den Faktor z, d.h. den Schweißnahtfaktor der die Bemessung des betreffenden
Bauteils maßgebenden Schweißnaht.
Beispiele für die Bemessung des Druckbehälters maßgebende Schweißnähte sind:
Längs- oder Wendelnähte in einer zylindrischen Schale;
Längsnähte in einer kegelförmigen Schale;
jede Hauptnaht in einer Kugelschale bzw. einem kugelförmigen Boden;
Hauptnähte in einem aus zwei oder mehreren Platten gefertigten gewölbten Boden.
21
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Folgende Schweißnähte sind nicht als maßgebende Schweißnähte anzusehen:
Rundnähte zwischen zylindrischer oder kegelförmiger Schale und einem Zylinder, Kegel, Flansch oder nicht
halbkugelförmigem Boden;
Schweißnähte zur Befestigung von Stutzen an Schalenschweißnähten;
Schweißnähte, die ausschließlich Druckspannungen ausgesetzt sind.
ANMERKUNG
Umlaufende Schweißnähte können bei externen Belastungen zu maßgebenden Schweißnähten werden.
Werte für z unter normalen Auslegungsbedingungen sind in Tabelle 5.6-1 angegeben. Der Wert ist auf die jeweilige
Prüfgruppe der bestimmenden Schweißnähte bezogen. Die Prüfgruppen sind in EN 13445-5:2014, Abschnitt 6
festgelegt.
Tabelle 5.6-1 — Schweißnahtfaktor und zugehörige Prüfgruppe
z
Prüfgruppe
1
1, 2
0,85
3
0,7
4
Im Grundwerkstoff außerhalb von maßgebenden Schweißnähten gilt: z = 1.
Unter außergewöhnlichen Bedingungen und Prüfbedingungen ist unabhängig von der Prüfgruppe der Wert 1 zu
wählen.
5.7
Gestaltungsforderungen für Schweißverbindungen
5.7.1
Allgemeine Anforderungen
Der Hersteller muss die für die Erfüllung der Anforderungen der vorliegenden Norm geeignetsten
Schweißverbindungen wählen und dabei insbesondere den folgenden Parametern Rechnung tragen:
Sorte und Eigenschaften der verwendeten Metalle;
Betriebsbedingungen, z, B. vorwiegend ruhende oder zyklische Beanspruchung, gefährliche oder korrosive
Fluide;
betreffende Prüfgruppen, siehe EN 13445-5:2014, 6.6.1.1;
Fertigungsverfahren.
Anhang A enthält Anforderungen und Empfehlungen für drucktragende Schweißverbindungen. Bei Anwendung des
Analytischen Zulässigkeitsnachweises — Direktes Verfahren für Behälter oder Behälterteile, die im
Zeitstandbereich betrieben werden, gelten die festgelegten besonderen Anforderungen.
5.7.2
Längsnähte
Bauteile von zylindrischen bzw. kegelförmigen Schalen, kugelförmige Bauteile sowie gewölbte oder ebene Böden
müssen mit Stumpfnähten verbunden werden, wobei durch die Wahl des Schweißverfahrens eine vollständige
Durchschweißung sicherzustellen ist.
Die Mittellinienversatz von Bauteilen, die mit Längsnähten mit zylindrischen oder kegelförmigen bzw. mit
kugelförmigen Schalen verbunden sind, darf im Bereich der Schweißnaht die Fertigungstoleranzen nach
EN 13445-4:2014 nicht überschreiten. Biegewirkungen müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden.
22
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5.7.3
Rundnähte
Der Mittellinienversatz von Bauteilen gleicher Wanddicke darf die Toleranzgrenzen nach EN 13445-4:2014 nicht
überschreiten.
Mittellinienversatz von Bauteilen unterschiedlicher Wanddicke ist zulässig, darf jedoch die Toleranzgrenzen für
inneren und äußeren Oberflächenversatz nach EN 13445-4:2014 nicht überschreiten.
5.7.4
5.7.4.1
Sonderforderungen für bestimmte Schweißnahtarten
Sickennähte
Sickennähte sind zulässig, wenn sämtliche nachstehenden Bedingungen erfüllt sind:
a)
Prüfgruppe 3 oder 4 bei vorwiegend nichtzyklischem Betrieb oder zusätzlich Prüfgruppe 1 oder 2 bei
Tiefsttemperaturbetrieb;
b)
Rundnähte zwischen Behälterboden und -schale; sämtliche Rundnähte bei Tiefsttemperaturbetrieb;
c)
Werkstoffgruppe 1.1, 1.2 oder 8.1;
d)
Wanddicke höchstens 8 mm bzw. 12 mm bei Tiefsttemperaturbetrieb;
e)
Durchmesser höchstens 1 600 mm. Bei Durchmessern über 1 600 mm ist eine Prüfung des
Schweißverfahrens an einer Vollmaßprobe erforderlich. Der Durchmesser des Prüfstücks darf nicht kleiner als
der Nenndurchmesser und nicht größer als der doppelte Nenndurchmesser sein. Die Prüfung ist nach
EN ISO 15613:2004 durchzuführen und zu protokollieren. Bei Behältern für Tiefsttemperaturbetrieb ist der
Durchmesser nicht begrenzt.
f)
Berechnungstemperatur:
10 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 1.1 und 1.2
196 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 8.1;
40 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 1.1 und 1.2, für Tiefsttemperaturbetrieb.
g) nichtkorrosive Bedingungen.
h) Fertigungstoleranzen nach EN 13445-4:2014.
5.7.4.2
Verbindungen mit bleibender Unterlage
Verbindungen mit bleibender Unterlage sind zulässig, wenn sämtliche nachstehenden Bedingungen erfüllt sind:
a)
Prüfgruppe 3 oder 4 bei vorwiegend nichtzyklischem Betrieb oder zusätzlich Prüfgruppe 1 oder 2 bei
Tiefsttemperaturbetrieb;
b)
Rundnähte zwischen Behälterboden und -schale; sämtliche Rundnähte bei Tiefsttemperaturbetrieb;
c)
Werkstoffgruppe 1.1, 1.2 oder 8.1;
d)
Wanddicke höchstens 8 mm bzw. 30 mm bei Tiefsttemperaturbetrieb;
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DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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e)
Durchmesser höchstens 1 600 mm. Bei Durchmessern über 1 600 mm ist eine Prüfung des
Schweißverfahrens an einer Vollmaßprobe erforderlich. Der Durchmesser des Prüfstücks darf nicht kleiner als
der Nenndurchmesser und nicht größer als der doppelte Nenndurchmesser sein. Die Prüfung ist nach
EN ISO 15613:2004 durchzuführen und zu protokollieren. Bei Behältern für Tiefsttemperaturbetrieb ist der
Durchmesser nicht begrenzt.
f)
Berechnungstemperatur:
10 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 1.1 und 1.2
196 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 8.1;
40 °C T 120 °C für Werkstoffgruppe 1.1 und 1.2, für Tiefsttemperaturbetrieb.
g)
nichtkorrosive Bedingungen.
h)
Fertigungstoleranzen nach EN 13445-4:2014 bei Wanddicken nicht über 8 mm; um die Hälfte verminderte
Toleranzwerte nach EN 13445-4:2014 bei Wanddicken über 8 mm und Tiefsttemperaturbetrieb
5.7.4.3
Überlappende Verbindungen
5.7.4.3.1
Allgemeiner Fall
Überlappende Verbindungen mit Kehlnähten dürfen nur verwendet werden, wenn sämtliche nachstehenden
Bedingungen erfüllt sind:
a)
Prüfgruppe 4;
b)
Rundnaht zwischen Behälterboden und -schale;
c)
Werkstoffdicke höchstens 8 mm;
d)
Durchmesser höchstens 1 600 mm;
e)
Werkstoffgruppe 1.1;
f)
Berechnungstemperatur:
10 °C T 120 °C
g)
nichtkorrosive Bedingungen;
h)
mit Ausnahme der Fälle C32, C33 und C35 in Tabelle A-2 sind beide Seiten der Überlappung zu schweißen
(siehe Bilder C31 und C34);
i)
Fertigungstoleranzen nach EN 13445-4:2014
5.7.4.3.2
Verbindung von Kompensatoren
Die Fälle B 2, B 3 und B 5 in Tabelle A-9 sind nur unter nichtkorrosiven Bedingungen zulässig.
24
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
6
Maximal zulässige Werte für Berechnungsnennspannungen an drucktragenden Teilen
6.1
Allgemeines
6.1.1 Dieser Abschnitt legt die maximal zulässigen Werte für Berechnungsnennspannungen an drucktragenden
Teilen, bei denen es sich nicht um Schrauben handelt, sowie die physikalischen Eigenschaften von Stählen fest.
Die im Zeitstandbereich einzusetzenden Werte sind in Abschnitt 19 angegeben.
ANMERKUNG
Berechnungsnennspannungen für Schraubenwerkstoffe sind in den Abschnitten 11 und 12 angegeben.
6.1.2 Für spezielle Bauteile eines Druckbehälters, z. B. Bauteile aus bestimmten Werkstoffen oder mit
bestimmten Wanddicken, gelten unterschiedliche Werte für die Berechnungsnennspannung unter
Auslegungsbedingungen und Prüfbedingungen.
Für außergewöhnliche Lastfälle kann eine höhere Berechnungsnennspannung verwendet werden (siehe 6.1.3).
Der Hersteller muss in der Betriebsanleitung eine Inspektion des Druckbehälters vor der Wiederinbetriebnahme
nach Eintritt eines solchen außergewöhnlichen Falles vorschreiben
Bei der Bewertung von Prüfbedingungen oder außergewöhnlichen Lastfällen brauchen das elastische Einspielen
und Ermüdungsfestigkeitsforderungen nicht berücksichtigt zu werden.
6.1.3 Die maximalen Werte der Berechnungsnennspannung für Normalbelastung und für Prüfbelastung sind aus
den Werkstoffeigenschaften nach 6.1.5 und den Kennwerten in 6.2 bis 6.5 zu ermitteln. Die Formeln zur
Berechnung der Berechnungsnennspannungen sind in Tabelle 6-1 zusammengestellt.
Für die Prüfgruppe 4 ist der maximale Wert der Berechnungsnennspannung für normale Auslegungsbedingungen
mit dem Faktor 0,9 zu multiplizieren.
Der Sicherheitsbeiwert für außergewöhnliche Auslegungsbedingungen darf nicht kleiner sein als der für die
Prüfbedingungen.
6.1.4 Unter besonderen Umständen kann die Verwendung geringerer Werte für die Berechnungsnennspannung
erforderlich sein, z. B. bei Gefahr von Spannungsrisskorrosion, in besonderen Gefahrensituationen usw.
6.1.5 Zugfestigkeit und Streckgrenze der Werkstoffe müssen den Werten im Fertigstellungszustand
entsprechen, die wiederum mit den Mindestwerten der zugehörigen technischen Spezifikation übereinstimmen
müssen, die nach EN 13445-5:2014, Abschnitt 5 vorbereitet ist.
ANMERKUNG
Diese Werte werden im allgemeinen erreicht, wenn die Wärmebehandlung den Bestimmungen in
EN 13445-4:2014 entspricht.
Diese Mindestwerte, die für den Lieferzustand gewährleistet werden, können für Konstruktionszwecke verwendet
werden, sofern nicht bekanntermaßen die Wärmebehandlung zu niedrigeren Werten führt, wobei in diesem Fall
dann die niedrigeren Werte verwendet werden müssen. Ergeben sich für das Schweißgut nach der Fertigung
niedrigere Werte, sind diese zu verwenden.
6.1.6 Für die Festlegung der Zugfestigkeit und der Streckgrenze bei einer Temperatur von über 20 °C kommt die
in EN 13445-2:2014, 4.2 vorgesehene Prozedur zur Anwendung.
6.1.7
Für die Festlegung der Bruchdehnung siehe EN 13445-2:2014, Abschnitt 4.
25
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
6.2 Stähle (außer Gusseisen), außer austenitische Stähle nach 6.4 und 6.5, mit einer
Mindestbruchdehnung nach der zutreffenden technischen Werkstoffnorm von weniger als 30 %
6.2.1
Auslegungsbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f für Auslegungsbedingungen darf fd, den niedrigeren der beiden folgende Werte
nicht übersteigen:
den Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2 % Dehngrenze bei Berechnungstemperatur nach der
technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,5 bzw.
den Mindestwert der Zugfestigkeit bei 20 °C nach der technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den
Sicherheitsbeiwert 2,4.
6.2.2
Prüfbedingungen
Die Berechnungsnennspannung für Prüfbedingungen f darf ftest, den Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2-%Dehngrenze bei Prüftemperatur nach der technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,05
nicht überschreiten.
6.3 Alternatives Verfahren für Stähle (außer Gusseisen), außer austenitische Stähle nach 6.4
und 6.5, mit einer Mindestbruchdehnung nach der zutreffenden technischen Werkstoffnorm von
weniger als 30 %
6.3.1
Allgemeines
Bei Anwendung des alternativen Verfahrens kann eine höhere Berechnungsnennspannung zugrunde gelegt
werden, wenn alle nachstehenden Bedingungen erfüllt sind:
a)
Werkstoffanforderungen nach den Festlegungen in EN 13445-2:2014 für die Auslegung nach dem
Analyseverfahren — Direktes Verfahren (neu: Analytischer Zulässigkeitsnachweis).
b) Einschränkungen bei der Konstruktion und den Schweißverbindungen nach den Festlegungen, Abschnitt 5 und
Anhang A, für die Auslegung nach dem Analyseverfahren — Direktes Verfahren (neu: Analytischer
Zulässigkeitsnachweis).
c) Alle durch zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) entsprechend den Anforderungen nach EN 13445-5:2014 zu
prüfenden Schweißnähte müssen sowohl während der Herstellung als auch während des Betriebes für diese
ZfP zugänglich sein.
d) In allen Fällen eine Berechnung der Ermüdungslebensdauer nach Abschnitt 17 oder 18.
e) Herstellungsanforderungen nach den Festlegungen in EN 13445-4:2014 für die Auslegung nach dem
Analyseverfahren — Direktes Verfahren.
f)
Zerstörungsfreie Prüfungen nach den Festlegungen in EN 13445-5:2014 für die Auslegung nach dem
Analyseverfahren — Direktes Verfahren.
g) Geeignete Prüfungen während des Betriebs sind in den Bedienungsanleitungen des Herstellers festgelegt.
ANMERKUNG
Bis ausreichende innerbetriebliche Erfahrungen nachgewiesen werden können, wird für die Überprüfung der
Auslegung (Berechnungen) und Sicherstellung, dass alle Anforderungen an die Werkstoffe, Herstellung und ZfP erfüllt sind, die
Einbeziehung einer unabhängigen Stelle mit entsprechender Qualifikation empfohlen.
26
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
6.3.2
Auslegungsbedingungen (Normalbetriebslastfälle)
Die Berechnungsnennspannung f für Auslegungsbedingungen darf fd, den niedrigeren der beiden folgende Werte
nicht übersteigen:
den Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2-%-Dehngrenze bei Berechnungstemperatur nach der
technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,5 bzw.
den Mindestwert der Zugfestigkeit bei 20 °C nach der technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den
Sicherheitsbeiwert 1,875.
6.3.3
Prüfbedingungen
Die Berechnungsnennspannung für Prüfbedingungen f darf ftest, den Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2-%Dehngrenze bei Prüftemperatur nach der technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,05
nicht überschreiten.
6.4 Austenitische Stähle (außer Gusseisen) von 30 % bis 35 % Bruchdehnung nach der
maßgeblichen Werkstoffnorm
6.4.1
Auslegungsbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f darf fd, den Mindestwert der 1-%-Dehngrenze bei Berechnungstemperatur nach
der technischen Werkstoffnorm, geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,5 nicht überschreiten.
6.4.2
Prüfbedingungen
Die Berechnungsnennspannung für Prüfbedingungen ftest darf den Quotienten aus dem in der Werkstoffnorm
angegebenen Mindestwert der 1-%-Dehngrenze bei Prüftemperatur und dem Sicherheitsbeiwert 1,05 nicht
überschreiten.
6.5 Austenitische Stähle (außer Gusseisen) von 35 % (und mehr) Bruchdehnung nach
zugehöriger Werkstoffnorm
6.5.1
Auslegungsbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f für Auslegungsbedingungen darf den größeren der beiden folgenden Werte nicht
überschreiten:
a)
Wert nach 6.4.1; oder
b)
falls ein Wert für Rm/T vorliegt, den niedrigeren der beiden folgenden Werte:
den Mindestwert der Zugfestigkeit bei Berechnungstemperatur nach der technischen Werkstoffnorm,
geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 3,0 bzw.
den Mindestwert der 1-%-Dehngrenze bei Berechnungstemperatur nach der technischen Werkstoffnorm,
geteilt durch den Sicherheitsbeiwert 1,2.
6.5.2
Prüfbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f für Prüfbelastungen darf ftest, den größeren der beiden folgenden Werte nicht
überschreiten:
a)
Wert nach 6.4.2 bzw.
b)
den Quotient aus dem in der Werkstoffnorm angegebenen Mindestwert der Zugfestigkeit bei Prüftemperatur
und dem Sicherheitsbeiwert 2.
27
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
6.6
Stahlgussstücke
6.6.1
Auslegungsbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f für Auslegungsbedingungen darf fd, den niedrigeren der beiden folgenden Werte
nicht überschreiten:
Quotient aus dem in der Werkstoffnorm angegebenen Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2-%Dehngrenze bei Berechnungstemperatur und dem Sicherheitsbeiwert 1,9 bzw.
Quotient aus dem in der Werkstoffnorm angegebenen Mindestwert der Zugfestigkeit bei 20 °C und dem
Sicherheitsbeiwert 3,0.
6.6.2
Prüfbedingungen
Die Berechnungsnennspannung f für Prüfbedingungen darf ftest, den Quotient aus dem in der Werkstoffnorm
angegebenen Mindestwert der Streckgrenze oder der 0,2 %-Dehngrenze bei Prüftemperatur und dem
Sicherheitsbeiwert 1,33 nicht überschreiten.
ANMERKUNG
Die physikalischen Eigenschaften von Stählen sind im Anhang O angegeben
Tabelle 6-1 — Maximal zulässige Werte für die Berechnungsnennspannung für drucktragende Teile
außer Schrauben
Nichtaustenitische
Stähle nach 6.2
Rp0,2/T R
f d min
; m/20
1,5
2,4
Prüfbedingungen
/ außergewöhnliche Bedingungenb c
Rp0,2/T
test
f test
1,05
Nichtaustenitische
Stähle nach 6.3:
Alternatives
Verfahren
Rp0,2/T R
; m/20
f d min
1,5
1,875
Rp0,2/T
test
f test
1,05
Austenitische Stähle
nach 6.4
Rp1,0/T
fd
1,5
Rp1,0/T
test
f test
1,05
Austenitische Stähle
nach 6.5
Rp1,0/T
R
; min p1,0/T ; Rm/T
f d max
1,2
3
1,5
Rp1,0/T
R
test ; m/T test
f test max
1,05
2
Stahlguss nach 6.6
Rp0,2/T R
f d min
; m/20
1,9
3
Rp0,2/T
test
f test
1,33
Stahl
A 30 % d
Auslegungsbedingungen a b
A 30 % d
30 % A 35 % d
A 35 % d
a
b
Für Prüfgruppe 4 ist der Wert der Berechnungsnennspannung mit 0,9 zu multiplizieren
Anstelle der 0,2%-Dehngrenze ReH darf die Streckgrenze (Fließgrenze) Rp0,2 verwendet werden, falls erstere der
Werkstoffnorm nicht entnommen werden kann.
c
Siehe 5.3.2 und 6.1.2.
d
Bruchdehnung siehe EN 13445-2:2014, Abschnitt 4.
28
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
7
Schalen unter Innendruck
7.1
Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen an die Konstruktion von innendruckbeaufschlagten achssymmetrischen
Schalen, d. h. Zylinder- und Kugelschalen, Kugelkalotten, gewölbte Böden, Kegelschalen und Kegel-ZylinderVerbindungen. Darüber hinaus sind auch Verfahren zur Auslegung von versetzt angeordnetenen Kegelschalen zur
Verbindung zweier Zylinderschalen sowie für gewölbte Böden mit in den Krempenbereich reichenden Ausschnitten
angegeben.
7.2
Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
7.2.1
Zylinder
Kreisförmiger Zylinder
7.2.2
Torisphärischer Boden
Ein gewölbter Boden bestehend aus einer Halbkugelschale (Kalotte), einer torusförmigen Krempe und einem
zylindrischen Bord ist. Die drei Teile haben an den Berührungslinien gemeinsame Tangenten
7.2.3
Klöpperboden
Sonderfall eines torisphärischen Bodens mit R/De = 1,0 und r/De = 0,1
7.2.4
Korbbogenboden
Sonderfall eines torisphärischen Bodens mit R/De = 0,8 und r/De = 0,154
7.2.5
Elliptischer Boden
Gewölbter Boden mit wahrer elliptischer Form.
7.3
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Tabelle 4-1.
De Außendurchmesser der Schale;
Di
Innendurchmesser der Schale;
Dm Mittlerer Durchmesser der Schale;
r
Innenradius der Krümmung einer Krempe
7.4
Zylinder- und Kugelschalen
7.4.1
Geltungsbereich
Die Formeln in 7.4.2 und 7.4.3 gilt nur für Schalen mit e/De 0,16. Die Formeln an Kugelschalen sind auch auf
kugelförmige Abschnitte von Schalen, Halbkugelböden, die Mittelbereiche von torisphärischen Böden und
Kugelabschnitte zur Verbindung einer kegelförmigen mit einer zylindrischen Schale (Krempe mit r/Di=0,5)
anzuwenden.
ANMERKUNG 1
Die Formeln in 7.4.2 und 7.4.3 dürfen auch für größere Werte von e/Di verwendet werden, sofern die
Berechnung durch eine ausführliche Ermüdungsberechnung ergänzt wird.
29
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 2
Die angegebenen Wanddicken sind Mindestwerte. An Verbindungsstellen mit anderen Bauteilen, zur
Verstärkung an Stutzen oder Ausschnitten oder zur Aufnahme anderer Belastungen als Druck können größere Wanddicken
erforderlich sein.
7.4.2
Zylinderschalen
Die erforderliche Wanddicke wird nach einer der beiden folgenden Gleichungen berechnet:
e
P Di
2f z P
(7.4-1)
e
P De
2f z P
(7.4-2)
oder
Für eine festgelegte geometrische Form:
Pmax
ANMERKUNG
7.4.3
2f z e a
Dm
(7.4-3)
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
Kugelschalen
Die erforderliche Wanddicke wird nach einer der beiden folgenden Gleichungen berechnet:
e
P Di
4f z P
(7.4-4)
e
P De
4f z P
(7.4-5)
oder
Für eine festgelegte geometrische Form:
Pmax
4f z ea
Dm
ANMERKUNG
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
7.5
Gewölbte Böden
7.5.1
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 7.3.
De ist der Außendurchmesser des zylindrischen Bordes
Di
ist der Innendurchmesser des zylindrischen Bordes
eb
Erforderliche Wanddicke der Krempe zur Verhinderung plastischen Beulens
es
Erforderliche Wanddicke des Bodens zur Begrenzung der Membranspannung in der Mitte
ey
Erforderliche Wanddicke der Krempe zur Verhinderung achssymmetrischen Fließens
30
(7.4-6)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
fb
Berechnungsnennspannung in der Beulgleichung
hi
Innenhöhe eines elliptischen Bodens
K
Berechnungsbeiwert für einen elliptischen Boden nach Definition in Gleichung (7.5-18)
N
Parameter nach Definition in Gleichung (7.5-12)
R
Innenradius im Mittelbereich eines torisphärischen Bodens
X
Verhältnis von Krempenradius zu Schaleninnendurchmesser
Y
Parameter nach Definition in Gleichung (7.5-9)
Z
Parameter nach Definition in Gleichung (7.5-10)
Beiwert ermittelt aus Bild 7.5-1 und 7.5-2 oder durch das Verfahren in 7.5.3.5.
7.5.2
Halbkugelböden
Die erforderliche Wanddicke eines Halbkugelbodens ist durch die Gleichungen in 7.4.3 gegeben. Die Wanddicke
des zylindrischen Bords bis zur Tangente muss mindestens der Wanddicke der Zylinderschale nach 7.4.2
entsprechen.
7.5.3
Torisphärische Böden
7.5.3.1
Geltungsbereich
Die nachstehenden Anforderungen gelten nur für Böden, die alle folgenden Bedingungen erfüllen:
r 0,2Di
r 0,06Di
r 2e
e 0,08De
e 0,001De
R De
7.5.3.2
Auslegung
Die erforderliche Wanddicke e ist gleich dem größten der folgenden Werte es, ey und eb:
es =
P R
2f z - 0,5P
ey
β P 0,75R 0,2D i
f
(7.5-1)
(7.5-2)
β kann aus Bild 7.5-1 oder dem Verfahren nach 7.5.3.5 entnommen werden, wobei e durch ey ersetzt wird.
und
31
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1
0,825 1,5
P
Di
eb 0,75R 0,2Di
111fb r
(7.5-3)
Dabei ist:
fb
Rp0 ,2/T
1,5
(7.5-4)
Ausgenommen sind kaltumgeformte nahtlose Böden aus austenitischem rostfreien Stahl, für die gilt:
fb
1,6 Rp0 ,2/T
1,5
(7.5-5)
Unter Prüfbedingungen muss für fb in den Gleichungen der Faktor 1,5 durch 1,05 ersetzt werden.
ANMERKUNG 1
Bei nicht kaltumgeformten Böden aus rostfreiem Stahl ist fb kleiner als f.
ANMERKUNG 2
berücksichtigt.
Durch den Faktor 1,6 in der Gleichung für kaltumgeformte Böden wird die Werkstoffverfestigung
ANMERKUNG 3
Die Berechnung von eb entfällt, wenn ey > 0,005Di ist.
ANMERKUNG 4
Die Innenhöhe eines torispärischen Bodens wird gegeben durch
hi R
R Di / 2 R Di /2 2r
Bild 7.5-1 — Berechnungsbeiwert für gewölbte Böden für die Auslegung
32
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
7.5.3.3
Nachrechnung
Für eine bestimmte Geometrie ist der höchstzulässige Berechnungsdruck Pmax gleich dem niedrigsten der
folgenden Werte Ps, Py und Pb.
Ps
2f z e a
R 0,5 e a
(7.5-6)
py =
f. ea
0,75R + 0,2 D i
(7.5-7)
Dabei wird aus Bild 7.5-2 und den Gleichungen in 7.5.3.5 ermittelt.
ea
P b 111 f b
0,75R 0,2 D i
,
15
r
Di
0,825
(7.5-8)
ANMERKUNG 1 Zur Anwendung der oben angegebenen Gleichungen auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
ANMERKUNG 2
Die Berechnung von Pb entfällt, wenn ea > 0,005Di ist.
Bild 7.5-2 — Berechnungsbeiwert für gewölbte Böden für die Nachrechnung
7.5.3.4
Ausnahmen
Es ist zulässig, die Wanddicke im kugelförmigen Bereich des Bodens (Kalotte) auf den Wert es zu reduzieren; dies
gilt für eine Kreisfläche, deren Abstand von der Krempe mindestens dem Abstand
Bild 7.5-3 dargestellt.
R e entspricht, wie in
Der Bord muss die Anforderungen für zylindrische Schalen in 7.4.2 erfüllen, sofern seine Länge größer ist als
0,2 Di e . Sofern der Bord gleich lang oder kürzer ist als 0,2 Di e , darf die Wanddicke des Bords gleich der
Wanddicke in der Krempe sein.
33
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
7.5.3.5
Gleichungen zur Berechnung des Beiwerts
>-
R.e
>- es
r
R
-> e
Di
De
Bild 7.5-3 — Geometrie torisphärischer Böden
Y = min(e/R ; 0,04)
(7.5-9)
Z log10 1 / Y
(7.5-10)
X = r/Di
(7.5-11)
N 1 , 006
1
4
6 , 2 90 Y
(7.5-12)
Für X = 0,06 gilt:
0,06 N 0,3635 Z 3 2,2124 Z 2 3,2937 Z 18873
,
(7.5-13)
Für 0,06 < X < 0,1 gilt:
25 ( 0,1 X ) 0,06 ( X 0,06 ) 0,1
(7.5-14)
Für X = 0,1 gilt:
0,1 N ( 0,1833 Z 3 10383
,
Z 2 1,2943 Z 0,837 )
(7.5-15)
Für 0,1 < X < 0,2 gilt:
10 (0,2 X ) 0,1 ( X 0,1) 0,2
(7.5-16)
Für X = 0,2 gilt:
0,2 max 0,95( 0,56 194
, Y 82,5Y 2 ) ; 0,5
(7.5-17)
ANMERKUNG
Die vorstehenden Gleichungen für führen bei Verwendung in 7.5.3.2 zu einer iterativen Berechnung. Dafür
wird ein rechnergestütztes Verfahren empfohlen.
7.5.4
Elliptische Böden
Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten nur für Böden mit 1,7 < K < 2,2.
K = Di/(2hi )
34
(7.5-18)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Elliptische Böden sind wie äquivalente torisphärische Böden zu berechnen, wobei gilt:
r Di 0,5 / K - 0,08
(7.5-19)
R D i (0,44K 0,02)
(7.5-20)
und
7.6
Kegelschalen und Kegelböden
7.6.1
Anwendungsbedingungen
Die Anforderungen in 7.6.4 - 7.6.8 gelten für die Berechnung kreisförmiger Kegelschalen und Kegel-ZylinderVerbindungen, bei denen Kegel- und Zylinderschale eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. Anforderungen
an Kegelschalen mit Versatz der Mittellinie sind in 7.6.9 enthalten.
Die Anforderungen gelten nicht:
a)
für Kegelschalen, deren halber Öffnungswinkel an der Spitze größer ist als 75 °;
b)
für Kegelschalen mit
e cos( )
0,001 ;
Dc
c)
(7.6-1)
für kurze Kegelschalen zur Verbindung von Doppelmantel und Mantel.
Mindestwerte für den Abstand von anderen wesentlichen Störstellen sind in den einzelnen Abschnitten angegeben.
7.6.2
Zusätzliche Definitionen
Die folgende Definition gilt zusätzlich zu denen in 7.2.
7.6.2.1
Verbindung zwischen Zylinder und Kegel
Schnittpunkt der Wanddickenmittellinien von Zylinder- und Kegelschale (Beispiele für die Verbindung an der
großen Kegelgrundfläche sind in Bild 7.6-1 und 7.6-2 dargestellt)
>
- 1,4l1
-> 1,
4l
2
con
-> e
DC
-> e
2
-> e1
-> ecyl
α
Bild 7.6.1 — Geometrie von Kegel-Zylinder-Verbindungen ohne Krempe an der großen Kegelgrundfläche
35
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
>- 1,4 l1
-> 1,4
0,5 l1
l2
α
-> e
con
-> e
Dc
2
r
-> e1
>
- ecyl
-> 0,7
l2
Bild 7.6.2 — Geometrie von Kegel-Zylinder-Verbindungen mit Krempe an der großen Kegelgrundfläche
7.6.3
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Tabelle 7.3.
Dc
Mittlerer Durchmesser der Zylinderschale an der Verbindungsstelle zur Kegelschale;
De
Außendurchmesser der Kegelschale;
Di
Innendurchmesser der Kegelschale;
DK
Durchmesser nach Berechnung nach Gleichung (7.6-8);
Dm
Mittlerer Durchmesser der Kegelschale;
econ
Erforderliche Wanddicke der Kegelschale nach Berechnung in 7.6.4;
econ,a
die (minimale) Berechnungsdicke der Kegelschale;
ecyl
Erforderliche Wanddicke der Zylinderschale nach Berechnung in 7.4.2;
ej
Erforderliche Wanddicke an der Verbindungsstelle an der großen Kegelgrundfläche;
e1
Erforderliche Wanddicke der Zylinderschale an der Verbindungsstelle;
e1a
Berechnungswanddicke der verstärkten Zylinderschale;
e2
Erforderliche Wanddicke von Kegelschale und Krempe an der Verbindungsstelle;
e2a
Berechnungswanddicke der verstärkten Kegelschale;
f
Ist die Nennberechnungsspannung. In der Berechnung der Verbindungen nach 7.6.6 bis 7.6.9 ist es der
niedrigste der Werte für die einzelnen Bauteile;
l1
Länge entlang der Zylinderschale;
l2
Länge entlang der Kegelschale (große oder kleine Grundfläche);
r
ist der Krempenradius;
Halber Öffnungswinkel der Kegelschale an der Spitze (in Grad);
Beiwert nach Definition in 7.6.6;
H
Beiwert nach Definition in 7.6.8;
Beiwert nach Definition in 7.6.7;
Beiwert nach Definition in 7.6.7;
Beiwert nach Definition in 7.6.8.
36
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
7.6.4
Kegelschalen
Die erforderliche Wanddicke an jedem beliebigen Punkt entlang der Länge der Kegelschale wird nach einer der
beiden folgenden Gleichungen berechnet:
e con
P Di
1
2f z P cos( )
(7.6-2)
e con
P De
1
2f z P cos( )
(7.6-3)
oder
Dabei sind Di und De die Durchmesser im betrachteten Punkt.
Für eine bestimmte Geometrie:
Pmax
2 f z econ,a cos( )
Dm
(7.6-4)
Dabei ist Dm der Durchmesser im betrachteten Punkt.
ANMERKUNG
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
Für die Berechnung der erforderlichen Dicke an der großen Grundfläche eines mit einer Zylinderschale
verbundenen Kegelschale dürfen nachstehende Ersetzungen vorgenommen werden:
Di = DK
(7.6-5)
De = DK + 2e2 cos()
(7.6-6)
Dm = (Di + De) / 2
(7.6-7)
Dabei ist:
DK D c e1 2r 1 cos( ) l 2 sin( )
(7.6-8)
ANMERKUNG 1
Die angegebenen Wanddicken sind Mindestwerte. An Verbindungsstellen mit anderen Bauteilen, zur
Verstärkung an Stutzen oder Ausschnitten oder zur Aufnahme anderer Belastungen als Druck können größere Wanddicken
erforderlich sein.
ANMERKUNG 2
Da es sich bei der oben ermittelter Wanddicke um den zulässigen Mindestwert an diesem Punkt entlang der
Kegelschale handelt, ist es zulässig, eine Kegelschale aus Platten unterschiedlicher Dicke zu fertigen, sofern die Mindestdicke
an jedem Punkt erreicht wird.
7.6.5
Verbindungen
Die Anforderungen in 7.6.6, 7.6.7 und 7.6.8 gelten nur, wenn die Länge des ungestörten Bereichs zwischen dieser
Verbindung und einer anderen Verbindung oder wesentlichen Störstelle, z. B. eine andere Kegel-ZylinderVerbindung oder ein Flansch, an der Zylinderschale mindestens 2 l1 und an der Kegelschale mindestens 2 l2
beträgt. Dabei ist:
l1 D c . e1
(7.6-9)
Dc .e2
cos( )
(7.6-10)
l2
37
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
7.6.6
Kegel-Zylinder-Verbindung ohne Krempe an der großen Kegelgrundfläche
7.6.6.1
Geltungsbereich
Dien Anforderungen in 7.6.6.2 und 7.6.6.3 gelten nur, wenn die nachstehende Bedingung erfüllt ist: die Verbindung
ist eine Stumpfnaht, wobei die inneren und äußeren Nahtoberflächen gleichmäßig in die benachbarte Kegel- bzw.
Zylinderschale übergehen, ohne dass die Wanddicke örtlich vermindert wird.
ANMERKUNG
Spezielle ZfP-Anforderungen gelten in EN 13445-5:2014 sofern für eine Konstruktion die Dicke an der Naht
nicht größer ist als 1,4 ej.
7.6.6.2
Auslegung
Die erforderliche Wanddicke e1 der Zylinderschale an der Verbindungsstelle ist gleich dem größeren der Werte für
ecyl und ej, wobei ej wie folgt berechnet wird:
Man nehme einen Wert für ej an und berechne:
1 Dc
tan( )
0,15
3 e j 1 1 / cos( )
ej
P Dc
2f
(7.6-11)
(7.6-12)
Die durch Gleichung (7.6-12) gegebene Dicke ist zulässig sofern sie nicht kleiner ist als die angenommene.
ANMERKUNG
Der für ej erforderliche Wert kann durch iterative Anwendung dieser Prozedur erhalten werden, bis
Gleichung (7.6-12) einen Wert gleich dem angenommenen ergibt.
Der Wert von kann auch dem Diagramm in Bild 7.6-3 entnommen werden.
Diese Wanddicke muss bis zu einem Abstand von der Verbindung von mindestens 1,4l1 entlang des Zylinders
beibehalten werden.
38
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5,0
4,5
4,0
α = 10º
α = 20º
α = 30º
α = 40º
α = 50º
α = 60º
3,5
3,0
β
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,001
0,010
0,100
P/f
Bild 7.6-3 — Werte für für Kegel-Zylinder-Verbindung ohne Krempe an der großen Kegelgrundfläche
Die erforderliche Wanddicke e2 der Kegelschale an der Verbindungsstelle ist gleich dem größeren der Werte von e
und ej. Diese Dicke muss bis zu einem Abstand von der Verbindung von mindestens 1,4 l2 entlang des Kegels
beibehalten werden (siehe Bild 7.6-1).
Die Verstärkung darf wie folgt umverteilt werden, sofern die Mindestwanddicken nach 7.4.2 und 7.6.4 weiterhin
eingehalten werden.
Die Wanddicke der Zylinderschale kann nahe der Verbindungsstelle erhöht und weiter davon entfernt verringert
werden, sofern die Querschnittsfläche der Zylinderwand bis zu einem Abstand von 1,4 l1 von der Verbindungsstelle
mindestens 1,4ꞏe1ꞏl1 beträgt. Des weiteren kann die Wanddicke der Kegelschale nahe der Verbindungsstelle erhöht
und weiter davon entfernt verringert werden, sofern die Querschnittsfläche der Kegelschale bis zu einem Abstand
von 1,4 l2 von der Verbindungsstelle mindestens 1,4ꞏe2ꞏl2 beträgt.
7.6.6.3
Nachrechnung
Der höchstzulässige Berechnungsdruck Pmax für eine gegebene Wanddicke wird wie folgt ermittelt:
a)
Pmax nach Gleichung (7.4-3) für die Zylinderschale berechnen.
b)
Pmax nach Gleichung (7.6-4) für die Kegelschale berechnen.
c)
Die Berechnungswanddicke e1a der verstärkten Zylinderschale an der Verbindungsstelle ermitteln.
d)
Die Berechnungswanddicke e2a der verstärkten Kegelschale an der Verbindungsstelle ermitteln.
e)
Pmax nach Gleichung (7.6-4) mit Wanddicke e2a und Durchmesser Dm berechnen.
f)
Für ej den niedrigeren Wert von e1a und e2a einsetzen.
39
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
g)
Den Wert von aus Gleichung (7.6-11) berechnen; dann ist
P max
h)
2f e j
Dc
(7.6-13)
Der höchstzulässige Berechnungsdruck ist der niedrigste der in den Schritten a), b), e) und g) ermittelten
Drücke.
ANMERKUNG
Die Berechnungswanddicke der verstärkten Zylinderschale in vorstehendem Schritt c) bzw. d) kann mit
folgendem Verfahren ermittelt werden:
1)
Den Wert e1a schätzen. Der Ausgangswert sollte die Berechnungswanddicke an der Verbindungsstelle
sein.
2)
Den Wert von l1 berechnen.
l1 14
, D c . e1a
(7.6-14)
3)
Ist die Wanddicke über die Länge l1 konstant, dann ist e1a bereits gefunden.
4)
Andernfalls ist die Wandquerschnittsfläche A1 innerhalb eines Abstands l1 von der Verbindungsstelle zu
berechnen.
5)
Aus der folgenden Gleichung ergibt sich eine bessere Näherung.
e1a A1 l1
(7.6-15)
Das Ergebnis ist annehmbar, wenn der Wert nicht größer ist als der in Schritt 1) geschätzte Wert.
6)
Ist das Ergebnis nicht annehmbar, zu 1) zurückgehen.
7)
In gleicher Weise ist mit nachstehender Gleichung der Wert von e2a zu ermitteln.
l2 14
,
7.6.7
D c . e 2a
cos ( )
(7.6-16)
Kegel-Zylinder-Verbindung mit Krempe an der großen Kegelgrundfläche
7.6.7.1
Geltungsbereich
Die Anforderungen dieses Unterabschnitts gelten nur, wenn alle nachstehenden Bedingungen erfüllt sind.
a)
Die Krempe weist Torusform und gleichmäßige Übergänge zur benachbarten Kegel- bzw. Zylinderschale auf.
b)
Der innere Krümmungsradius der Krempe ist r < 0,3 Dc.
ANMERKUNG
7.6.7.2
Dieser Abschnitt schreibt keinen Mindestwert für den Krümmungsradius der Krempe vor.
Auslegung
Der Wert ej wird nach folgendem Verfahren berechnet:
Einen Wert für ej schätzen und dann wie folgt berechnen:
40
1 Dc
tan( )
0,15
3 e j 1 1 / cos( )
(7.6-17)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0,028r
Dc e j 1 1/
= 1+
ej
.
cos( )
0,2
1,2 1 +
P Dc
2f
(7.6-18)
(7.6-19)
(7.6-20)
Die durch Gleichung (7.6-20) gegebene Dicke ist für die Krempe zulässig sofern sie nicht kleiner als die
angenommene ist.
ANMERKUNG
Der für ej erforderliche Wert kann durch iterative Anwendung dieser Prozedur erhalten werden, bis Gleichung
(7.6-20) einen Wert gleich dem angenommenen ergibt.
Die erforderliche Wanddicke e1 der Zylinderschale an der Verbindungsstelle ist gleich dem größeren Wert von ec
bzw. ej. Diese Dicke muss bis zu einem Abstand von mindestens 1,4 l1 von der Verbindungsstelle und bis zu einem
Abstand von 0,5 l1 von der Tangente zwischen Zylinderschale und Krempe entlang der Zylinderschale beibehalten
werden.
Die erforderliche Wanddicke e2 von Krempe und Kegelschale an der Verbindungsstelle entspricht dem größeren
Werte von econ bzw. ej. Diese Dicke muss bis zu einem Abstand von mindestens 1,4 l2 von der Verbindungsstelle
und bis zu einem Abstand von 0,7 l2 von der Tangente zwischen Kegelschale und Krempe entlang der Kegelschale
beibehalten werden.
7.6.7.3
Nachrechnung
Der höchstzulässige Berechnungsdruck Pmax für eine gegebene Geometrie wird wie folgt ermittelt:
a)
Die Berechnungswanddicke e1a der Zylinderschale im Krempenbereich und e2a der Krempe und des
angrenzenden Teils der Kegelschale ermitteln.
b)
Überprüfen, dass die Bedingungen in 7.6.7.1 erfüllt werden.
c)
Pmax nach Gleichung (7.4-3) mit ea = e1a für die Zylinderschale berechnen.
d)
Pmax nach Gleichung (7.6-4) mit econ,a =e2a für die Kegelschale berechnen.
e)
Der Wert von ej ist der kleinere der für e1a und e2a ermittelten Werte.
f)
Die Werte für und aus den Gleichungen (7.6-17) und (7.6-19) ermitteln und dann Pmax wie folgt berechnen:
Pmax
g)
2f e j
Dc
(7.6-21)
Der höchstzulässige Berechnungsdruck ist der niedrigste der in den Schritten c), d) und f) ermittelten Drücke.
7.6.8
7.6.8.1
Kegel-Zylinder-Verbindung an der kleinen Kegelgrundfläche
Geltungsbereich
Die Anforderungen in 7.6.8.2 und 7.6.8.3 gelten nur, wenn alle nachstehenden Bedingungen erfüllt sind.
a)
Die erforderliche Wanddicke der Zylinderschale e1 wird bis zu einem Abstand l1 von der Verbindungsstelle und
die erforderliche Wanddicke der Kegelschale e2 bis zu einem Abstand l2 von der Verbindungsstelle beibehalten
(siehe Bild 7.6-4).
41
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
Die Wanddicken erfüllen die Anforderungen in 7.4.2 und 7.6.4.
α
e1
e2
l2
Dc
l1
Bild 7.6-4 — Geometrie von Kegel-Zylinder-Verbindungen an der kleinen Kegelgrundfläche
7.6.8.2
Auslegung
Die erforderlichen Wanddicken e1 und e2 werden wie folgt ermittelt:
Werte für e1 und e2 wählen.;
s
e2
e1
(7.6-22)
Für s < 1 gilt:
s
s
1 s2
cos( )
2
(7.6-23)
Für s 1 gilt:
1 s 2
2 cos( )
(7.6-24)
D c tan( )
0,5
e1
(7.6-25)
1 s
H 0,4
Wenn nachstehende Gleichung erfüllt ist
P
2f z e 1
Dc H
(7.6-26)
sind die Werte für e1 und e2 annehmbar. Andernfalls die Berechnung mit höheren Werten für e1 und e2 wiederholen.
ANMERKUNG
Nach vorstehenden Gleichungen werden e1 und e2 nicht getrennt berechnet. Diese Werte können beliebig so
gewählt werden, wie es für die Auslegung zweckmäßig ist, d. h. um beispielsweise einen günstigen Wert für l1 oder l2 zu
erhalten.
Unter der Voraussetzung, dass die Anforderungen in 7.4.2 und 7.6.4 weiterhin eingehalten werden, darf die
Berechnung nach der vorstehenden Regel wie folgt modifiziert werden:
42
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a)
Ist e1 = e2, dann kann eine Krempe derselben Dicke vorgesehen werden. Die Abstände l1 und l2 werden auch
weiterhin ab der Verbindungsstelle (dem Schnittpunkt der Mittellinien von Zylinder- und Kegelschale)
gemessen.
b)
Die Wanddicke der Zylinderschale kann nahe der Verbindungsstelle erhöht und weiter davon entfernt
verringert werden, sofern die Querschnittsfläche der Zylinderschale bis zu einem Abstand von l1 von der
Verbindungsstelle mindestens l1ꞏe1 beträgt. Des weiteren kann die Wanddicke der Kegelschale nahe der
Verbindungsstelle erhöht und weiter davon entfernt verringert werden, sofern die Querschnittsfläche der
Kegelschale bis zu einem Abstand von l2 von der Verbindungsstelle mindestens l2ꞏe2 beträgt.
7.6.8.3
Nachrechnung
Der höchstzulässige Berechnungsdruck Pmax, für eine bestimmte Geometrie und Normalbetriebslastfälle, wird wie
folgt ermittelt:
P max
2f z e1a
Dc H
(7.6-27)
Dabei sind e1a und e2a die Berechnungswanddicken; H ist Gleichung (7.6-22) bis (7.6-25) zu entnehmen.
ANMERKUNG 1
ermittelt.
Die Werte von e1a und e2a werden nach dem in der Anmerkung in 7.6.6.3 beschriebenen Verfahren
ANMERKUNG 2
Die Berechnungswanddicken können die erforderliche Wanddicke übersteigen, ohne deshalb zu einer
Zunahme von l1 bzw. l2 zu führen.
7.6.9
Kegelschalen mit Mittellinienversatz
Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten für Verbindungskegel zwischen zwei Zylinderschalen mit
Mittellinienversatz (siehe Bild 7.6-5). Die Mittellinien der beiden Zylinderschalen müssen parallel sein, wobei der
Versatz zwischen den Mittellinien nicht größer sein darf als die Differenz ihrer Radien. Die erforderliche Wanddicke
für die Verbindung an der großen Kegelgrundfläche wird nach 7.6.6 und für die Verbindung an der kleinen
Kegelgrundfläche nach 7.6.8 ermittelt. Der größere der beiden Werte ist auf die gesamte Kegelschale
anzuwenden. Für den Winkel wird der größte Winkel zwischen Kegel- und Zylinderschale eingesetzt.
α
1
Legende
1 Mittellinienversatz
Bild 7.6-5 — Kegelschale mit Mittellinienversatz
7.7
Stutzen im Krempenbereich
7.7.1
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 7.5.1.
A
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-4) oder (7.7-8)
43
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
A1
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-12) oder (7.7-16)
B
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-5) oder (7.7-9)
B1
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-13) oder (7.7-17)
k
Beiwert für die Verschwächung durch den Stutzen nach Gleichung (7.7-10)
di
Innendurchmesser des Stutzens
X
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-11) oder (7.7-15)
V
Beiwert nach Definition in Gleichung (7.7-3) oder (7.7-7)
7.7.2
Grenzen der Anwendbarkeit
In diesem Unterabschnitt sind Bedingungen für Ausschnittverstärkungen in gewölbten Böden mit Stutzen
außerhalb des in 9.7.2.4 definierten Zentralbereiches enthalten, für die daher Abschnitt 9 nicht anwendbar ist.
Die Bedingungen sind beschränkt auf Klöpper- und Korbbogenböden mit
di/De ≤ 0,6
(7.7-1)
und
di
ea D e
(7.7-2)
6,7
Die Stutzenachse und die Behälterachse müssen in einer Ebene liegen. Die Stutzenachse muss zwischen der
Normalen zur Behälterwand und der Parallelen zur Bodenachse liegen. Der Stutzen muss so angeordnet sein,
dass er die Tangente zwischen Krempe und zylindrischem Mantel nicht kreuzt. Stutzen mit Achsen parallel zur
Bodenachse und mit Außenerzeugender in Fortsetzung des zylindrischen Bodenansatzes sind erfasst.
Die Bedingungen in 7.7 dürfen auch für elliptische Böden mit einem Durchmesserverhältnis K 2 angewendet
werden. Die Dicke eines solchen elliptischen Bodens mit Stutzen im Krempenbereich ist gleich der eines
Korbbogenbodens mit demselben Durchmesser.
Die entsprechend diesem Abschnitt erforderliche Wanddickenvergrößerung ist im gesamten Krempenbereich
erforderlich. Verstärkungsscheiben sind nicht zulässig. Die Dicke im Kalottenbereich darf geringer sein, sofern die
Bedingungen in 7.5.3.4 eingehalten werden und die Stutzenverstärkung im Kalottenbereich die Bedingungen des
Abschnitts 9 erfüllen.
Sofern der geringste Abstand der Durchdringung des Stutzens und der Krempe von der Tangente Krempe und
dem zylindrischen Bord kleiner ist als 2,5
e a r (gemessen entlang der Oberfläche), ist die Anwendung dieser
Methode fragwürdig. Sofern in solchen Fällen die Zulässigkeit der Konstruktion nicht durch genauere Analyse oder
umfassende Erfahrung nachgewiesen wird, muss der Berechnungsdruck verdoppelt werden oder der zulässige
Druck der Konstruktion muss halbiert werden.
7.7.3
Auslegung
Für Klöpperböden gilt:
44
P
V = log10 1000
f
(7.7-3)
A = max (0,5 ; 0,264 + 0,938V - 0,592V 2 + 0,14V 3)
(7.7-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B = min (4,2 ; 4,9 - 2,165V + 0,151V 2)
k max A B
d
di
; 1 0,3B i
De
De
(7.7-5)
(7.7-6)
Für Korbbogenböden gilt:
P
V = log10 1000
f
(7.7-7)
A = 0,54 + 0,41V - 0,044V 3
(7.7-8)
B = 7,77 - 4,53V + 0,744V 2
(7.7-9)
k max A B
d
di
; 1 0,5B i
De
De
(7.7-10)
In Gleichung (7.5-2) und in Bild 7.5-1 muss P durch P k ersetzt werden, um die erforderliche Dicke zu erhalten.
Dieser Ersatz ist vor der Berechnung von in 7.5.3.5 durchzuführen. Die Gleichungen (7.5-1) und (7.5-3) gelten
ohne Änderung weiter.
ANMERKUNG
Die Kurven in Bild 7.7-1 und 7.7-2 beruhen auf der vorstehenden Berechnung und geben
ef
als Funktion
PR
von P/f und di/De an.
Bild 7.7-1 — Auslegungswerte für Klöpperböden (Verhältnisgrößen)
45
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 7.7-2 — Auslegungswerte für Korbbogenböden (Verhältnisgrößen)
7.7.4
Nachrechnung
Der einer gegebenen Geometrie des Behälters entsprechende höchstzulässige Berechnungsdruck kann durch ein
numerisches Suchverfahren ermittelt werden. Alternativ kann das nachstehende Verfahren angewandt werden, das
zu einer näherungsweise und in jedem Fall konservativen Schätzung von k. führt.
Für Klöpperböden gilt:
e
X = log10 1000 a
De
(7.7-11)
A1 = 1,07 max(0,71 - X ; 0,19X + 0,45)
(7.7-12)
1
B1 = 1,02 min 3 5 X ;
3
0,241 0,116 X 0,26
(7.7-13)
d
di
; 1 0,3B1 i
De
De
(7.7-14)
k max A1 B1
46
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Für Korbbogenböden gilt:
e
X = log10 1000 a
De
A1 =
(7.7-15)
1
D
1136
,
0,0053 e
di
0,8
B1 = (8,87 4,35X 0,19X 3)
k max(1 0,1
di
d
d
d
) A1 B1 i ;(1 11
, i ) 1 0,5B1 i
De
De
De
De
(7.7-16)
(7.7-17)
(7.7-18)
Der Parameter in Gleichung (7.5-7) ist durch k zu ersetzen. Gleichungen (7.5-6) und (7.5-8) Gelten weiterhin
unverändert.
7.7.5
Böden mit mehreren Stutzen im Krempenbereich
Die in Abschnitt 9 enthaltenen Anforderungen an Böden mit mehreren Ausschnitten gelten auch für nach diesen
Anforderungen berechnete Ausschnitten, bei denen die Stege zwischen benachbarten Stutzen vollständig
innerhalb des in Bild 9.5-4 dargestellten zentralen Bereiches des Bodens mit dem Radius 0,4De. Liegt die
Verbindungslinie zwischen zwei benachbarten Stutzen nicht vollständig in diesem Mittelbereich, muss die
Stegbreite mindestens gleich der Hälfte der Summe der beiden Ausschnittsdurchmesser der Stutzen sein.
47
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8
Schalen unter Außendruck
8.1
Zweck
Dieser Abschnitt berücksichtigt die Belastungen von Schalen durch Außendruck. Die Anforderungen gelten für
versteifte und unversteifte Zylinder-, Kegel- und Kugelschalen sowie gewölbte Böden.
Die Anforderungen gelten ebenfalls für den Zeitstandbereich, allerdings unter den in Abschnitt 19 angegebenen
Bedingungen sowie unter der Annahme, dass die Formabweichung während der Kriechverformung die in
EN 13445-4:2014 festgelegten Werte nicht überschreitet.
8.2
Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
8.2.1
Zulässige Elastizitätsgrenze
die in diesem Abschnitt für die Auslegung unter Außendruck angewendete Elastizitätsgrenze.
8.2.2
Schwere Versteifung
Versteifungsring, vom Konstrukteur als 'schwere' Versteifung ausgelegt, auf den besondere Anforderungen dieses
Abschnitts zur Anwendung kommen
8.2.3
Leichte Versteifung
Versteifungsring, vom Konstrukteur als 'leichte' Versteifung ausgelegt, auf den besondere Anforderungen dieses
Abschnitts zur Anwendung kommen.
8.2.4
Versagen zwischen zwei Versteifungen
Versagen des Abschnitts einer Zylinderschale zwischen zwei Versteifungsringen oder zwischen einem
Versteifungsring und einem Behälterboden
8.2.5
Gesamtversagen
Versagen des Abschnitts einer Zylinderschale, der durch eine leichte oder schwere Versteifung verstärkt ist
8.2.6
Ebene mit tragender Versteifung
Behälterboden oder Ebene, der/die den Behälter in zwei Teile unterteilt, von denen ein jedes separat in bezug auf
den Außendruck behandelt wird
8.2.7
Sicherheitsbeiwert
Verhältniswert des niedrigsten geschätzten Versagensdrucks zum Berechnungsdruck
8.2.8
Seitliche Auslenkung von Versteifungen
Seitliche Verdrehung einer Versteifung um seine Verbindungsstelle mit der Schale
8.3
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.
a
Schalenlänge plus Heiz-/Kühlwendel, siehe Bilder 8.5-11 und 8.5-12;
Ae
Querschnittsfläche der Versteifung plus mittragende Schalenlänge (siehe Gleichung 8.5.3-30);
48
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Af
Querschnittsfläche des Flansches einer Versteifung;
Am
Modifizierte Querschnittsfläche der Versteifung (siehe Gleichung 8.5.3-17));
As
Querschnittsfläche der Versteifung;
Aw
Querschnittsfläche des Stegs;
B
Parameter für die Berechnung des Versagens zwischen zwei Versteifungen (siehe Gleichung (8.5.3-18));
C
Beiwert für die Berechnung der seitlichen Auslenkung einer Versteifung (siehe Gleichungen (8.5.3-50) und
(8.5.3-51));
CG s
Lage des Flächenschwerpunkts einer Versteifung;
CGc
Lage des Flächenschwerpunkts der Versteifung und der mittragenden Länge der Schale;
d
Abstand bis zum äußersten Rand der Versteifung (siehe Gleichung (8.5.3-40));
d
Steghöhe der Versteifung zwischen Flanschen (siehe Bild 8.5-14, 8.5-15, 8.5-16 und 8.5-17);
ef
Dicke des Flansches einer Versteifung;
ew
Dicke des Stegs einer Versteifung;
G
Parameter für die Berechnung des Versagens zwischen zwei Versteifungen (siehe Gleichung (8.5.3-22));
h, h ' , h "
Ie
Äußere Wölbungshöhe von gewölbten Böden (siehe Bild 8.5.1 und 8.5.2);
Flächenträgheitsmoment der kombinierten Querschnittsfläche von Versteifung und die Versteifung
unterstützender mittragender Schalenlänge (Le) um eine zur Zylinderachse parallele Achse durch den
Flächenschwerpunkt der kombinierten Querschnittsfläche (siehe Gleichung (8.5.3-26));
I est
Geschätztes Flächenträgheitsmoment einer Versteifung;
If
Flächenträgheitsmoment des Flansches um seinen Flächenschwerpunkt;
Is
Flächenträgheitsmoment der Querschnittsfläche der Versteifung um eine zur Zylinderachse parallele
Achse durch den Flächenschwerpunkt;
Iw
Flächenträgheitsmoment des Stegs um seinen Flächenschwerpunkt;
L
Ungestützte Schalenlänge;
L cyl
Zylinderschalenlänge zwischen Tangenten;
Lcon
Axial Länge einer Kegelschale (siehe Bild 8.5-2);
Le
Mittragende Schalenlänge zur Unterstützung einer leichten Versteifung (siehe Gleichung (8.5.3-34));
L eH
Mittragende Schalenlänge zur Unterstützung einer schweren Versteifung nach 8.5.3.7;
LH
Abstand zwischen schweren Versteifungen (siehe Tabelle 8.5-1);
L'H , L" H , Längen zwischen schweren Versteifungen (siehe Bild 8.5-7);
49
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ls
Mittlere Länge der unmittelbar benachbarten Feldweiten auf beiden Seiten einer leichten Versteifung
(siehe Tabelle 8.5-1);
LsH
Mittlere Länge zweier Mantelzwischenräume auf beiden Seiten einer schweren Versteifung (siehe Tabelle
8.5-1);
L' s , L" s , Einzelne Längen leichter Versteifungen (siehe Bild 8.5-6 und 8.5-8);
N
Parameter für die Berechnung des Versagens zwischen zwei Versteifungen (siehe Gleichung (8.5.3-21)
und Tabelle 8.5-2);
n
Umfangswellenzahl eines versteiften Zylinders;
n cyl
Umfangswellenzahl des unversteiften Teils der Zylinderschale (siehe 8.5.2.2);
P
Geforderter Auslegungsaussendruck ;
PC
Auslegungsdruck in einem Heiz-/Kühlkanal, wie in 8.5.3.5 verwendet;
Pg
Theoretischer elastischer Beuldruck einer versteiften Zylinderschale (siehe Gleichung (8.5.3-24)) der einer
Kegelschale (siehe Gleichung (8.6.4-1));
PH
Versagensdruck einer schweren Versteifung (siehe Gleichung (8.5.3-42));
Pm
Theoretischer elastischer Beuldruck bei Versagen einer perfekten Zylinder-, Kegel- oder Kugelschale
(siehe Gleichungen (8.5.2-5), (8.6.3-2) und (8.7.1-2));
Pr
Berechneter unterer Versagensdruck (nach Bild 8.5-5);
Py
Druck, bei dem die mittlere Umfangsspannung einer Zylinder- oder Kegelschale in der Mitte zwischen den
Versteifungen bzw. einer Kugelschale die Fließgrenze des Werkstoffs erreicht (siehe Gleichungen (8.5.24), (8.6.3-1) und (8.7.1-1));
Pys
Druck, der Fließen der Versteifung in Umfangsrichtung verursacht (im Fall einer Zylinderschale siehe
Gleichung (8.5.3-38) bzw. einer Kegelschale siehe Gleichung (8.6.4-6));
R
Mittlerer Radius einer Zylinder- oder Kugelschale bzw. der Radius der Kalotte eines torisphärischen
Bodens;
Rf
Radius zu dem Teil der Versteifung mit dem größten Abstand von der Schale (siehe Bild 8.5-14 bis 8.517);
Rs
Radius des Flächenschwerpunkts der Versteifungsquerschnittsfläche;
Rp0,2 /T ,s 0,2-%-Dehngrenze der Versteifung bei einer Temperatur T °C;
ri
Radius des der Schale nächstliegenden Punkts des Versteifungsstegs, der bei der Berechnung der
Auslenkung der Versteifung als Drehpunkt angenommen wird (siehe Bild 8.5-14 bis 8.5-17);
S
s der in diesem Abschnitt angewandte Sicherheitsfaktor, siehe Gleichung (8.4.4-1);
Sf
Faktor abhängig von der Fertigungsmethode für die Versteifung - Gleichungen (8.5.3-32) und (8.5.3-33);
u
Zur Berechnung von L e verwendeter Parameter (siehe Gleichungen (8.5.3-36));
50
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
wi
Gesamte an der Schale anliegende Breite der Versteifung i (siehe Gleichung (8.5.3-39) und Bild 8.5-14
bis 8.5-17);
wf
Überstandsbreite des Versteifungsflansches (siehe Bild 8.5-14 bis 8.5-17);
w 'i , w ' 'i An der Schale anliegende Breiten der Versteifung i (siehe Bild 8.5-8);
Xe
Parameter in der Berechnung des Gesamtversagens (siehe Gleichung (8.5.3-27));
XeH
Parameter in der Berechnung des Gesamtversagens (siehe Gleichung (8.5.3-44));
Beiwerte zur Berechnung von L e (siehe 8.5.3.6.3);
Y1,Y2 ,Y3
Halbwinkel eines Kegels an seiner Spitze (in Grad) (siehe Bild 8.5-2);
Parameter ermittelt aus Bild 8.5-13 oder berechnet mit Gleichung (8.5.3-25);
Auslegungsparameter für Versteifungen (siehe Gleichungen (8.5.3-19) und (8.5.3-20));
Mittlere elastische Dehnung in Umfangsrichtung bei Versagen (siehe 8.5.2.2);
'
Modifizierte mittlere elastische Dehnung in Umfangsrichtung bei Versagen einer Kegelschale;
Von der Lage der Versteifung abhängiger Parameter (siehe Gleichungen (8.5.3-28) und (8.5.3-29));
e , es Nennelastizitätsgrenzen für Schale und Versteifung, siehe 8.4;
H
Maximale Spannung in einer schweren Versteifung (siehe Gleichung (8.5.3-47));
i
Instabilitätsspannung, bei der seitliche Auslenkung von Versteifungen auftritt (siehe Gleichungen (8.5.3.49) und (8.5.3-54));
s
Maximale Spannung in leichten Versteifungen (siehe Gleichungen (8.5.3-37) und (8.6.4-5)).
8.4
Allgemeines
8.4.1 Die Wanddicke von Bauteilen unter äußerem Überdruck muss mindestens gleich der Wanddicke
vergleichbarer Bauteile unter gleich hohem inneren Überdruck nach dieser Norm sein, wobei ein Faktor von 1,0 zu
verwenden ist.
8.4.2
Für Schalen aus nichtaustenitischem Stahl wird die zulässige Elastizitätsgrenze wie folgt berechnet:
e Rp0,2 / T
(8.4.2-1)
Für Versteifungen aus dem gleichen Werkstoff gilt:
es Rp0,2 / T ,s
8.4.3
(8.4.2-2)
Für Schalen aus austenitischem Stahl wird die zulässige Elastizitätsgrenze wie folgt berechnet:
e
Rp0,2 /T
1,25
(8.4.3-1)
51
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für Versteifungen aus dem gleichen Werkstoff gilt:
es
Rp0,2/T ,s
(8.4.3-2)
1,25
ANMERKUNG
Wenn der Wert für Rp0,2 nicht verfügbar ist, ist Rp1,0/1,3 eine sichere Annahme.
8.4.4 Der für die Bestimmungen dieses Abschnitts anzuwendende kleinste Sicherheitsbeiwert wird wie folgt
ermittelt:
Für Auslegungsbedingungen
S = 1,5
(8.4.4-1)
Für Testbedingungen
S = 1,1
(8.4.4-2)
8.5
Zylinderschalen
8.5.1
Zulässige Unrundheit
8.5.1.1
Prüfung auf Einhaltung der Toleranz
Die Anforderungen in 8.5.2 und 8.5.3 gelten nur für Zylinder, die mit einer Toleranz von 0,5 % des Radius (0,005R),
gemessen vom wahren Mittelpunkt, kreisrund sind. Die Toleranz muss auf der Behälterzeichnung angegeben
werden.
Meßverfahren zur Prüfung der Behälterform sind in Anhang D beschrieben. Ein Verfahren zur Bestimmung des
wahren Mittelpunkts anhand mehrerer Radiusmessungen und damit zur Ermittlung der Unrundheit eines Behälters
ist in Anhang E dargestellt.
Es ist möglich, die Toleranzanforderungen etwas zu reduzieren, wenn eine ausreichende Dicke gegeben ist. Auf
diesen Aspekt wird in 8.5.1.2 eingegangen.
8.5.1.2
Zulässige Unrundheit bei Zylinderschalen mit überhöhter Wanddicke
Wenn der in 8.5.2.2 festgelegte zulässige Druck Pr / S größer ist als der Auslegungsdruck, dann kann die
geforderte Toleranz für die Zylinderschale erhöht werden auf:
Toleranz 0,005
Pr
PS
(8.5.1-1)
Für versteifte Zylinder muss Gleichung (8.5.3-37) erfüllt sein, wobei anstelle von 0,005 die gewünschte Toleranz
eingesetzt wird.
8.5.1.3
Zulässiger Druck bei Überschreiten der Toleranz von 0,5 %
Wird bei einer Schale nach der Fertigung ein Überschreiten der festgelegten Toleranz von 0,5 % festgestellt, ist der
zulässige Druck ebenfalls nach Anhang F zu berechnen.
ANMERKUNG
In der Praxis ist es so, dass in den meisten Fällen, wenn eine Rundheitstoleranz für eine Zylinderschale nicht
eingehalten wird, es durch Anwendung des Anhangs F nachgewiesen werden kann, dass die derzeitige Form annehmbar ist.
Dies sollte jedoch nicht ohne Verwendung der Prozedur nach Anhang F angenommen werden.
Die Anwendung von Anhang F ist nicht erforderlish, wenn die Rundheitstoleranz mit Gleichung 8.5.1-1
übereinstimmt.
52
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.5.2
8.5.2.1
Unversteifte Zylinderschalen
Ungestützte Länge
Die Länge L in Bild 8.5-1 wird wie folgt berechnet:
L Lcyl 0,4h ' + 0,4h "
(8.5.2-1)
L
0,4 h'
0,4 h"
L cyl
h'
h"
Bild 8.5-1 — Zylinderschale mit Böden
Die Länge L in Bild 8.5-2 wird wie folgt berechnet:
für 30°:
L Lcyl 0,4h
(8.5.2-2)
für 30°:
L Lcyl 0,4h Lcon
(8.5.2-3)
L
h
L cyl
α >_ 30
0.4h
α < 30
L con
L cyl
L
ANMERKUNG
Kegel-Zylinder-Verbindungen siehe 8.6.5.
Bild 8.5-2 — Zylinderschale mit Boden und Kegel
53
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Ausgabe 5 (2018-07)
8.5.2.2
Wanddicke der Zylinderschale
Die Wanddicke der Zylinderschale muss mindestens dem nach nachstehendem Verfahren ermittelten Wert
entsprechen.
a)
Einen Wert für e a schätzen und p y wie folgt berechnen:
Py
b)
e ea
(8.5.2-4)
R
Den Wert p m aus der nachstehenden Gleichung berechnen; dabei für ea denselben Wert annehmen wie bei
vorstehender Berechnung:
pm
E ea
R
(8.5.2-5)
E ist der Wert des Elastizitätsmoduls bei Berechnungstemperatur.
ANMERKUNG 1 Die Berechnungstemperatur ist in 3.5 definiert und in 5.3.11 erläutert.
ANMERKUNG 2 Werte für E als Funktion der Temperatur können dem Anhang O.4 entnommen werden.
Der Wert von wird entweder aus Bild 8.5-3 entnommen oder wie folgt berechnet:
1
Z
2
n cyl
1
2
2
e a2
1
2
2
12 R 2 1 2
n cyl
2 1
Z
2
2
1 Z2
n cyl
(8.5.2-6)
Dabei ist:
n cyl ganzzahlig und wird entweder Bild 8.5-4 entnommen oder berechnet, um einen möglichst kleinen Wert von
p m zu erhalten.
Z
R
L
(8.5.2-7)
Der Wert von L ist nach 8.5.2.1 zu ermitteln.
ANMERKUNG
c)
Bild 8.5-3 ergibt sich aus der Berechnung nach Gleichung (8.5.2-6).
Das Verhältnis
pm
p
berechnen und r aus Kurve 1) in Bild 8.5-5 ermitteln.
py
py
Der Druckwert muss die folgende Gleichung erfüllen:
P Pr / S
Ist p r zu klein, muss die Wanddicke erhöht oder die Zylinderschale versteift werden.
54
(8.5.2-8)
10
15
25
20
30
3
40
2
50
60
4 5 6 78
80
3
100
150
2
125
200
50,00
300
250
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,50
3,00
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0
1
2R =
ea
L
2R
2,50
15
20
0,40
0,35
0,30
0,25
25 30
50 60
80
0
10
5
12
0
15
0
20
0
25
0
30
0
40
0
50
0
60
0
80
1
2R =
ea
000
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
40
0,20
0,18
0,16
0,14
0,12
0,000 01
0,000 1
4 5 6 78
0,001
2
3
4 5 6 78
0,01
2
3
4 5 6 78
ε
Bild 8.5-3 — Werte für
Für ncyl den Wert der am nächsten liegenden Kurve verwenden; in Zweifelsfällen sowohl den niedrigeren als auch
den höheren Wert für ncyl betrachten.
55
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0.05
=4
n cyl
0.04
n
cy
l=
0.03
5
n
=2
n cyl
cy =
l 6
n
0.02
cy
l =
7
n
l =
ea/2R
cyl =
8
9
n
0.01
0.009
0.008
0.007
cyl =
n
cyl =
n
cyl =
n
0.006
0.005
0.004
=3
n cyl
cy
n
n
n
nc
yl =
cyl =
nc
yl =
cyl =
0.003
cyl =
10
11
12
13
14
15
16
17
n
cy =
l 1
9
0.002
8
=1
n cyl
0
=2
n cyl
0.001
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 0.6
L / 2R
Bild 8.5-4 — Werte für
56
n cyl
0.7
0.8
1.0
0.9
2
bei kleinstem Wert von p m
3
4
5
6
7 8 9 10
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1.2
1
1
2
0.8
pr/py
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
pm/py
Legende
1 - Zylinder- und Kegelschalen
pm / p y
0
0,25
0,5
0,75
1,0
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
2,75
3
3,25
3,5
pr / p y
0
0,125
0,251
0,375
0,5
0,605
0,68
0,72
0,755
0,78
0,803
0,822
0,836
0,849
0,861
pm / p y
3,75
4,0
4,25
4,5
4,75
5,0
5,25
5,5
5,75
6,0
6,25
6,5
6,75
> 7,0
pr / p y
0,87
0,879
0,887
0,896
0,905
0,914
0,917
0,923
0,929
0,935
0,941
0,947
0,953
0,959
2 - Kugelschalen und gewölbte Böden
pm / p y
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3,0
3,5
4
4,5
5,0
5,5
6
> 6,5
pr / p y
0
0,09
0,18
0,255
0,324
0,386
0,435
0,479
0,51
0,533
0,548
0,565
0,56
0,57
Bild 8.5-5 — Werte für pr / p y gegen p m / p y
57
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.5.3
Versteifte Zylinderschalen
8.5.3.1
Einführung
Abschnitt 8.5.3 enthält ein Verfahren zur Festlegung dessen, ob eine Zylinderschale mit spezifizierten
Versteifungen dem Auslegungsaussendruck standhalten kann. Sämtliche Versteifungen müssen als 'schwer' oder
'leicht' bezeichnet werden. Kleinere Ringversteifungen brauchen nicht als Versteifungen angesehen zu werden.
ANMERKUNG
Eine schwere Versteifung ist üblicherweise ein Umfangsflansch oder ein anderes größeres Bauteil, kann
jedoch auch eine große herkömmliche Versteifung sein. Eine leichte Versteifung ist üblicherweise ein Ring mit Rechteck-, T-, Loder I-Querschnitt. In den meisten praktischen Anwendungsfällen wird es eine Reihe von ähnlichen Versteifungen geben, die
gleichmäßig am Zylinder verteilt sind. Es ist dann am günstigsten, alle Versteifungen als 'leicht' zu klassifizieren, da die
Berechnung des Gesamtversagensdrucks die Festigkeit der Schale gegenüber diesem Ausfalltyp berücksichtigt, wohingegen,
wenn sie alle als 'schwere' Versteifungen klassifziert werden, die Berechnung einfacher ist.
8.5.3.2
Ungestützte Länge
Die ungestützten Längen von Zylinderschalen mit Versteifungen sind in Tabelle 8.5-1 aufgeführt; die
Formelzeichen sind den Bildern 8.5-6, 8.5-7 und 8.5-8 zu entnehmen.
Tabelle 8.5-1 — Definition der Zylinderschalenlängen
Zylinderschale mit leichten Versteifungen
Für jeden Abschnitt getrennt
Für jeden Abschnitt getrennt
L L's w 1'' 0,4h'
Zylinderschale mit leichten und schweren
Versteifungen
(8.5.3-1)
oder
L L's w 1'' 0,4h'
(8.5.3-3)
oder
L L''s w 1' w 2''
(8.5.3-2)
L L''s w 1' w 2''
(8.5.3-4)
oder
L L'''s w 2' w 3''
Für jede leichte Verstärkung getrennt
Ls L's 0,4h'L''s / 2
oder
Ls L''s L'''s / 2
(8.5.3-6)
Zur Prüfung von
LH Lcyl 0,4h '0,4h "
Für jede leichte Verstärkung getrennt
Ls L's 0,4h'L''s / 2
oder
(8.5.3-7)
(8.5.3-5)
Ls L''s L'''s / 2
(8.5.3-8)
(8.5.3-9)
Zur Prüfung von
(8.5.3-10)
LH L'H 0,4h'
(8.5.3-11)
oder
LH L''H
(8.5.3-12)
Für jede schwere Versteifung
LsH L'H 0,4h'L''H / 2
oder
LsH L''H L'''H / 2
58
(8.5.3-13)
(8.5.3-14)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
L's
L"s
L"'s
Lcyl
h'
h"
Bild 8.5-6 — Zylinderschale mit leichten Versteifungen
L's
L"s
L"'s
L'H
L"H
L'"H
L
h'
h"
cyl
Bild 8.5-7 — Zylinderschale mit leichten und schweren Versteifungen
L's
L"s
w"1
w"2
w' 2
L
L'"s
w' 3
L
L
Bild 8.5-8 — Einzelheiten zu den Abmessungen
Bei Verwendung von Flanschen als schwere Versteifungen ist die schraffierte Fläche nach Bild 8.5-9 a) zu
bestimmen. Der Punkt ‘A’ muss an der in Bild 8.5-9 b) gezeigten Stelle liegen, und w ist zu ermitteln.
Der Wert As eines Flansches wird aus der schraffierten Fläche minus e a e w Le berechnet.
Die kombinierten Werte von As und Le beider Flansche sind bei der Bewertung ihrer Wirksamkeit als
Versteifungen zugrunde zu legen.
59
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ls or LH
ea
A
ea
ew
w
w
Le
a) Bestimmung der schraffierten Fläche
L
b) Lage von Punkt A
Bild 8.5-9 — Flansche als schwere Versteifungen
8.5.3.3
Ausführungen von Versteifungen
Versteifungen können in Form speziell für diesen Zweck gefertigter Ringe ausgeführt sein, die innen, außen oder
teils innen und teils außen an der Behälterschale angeordnet werden. Versteifungsringe können auch gleichzeitig
mehrere Funktionen erfüllen und z.B. zur Abstützung von Böden in Fraktioniertürmen und zur Verstärkung gegen
Außendruckwirkung dienen. Sie müssen die Anforderungen in 8.5.3 erfüllen und für die zu betreffende
Beanspruchung ausreichend bemessen sein.
Wenn Versteifungsringe so angeordnet sind, dass ein Zwischenraum zwischen Schale und Ring vorhanden ist,
darf die Länge der unversteiften Schalenwand den folgenden Wert nicht überschreiten:
Behälterum fang
4 ncyl
Siehe Bild 8.5-10.
Ist mit dem Auftreten von Spaltkorrosion zu rechnen, sind bei der Anbringung von Versteifungsringen an der
Schalenwand unterbrochene Schweißnähte nicht zulässig
ANMERKUNG
Ein erster Näherungswert für die Bemessung von Versteifungsringen kann mit 10 % der Schalenfläche
zwischen den Versteifungen angenommen werden.
Bild 8.5-10 — Nicht vollständig an der Schalenwand anliegender innerer Versteifungsring
60
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.5.3.4
Versagen zwischen zwei Versteifungen
Jeder Abschnitt einer unversteiften Schale ist auf Versagen zwischen zwei Versteifungen zu prüfen. Das Verfahren
entspricht dem in 8.5.2.2 für unversteifte Zylinderschalen, wobei L aus Tabelle 8.5-1 ermittelt wird, und zwar
entsprechend der Verstärkung der Zylinderschale durch leichte Versteifungen oder eine Kombination von leichten
und schweren Versteifungen.
a)
Den Wert von p y wie folgt berechnen:
Py
e ea
R 1 G
(8.5.3-15)
Die Näherung 0 ist zulässig, da sie eine geringere Druckannahme darstellt.
ANMERKUNG 1
Dabei ist:
Am 1
2
Am wi ea 1 B
(8.5.3-16)
Dabei ist:
R2
A
Am
R2 s
S
B
(8.5.3-17)
2 ea N
Am w e a
3 1
2
(8.5.3-18)
0,25
R ea
(8.5.3-19)
Für 0,3 ist dann:
N
128
,
(8.5.3-20)
R ea
cosh L cos L
sinh L sin L
(8.5.3-21)
und
L
L
L
L
2 sinh
cos
cosh
sin
2
2
2
2
G
sinh L sin L
ANMERKUNG 2
Ist L 3 R e a , kann G 0 verwendet werden.
ANMERKUNG 3
Die Werte von G und N können Tabelle 8.5-2 entnommen werden.
b)
(8.5.3-22)
Den Wert von pm nach 8.5.2.2 b) berechnen und L weiterhin aus Tabelle 8.5-1 entnehmen.
61
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
c)
Den Wert von pr nach 8.5.2.2 c) ermitteln und prüfen, ob Gleichung (8.5.2-8) erfüllt wird.
Tabelle 8.5-2 — Für G und N anzunehmende Werte
L
8.5.3.5
G
N
L
G
N
0
1,000
0
3,2
0,411
1,090
0,2
1,000
0,100
3,4
0,335
1,085
0,4
1,000
0,200
3,6
0,264
1,077
0,6
0,999
0,300
3,8
0,200
1,066
0,8
0,996
0,400
4,0
0,144
1,054
1,0
0,990
0,497
4,2
0,095
1,042
1,2
0,979
0,593
4,4
0,054
1,032
1,4
0,961
0,685
4,6
0,019
1,023
1,6
0,935
0,772
4,7
0,004
1,019
1,8
0,899
0,851
(4,73)
0,000
1,018
2,0
0,852
0,921
4,8
0,000
1,015
2,2
0,795
0,979
5,0
0,000
1,009
2,4
0,728
1,025
5,2
0,000
1,005
2,6
0,653
1,058
5,4
0,000
1,001
2,8
0,573
1,078
5,5
0,000
1,000
3,0
0,492
1,088
> 5,5
0,000
1,000
Schalen mit Heiz- oder Kühlkanälen
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen zur Berechnung der Wanddicke von Zylinderschalen mit umlaufenden
Heiz- oder Kühlkanälen, die auch als Halbrohr-Heizkanäle bezeichnet werden. In Bild 8.5-11 und 8.5-12 sind zwei
typische Konstruktionsformen dargestellt.
Die Zylinderschalendicke, die erforderlich ist, um dem Druck in den Kanälen standzuhalten, wird dann wie folgt
berechnet.
ea
Pc
3f
(8.5.3-23)
wobei a in den Bildern 8.5–11 und 8.5–12 angegeben ist.
Darüber hinaus muss die Zylinderschale die Vorgaben von 7.4.2 (Innendruck), 8.5.3.6 oder 8.5.3.7 (Außendruck)
erfüllen, wobei der Druck in den Kanälen nicht berücksichtigt werden darf. Die Kanäle können als Versteifungen
gegen Aussendruck angesehen werden.
ANMERKUNG
getragen wird.
62
Gleichung (8.5.3-23) enthält nicht den Druck P, da dieser von einer Membranlast in der Zylinderschale
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a
Bild 8.5-11 — Halbrohrschlangen-Heiz- bzw Kühlkanäle
a
Bild 8.5-12 — Rechteckige Heiz- bzw Kühlkanäle
8.5.3.6
Auslegung leichter Versteifungen
8.5.3.6.1
Allgemeines
Die Auslegung leichter Versteifungen gegen Gesamtversagen muss nach den Verfahren in 8.5.3.6.2, 8.5.3.6.3 und
8.5.3.6.4 erfolgen.
8.5.3.6.2
Auslegung gegen elastisches Beulen
Der Wert von p g ist für n = 2 bis n = 6 wie folgt zu berechnen:
n2 1
E ea
pg
E Ie
3
R
R Ls
(8.5.3-24)
Dabei ist entweder aus Bild 8.5-13 zu entnehmen oder wie folgt zu berechnen:
1
2
1 R 2 LH
2
n
n 1
1
2 LH R
ANMERKUNG
2
2
(8.5.3-25)
Bild 8.5-13 ist die Darstellung der Berechnungsergebnisse von Gleichung (8.5.3-25).
Ls und LH sind Tabelle 8.5–1 zu entnehmen.
63
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
50,00
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,50
3,00
n=
LH/2R
2,50
n=
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
n=
n=
n=
2
3
4 5 6 7 89
3
4
5
6
1,00
0,00
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,18
0,16
0,14
0,12
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,000 01
2
3
4 5 6 7 89
0,000 1
2
2
0,001
β
Bild 8.5-13 — Werte für
64
3
4 5 6 7 89
0,01
2
3
4 5 6 7 89
0,1
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2
Ie
e a3 Le
e
Is As a R Rs Ae X e2
3
2
(8.5.3-26)
Dabei ist:
e 2
ea
a
L
A
R
R
s
s
e
2
2
Xe
Ae
(8.5.3-27)
Dabei ist:
für innere Versteifungen:
1
(8.5.3-28)
und für äußere Versteifungen:
1
(8.5.3-29)
Ae = As e a Le
(8.5.3-30)
Le wird nach 8.5.3.6.3 ermittelt.
Für n = 2, 3, 4, 5 und 6 gilt:
P
pg
Sf S
(8.5.3-31)
Dabei ist für vorgefertigte oder warmumgeformte Versteifungen (d.h. mit niedrigen Eigenspannungen):
S f 1,20
(8.5.3-32)
und für kaltumgeformte Versteifungen (d.h. mit hohen Eigenspannungen):
S f 1,33
(8.5.3-33)
Wird Gleichung (8.5.3-31) nicht erfüllt, müssen entweder zusätzliche oder schwerere Versteifungen verwendet oder
die Wanddicke erhöht werden.
8.5.3.6.3
Ermittlung von Le
Die nachstehende Formel dient zur Errechnung von Le wenn 0,001095 ≤ ea/R ≤ 0,0346. Wenn ea/R > 0,0346 dann
ergibt sich Le durch Verwendung der Formel mit dem aktuellen Wert von Ls/R aber mit ea/R = 0,0346.
Le / R
Y1 ea / R
Y3 x 1 Y2 x 2
(8.5.3-34)
Dabei ist:
e
x n2 a
R
(8.5.3-35)
65
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ls
R
u
ea
R
(8.5.3-36)
Die Werte von Y1, Y2 und Y3 finden sich in Tabelle 8.5-3
Tabelle 8.5-3 — Parameter für die Berechnung von Le
Für u =
Y1 =
Y2 =
Y3 =
u1
u/(1/1,098+0,03u3)
0
0,6(1-0,27u)u²
1 < u < 2,2
u-1
2,2 u 2,9
1,2
2,9 < u < 4,1
1,2 + 1,64 2/u
4,1 u < 5
1,556 + 0,183/u
5u
8.5.3.6.4
0,75 +1,0/u
0,65 +1,5/u
Maximale Spannungen in Versteifungen
Der Wert von s ist wie folgt zu berechnen:
P es E d 0,005 n 2 1 P S S f
P
R Pg P S S f
ys
(8.5.3-37)
Am
2 N ea
wi ea
(8.5.3-38)
s S S f
Dabei ist:
es ea R f
Pys
1
2
R 1
2
Dabei ist:
Am berechnet nach Gleichung (8.5.3-17)
berechnet nach Gleichung (8.5.3-19)
N
berechnet nach Gleichung (8.5.3-21) oder entnommen aus Tabelle 8.5-2
Für jede Versteifung gilt:
w i w 'i w " i
und:
66
(8.5.3-39)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
e
d max R Rf X e a ; X e
2
(8.5.3-40)
Dabei ist:
S f in den Gleichungen (8.5.3-32) oder (8.5.3-33) angegeben ist;
p g berechnet wird nach Gleichung (8.5.3-24)
Für die gesamte Berechnung gilt:
Längen L, Ls aus Tabelle 8.5-1 entnommen
Le für jeden Wert von n nach 8.5.3.6.3 ermittelt
Für n = 2, 3, 4, 5 und 6 gilt:
O s es
(8.5.3-41)
Wird Gleichung (8.5.3-41) nicht erfüllt, müssen entweder zusätzliche oder schwerere Versteifungen verwendet oder
die Wanddicke erhöht werden.
ANMERKUNG
Die Vereinfachung Am = 0 ist stets zulässig, führt aber zu größeren Querschnittsflächen der Versteifungen.
8.5.3.7
Auslegung schwerer Versteifungen
8.5.3.7.1
Berechnung des Versagensdrucks
Für jede schwere Versteifung pH, wie folgt berechnen:
PH
3
E I eH
R LsH
(8.5.3-42)
3
Dabei ist LsH aus Tabelle 8.5-1 entnommen.
I eH
2
e a3 LeH
ea
2
I s As
R R s Ae X eH
3
2
(8.5.3-43)
Dabei ist:
LeH nach Gleichung (8.5.3-34) berechnet mit Ls LsH in Gleichung (8.5.3-36).
e a2 LeH
e
As a R Rs
2
2
X eH
Ae
(8.5.3-44)
ist aus Gleichung (8.5.3-28) oder (8.5.3-29) berechnet.
Ae As e a LeH
(8.5.3-45)
Für jede schwere Versteifung muss nachstehende Gleichung erfüllt sein:
P
pH
Sf S
(8.5.3-46)
67
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist S f nach Gleichung (8.5.3-32) oder (8.5.3-33) berechnet.
8.5.3.7.2 Berechnung der maximalen Spannung
Den Wert von H wie folgt berechnen:
H S Sf
P es
E d 0,015 P S Sf
Pys
R PH P S Sf
(8.5.3-47)
wobei sich Pys ergibt aus der Gleichung (8.5.3-38)
Hierbei handelt es sich um die gleiche Formel wie für s bei der Auslegung leichter Versteifungen, jedoch
ANMERKUNG
mit n = 2.
Die Spannung H muss die nachstehende Gleichung erfüllen:
0 H es
(8.5.3-48)
Wird Gleichung (8.5.3-48) nicht erfüllt, müssen entweder zusätzliche oder schwerere Versteifungen verwendet oder
die Wanddicke erhöht werden.
8.5.3.8
8.5.3.8.1
a)
Seitliche Auslenkung von Versteifungen
Versteifungen mit nicht rechteckigem Querschnitt
Die Spannung i muss die nachstehende Gleichung erfüllen:
Pys
es
P
i E C
(8.5.3-49)
Für Versteifungen nach Bild 8.5-14, 8.5-15 und 8.5-17, wird C wie folgt berechnet:
C =
3
d ew
8 e f w f3
ri
6 d e 12 e w 2 d e
2
w
f
f
(8.5.3-50)
f
Für die Versteifung nach Bild 8.5-16, wird C wie folgt berechnet:
C =
68
4d e w 3w f e f
ef wf3
2
ri 6 d ew 6 ef wf 2 d ef d e w 3w f e f
(8.5.3-51)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 8.5-14 — Äußere I-Profil-Versteifung
Bild 8.5-15 — Äußere T-Profil-Versteifung
Bild 8.5-16 — Äußerer Versteifungswinkel
69
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 8.5-17 — Innere T-Profil-Versteifung
b)
Ist die Versteifung außen an der Behälterschale angeflanscht, müssen die Abmessungen der Versteifung die
folgenden Gleichungen erfüllen:
E Pys
d
E
max 1,1
; 0,67
ew
es
es P
(8.5.3-52)
E Pys
wf
E
max 0,5
; 0,32
ef
es
es P
(8.5.3-53)
oder
8.5.3.8.2
i
4
Versteifungen mit rechteckigem Querschnitt
P σ es
Pys
(8.5.3-54)
Der Wert für i ist für innere Versteifungen aus Tabelle 8.5-4 bzw. für äußere Versteifungen aus Tabelle 8.5-5 zu
entnehmen, wobei der Wert für n cyl aus Bild 8.5-4 zu verwenden ist.
70
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 8.5-4 — Werte für i / E d / e w für innere Versteifungen
mit rechteckigem Querschnitt
2
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
2
0,0119 0,0236 0,0466 0,0691 0,0913
0,114
0,135
0,157
0,180
0,202
0,225
3
0,0239 0,0461 0,0865 0,123
0,156
0,187
0,217
0,247
0,276
0,305
0,334
4
0,0395 0,0734 0,130
0,176
0,216
0,252
0,286
0,319
0,353
0,386
0,421
5
0,0577 0,103
0,171
0,223
0,266
0,304
0,341
0,378
0,416
0,456
0,498
6
0,0778 0,132
0,208
0,262
0,306
0,347
0,387
0,428
0,472
0,517
0,570
7
0,0981 0,160
0,240
0,294
0,340
0,382
0,427
0,474
0,527
0,580
0,643
8
0,119
0,186
0,268
0,322
0,369
0,415
0,465
0,517
0,580
0,647
0,725
9
0,139
0,210
0,290
0,345
0,394
0,445
0,502
0,565
0,638
0,720
0,812
10
0,158
0,231
0,310
0,365
0,417
0,474
0,536
0,614
0,696
0,792
0,903
11
0,176
0,249
0,328
0,383
0,440
0,502
0,575
0,662
0,758
0,874
1,010
12
0,193
0,266
0,343
0,400
0,461
0,531
0,614
0,715
0,831
0,966
1,121
13
0,209
0,280
0,356
0,416
0,483
0,560
0,657
0,768
0,903
1,058
14
0,224
0,293
0,368
0,431
0,502
0,594
0,700
0,831
0,981
15
0,237
0,304
0,379
0,446
0,527
0,628
0,749
0,894
1,068
16
0,249
0,314
0,389
0,461
0,551
0,662
0,797
0,961
17
0,260
0,324
0,399
0,476
0,575
0,696
0,850
1,034
18
0,270
0,332
0,409
0,493
0,599
0,734
0,903
1,106
19
0,279
0,339
0,418
0,507
0,623
0,773
0,961
20
0,287
0,346
0,427
0,522
0,652
0,816
1,019
d/R
0,01
0,02
0,04
0,06
n cyl
ANMERKUNG 1
Da der Wert für i / E
d / e w 2 auf maximal 1,14 begrenzt ist, sollte auch nicht über diesen Wert
hinaus extrapoliert werden.
ANMERKUNG 2
Zwischenwerte für d / R sind logarithmisch zu interpolieren.
Beispiel: Für n cyl 2 ist der Wert von i / E d / e w für d / R 0,05 zu verwenden. Dann gilt:
2
z lg 0,0466
0,04
lg 0,0691 lg 0,0466 00,,05
06 0,04
i / E d / e w 2 10 z 0.0567
71
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 8.5-5 — Werte für i / E d / e w für äußere Versteifungen mit rechteckigem Querschnitt
2
d/R
0,01
0.011
0,012
0,015
0,02
0,025
0,03
0,04
0,045
0,05
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
2
0,012
0,0132
0,0144
0,0180
0,0241
0,0303
0,0366
0,0492
0,0557
0,0622
0,0755
0,103
0,133
0,164
0,198
0,236
0,277
0,324
3
0,0257
0,0284
0,0311
0,0374
0,0537
0,0687
0,0846
0,119
0,138
0,157
0,201
0,310
0,462
0,695
1,10
1,99*
4
0,0466
0,0517
0,0570
0,0734
0,103
0,137
0,175
0,268
0,326
0,395
0,581
1,44*
5
0,0768
0,0860
0,0955
0,126
0,187
0,263
0,361
0,679
0,965
1,46*
6
0,120
0,136
0,153
0,211
0,340
0,537
0,881
1,44*
7
0,183
0,211
0,242
0,356
0,677
1,48*
8
0,279
0,331
0,390
0,648
1,92*
9
0,438
0,541
0,676
1,49*
10
0,736
0,998
1,42*
11
1,49*
ncyl
* Diese Werte sind angegeben, um die Interpolation von Zwischenwerten zu ermöglichen.
ANMERKUNG 1
Beulen kann bei n > 10 und d/R > 0,01 unter Außendruck nicht auftreten.
ANMERKUNG 2
Der Wert für i / E d / e w
ANMERKUNG 3
Zwischenwerte für d/R sind logarithmisch zu interpolieren.
72
2
ist auf maximal 1,14 begrenzt.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.6
Kegelschalen
8.6.1
Allgemeines
Die nachstehenden Anforderungen dienen dazu, Kegelschalen mit Öffnungswinkeln α 75° auf angemessene
Wanddicke zu prüfen.
Es gelten dieselben Toleranzen wie für Zylinderschalen - siehe 8.5.1.
ANMERKUNG
8.6.2
Die Prozedur ist ähnlich wie für Zylinderschalen.
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen für Kegel
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 8.3.
d'
Abstand bis zum äußersten Rand der Versteifung (siehe Gleichung 8.6.4-8)
e
Mindestwanddicke über die gesamte Kegellänge
I' e
Flächenträgheitsmoment der kombinierten Querschnittsfläche von Schale und Versteifung (siehe
Gleichung (8.6.4-2))
I' e,i
Flächenträgheitsmoment der kombinierten Querschnittsfläche von Versteifung i und Schale im
Axialabstand Xi von der kleinen Kegelgrundfläche, wobei für jeden Zwischenraum getrennte Werte für ea
angenommen werden (siehe Gleichungen (8.6.4-2 und 8.6.4-14))
L’e, L‘‘e An eine Versteifung angrenzende mittragende Schalenlängen (siehe Bild 8.6-1)
NY
Anzahl der Zwischenräume zwischen leichten Versteifungen der Länge LH
Ri
Mittlerer Radius des dünnsten Querschnitts einer Kegelschale, gemessen in der Ebene der Versteifung i
(siehe Bild 8.6-6)
Rmax
Größter Radius einer Kegelschale zur Prüfung auf Versagen zwischen zwei Versteifungen (siehe Bild 8.62, 8.6-3 und 8.6-6)
R max
Größter Radius einer Kegelschale zur Prüfung auf Gesamtversagen (siehe Bild 8.6-4 und 8.6-5)
Rn
Mittlerer Radius einer Kegelschale zur Prüfung auf Versagen zwischen zwei Versteifungen (siehe Bild 8.62, 8.6-3 und 8.6-6)
Rn
Mittlerer Radius einer Kegelschale zur Prüfung auf Gesamtversagen (siehe Bild 8.6-4 und 8.6-5)
Xw
Abstand des Flächenschwerpunkts des Stegs vom Flächenschwerpunkt
Querschnittsfläche von Versteifung und Schale (siehe Bild 8.6-1)
Xf
Abstand des Flächenschwerpunkts des Flansches vom Flächenschwerpunkt der kombinierten
Querschnittsfläche von Versteifung und Schale (siehe Bild 8.6-1)
der
kombinierten
X’s, X‘‘s Abstände zwischen dem Flächenschwerpunkt der kombinierten Querschnittsfläche von Versteifung und
Schale und dem Flächenschwerpunkt der an die Versteifung angrenzenden mittragenden
Schalenabschnitte (siehe Bild 8.6-1)
Xi
Axiale Teilung der Versteifung i (siehe Bild 8.6-6)
1
Maximale Umfangsspannung an der Verbindungsstelle ohne Verstärkung
73
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2
Maximale Umfangsspannung in der Zylinderschale (siehe Gleichung (8.6.5-1))
8.6.3
Versagen von Kegelschalen zwischen zwei Versteifungen
Für die Auslegung von Kegelschalen gegen Versagen zwischen zwei Versteifungen gelten folgende
Anforderungen:
a)
Einen Wert für ea schätzen und dann berechnen
Py
ea e cos
Rmax
(8.6.3-1)
ANMERKUNG
Diese Gleichung entspricht Gleichung (8.5.3-15) für Py, wobei ea durch ea cos und R durch Rmax ersetzt
werden und für = 0 gesetzt wird.
b)
Wert berechnen
Pm
E ea cos 3
Rn
ε ist aus Bild 8.5-3 zu ermitteln, wobei
(8.6.3-2)
2R n cos
L
L
2R
durch
und
durch
zu ersetzen ist.
2R
ea
2R n cos
ea
Rn und Rmax sind den Bildern 8.6-2 bis 8.6-6 zu entnehmen.
ANMERKUNG
Gleichung (8.6.3-2) entspricht Gleichung (8.5.2-5) zur Berechnung von Pm, wobei ea durch ea cos , R durch
Rn cos2 , ε durch ε cos4 und L durch L cos ersetzt werden.
c)
Pm berechnen und Pr aus Kurve 1 in Bild 8.5-5 ermitteln.
Der Berechnungsdruck muss die folgende Gleichung erfüllen:
P
Pr
S
(8.6.3-3)
Ist das nicht der Fall (Gleichung 8.6.3-3 erfüllt), müssen entweder die Wanddicke erhöht oder die Abstände der
Versteifungsringe entsprechend verringert werden.
74
ef
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Xf
Xw
CGc
α
X"s
X's
ea
Le'
2
Le"
2
Bild 8.6-1 — Versteifungen
8.6.4
Gesamtversagen von versteiften Kegelschalen
8.6.4.1
Kegelschalen mit konstanter Wanddicke und gleichen Abmessungen und Abständen der
Versteifungen
8.6.4.1.1
Allgemeines
Die in Unterabschnitt 8.5.3.8 für Versteifungen an Zylinderschalen angegebenen Bedingungen für den
erforderlichen Widerstand gegen Kippen gelten ohne Änderung.
Innere Versteifungen an Kegelschalen sind durch diese Bedingungen nicht erfaßt.
8.6.4.1.2
Leichte Versteifungen
Die Berechnung leichter Versteifungen an Kegelschalen konstanter Dicke, siehe Bild 8.6-1, folgt der Methode
leichter Versteifungen an Zylinderschalen, siehe 8.5.3.6, mit folgenden Abweichungen:
Pg
E ea cos 3
Rn
n 1 E l ' cos
2
e
R
3
max
Ls
(8.6.4-1)
wobei durch Bild 8.5-13 oder Gleichung (8.5.3-25), mit R ersetzt durch R n cos , bestimmt ist.
R n und R max sind entsprechend Bild 8.6-4 und Bild 8.6.5 festgelegt.
L ' 3 L" 3
e L' e 2 ea L" e
e
X ' s
X " s2 l f l w a sin 2 e e
l ' e Af X f2 Aw X w2 a
2
2
2
12
2
e3
L"
L'
a cos 2 e e
12
2
2
(8.6.4-2)
L' e und L" e sind entsprechend 8.5.3.6.3 zu bestimmen, mit:
ea
x n 2
R i cos
(8.6.4-3)
75
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
u
Ls
Ri
ea
cos
Ri
(8.6.4-4)
Hierin ist Ri er mittlere Schalenradius gemessen an der Versteifung i.
Zur Berechnung der maximalen Spannung in der Versteifung gilt:
P es E d ' 0,005(n 2 1)P S Sf
Pys R max
(Pg P S Sf )
s S Sf
(8.6.4-5)
es ea R f cos
Am
Pys
1
2
w
N
i
R max (1 / 2)
ea cos cos 2
(8.6.4-6)
mit
1,28
cos
R i ea
(8.6.4-7)
d' X f
ef
2
(8.6.4-8)
8.6.4.1.3
Schwere Versteifungen
Die Berechnung schwerer Versteifungen an Kegelschalen konstanter Dicke, siehe Bild 8.6-1 (wobei L'e und L''e
durch L'eH bzw. L''eH ersetzt werden), folgt der Methode für schwere Versteifungen an Zylinderschalen, siehe
8.5.3.7, mit folgenden Abweichungen:
PH
3E I ' eH cos
3
R max LsH
(8.6.4-9)
R max ist entsprechend Bild 8.6-4 und Bild 8.6-5 zu bestimmen.
LsH entsprechend Tabelle 8.5-1.
2
3
L'
e L' eH
e L" eH
e
L"
( X ' s ) 2 a
( X " s ) 2 I f I w a sin 2 eH eH
I ' eH Af X f2 Aw X w2 a
2
2
2
12
2
e3
L"
L'
a cos 2 eH eH
12
2
2
(8.6.4-10)
L' eH und L" eH sind entsprechend 8.5.3.6.3 zu bestimmen, mit:
ea
x n 2
R
cos
i
76
(8.6.4-11)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
u
Ls
Ri
ea
cos
Ri
(8.6.4-12)
und mit Ls ersetzt durch LsH
Zur Berechnung der maximalen Spannung in der Versteifung gilt:
P E d ' 0,015 P S S f
es
Pys R
max ( PH P S S f )
H S S f
(8.6.4-13)
mit Pys gegeben durch Gleichung (8.6.4-6).
8.6.4.2
Kegelschalen mit veränderlicher Wanddicke und unterschiedlichen Abmessungen und
Abständen der Versteifungen
Die Mindestwanddicke für alle Zwischenräume zwischen Ebenen tragender Versteifungen muss nach dem
Verfahren nach 8.6.3 ermittelt werden.
Die Anforderungen für Abmessungen und Abstände von Versteifungsringen gelten unverändert.
Für die Berechnung leichter Versteifungen, und zwar sowohl solcher mit unterschiedlichen Abmessungen und
Abständen als auch solcher für Kegelschalen für mit veränderlicher Wanddicke siehe Bild 8.6-6, ist es zulässig, das
Verfahren zur Berechnung versteifter Zylinder mit den Gleichungen aus 8.6.3 unter Berücksichtigung folgender
Punkte zu verwenden.
a)
Sind Abstände und Abmessungen der Versteifungen konstant, bei der Berechnung von pg und py an jedem
Punkt entlang des gesamten betrachteten Kegelabschnitts die Mindestwanddicke verwenden.
b)
Jede Versteifung getrennt unter Verwendung der entsprechenden Mindestwanddicke und Rmax für jeweils den
halben Zwischenraum beiderseits der Versteifung und β = 0 betrachten.
c)
Jede Versteifung getrennt unter Verwendung der entsprechenden Mindestwanddicke und Rmax für jeweils den
halben Zwischenraum beiderseits der Versteifung betrachten.
Für n > 2 den Wert von pe nach vorstehendem Schritt b) berechnen; für n = 2 die nachstehende Gleichung
verwenden.
Pg
3
i NY I' e, i sin
E e cos 2 E cos n 1
Rn
LH
i 0
2
wobei ermittelt werden muss aus Bild 8.5.13 mit
2
X i
LC
R i3
LH
2 R n cos
anstelle von
(8.6.4-14)
LH
oder aus Gleichung (8.5.3-25) mit
2R
Rn cos anstelle von R.
77
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.6.5
Kegel-Zylinder-Verbindungen
8.6.5.1
Ebenen tragender Versteifung
Ist keine Krempe vorhanden, ist die Verbindung zwischen einem Zylinder und einem Kegel (sowohl an der großen
wie an der kleinen Kegelgrundfläche) stets eine Ebene einer tragenden Versteifung, wenn 30 gilt und die Zahl
n für den unteren Grenzwert des Beuldrucks ncyl (aus Bild 8.5-4 oder aus Gleichung 8.5.3-24 für Schalen mit
leichten Versteifungen) weder für den Kegel noch für den Zylinder gleich 2 ist.
Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind (entweder 30 oder ncyl = 2), ist der Abstand L zwischen Ebenen
einer tragenden Versteifung gleich der Summe der mittragenden ungestützten Länge(n) der Zylinderschale oder
der Zylinderschale plus der axialen Länge der Kegelschale. Die Wanddicke der Kegelschale und des kleinen
Zylinders muss mindestens gleich der nach 8.5.3.4 erforderlichen Wanddicke der Zylinderschale sein. Ggf.
vorhandene.
leichte Versteifungen müssen sowohl am Kegel und kleinen Zylinder als auch am großen Zylinder die nach 8.6.3.1
ermittelten Abstände und Abmessungen aufweisen.
8.6.5.2 Verstärkung der Verbindung an der kleinen Kegelgrundfläche
Verstärkungen durch Erhöhungen der Wanddicke und/oder örtliche Versteifungen an der kleinen Kegelgrundfläche
sind vorzusehen, wenn die maximale lokale Umfangsspannung innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden
muss. Dabei ist wie folgt vorzugehen.
Die maximale Umfangsspannung im Zylinder ist wie folgt zu berechnen:
2
p R 1 G
e
(8.6.5-1)
Die maximale Umfangsspannung 1 an der Verbindungsstelle ist ohne Verstärkung, d. h. mit der Dicke ea, zu
berechnen.
ANMERKUNG
Für die Berechnung der örtlichen Umfangsspannung 1 steht keine Gleichung zur Verfügung; sie ist daher
durch eine Spannungsanalyse zu ermitteln.
Wenn gilt 1 2, dann ist keine Verstärkung notwendig. Ist jedoch eine Verstärkung erforderlich, dann muss die
Dicke entweder des Kegels oder des Zylinders oder von beiden erhöht werden oder es muss zusätzlicher
Werkstoff in Form einer Ringversteifung oder als Übergangsstück eingebracht werden, damit bei einer
Nachberechnung die Gleichung 1 2 erfüllt ist.
78
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
L /2
α
L /2
L
Rn
R max.
Bilder 8.6-2 — Unverstärkter Kegelabschnitt zwischen Versteifungsringen
L
L /2
α
L /2
Rn
Rmax.
Bild 8.6-3 — Unverstärkter Kegelabschnitt zwischen zwei Zylinderschalen
79
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
LH/2
α
LH/2
LH
Ls
Rn
R max.
Bilder 8.6-4 — Verstärkte Kegelschale mit leichten und schweren Versteifungen
Ls
LH
LH/2
α
LH/2
Rn
R max.
Bilder 8.6-5 — Verstärkte Kegelschale mit ausschließlich leichten Versteifungen
80
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ea1
R1 max.
LH
Ic2
X3
R1
ea2
X2
X1
Ic1
2
X1 + X2
LH/2
α
LH/2
R2
ea3
Ic3
Rn
R3
Bild 8.6-6 — Verstärkte Kegelschale mit veränderlicher Wanddicke und
unterschiedlichen Abständen der Versteifungen (siehe 8.6.4.2)
8.7
Kugelschalen
8.7.1
Auslegung
Bei Auslegungsdicke wird mit der nachstehenden Methode ermittelt:
a)
Einen Wert für e a annehmen und py wie folgt berechnen:
Py
b)
(8.7.1-1)
Den Wert für p m wie folgt berechnen:
pm
c)
2 e ea
R
121
, E e a2
R2
Den Wert für
P
(8.7.1-2)
pm
p
berechnen und r aus Bild 8.5-5, Kurve 2, ermitteln.
py
py
Pr
S
(8.7.1-3)
Ist p r zu niedrig, muss der angenommene Wert für e a erhöht und die Prozedur wiederholt werden.
81
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8.7.2
Zulässige Formabweichungen
Die Anforderungen in 8.7.1 gelten nur für Kugelschalen, die mit einer Toleranz von 1 % des Radius exakt
kugelförmig sind und deren Krümmungsradius basierend auf einer Bogenlänge von 2,4
e a Rmax den Nennwert
um nicht mehr als 30 % überschreitet.
In einigen Fällen kann dieses Kriterium aufgrund von Schwierigkeiten bei der Fertigung und Messung zu streng
sein. In diesen Fällen ist es zulässig, den durch die vorstehende Berechnung ermittelten Druck durch den Faktor
(Rmax/(1,3 R)² zu dividieren. Dabei ist Rmax der maximale örtliche Krümmungsradius, der an der betrachteten Stelle
entweder gemessen oder konservativ geschätzt wird.
Methoden zur Überprüfung der Kugelform finden sich im Anhang D.6. Der maximale örtliche Kurvenradius ist auf
der Behälterzeichnung angegeben.
8.8
Behälterböden
8.8.1
Halbkugelförmige Böden
Halbkugelförmige Böden müssen nach den Anforderungen für Kugelschalen ausgelegt werden.
8.8.2
Torisphärische Böden
Torisphärische Böden müssen nach den Anforderungen für Kugelschalen ausgelegt werden, deren mittlerer
Radius R gleich dem äußeren Auskümpelungs- oder Wölbungsradius ist.
Bei der Berechnung des Innendrucks gewölbter Böden nach 7.5.3 muss für den Faktor N in der Kurve für (siehe
Gleichung 7.5-12) der Wert 1,0 eingesetzt werden. Die Graphen in Bild 7.5-1 und 7.5-2 kommen nicht zur
Anwendung.
8.8.3
Elliptische Böden
Exakt halbelliptische Böden nach 7.2.5 müssen nach den Anforderungen für Kugelschalen ausgelegt werden,
deren mittlerer Radius R gleich dem maximalen Wölbungsradius ist:
R De2 /( 4h)
mit De und h wie in 7.5.1 und 8.3 definiert.
82
(8.8.3-1)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9
Ausschnitte in Schalen und Böden
9.1
Zweck
Dieser Abschnitt enthält die Anforderungen für die Auslegung von kreisrunden, elliptischen und länglich runden
Ausschnitten in Zylinder-, Kegel- und Kugelschalen sowie gewölbten Böden unter Innen- und Außendruck.
Dieser Abschnitt gilt für Ausschnitte, Stutzen und Verstärkungsscheiben in gewölbten Böden, die vollständig
innerhalb eines zentralen Bereichs angeordnet sein müssen, der durch einen Radius von 0,4De begrenzt wird
(siehe Bild 9.5-4). Für andere Positionen (d.h. Stutzen im Krempenbereich) gelten die entsprechenden
Auslegungsregeln in Abschnitt 7.
Die Festigkeitswerte gegenüber anderen als durch Druck verursachten Beanspruchungen werden in Abschnitt 16
ermittelt.
9.2
Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
9.2.1
Stegprüfung
Prüfung der Verstärkung zwischen zwei benachbarten Ausschnitten
9.2.2
Ausschnitt
Eine durchgängige Öffnung in einer Schale, die ggf. mit einer Verstärkungsscheibe, einem Verstärkungsring oder
einem Stutzen verstärkt ist
9.2.2
Länglich runder Ausschnitt
Eine Öffnung mit länglich runder Form, bestehend aus zwei Halbkreisen, die durch zwei gerade Linien verbunden
sind
9.2.3
Gesamtprüfung
Prüfung der Verstärkung im Querschnitt einschließlich der Schalenwände auf beiden Seiten des Ausschnitts sowie
der Länge der angrenzenden Schale
9.2.4
Verstärkung
Die beanspruchte Querschnittsfläche des Werkstoffs, die die Festigkeit gegenüber Druckeinwirkung an einem
Ausschnitt gewährleistet
9.2.5
Verstärkter Ausschnitt
Ausschnitt mit einer Verstärkung durch die Schale, durch einen Stutzen, eine Verstärkungsscheibe oder durch
einen Verstärkungsring
9.2.6
Verstärkungsscheibe
Eine zur Verstärkung beitragende mit der Schale kehlnahtverschweißte Blechplatte
9.2.7
Verstärkungsring
Ein zur Verstärkung beitragender eingeschweißter Ring
9.2.8
Einschweißstutzen
Ein durch die Schale durchgesteckter und auf der Innen- und Außenseite der Schale verschweißter Stutzen (siehe
Bild 9.4-8)
83
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.2.9
Aufschweißstutzen
Ein lediglich auf der Außenseite der Schale verschweißter Stutzen (siehe Bild 9.4-7)
9.2.10
Schale
Zylinder-, Kegel- oder Kugelschale bzw. gewölbter Boden
9.2.11
Störstelle (in der Schale)
Eine Verbindungsstelle zwischen zwei der folgenden Teile: Zylinderschale, achsenversetzte Zylinderschale,
Kegelschale, gewölbter Boden, Kugelkalotte, Flansch oder ebener Boden
9.2.12
Kleiner Ausschnitt
Ein einzelner Ausschnitt mit kleinem Durchmesser, der die Kriterien nach Gleichung (9.5-18) erfüllt
9.3
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole, Indizes und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.
9.3.1
Indizes
Die folgenden Indizes werden bei den Symbolen in Tabelle 9.3-2 verwendet:
a
Berechnungswanddicke eines Bauteils;
b
Stutzen oder Abzweig;
c
Mittelwert einer Abmessung;
e
Abmessung auf der Außenseite;
i
Abmessung auf der Innenseite;
L
Stegprüfung;
O
Gesamtprüfung;
o
Berechneter Maximalwert oder Minimalwert unter verschiedenen Werten;
p
Verstärkungsscheibe;
r
Verstärkungsring;
s
Schale;
w
Verstärkungsrelevante Fläche der Kehlnaht;
Zusätzliche druckbeanspruchte Fläche bei einem schrägen Stutzen;
1
Erster von zwei benachbarten Ausschnitten;
2
Zweiter von zwei benachbarten Ausschnitten.
84
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.3.2
Symbole
Symbol
a
a1, a2
a’1, a’2
Af
AfLs
AfOs
Afw
Ap
ApLs
ApOs
Ap
d
deb
dib
dip
der
dir
dix
Dc
De
Di
e1
e2
eb
ea,b
ea,m
ec,s
Beschreibung
Einhei
Abstand zwischen dem Ausschnittmittelpunkt und der Außenkante eines mm
Einschweißstutzens oder Rings, gemessen entlang des Schalenabschnitts mittlerer
Dicke; ist kein Stutzen oder Ring vorhanden oder der Stutzen aufgeschweißt, ist a der
Abstand zwischen Ausschnittmittelpunkt und Innenkante des Ausschnitts
Werte für a auf der Stegseite des Ausschnitts (siehe Bilder 9.6-2 und 9.6-3)
mm
Werte für a auf der gegenüber liegenden Seite des Ausschnitts bis zum Steg (siehe mm
Bild 9.6-5)
Verstärkungsrelevante spannungsbeanspruchte Querschnittsfläche
mm2
Af der Schale für die Länge Lb (siehe Bilder 9.6-1 bis 9.6-4).
mm2
Af der Schale für die Länge Lb1 (siehe Bilder 9.6-5 bis 9.6-6).
mm2
Querschnittsfläche der Kehlnaht zwischen Stutzen (oder Scheibe) und Schale mm2
(siehe 9.5.2.3.3 und Bilder 9.4-4 und 9.5-1)
Druckbeanspruchte Fläche
mm2
Ap der Schale für die Länge Lb (siehe Bilder 9.6-1 bis 9.6-4 ).
mm2
Ap der Schale für die Länge Lb1 (siehe Bilder 9.6-5 bis 9.6-6 ).
mm2
mm2
Zusätzliche druckbelastete Fläche für schräge Stutzenverbindung, abhängig vom
Winkel (siehe Bilder 9.5-1 bis 9.5-3).
Durchmesser (oder maximale Weite) eines Ausschnitts ohne Stutzen in einem Mantel mm
oder Boden
Außendurchmesser eines Stutzens an einem Mantel oder Boden
mm
Innendurchmesser eines Stutzens an einem Mantel oder Boden
mm
Innendurchmesser einer Verstärkungsscheibe
mm
Außendurchmesser eines Verstärkungsrings
mm
Innendurchmesser eines Verstärkungsrings
mm
Innendurchmesser eines ausgehalsten Ausschnitts
mm
Mittlerer Durchmesser einer Zylinderschale an der Verbindungsstelle mit einem mm
anderen Bauteil
Außendurchmesser einer Zylinder- oder Kugelschale, des zylindrischen Teils eines mm
gewölbten Bodens, einer Kegelschale in der Ausschnittsmitte
Innendurchmesser einer Zylinder- oder Kugelschale, des zylindrischen mm
Teils eines gewölbten Bodens, einer Kegelschale in der Ausschnittsmitte
Erforderliche Wanddicke einer Zylinderschale an der Verbindungsstelle mit einem mm
anderen Bauteil (siehe Bilder 9.7-6 und 9.7-10)
Erforderliche Wanddicke einer Kegelschale an der Verbindungsstelle mit einer mm
Zylinderschale (siehe Bilder 9.7-6 und 9.7-10)
Mittragende Wanddicke eines Stutzens (oder mittlere Wanddicke über die Länge lbo mm
oder lbio), bei der Verstärkungsberechnung berücksichtigt
Berechnungswanddicke eines Stutzens (oder mittlere Berechnungswanddicke über mm
die Länge lb innen bzw. aussen an der Schale)
Durchschnittliche Dicke entlang der Länge lo für Versteifungsringe (siehe Gleichung mm
9.5-48)
Angenommene Schalenstärke der Schalenwand (siehe Gleichung (9.5-2) zur mm
Überprüfung der Verstärkung einer Öffnung. Die Dicke kann vom Konstrukteur
zwischen
der
erforderlichen
minimalen
Schalenstärke
e
und
der
Berechnungswanddicke ea,s angenommen werden. Die angenommene Dicke muss
dann konsistent für alle Anforderungen verwendet werden.)
ANMERKUNG
Für ec,s kann die Berechnungswanddicke immer verwendet werden, aber
manchmal kann es vorteilhafter sein, einen kleineren Annahmewert zu verwenden, um kleinere
Abstände von benachbarten Störungsstellen in der Schale zu erhalten.
85
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Symbol
ep
ea,p
er
ea,r
ea,s
e's
fb
fp
fs
h
k
lb
l’b
lbi
l’bi
lbo
lcyl
lcon
ln
lo
lp
lpi
l’p
lr
l’r
ls
l’s
lso
Lb
Lb1
ris
R
86
Beschreibung
Einhei
Mittragende Wanddicke einer Verstärkungsscheibe, bei der Verstärkungsberechnung mm
berücksichtigt
Berechnungswanddicke einer Verstärkungsscheibe
mm
Mittragende Wanddicke eines Verstärkungsrings, bei der Verstärkungsberechnung mm
berücksichtigt
Berechnungswanddicke eines Verstärkungsrings
mm
Berechnungswanddicke der Schale oder mittlere Berechnungswanddicke über die mm
Länge l's und ohne die Wanddicke der Verstärkungsscheibe (sofern vorhanden)
Einstecktiefe eines Stutzens in der Schalenwand bei nicht vollständig
mm
durchgestecktem Einschweißstutzen
Berechnungsnennspannung des Stutzenwerkstoffs
MPa
Berechnungsnennspannung des Werkstoffs des Verstärkungsrings
MPa
Berechnungsnennspannung des Schalenwerkstoffs
MPa
Innenhöhe eines gewölbten Bodens ohne zylindrischen Bord
mm
Abminderungsbeiwert für lso (verwendet für Gesamtprüfung in 9.6.4)
_
Aus der Schale herausragende Länge eines Stutzens
mm
Aus der Schale herausragende mittragende Länge eines Stutzens zur
mm
Verstärkungsberechnung
In die Schale hineinragende Länge eines Stutzens (z. B. überstehender Stutzen)
mm
In die Schale hineinragende mittragende Länge eines Stutzens zur
mm
Verstärkungsberechnung
Größte aus der Schale herausragende Länge eines Stutzens zur
mm
Verstärkungsberechnung
Länge der Zylinderschale ermittelt nach Gleichung (9.7-3) und verwendet zur
mm
Festigkeitsanalyse einer Verbindung (siehe Bild 9.7-6) zwischen einem Zylinder und:
- der kleinen Grundfläche einer koaxialen Kegelschale;
- einer zum Zylinder konvexen Kugelschale;
- einer Zylinderschale mit konvergierender Achse
Länge einer Kegelschale ermittelt nach Gleichung (9.7-7) und verwendet zur mm
Festigkeitsanalyse einer Verbindung zwischen der kleinen Grundfläche einer
Kegelschale und einer Zylinderschale (siehe Bild 9.7-6)
Abstand zwischen der Mittellinie einer Stumpfnaht der Schale und dem Mittelpunkt mm
eines an die Stumpfnaht angrenzenden oder sie überschneidenden Ausschnitts
Maximale Länge der Ring- bzw. Schalenwand in Versteifungsringen
mm
Breite einer Verstärkungsscheibe
mm
Breite einer Verstärkungsscheibe zwischen zwei benachbarten Ausschnitten (siehe mm
Bild 9.6-5)
Mittragende Breite einer Verstärkungsscheibe zur Verstärkungsberechnung
mm
Breite eines Verstärkungsrings
mm
Mittragende Breite eines Verstärkungsrings zur Verstärkungsberechnung
mm
Länge der Schale vom Rand eines Ausschnitts oder vom Außendurchmesser eines mm
Stutzens bis zu einer Störstelle der Schale
Zur Ausschnittverstärkung anrechenbare mittragende Länge einer Schale
mm
Zur Ausschnittverstärkung anrechenbare maximale Länge einer Schale, gemessen mm
am mittleren Krümmungsradius der Schalenwand
Mittelpunktabstand zwischen zwei Ausschnitten oder Stutzen, gemessen am mittleren mm
Krümmungsradius der Schale (siehe Abbildung 9.6-2)
Länge der Querschnittsfläche der Schale einschließlich des gesamten Querschnitts mm
zweier benachbarter Ausschnitte, gemessen am mittleren Krümmungsradius der
Schale
Innerer Krümmungsradius der Schale im Ausschnittmittelpunkt
mm
Innenradius eines halbkugelförmigen Bodens oder des gewölbten Teils eines mm
torisphärischen Bodens
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Symbol
w
wmin
wp
e
9.4
Beschreibung
Einhei
Abstand zwischen Ausschnittrand und Störstelle der Schale (siehe Bilder 9.7-1 bis mm
9.7-11)
Mindestwert für w
mm
Mindestwert für w ohne Einfluss auf ls durch Störstellen der Schale
mm
Halber Öffnungswinkel einer Kegelschale
Grad
für einen Stutzen mit Längsschweißnaht, Winkel zwischen der Ebene, gebildet Grad
zwischen der Stutzenachse und der Linie der Längsschweißnaht, und der Ebene,
gebildet zwischen der Stutzenachse und der Mantellinie des Behälters, die durch die
Mittelachse der Öffnung geht.
Neigungswinkel an den Querschnittsflächen in Längs- oder Querrichtung, gemessen Grad
zwischen der Senkrechten zur Wandung an der Öffnungsmitte und dem Überstand
der Stutzenachse auf dem betrachteten Querschnitt
rad
Projektion von in die Ebene von Lb zur Stegprüfung von Mehrfachausschnitten
Winkel zwischen der Mittelpunkt-Verbindungslinie zweier Ausschnitte oder Stutzen Grad
und der Mantellinie einer Zylinder- oder Kegelschale (0° 90°) (siehe Bild 9.6-1)
für Einzelausschnitte, Winkel zwischen Schalenmantellinie und der Achse mit dem
Grad
größten Durchmesser für benachbarte Ausschnitte, Winkel zwischen der Ebene, in der
die Ausschnittsmittelpunkte liegen, und der Achse mit dem größten Durchmesser.
Allgemeines
9.4.1 Schalen mit Ausschnitten müssen im Bereich um den Ausschnitt angemessen verstärkt werden, um die
Verschwächung der druckbeanspruchten Querschnittsfläche auszugleichen. Die Verstärkung kann durch eines der
nachstehenden Verfahren erfolgen:
a)
Erhöhen der Wanddicke der Schale gegenüber der erforderlichen Mindestdicke der unverschwächten Schale
(siehe Bilder 9.4-1 und 9.4-2);
b)
Aufschweißen scheibenförmiger Verstärkungen (Verstärkungsscheiben) (siehe Bilder 9.4-3 und 9.4-4);
c)
Einschweißen ringförmiger Verstärkungen (Verstärkungsringe) (siehe Bilder 9.4-5 und 9.4-6);
d)
Erhöhen der Stutzenwanddicke (siehe Bilder 9.4-7 und 9.4-8) über den für die Membran-Druckspannung
geforderten Wert;
e)
Kombination der genannten Verfahren (siehe Bilder 9.4-9 bis 9.4-13).
9.4.2 Die Abmessungen der zu verstärkenden Querschnittsfläche eines Ausschnitts müssen zunächst geschätzt
werden. Die Auslegung ist dann durch das nachstehend beschriebene Verfahren zu verifizieren.
Das Verfahren soll sicherstellen, dass die Reaktionskraft des Werkstoffs größer oder gleich der Druckbelastung ist.
Die Reaktionskraft ist die Summe des Produkts der mittleren Membranspannungen in allen Bauteilen und ihrer
spannungsbeanspruchten Querschnittsflächen (siehe Bilder 9.4-1 bis 9.4-13). Die Druckbelastung ist die Summe
des Produkts von Druck und druckbeanspruchten Querschnittsflächen. Ist die Verstärkung nicht ausreichend
bemessen, muss sie erhöht und die Berechnung wiederholt werden.
Verstärkung und Festigkeit können um die Stutzenachse herum unterschiedlich sein. Es ist nachzuweisen, dass
die Verstärkung in allen Ebenen ausreichend hoch bemessen ist.
9.4.3 Das Verfahren ist anwendbar, wenn der Ausschnitt sich in einem bestimmten Mindestabstand von einer
Störstelle in der Schale befindet. Die Ermittlung dieses Abstands ist in 9.7 beschrieben.
87
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.4.4
Elliptische oder länglich runde Ausschnitte
Elliptische oder länglich runde Ausschnitte, die aus einem runden Stutzen schräg zur Schalenwand resultieren,
müssen nach 9.5.2.4.5 berechnet werden.
Für sämtliche anderen elliptischen bzw. länglich runden Ausschnitte darf das Verhältnis zwischen dem größten und
dem kleinsten Durchmesser maximal 2 betragen.
9.4.4.1
Elliptische oder länglich runde Ausschnitte verstärkt durch höhere Wanddicke,
Verstärkungsplatten oder Verstärkungsringe (siehe 9.4.1 a), b) oder c))
Bei Zylinder- oder Kegelschalen wird der Durchmesser d für die Verstärkungsberechnung wie folgt genommen:
entlang der Mantellinie der Schale bei Einzelausschnitten;
in der Ebene der Ausschnittsmittelpunkte.
Bei Kugelschalen und gewölbten Böden wird der Durchmesser d für den Ausschnitt wie folgt genommen:
entlang der größten Abmessung der Öffnung (Hauptachse) bei Einzelausschnitten;
in der Ebene der Ausschnittsmittelpunkte.
9.4.4.2
Ausschnitte verstärkt durch elliptische oder länglich runde Stutzen senkrecht zur Schalenwand
(siehe 9.4.1 d)
In zylindrischen bzw. konischen Schalen wird der Durchmesser d des Ausschnitts wie folgt berechnet:
d d min ( sin 2
d max ( d min d max )
cos 2 )
d min
2 d min
(9.4-1)
wobei dmin und dmax der kleinste und der größte Durchmesser im Ausschnitt sind,
und :
für Einzelausschnitte, der Winkel zwischen der Schalenerzeugenden durch die Ausschnittsmitte und der
Hauptachse des Ausschnitts;
für benachbarte Ausschnitte und für jeden der beiden Ausschnitte, der Winkel zwischen der kürzesten
(gekrümmten) Verbindungslinie der beiden Ausschnittsmitten an der Schalenoberfläche und der Schnittlinie
der Schalenoberfläche mit der durch die Stutzenachse und den größten Schalendurchmesser (des Ausschnitts
für den d berechnet wird) aufgespannten Ebene.
In kugelförmigen und gewölbten Böden wird der Durchmesser d des Ausschnitts wie folgt berechnet:
d d max (
d min d max
)
2 d min
wobei für dmin und dmax die vorstehenden Definitionen gelten.
Der Durchmesser für die Berechnung des Werts lbo in Gleichung (9.5-75) ist in 9.5.2.4.4.1 festgelegt.
88
(9.4-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Bei Stutzen mit elliptischem oder länglich rundem Querschnitt ruft der Druck nicht nur
Membranbeanspruchungen hervor, sondern auch Biegebeanspruchungen in Umfangsrichtung. Deshalb müssen die
verbundene Schalenwand auf der einen Seite und der verbundene Flansch bzw. Rundrohr auf der anderen Seite den Stutzen
halten, wenn dessen Wanddicke nur unter Zugrundelegung von Membranbeanspruchungen festgelegt wurde. Der Stutzen
beansprucht die Schale und es ist möglich, dass der Durchmesser, der für den elliptischen bzw. länglich runden Stutzen zur
Anwendung kommt, breiter ist als die größte Achse.
9.4.4.3
Für elliptische und länglich runde Stutzen, die nicht senkrecht zur Schalenwand sind, ist 9.4.4.2 nicht
anwendbar; deshalb muss 9.4.4.1 ohne Beitrag von Stutzenwänden zur Verstärkungsberechnung verwendet
werden.
9.4.5
9.4.5.1
Durchmesserbegrenzungen
Ausschnitte mit Erhöhung der Schalenwanddicke
Ausschnitte mit erhöhter Schalenwanddicke ohne Stutzen oder Verstärkungsscheibe müssen die folgende
Bedingung erfüllen:
d
0,5
2ris
9.4.5.2
(9.4-3)
Ausschnitte mit Verstärkungsscheiben
Bei Ausschnitten mit Verstärkungsscheiben muss — egal ob ein Stutzen vorhanden ist oder nicht — die Bedingung
der Gleichung (9.4-3) erfüllt werden.
Verstärkungsscheiben befinden sich üblicherweise an der Schalenaußenseite, sie dürfen jedoch auch auf der
Innenseite oder beidseitig angeordnet sein.
Bei hohen mittleren Wandtemperaturen für die Schale (mehr als 250 °C) oder bei extremen Temperaturgradienten
durch die Schale sollte der Einsatz von Verstärkungsscheiben vermieden werden; gegebenenfalls muss für die
Verstärkungsscheibe dieselbe Werkstoffgüte gewählt werden wie für die Schale; mit speziellen Maßnahmen bzw.
über spezielle Hinweise muss eine konzentrierte thermische Beanspruchung vermieden werden.
9.4.5.3
Ausschnitte in gewölbten Böden
Bei Ausschnitten in Kugelschalen und gewölbten Böden darf das Verhältnis d/De einen Wert von 0,6 nicht
überschreiten. Entsprechend darf bei einer Ausschnittverstärkung durch einen Stutzen oder einen Verstärkungsring
auch das Verhältnis dib / De und das Verhältnis dir / De einen Wert von 0,6 nicht überschreiten.
9.4.5.4
Mit Stutzen verstärkte Ausschnitte
Bei mit Stutzen verstärkten Ausschnitten in Zylinderschalen darf das Verhältnis dib/2(ris) einen Wert von 1,0 nicht
überschreiten (siehe Bilder 9.4-14 und 9.4-15).
9.4.6
Begrenzungen der Stutzenwanddicke
9.4.6.1
bei Anwendungen im Dauerfestigkeitsbereich, wenn die Ermüdungsfestigkeit gemäß Abschnitt
17 bewertet wird und der Ausschnitt ein kritischer Bereich ist (siehe Definition in Abschnitt 17.2)
Das Verhältnis eb/ea, s darf den aus dem Diagramm in Bild 9.4-14 entnommenen Wert nicht überschreiten und der
Wert eb darf den Wert ea, b in keinem Fall überschreiten. Die über den nach Bild 9.4-14 ermittelten Wert
hinausgehende Stutzenwanddicke darf bei der Berechnung der Verstärkung nicht berücksichtigt werden.
Darüber hinaus darf das Verhältnis ea, b/ea, s den aus dem Diagramm in Bild 9.4-15 entnommenen Wert nicht
überschreiten.
89
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 1 Der Wert eb ist die mittragende Wanddicke des Stutzens, die für die Überprüfung der Verstärkung zu
verwenden ist. Der Wert ea, b ist die Berechnungswanddicke des Stutzens. Das Verhältnis eb/ea, s begrenzt den für die
Ausschnittverstärkung anrechenbaren Anteil des Stutzens. Das Verhältnis ea, b/ea, s begrenzt die Berechnungswanddicke des
Stutzens und folglich die Fertigungswanddicke, um mögliche Spannungen aufgrund großer Wanddickenunterschiede zu
begrenzen und um möglicherweise auftretende Probleme im Dauerfestigkeitsbereich zu vermeiden.
ANMERKUNG 2
Wenn die Ermüdungsfestigkeit gemäß Abschnitt 18 bewertet wird, ist keine Begrenzung des
Wanddickenverhältnisses notwendig, da in diesem Fall genauere Spannungen für die Ermüdungsberechnungen verwendet
werden.
9.4.6.2
bei Anwendungen im Zeitstandbereich (d. h.: wenn die Berechnungstemperatur im
Zeitstandbereich liegt)
Die mittragende Wanddicke eb kann der Berechnungswanddicke ea, b des Stutzens gleichgesetzt werden.
Das Verhältnis ea, b/ea, s darf jedoch den aus dem Schaubild in Bild 9.4-15 entnommenen Wert nicht überschreiten.
9.4.6.3
bei Anwendungen ohne Zeitstandbeanspruchung und ohne Bewertung der Ermüdungsfestigkeit
gemäß Abschnitt 17 (d. h. wenn die Berechnungstemperatur außerhalb des Zeitstandbereiches liegt und
der Ausschnitt kein kritischer Bereich gemäß der Definition in Abschnitt 17.2 ist)
Die mittragende Wanddicke eb darf der Berechnungswanddicke ea, b des Stutzens gleichgesetzt werden und für das
Verhältnis ea, b/ea, s gelten keine Begrenzungen.
9.4.7
Mit der Schale verschweißte Stutzen
Stutzen liegen üblicherweise in folgender Verbindungsform vor: geschweißt (eingeschweißt, aufgeschweißt,
hervorstehende Stutzen), ausgehalst oder geschraubt.
Bei geschweißten Stutzen kann die Querschnittsfläche des Stutzens immer für die Verstärkung des Ausschnitts
berücksichtigt werden, sofern die Schweißmaße den Tabellen A-6 und A-8 des Anhangs A dieser Norm
entsprechen.
Bei aus der Schale ausgehalste Stutzen kann die Querschnittsfläche des Stutzens für die Verstärkung des
Ausschnitts berücksichtigt werden, sofern die Anforderungen nach 9.5.2.4.4.2 erfüllt werden.
Bei geschraubten Stutzen darf die Querschnittsfläche des Stutzens nicht für die Verstärkung des Ausschnitts
berücksichtigt werden.
9.4.8
Abstand zwischen Stutzen und Stumpfnaht der Schale
Der Abstand zwischen der Mittellinie einer Stumpfnaht der Schale (Längs- oder Rundnaht) und dem Mittelpunkt
eines Ausschnittes muss entweder kleiner als dib/6 oder größer als der Wert für ln sein, der sich wie folgt ergibt:
ln min 0,5 d eb 2ea,s ; 0,5 d eb 40
90
(9.4-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-1 — Zylinderschale mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch Wanddickenerhöhung
Bild 9.4-2 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch
Wanddickenerhöhung
Bild 9.4-3 — Zylinderschale mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch Verstärkungsscheibe
91
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-4 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch
Verstärkungsscheibe
Bild 9.4-5 — Zylinderschale mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch Verstärkungsring, mit externem
Blindflansch B
92
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-6 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit Einzelausschnitt und Verstärkung durch
Verstärkungsring, mit innerem Blindflansch B
Bild 9.4-7 — Zylinderschale mit Einzelausschnitt und aufgeschweisstem Stutzen
93
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-8 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit Einzelausschnitt und eingeschweisstem Stutzen
Bild 9.4-9 — Kugelschale mit Einzelausschnitt, Verstärkung durch höhere Wanddicke und
eingeschweisstem Stutzen
94
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Die für den Fall eines Stutzens in einer Kugelschale mit Verstärkungsscheibe eingetragenen Längen und
Flächen gelten auch für den Fall eines Stutzens in einer Zylinderschale mit Verstärkungsscheibe.
Bild 9.4-10 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit Einzelausschnitt und Schale, Stutzen und
Verstärkungsscheibe
95
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Figure 9.4-11 — Zylinderschale mit Einzelausschnitt und stumpfgeschweißtem Stutzen (siehe X) und
ausgehalster Schale (siehe Y)
Bild 9.4-12 — Kugelschale oder gewölbter Boden mit in die Schale eingehalstem Einzelausschnitt, mit
externem Blindflansch B
96
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-13 — Konische Schale mit isolierter Öffnung Kombinierte Verstärkung von Schale und Stutzen
97
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.4-14 — Begrenzung des Wanddickenverhältnisses von Stutzen für die Verstärkungsberechnung
dib
2ּris
Bild 9.4-15 — Begrenzung des tatsächlichen Wanddickenverhältnisses von Stutzen für die Fertigung
98
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5 Einzelausschnitte
9.5.1
Geltungsbereich
Ein Ausschnitt gilt als Einzelausschnitt, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
Lb a1 + a2 + lso1 + lso2
(9.5-1)
Dabei sind
die Werte a1 und a2 in den Bildern 9.6-1 bis -4 dargestellt und lso1 und lso2 werden wie folgt berechnet:
l so (2ris ec, s ) ec, s
(9.5-2)
Dabei ist
ec, s die angenommene Schalendicke, die — wie in 9.3.2 erklärt — verwendet werden muss; normalerweise kann
der Wert der Schalenberechnungsdicke ea, s verwendet werden, dies kann jedoch zu konservativen Ergebnissen
führen, und mitunter kann die Verwendung eines kleineren Schätzwertes für ec, s von Vorteil sein, um kleinere
Mindestabstände von den benachbarten Schalenunterbrechungen zu erhalten;
ris ergibt sich wie folgt:
bei Zylinder- oder Kugelschalen:
ris
De
ea, s
2
(9.5-3)
bei halbkugelförmigen oder torisphärischen Böden:
ris = R
(9.5-4)
bei elliptischen Böden:
ris
0,44 Di2
2h
0,02 Di
(9.5-5)
bei Kegelschalen:
r is
9.5.2
De
e a, s
2 cos
(9.5-6)
Verstärkungsregeln
9.5.2.1
9.5.2.1.1
Allgemeine Verstärkungsgleichung und Ableitungen
Die allgemeine Gleichung für die Verstärkung eines Einzelausschnitts lautet wie folgt:
Af s Af w f s 0,5 P Af p f op 0,5 P Af b f ob 0,5 P P Ap s Ap b 0,5 Ap
(9.5-7)
Dabei ist
fob = min (fs ; fb)
(9.5-8)
fop = min (fs ; fp)
(9.5-9)
Wenn ein Verstärkungsring eingebaut wird, müssen Afr und Apr durch Afb bzw. Apb ersetzt werden.
99
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.1.2
Für alle Ausschnitte, außer kleinen Ausschnitten und solchen mit Verstärkungsringen, kommt die
Gleichung (9.5-7) zur Anwendung, insbesondere:
a)
Ist entweder fb oder fp kleiner oder gleich fs, wird die Verstärkung nach Gleichung (9.5-7) ermittelt und
Pmax wird wie folgt berechnet:
Pmax
a)
b
ob
p
op
Ap + Ap + 0,5 Ap + 0,5 Af + Af + Af + Af
b
w
b
p
s
s
(9.5-10)
Sind fb und fp beide größer als fs, wird die Verstärkung wie folgt berechnet:
Af s Af w Af p Af b f s 0,5 P P Aps Ap b 0,5 Ap
(9.5-11)
Af Af Af Af f
w
b
p s
s
Pmax
Ap Ap 0,5 Ap 0,5 Af Af Af Af
b
w
b
p
s
s
(9.5-12)
9.5.2.1.3
a)
Af s + Af w f s + Af f + Af f
Für Ausschnitte mit Verstärkungsring gilt:
Ist fr kleiner als fs, gilt folgende Gleichung:
Af s Af w f s 0,5 P Af r f or 0,5 P P Aps Ap r 0,5 Ap
(9.5-13)
Pmax wird wie folgt berechnet:
Pmax
Af s Af w f s Af r f or
Ap Ap 0,5 Ap 0,5 Af Af Af
r
s
w
r
s
(9.5-14)
Dabei wird for wie folgt ermittelt:
for = min (fs; fr)
a)
(9.5-15)
Ist fr größer oder gleich fs, gilt folgende Gleichung:
Af s Af w Af r f s 0,5 P P Ap s Ap r 0,5 Ap
(9.5-16)
Pmax wird wie folgt berechnet:
Pmax
Af s Af w Af r f s
Ap Ap 0,5 Ap 0,5 Af Af Af
r
s
w
r
s
(9.5-17)
ANMERKUNG
Zur Anwendung der Gleichungen (9.5-10), (9.5-12), (9.5-14) und (9.5-17) auf verschiedene Lastfälle, siehe
3.16, Anmerkung 1.
9.5.2.2
Kleine Ausschnitte
Als kleine Ausschnitte gelten Ausschnitte, die die folgende Bedingung erfüllen:
d 0,15 (2ris e c, s ) e c, s
100
(9.5-18)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ist der Abstand wp eines kleinen Ausschnitts von einer Störstelle der Schale größer als der in 9.7.3 angegebene
Wert, ist keine Verstärkung erforderlich. Ist er kleiner als der Wert nach 9.7.3, ist eine Verstärkung nach
Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erforderlich. Der Abstand w zwischen dem kleinen Ausschnitt und der Störstelle der
Schale muss auf jeden Fall den in 9.7.1 geforderten Mindestwert wmin einhalten.
9.5.2.3
Allgemeine Anforderungen für Verstärkungen
9.5.2.3.1
Verstärkungsscheiben
Werden für die Verstärkung Verstärkungsscheiben verwendet (siehe Bilder 9.4-3, 9.4-4, 9.4-10), gilt:
Verstärkungsscheiben müssen unmittelbar an der Schale anliegen.
Die für die Verstärkung anrechenbare Breite der Verstärkungsscheibe l p' wird wie folgt berechnet:
l p' min l so ; l p
(9.5-19)
der für die Berechnung von Afp verwendete Wert von ep darf den folgenden Wert nicht überschreiten:
e p min e a, p ; e c, s
(9.5-20)
Darüber hinaus muss die Berechnungswanddicke der Verstärkungsscheibe die folgende Gleichung erfüllen:
e a, p 1,5 e a, s
(9.5-21)
ea, p und lp sind Maße von Verstärkungsscheiben, die in Gleichungen für Ausschnitte eingesetzt werden, die
auch durch Verstärkungsscheiben verstärkt werden dürfen; ist keine Verstärkungsscheibe vorhanden, sind die
Werte ea, p und lp gleich Null zu setzen. Trägt die Verstärkungsscheibe zur Verstärkung bei, dann gilt in allen
Fällen:
Af p l p' e p
9.5.2.3.2
9.5.2.3.2.1
(9.5-22)
Schweißnahtfaktor
Ausschnitt im Bereich einer bestimmenden Schweißnaht der Schale
Befindet sich im Bereich des Ausschnitts eine bestimmende Schweißnaht der Schale (siehe 5.6), muss der Wert fs
in Gleichung (9.5-7, 11, 13 und 16) für den Schalenwerkstoff durch fs ꞏ z ersetzt werden, wobei z der
Schweißnahtfaktor der die Bemessung bestimmenden Schweißnaht ist.
9.5.2.3.2.2
Stutzen mit Längsnaht
Bei einem Stutzen mit Längsnaht und einem Schweißnahtfaktor z muss der Wert fb für den Stutzenwerkstoff durch
fb ꞏ z ersetzt werden, ausgenommen sind Ausschnitte in Zylinder- oder Kegelschalen, wenn der Winkel nach der
Festlegung in 9.3.2 größer als 45° ist.
9.5.2.3.2.3
Verstärkungsscheibe mit Schweißnaht
Bei einer Verstärkungsscheibe mit einer Schweißnaht mit einem Schweißnahtfaktor z muss der Wert fp für den
Scheibenwerkstoff durch fp ∙ z ersetzt werden; ausgenommen sind Ausschnitte in Zylinder- oder Kegelschalen,
wenn der Winkel zwischen der Schweißnaht der Scheibe und der Mantellinie der Schale größer als 45° ist.
9.5.2.3.3
Als Ausgleich dienende Kehlnahtflächen
In allen Fällen gilt:
Afw ist die Fläche aller Verbindungsnähte zwischen verschiedenen Bauteilen (Schale und Stutzen, Schale und
Verstärkungsring oder Verstärkungsscheibe) innerhalb der Länge l s' auf der Schale (siehe 9.5.2.4.2) und den
auf dem Stutzen (siehe 9.5.2.4.4.1). Bereits in anderen Flächen berücksichtigte
Längen l b' und l bi'
Schweißnahtflächen, z. B. Afs, Afr, Afp oder Afb, dürfen nicht in Afw aufgenommen werden (siehe Bilder 9.4-6 und
9.4-10).
101
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.4
Druckbeanspruchte Querschnittsflächen Ap und spannungsbeanspruchte Querschnittsflächen Af
9.5.2.4.1
Allgemeines
Mit Bezug auf die allgemeinen Gleichungen und Ableitungen nach 9.5.2.1 sind die spannungs- und
druckbeanspruchten Querschnittsflächen nach verschiedenen Gleichungen in Abhängigkeit der unterschiedlichen
Fälle von Schalen und Stutzen zu berechnen.
Bei Vorhandensein von Verstärkungsscheiben ist die Querschnittsfläche Afp nach 9.5.2.3.1 zu berechnen.
Bei den zur Verstärkung beitragenden Kehlnahtflächen muss die Querschnittsfläche Afw nach 9.5.2.3.3 errechnet
werden.
Für die zusätzliche druckbelastete Querschnittsfläche Ap aufgrund der Schrägstellung eines Stutzens, siehe
9.5.2.4.5.
9.5.2.4.2
Schalen mit Ausschnitten ohne Stutzen oder Verstärkungsring, mit oder ohne
Verstärkungsscheiben
9.5.2.4.2.1
An einer Zylinderschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.4-1 und 9.4-3 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt
zu berechnen:
a
d
2
(9.5-23)
De
ea, s
2
(9.5-24)
ris
l so
(( De 2e a, s ) e c, s ) ec, s
(9.5-25)
l s' min (l so ; l s )
(9.5-26)
Ap s ris l s' a a ea, s ea, p
Af s l s' e c, s
(9.5-27)
(9.5-28)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb der Schale liegt (siehe Bild 9.4-2), dann gilt:
Ap s ris (l s' a )
(9.5-29)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.2.2
An einer Kegelschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.4-13 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:
a
102
d
2
(9.5-30)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ris
De
e a, s
2 cos
(9.5-31)
De
l so
2e a, s e c, s e c, s
cos
(9.5-32)
l s' min (l so ; l s )
(9.5-33)
Af s l s' e c, s
(9.5-34)
Ap s 0,5 l s' a 2ris l s' a tan a (e a, s e a, p )
(9.5-35)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb der Schale angeordnet ist, dann gilt:
Ap s 0,5 l s' a 2ris l s' a tan
(9.5-36)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.2.3
An Kugelschalen, gewölbten Böden, Zylinder- und Kegelschalen, Querschnittsfläche in
Quer-richtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.4-2 und 9.4-4, müssen in den folgenden Gleichungen die Werte für ris denen der
Gleichungen (9.5-3) bis (9.5-6) in 9.5-1 entsprechen.
l so
(2ris ec, s ) e c, s
(9.5-37)
l s' min (l so ; l s )
(9.5-38)
rms (ris 0,5 e a, s )
(9.5-39)
d
2 rms
(9.5-40)
a rms arcsin
(9.5-41)
Ap s 0,5 ris2
l s' a
a (e a, s e a, p )
0,5 ea, s ris
Af s l s' e c, s
(9.5-42)
(9.5-43)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb der Schale angeordnet ist, dann gilt:
Ap s 0,5 ris2
l s' a
0,5 e a, s ris
(9.5-44)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
103
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.4.3
Schalen mit Ausschnitten ohne Stutzen, verstärkt durch Verstärkungsringe
Es dürfen nur eingeschweißte Verstärkungsringe nach den Bildern 9.4-5 und 9.4-6 verwendet werden. Die für die
Verstärkung anrechenbare Breite er des Verstärkungsrings wird wie folgt berechnet:
e r min e a, r ; max 3e c, s ; 3l r
(9.5-45)
ANMERKUNG
Bei der hier beschriebenen Auslegung wird die Dichtheit nicht berücksichtigt. Zusätzliche Berechnung kann
erforderlich sein. Siehe Anhang G zur Flanschöffnung im Kugelboden (Bild G.3-7 b)).
Wenn Ring plus Schale als Schalenwand mit variabler Dicke betrachtet werden, die ab der Bohrung des
Verstärkungsrings beginnt (siehe Bilder 9.4-5 und 9.4-6), ergibt sich die maximale Länge lo von Ring plus Schale
aus der Bohrung, welche als Austrittsverstärkung fungiert, aus:
l o (2ris e a, m ) e a, m
(9.5-46)
l o l r l o l r
(9.5-47)
wobei ea, m die durchschnittliche Dicke ist (erreicht durch die Berücksichtigung von er und ec, s und durch iterative
Berechnung) an der Länge lo:
l
e a,m e c, s e r ec, s r
lo
(9.5-48)
lr
1
lo
(9.5-49)
mit
Ist die Breite des Verstärkungsrings lr größer als lo, kann für die Verstärkungsberechnung lr = lo angesetzt werden.
Deshalb beträgt die effektive Länge l s' der Schale für die Berechnung von Aps und Afs:
l s' min l s ; l o l r
9.5.2.4.3.1
(9.5-50)
Verstärkungsring an Zylinderschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.4-5 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:
a
d ir
2
(9.5-51)
De
e a, s
2
(9.5-52)
ris
l o (( De 2e a, s ) e a, m ) e a, m
Af s l s' e c, s
(9.5-54)
Af r l r e r
(9.5-55)
D
Aps e ea, s ls' lr a ea, r a
2
104
(9.5-53)
(9.5-56)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb des Ringes angeordnet ist, dann gilt:
D
Ap s e e a, s l s' l r a
2
9.5.2.4.3.2
(9.5-57)
Verstärkungsring an Kegelschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.4-5 und 9.4-13 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie
folgt zu berechnen:
a
d ir
2
(9.5-58)
De
e a, s
2 cos
(9.5-59)
ris
De
e a, m ea, m
2
e
a,
s
cos
lo
(9.5-60)
Af s l s' e c, s
(9.5-61)
Af r l r e r
(9.5-62)
Ap s 0,5 l s' l r a 2ris l s' l r a tan ea, r a
(9.5-63)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb des Ringes angeordnet ist, dann gilt:
Aps 0,5 ls' lr a 2ris ls' lr a tan
(9.5-64)
9.5.2.4.3.3
Verstärkungsring an Kugelschale, gewölbtem Boden, Zylinder- und Kegelschale,
Querschnitts-fläche in Querrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.4-6 müssen in den folgenden Gleichungen die Werte für ris denen der Gleichungen (9.5-3) bis
(9.5-6) in 9.5-1 entsprechen.
rms ris 0,5 e a, s
r
d er
2 rms
d er d ir 2l r
a r rms arcsin r
l o (2ris e a, m ) e a, m
(9.5-65)
(9.5-66)
(9.5-67)
(9.5-68)
(9.5-69)
105
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
d ir
2 rms
(9.5-70)
a rms arcsin
(9.5-71)
Aps 0,5 ris2
ls' ar
ea, r a
0,5 ec, s ris
Af s l s' e c, s
(9.5-72)
(9.5-73)
Af r l r e r
(9.5-74)
Wenn der Deckel des Ausschnittes innerhalb des Ringes angeordnet ist, dann gilt:
Ap s 0,5 ris2
9.5.2.4.4
l s' a r
0,5 e c, s ris
(9.5-75)
Stutzen senkrecht zur Schale, mit oder ohne Verstärkungsscheiben
9.5.2.4.4.1
Allgemeines
Dieser Unterabschnitt bezieht sich auf die Bilder 9.4-7 bis 9.4-13.
Bei Aufschweißstutzen (siehe Bild 9.4-7) oder Einschweißstutzen (siehe Bild 9.4-8) darf die für die Verstärkung
anrechenbare Länge des Stutzens nicht größer sein als lbo. Der Wert für lbo wird wie folgt berechnet:
d eb e b e b
l bo
(9.5-76)
Für die Berechnung des Wertes lbo muss der Durchmesser deb von Stutzen mit elliptischen oder länglich rundem
Querschnitt neben der kleinsten Größe der Bohrung genommen werden.
Für überstehende Stutzen (siehe Bilder 9.4-8 bis 9.4-10) gilt:
l bi' min l bi ; 0,5 l bo
(9.5-77)
Für Einschweißstutzen gilt:
Af b e b l b' l bi' es'
Af s l s' e c, s
(9.5-78)
(9.5-79)
Für Aufschweißstutzen gilt:
Af b e b l b'
(9.5-80)
Af s l s' e b e c, s
(9.5-81)
Dabei ist
106
l b' min l bo ; l b
(9.5-82)
l s' min l so ; l s
(9.5-83)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Der Wert es' ist die Einstecktiefe (vollständig oder teilweise) des Einschweißstutzens in der Schalenwand und darf
nicht größer sein als ea, s.
Für Einschweiß- und Aufschweißstutzen gilt:
Ap b 0,5d ib l b' e a, s
(9.5-84)
Wird für die Verstärkung zusätzlich eine Verstärkungsscheibe verwendet, dann gilt:
Ap p 0
(9.5-85)
Af p e p l p'
(9.5-86)
mit
l p' min l so ; l p
e p min e a, p ; e c, s
(9.5-87)
(9.5-88)
Darüber hinaus muss die Berechnungswanddicke der Verstärkungsscheibe die folgende Gleichung erfüllen:
e a, p 1,5 e a, s
9.5.2.4.4.2
(9.5-89)
Ausgehalste Stutzen
Für ausgehalste Stutzen gelten die Bilder 9.4-11, Form Y und 9.4-12. Sowohl Afs als auch Afb müssen zum
Ausgleich für Dickenabnahmen bei der Herstellung mit dem Faktor 0,9 multipliziert werden, wenn die Mindestdicke
bzw. die tatsächliche Dicke des ausgehalsten Teils nicht bekannt ist.
Für stumpfgeschweißte Stutzen nach Bild 9.4-11, Form X und ausgehalste Stutzen nach Bild 9.4-11, Form Y und
Bild 9.4-12 müssen die druckbeanspruchten Flächen Ap und die spannungsbeanspruchten Querschnittsflächen Af
der Stutzen nach einem geeigneten Verfahren berechnet werden.
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.4.3
Stutzen in Zylinderschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.4-7 und 9.4-9 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt
zu berechnen:
a
d eb
2
(9.5-90)
De
ea, s
2
(9.5-91)
ris
l so
(( De 2e a, s ) e c, s ) e c, s
l s' min (l so ; l s )
Ap s ris l s' a
(9.5-92)
(9.5-93)
(9.5-94)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
107
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.4.4.4
Stutzen in Kegelschale, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.4-13 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:
a
d eb
2
(9.5-95)
De
e a, s
2 cos
(9.5-96)
ris
De
l so
2e a, s e c, s ec, s
cos
(9.5-97)
l s' min (l so ; l s )
(9.5-98)
Ap s 0,5 l s' a 2ris l s' a tan
(9.5-99)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.4.5
Stutzen in Kugelschalen, gewölbten Böden, Zylinder- und Kegelschalen, Querschnittsfläche
in Querrichtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.4-8 und 9.4-10 müssen in den folgenden Gleichungen die Werte für ris denen der
Gleichungen (9.5-3) bis (9.5-6) in 9.5-1 entsprechen.
l so (2ris ec, s ) e c, s
l s' min (l so ; l s )
rms ris 0,5 ea, s
(9.5-101)
(9.5-102)
d eb
2 rms
(9.5-103)
a rms arcsin
(9.5-104)
Ap s 0,5 ris2
l s' a
0,5 e a, s ris
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.5
9.5.2.4.5.1
Stutzen schräg zur Schale, mit oder ohne Verstärkungsscheiben
Allgemeines
Dieser Unterabschnitt bezieht sich auf die Bilder 9.5-1, 9.5-2 und 9.5-3.
108
(9.5-100)
(9.5-105)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für den schrägen Stutzen gilt in allen Fällen:
Ap ist die zusätzliche Fläche aufgrund der Schrägstellung des Stutzens und ist gleich Null 0 , wenn der
Stutzen senkrecht 0 zur Schale angeordnet ist (siehe Bilder 9.5-1 und 9.5-3).
9.5.2.4.5.2
Allgemeines für Zylinder- und Kegelschalen
Wenn ein Stutzen schräg zur Querschnittsfläche in Querrichtung verläuft (siehe Bild 9.5-2) und den folgenden
Wert nicht überschreitet:
arcsin 1
(9.5-106)
mit
d eb
2 ris 0,5e a, s
(9.5-107)
dann ist die Verstärkung für die Querschnittsflächen in Längs- und Querrichtung zu prüfen. Für die Prüfung der
Querschnittsfläche in Längsrichtung ist gleich Null zu setzen.
Wenn die Stutzenachse schräg zur Querschnittsfläche in Längsrichtung verläuft (siehe Bild 9.5-1) und einen
Winkel von 60° nicht überschreitet, dann ist eine Prüfung der Verstärkung lediglich für die Querschnittsfläche in
Längsrichtung erforderlich.
Die Verstärkung muss immer an der Seite des Stutzens berechnet werden, auf der der Winkel zwischen Stutzenund Schalenwand kleiner als 90° ist:
Der Abstand a wird wie folgt berechnet:
i)
bei Zylinder- und Kegelschalen für die Querschnittsflächen in Längsrichtung:
a 0,5
i)
d eb
cos
(9.5-108)
bei Zylinder- und Kegelschalen für die Querschnittsfläche in Querrichtung:
a 0,5 rms arcsin sin arcsin sin
(9.5-109)
mit
rms ris 0,5 e a, s
d eb
2 rms
(9.5-110)
(9.5-111)
Die zusätzliche Fläche aufgrund der Schrägstellung des Stutzens ist wie folgt zu bestimmen:
Ap
d ib2
tan
2
(9.5-112)
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
109
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.4.5.3
Schräger Stutzen in Zylinderschalen, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.5-1 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:
Aps ris l s' a
(9.5-113)
Dabei wird a nach 9.5.2.4.5.2 berechnet.
Die Werte für ris , l so , l s' werden nach den Gleichungen und Bedingungen in 9.5.2.4.4.3 berechnet.
Die Werte für l bo , l bi' , es' , Af b , Af s , Ap b , Ap p , Af p und e p werden nach den Gleichungen und Bedingungen in
9.5.2.4.4.1 berechnet.
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.5.4
Schräger Stutzen in Kegelschalen, Querschnittsfläche in Längsrichtung
Mit Bezug auf die Bilder 9.5-1 und 9.4-13 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie
folgt zu berechnen:
Ap s 0,5 l s' a 2ris l s' a tan
(9.5-114)
Dabei wird a nach 9.5.2.4.5.2 berechnet.
ANMERKUNG
Dies gilt auch, wenn die tatsächliche Richtung der Stutzenachse zu einem reduzierten Wert für Aps auf der
Stutzenseite führt, für die die Verstärkung zu berechnen ist. Das bedeutet, dass die Gleichung für Aps bei einer Neigung der
Stutzenachse entlang der Mantellinie der Kegelschale sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung anzuwenden ist.
Die Werte für ris , l so , l s' werden nach den Gleichungen und Bedingungen in 9.5.2.4.4.4 berechnet.
Die Werte für l bo , l bi' , es' , Af b , Af s , Ap b , Ap p , Af p und e p werden nach den Gleichungen und Bedingungen in
9.5.2.4.4.1 berechnet.
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
9.5.2.4.5.5
Schräger Stutzen in Zylinder- und Kegelschalen, Querschnittsfläche in Querrichtung
Mit Bezug auf Bild 9.5-2 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:.
Aps 0,5 ris2
ls' a
0,5 ea, s ris
(9.5-115)
Dabei wird a nach 9.5.2.4.5.2 berechnet.
Die Werte für ris , l so , l s' werden nach den Gleichungen und Bedingungen in 9.5.2.4.4.5 berechnet.
Die Werte für l bo , l bi' , es' , Af b , Af s , Ap b , Ap p , Af p und e p werden nach den Gleichungen und Bedingungen in
9.5.2.4.4.1 berechnet.
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
110
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.5.2.4.5.6
Allgemeines für schräge Stutzen an Kugelschalen und gewölbten Böden
Dieser Unterabschnitt gilt für Stutzen an Kugelschalen und kugelförmigen Abschnitten gewölbter Böden sowie
elliptischer Böden (siehe Bild 9.5-3), deren Achse schräg zum Schalenradius verläuft und einen Winkel mit
diesem bildet, der nicht größer sein darf als der durch die folgende Gleichung gegebene Wert:
arcsin 1
(9.5-116)
d eb
2 rms
(9.5-117)
mit
rms ris 0,5 e a, s
(9.5-118)
Mit Bezug auf Bild 9.5-3 müssen in den folgenden Gleichungen die Werte für ris denen der Gleichungen (9.5-3) bis
(9.5-6) in 9.5-1 entsprechen.
Die Verstärkung muss in der Ebene berechnet werden, die durch die Stutzenachse und den Kugelradius durch den
Stutzenmittelpunkt gebildet wird. Bei der Berechnung sind nur die Flächen auf der Seite des Stutzens zu
berücksichtigen, auf der der Winkel zwischen Stutzenwand und Kugeloberfläche kleiner 90° ist. Allerdings muss l s'
auf beiden Seiten des Stutzens berechnet werden, wobei dann der kleinere der beiden Werte zu wählen ist.
Für Kugelschalen und gewölbte Böden wird der Wert für a wie folgt berechnet:
a 0,5 rms arcsin sin arcsin sin
(9.5-119)
Dabei ist
rms ris 0,5 e a, s
d eb
2 rms
(9.5-120)
(9.5-121)
Die zusätzliche Fläche aufgrund der Schrägstellung des Stutzens ist wie folgt zu bestimmen:
Ap
d ib2
tan
2
(9.5-122)
Mit Bezug auf Bild 9.5-3 sind die für Ausgleichszwecke bei Ausschnitten dienenden Werte wie folgt zu berechnen:
Aps 0,5 ris2
ls' a
0,5 ea, s ris
(9.5-123)
Dabei wird a nach 9.5.2.4.5.6 berechnet.
Die Werte für ris , l so , l s' werden nach den Gleichungen und Bedingungen in 9.5.2.4.4.5 berechnet.
Die Werte für l bo , l bi' , es' , Af s , Af b , Ap b , Ap p , Af p und e p werden nach den Gleichungen und Bedingungen in
9.5.2.4.4.1 berechnet.
Für eine ausreichende Verstärkung muss entweder Gleichung (9.5-7) oder (9.5-11) erfüllt sein.
111
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.5-1 — Zylinderschale mit zur Schnittfläche in Längsrichtung schräg angeordnetem Stutzen
112
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.5-2 — Zylinderschale mit zur Schnittfläche in Querrichtung schräg angeordnetem Stutzen
113
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.5-3 — Kugelschale mit nicht radial angeordnetem Stutzen
Bild 9.5-4 — Lage von Ausschnitten, Stutzen und Verstärkungsscheiben in gewölbtem Böden
114
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.6
Mehrfachausschnitte
9.6.1
Benachbarte Ausschnitte
Für die in diesem Unterabschnitt beschriebene Stegprüfung (in 9.6.3) und Gesamtprüfung (in 9.6.4) gelten die
folgenden Anwendungskriterien.
Genügt der in Bilder 9.6-1 und 9.6-3 dargestellte Abstand Lb der Mittelpunkte zweier benachbarter Ausschnitte
nicht dem Kriterium in Gleichung (9.5-1), muss, sofern nicht alle Bedingungen in 9.6.2 erfüllt werden, eine
Stegprüfung gemäß 9.6.3 durchgeführt werden. Wird die Forderung der Stegprüfung nicht erfüllt, muss eine
Gesamtprüfung durchgeführt werden. Bei Erfüllung der Stegprüfung ist keine Gesamtprüfung erforderlich.
Kein Steg zwischen den Stutzen darf kleiner sein als:
max (3e a,s ; 0,2 (2r is e c,s ) e c,s )
(9.6-1)
wobei ris der Mittelwert zwischen den Schalenradien an den Mittelpunkten von zwei benachbarten Stutzen (z. B.
einer kegelförmigen Schale) ist.
Die Forderungen in 9.5 für Einzelausschnitte müssen in allen Fällen erfüllt werden.
9.6.2
Bedingungen für Entfallen der Stegprüfung
Werden alle folgenden Bedingungen erfüllt, ist eine Stegprüfung nicht erforderlich:
a)
Die Summe aller Stutzendurchmesser (oder größten Breiten) erfüllt nachstehende Gleichung:
(d 1 d 2 .. d n ) 0,2 (2r
b)
e
c, s
)e
c, s
(9.6-2)
Die Stutzen liegen vollständig innerhalb eines Kreises mit dem Durchmesser dc, der wie folgt berechnet wird:
d c 2 (2r
c)
is
is
e
c, s
)e
c, s
(9.6-3)
Die Stutzen sind von allen anderen Ausschnitten oder Störstellen außerhalb dieses Kreises getrennt.
9.6.3
9.6.3.1
Stegprüfung benachbarter Ausschnitte
Allgemeines
Die Stegprüfung ist bestanden, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist (siehe Bilder 9.6-1 bis 9.6-4):
(AfLs Afw)( fs 0,5P) Afb1 ( fob1 0,5P) Afp1 ( fop1 0,5P) Afb2 ( fob20,5P)
Afp2 ( fop20,5P) P (ApLs Apb1 0,5 Ap1 Apb2 0,5 Ap2)
(9.6-4)
Bei Verwendung eines Verstärkungsrings können Afb und Apb durch Afr und Apr ersetzt werden.
Die in dieser Gleichung verwendeten Flächen AfLs und ApLs der Schale sind in 9.6.3.2.2 und 9.6.3.2.3 definiert.
Für Gruppen von Ausschnitten ist die Stegprüfung bei jedem Paar benachbarter Ausschnitte durchzuführen.
9.6.3.2
Ausschnitte in Zylinder- und Kegelschalen
9.6.3.2.1
Bei zwei benachbarten Ausschnitten in Zylinder- und Kegelschalen (siehe Bilder 9.6-1 und 9.6-2) muss
Gleichung (9.6-4) in der Ebene erfüllt sein, die senkrecht zur Schalenwand liegt und in der sich die Mittelpunkte
beider Ausschnitte befinden. Die Werte von ApLs und AfLs sind 9.6.3.2.2 und 9.6.3.2.3 zu entnehmen.
115
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für Zylinderschalen wird ApLs wie folgt ermittelt:
9.6.3.2.2
0,5r is2 Lb (1 cos )
r is 0,5e a,s sin
Ap Ls
(9.6-5)
Dabei ist ris durch Gleichung (9.5-3) gegeben.
Für Kegelschalen wird ApLs wie folgt ermittelt:
ApLs
0,25ris1 ris 2 2 Lb 1 cos
ris1 ris 2 ea,s sin
(9.6-6)
Dabei ist ris durch Gleichung (9.5-6) gegeben.
In allen Fällen ist der Winkel aus Bild 9.6-1 und Lb nach den Bildern 9.6-1 bis 9.6-6 zu entnehmen.
AfLs wird wie folgt ermittelt:
9.6.3.2.3
AfLs (Lb a1 a2 ) ec,s
(9.6-7)
Die entlang der Linie Lb gemessenen Abstände a1 und a2 werden wie folgt berechnet (siehe Bilder 9.6-1 und 9.6-2):
a)
In Fällen mit 0° (d.h. Stutzen in der Behälterachse) gilt:
a
b)
0,5d eb
cos e
(9.6-8)
In Fällen mit 0°, in denen:
der schräge Stutzen zum benachbarten Ausschnitt hin geneigt ist, gilt:
a ros [arcsin ( sin e ) e ]
(9.6-9)
der schräge Stutzen vom benachbarten Ausschnitt weg geneigt ist, gilt:
a ros [e arcsin ( sin e )]
(9.6-10)
Dabei ist:
ros
ris
sin 2
0,5ea,s
deb
2ros
(9.6-11)
(9.6-12)
Der Wert des Arkussinus (arcsin) wird in rad angegeben.
Bei benachbarten schrägen Stutzen, die auf der gleichen Mantellinie liegen, sind die Stutzenachsen in die Ebene
zu projizieren, in der die Mittelpunkte der Ausschnitte und die Schalenachse liegen.
Die Werte für Ap1 und Ap2 sind nach 9.5.2.4.5.2 zu berechnen.
116
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.6.3.3
Ausschnitte in Kugelschalen und gewölbten Böden
Bei zwei benachbarten senkrechten Ausschnitten (siehe Bild 9.6-3) muss die Gleichung (9.6-4) in der Ebene erfüllt
sein, die senkrecht zur Schalenwand liegt und in der sich die Mittelpunkte beider Ausschnitte befinden.
Für diesen Zweck werden die Abstände a1 und a2 und die Flächen ApLs und AfLs mit den Gleichungen in 9.6.3 für
Zylinderschalen und mit einem Winkel 90° berechnet.
Bei benachbarten schrägen Stutzen (siehe Bild 9.6-4) sind die Stutzenachsen in die Ebene zu projizieren, in der
die Senkrechten zur Schalenwand im Mittelpunkt jedes Ausschnitts liegen. Die Werte für Ap1 und Ap2 sind nach
9.5.2.4.5.6 zu berechnen.
9.6.3.4
Benachbarte Ausschnitte mit regelmäßigem Lochmuster
Benachbarte Ausschnitte liegen dann in einem regelmäßigen Lochmuster, wenn mindestens 3 Stutzen auf
derselben Linie liegen (Umfangs- oder Längslinie mit einem Winkel zur Mantellinie für zylindrische oder
kegelförmige Schalen und in sämtlichen Richtungen für kugelförmige Schalten und gewölbte Böden). Keine
Ausschnitte dürfen sich in einer Entfernung von weniger als 2lso in der Nähe dieser benachbarten Ausschnitte
befinden.
Wenn Bohrungen in einem regelmäßigen Lochschema gebohrt werden, können die in der Wasserrohrkesselnorm
(siehe EN 12952) angegebenen Konstruktionsmethoden zum Einsatz kommen.
9.6.3.4.1
Wenn benachbarte Ausschnitte in einem regelmäßigen Lochschema denselben Wert des
Innendurchmessers dib und dieselbe Entfernung Lb untereinander haben, mit Stutzen senkrecht zur Schale mit
denselben Abmessungen und mit Wert fb nicht kleiner als fs der Schale, dann können die nachstehenden
Bedingungen für die Beurteilung der Verstärkung angewandt werden.
Unter Berücksichtigung der Länge n x Lb, die durch die Bohrungen belegt ist, lässt sich die allgemeine Gleichung
(9.6-4) wie folgt vereinfachen:
n Af Ls ( f s 0,5P ) n 2 Af b ( f s 0,5P ) P n ( Ap Ls 2 Ap b )
(9.6-13)
wobei
AfLs = ec,s ( Lb - dib )
(9.6-14)
Afb = lbo ea,b
(9.6-15)
Apb = 0,5dib lbo
(9.6-16)
ApLs ist in 9.6.3 für verschiedenen Schalentypen und verschiedene Werte von definiert
für kegelförmige Schalen r i
r i 1 r in
2
(9.6-17)
Deshalb kommen die nachstehenden Bedingungen auf die Verstärkung der benachbarten Ausschnitte zur
Anwendung, die in ein regelmäßiges Lochmuster gebohrt sind:
ec , s ( Lb d ib ) 2 ea ,b l bo
9.6.4
P
( Ap Ls d ib l bo )
( f s 0,5P )
(9.6-18)
Gesamtprüfung benachbarter Ausschnitte
Wird die Stegprüfung nicht erfüllt, ist eine Gesamtprüfung durchzuführen, bei der die Berechnung auf eine größere
Querschnittsfläche ausgedehnt wird, die beide Wände jedes Stutzens und die angrenzenden Flächen der
Schalenwand einschließt (siehe Bilder 9.6-5 und 9.6-6). Dabei müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein:
a)
Lb + a’1 + a’2 < 2 (lso1 + lso2)
(9.6-19)
117
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei werden a’1 und a’2 in der zum Steg entgegengesetzten Richtung genommen.
b)
Gleichung (9.6-4) muss erfüllt sein, wobei der zweite Term auf der rechten Seite mit dem Faktor 0,85
multipliziert wird.
c)
Im Bereich der beiden betrachteten Ausschnitte liegt kein weiterer benachbarter Ausschnitt.
d)
Keiner der beiden Ausschnitte liegt in der Nähe von Störstellen (siehe 9.7.2).
Eine weitere Verstärkungsberechnung ist durchzuführen, in die der gesamte Schalenquerschnitt auf der Länge Lb1
einbezogen wird. Dabei ist:
Lb1 Lb a’1 a’2 k lso1 k lso2
(9.6-20)
Dabei ist Lb1 wie in 9.5.1 definiert, und der Wert von k wird wie folgt ermittelt:
k 2
Lb a'1 a' 2
l so1 l so2
(9.6-21)
Ist der Wert von k größer 1, ist er gleich 1 zu setzen.
Die folgende Bedingung muss erfüllt sein (siehe Bilder 9.6-5 und 9.6-6):
(AfOs Afw)(fs 0,5P) 2Afb1(fob1 0,5P) 2Afb2 (fob2 0,5P) Afpo1 (fop1 0,5P)
Afpo2 (fop2 0,5P) Afp i (fopi 0,5P) P (ApOs 2Apb1 Ap1 2Apb2 Ap2)
(9.6-22)
Dabei ist:
ApOs und die Abstände a1 und a2 sowie a'1 und a'2 werden nach 9.6.3 berechnet, wobei Lb durch Lb1 ersetzt und ris
wie in Gleichung (9.5-3 bis -6) definiert verwendet wird.
AfOs (Lb1 a1 a2 a’1 a’2)ec,s
(9.6-23)
Afw ist die Summe der Schweißnahtflächen auf der Länge Lb1.
Für jeden Stutzen werden die Werte für Afb, Apb und Ap nach 9.5.2.4.4 und 9.5.2.4.5 berechnet;
Für Verstärkungsscheiben außerhalb von Lb gilt:
Afpo ep l’p
(9.6-24)
l’p min (lp ; klso)
(9.6-25)
Für Verstärkungsscheiben zwischen Stutzen und innerhalb von Lb gilt:
118
Afpi ep Lbp
(9.6-26)
Lbp min ( lp ; (Lb al a2) )
(9.6-27)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1) Richtung der Erzeugenden
ANMERKUNG
Der in den Bildern 9.6-1 und 9.6-2 dargestellte Schnitt illustriert den Fall 0
Figure 9.6-1 — Stegprüfung benachbarter senkrechter Stutzen in einer Zylinderschale
119
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Der in den Bildern 9.6-1 und 9.6-2 dargestellte Schnitt illustriert den Fall 0
Figure 9.6-2 — Stegprüfung benachbarter schräger Stutzen in einer Kegelschale
120
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Figure 9.6-3 — Stegprüfung benachbarter senkrechter Stutzen in einer Kugelschale
121
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Figure 9.6-4 — Stegprüfung benachbarter schräger Stutzen in einer Kugelschale
122
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Figure 9.6-5 — Gesamtprüfung benachbarter Stutzen in einer Zylinderschale
123
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.6-6 — Gesamtprüfung benachbarter Stutzen in einer Kugelschale oder einem gewölbten Boden
124
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.7 Ausschnitte in der Nähe von Störstellen der Schale
9.7.1 Für den zulässigen Abstand w (siehe Bilder 9.7-1 bis 9.7-11) zwischen einem Ausschnitt und einer
Störstelle der Schale gelten zwei Bedingungen:
a)
Der Abstand w (siehe Bilder 9.7-1 bis 9.7-11) eines Ausschnitts von einer Störstelle darf nicht kleiner sein als
der Mindestwert wmin nach 9.7.2.1.
b)
Liegt ein Ausschnitt innerhalb eines Abstands wp von einer Störstelle, muss die für die Ausschnittverärkung
anrechenbare Länge der Schale ls nach 9.7.3 verringert werden.
9.7.2
Anforderungen für wmin
9.7.2.1
a)
Ausschnitte in Zylinderschalen
Bei Zylinderschalen, die mit gewölbten oder halbkugelförmigen Böden, der großen Grundfläche eines Kegels ,
ebenen Böden, Rohrböden und beliebigen Flanschen verbunden sind, wird der Abstand w wie in den Bildern
9.7-1 bis 9.7-3 und 9.7-5 dargestellt gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = max (0,2 (2ris ec,s ) ec,s ; 3ea,s )
b)
(9.7-1)
Bei Zylinderschalen, die mit der kleinen Grundfläche eines Kegels, zum Zylinder konvexen Kugelschalen und
anderen nicht koaxialen Zylinderschalen verbunden sind, wird der Abstand w wie in den Bildern 9.7-6 bis 9.7-8
dargestellt gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = lcyl
(9.7-2)
Dabei ist:
lcyl =
c)
Dc e1
(9.7-3)
Bei Zylindern, die mit Kompensatoren verbunden sind, wird der Abstand w wie in Bild 9.7-4 dargestellt
gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = 0,5lcyl
9.7.2.2
a)
(9.7-4)
Ausschnitte in Kegelschalen
Bei Kegelschalen, die mit ihrer großen Grundfläche mit einer koaxialen Zylinderschale verbunden sind, wird
der Abstand w wie in Bild 9.7-9 dargestellt gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = max 0,2
Dc ea,s
; 3ea,s
cos
(9.7-5)
Dabei ist Dc der mittlere Durchmesser der Zylinderschale, ea,s die Wanddicke der Kegelschale und der halbe
Öffnungswinkel.
b)
Bei Kegelschalen, die mit ihrer kleinen Grundfläche mit einer koaxialen Zylinderschale verbunden sind, wird
der Abstand w wie in Bild 9.7-10 dargestellt gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = lcon
(9.7-6)
Dabei ist:
lcon =
Dc e 2
cos
(9.7-7)
125
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9.7.2.3
Ausschnitte in gewölbten und verschraubten Böden
Bei Ausschnitten in gewölbten und verschraubten Böden wird der Abstand w zwischen dem Ausschnittrand und
dem Flansch wie in Bild 9.7-11 dargestellt gemessen und muss die folgende Bedingung erfüllen:
w wmin = max (0,2 (2ris ec,s ) ec,s ; 3ea,s )
9.7.2.4
(9.7-8)
Ausschnitte in elliptischen und torisphärischen Böden
Bei gewölbten Böden wird der Abstand w entlang des Meridians zwischen dem Rand des Ausschnitts
(Außendurchmesser von Stutzen oder Scheibe) und dem Punkt auf dem gewölbten Boden gemessen, der wie in
Bild 9.5-4 dargestellt durch den Abstand De/10 festgelegt ist (d. h. wmin = 0). Wenn der Wert w, wie oben begrenzt,
nicht ausreicht, den Ausschnitt zu verstärken, ist es zulässig, bei der Verstärkung die gesamte Länge ls
anzusetzen, vorausgesetzt, die Dicke des Bodens nach 7.7, der eine in den Krempenbereich reichende Öffnung
enthält, wird berücksichtigt.
9.7.2.5
Ausschnitte in Halbkugelböden
Für einen mit einem zylindrischen Mantel, einem Flansch, oder einer Rohrplatte verbundenen Halbkugelboden
muß die Distanz w folgende Bedingung erfüllen:
w w min max 0,2 2ris ec,s ec,s ; 3e a,s
9.7.3
(9.7-9)
Anforderungen für wp
Ist der nach den Bildern 9.7-1 bis 9.7-11 gemessene Abstand w eines Ausschnitts von einer Störstelle kleiner als
der nachstehend nach a), b) oder c) ermittelte Wert wp, wird die zur Verstärkung anrechenbare Schalenlänge ls in
Gleichung (9.5-26) und weiteren entsprechenden Gleichungen auf die folgenden Werte verkleinert.
a)
b)
c)
126
Bei Störstellen nach 9.7.2.1.(a), 9.7.2.2.(a), 9.7.2.3, 9.7.2.4 und 9.7.2.5:
w < wp = lso
(9.7-10)
ls = w
(9.7-11)
Bei Störstellen nach 9.7.2.1.(b) und (c):
w < wp = lso + wmin
(9.7-12)
ls = w - wmin
(9.7-13)
Bei Störstellen nach 9.7.2.2.(b):
w < wp = lso + lcon
(9.7-14)
ls = w - lcon
(9.7-15)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-1 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer gewölbtem Boden
Bild 9.7-2 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer großen Grundfläche eines
Kegels
127
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-3 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einem ebenen Boden oder
Rohrböden
Bild 9.7-4 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einem Kompensator
128
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-5 — Ausschnitt in einer Zylinderschale nahe einer Flanschverbindung
Bild 9.7-6 — Ausschnitt in einer Zylinderschale nahe der Verbindung mit der kleinen
Kegelgrundfläche eines kegelförmigen Reduzierstücks
129
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-7 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer Kugelschale
Bild 9.7-8 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer anderen nicht axialen
Kegelschale
130
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-9 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer koaxialen Zylinderschale an
der großen Grundfläche
Bild 9.7-10 — Ausschnitt in einer Kegelschale nahe einer Verbindung mit einer koaxialen Zylinderschale an
der kleinen Grundfläche
131
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 9.7-11 — Ausschnitt in gewölbten und verschraubten Boden nahe einer Flanschverbindung
132
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10 Ebene Böden
10.1 Anwendungsbereich
10.1.1 Dieser Abschnitt legt die Verfahren zur Berechnung der Dicke runder und nicht runder unverankerter
ebener Böden unter Druck sowie ausreichender Verstärkungen für Ausschnitte in derartigen Böden fest. Andere
als Druckbelastungen sind in diesen Anforderungen nicht berücksichtigt.
ANMERKUNG 1 Dieses Verfahren berücksichtigt die Spannungen, die bei verschweißten Böden durch die Kräfte und
Momente an der Verbindung und bei verschraubten Böden durch die Kräfte und Momente durch Flansch und Verschraubung
verursacht werden.
ANMERKUNG 2 Für die Berechnung von Behältern mit rechteckigem Querschnitt gelten die Anforderungen in Abschnitt 15.
10.1.2 Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten nicht für verankerte Platten, d. h. Platten, die durch Streben,
Rundanker oder Ankerrohre gestützt werden.
ANMERKUNG
Verankerte Platten können nach den Gleichungen und Verfahren der Europäischen Norm für Großwasserraumkessel (siehe EN 12953) mit den zulässigen Spannungen dieser Norm berechnet werden.
Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten nicht für Wärmeaustauscher-Rohrböden. Diese werden in Abschnitt 13
behandelt.
10.1.3 Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten nicht für selbstabdichtende Deckel, das heißt Deckel, bei
denen der Dichtungsdruck durch die Wirkung des Innendrucks erzeugt wird und die mit einer Anschraubvorrichtung
versehen sind.
10.2 Zusätzliche Begriffe
Folgende Begriffe gelten zusätzlich zu den Begriffen in Abschnitt 3 und 11.
10.2.1
ebener Boden
unverankerte ebene Platte von konstanter Dicke, die mit einer Schale verschweißt oder verschraubt ist; sie wird
weder durch Anker oder Ankerrohre gestützt, noch durch Träger versteift und liegt nur an ihrem Rand auf, so dass
sie überwiegend durch Biegung beansprucht wird
10.2.2
Ansatz
zylindrischer oder kegelförmiger Bördelrand an einem ebenen Boden, der es ermöglicht, den Boden durch eine
Stumpfnaht mit einer Zylinderschale zu verschweißen (siehe Bild 10.4-1)
10.2.3
Entlastungsnut
Umfangsnut in einem ebenen Boden, der durch eine Stumpfnaht mit einer Zylinderschale zu verschweißen ist
(siehe Bild 10.4-3)
10.2.4
ringförmiger Boden
ebene ringförmige Platte, die an ihrem Außendurchmesser mit einer Zylinderschale und an ihrem
Innendurchmesser mit einer zweiten Zylinderschale verbunden ist und überwiegend durch Biegung und nicht durch
Schub beansprucht wird
10.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in den Abschnitten 4 und 11.
A
a’
Verstärkend wirkender Stutzenabschnitt, siehe 10.6.2.2;
Kleineres Breitenmaß rechteckiger, elliptischer oder länglich runder Platten;
133
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
134
b'
C1, C2
C3, C4
c
Deq
DF
Größeres Breitenmaß rechteckiger, elliptischer oder länglich runder Platten;
Beiwerte für die Berechnung runder ebener Böden;
Beiwerte für die Berechnung nicht runder ebener Böden;
Mittlerer Abstand zwischen wirksamem Dichtungsdurchmesser und Lochkreisdurchmesser;
Äquivalenter Durchmesser eines Bodens mit Ansatz, siehe Bild 10.4-1;
Durchmesser des ebenen Teils eines Bodens mit konischem Ansatz, siehe Bild 10.4-1;
DI
Innendurchmesser der Zylinderschale mit verschweißtem ebenen Boden. Ist die Wanddicke im
Anschlussbereich nicht konstant, ist Di der Innendurchmesser des äquivalenten Zylinders mit
der mittleren Wanddicke es (siehe Bild 10.4-1b);
DX
Innendurchmesser eines ringförmigen Bodens;
DY
Außendurchmesser eines ringförmigen Bodens;
d
Ausschnittdurchmesser, äquivalenter Stutzendurchmesser, mittlerer Durchmesser von zwei
Ausschnitten oder mittlerer äquivalenter Durchmesser von zwei Stutzen;
dI
Stutzeninnendurchmesser;
de
Stutzenaußendurchmesser;
e1
Erforderliche Dicke des Flanschbereichs eines ebenen Bodens;
eab
Berechnungswanddicke des äußeren Stutzenquerschnitts, siehe Bild 10.6-3;
e’ab
Berechnungswanddicke des inneren Stutzenüberstands, siehe Bild 10.6-4;
eaf
Berechnungswanddicke eines Bodens mit Ansatz;
eb
Erforderliche Stutzenwanddicke für die Druckbelastung;
eo
Erforderliche Dicke eines Bodens ohne Ausschnitte für die Berechnung eines Bodens mit
Ausschnitten;
er
Erforderliche Dicke eines Bodens an der Entlastungsnut, siehe Bild 10.4-3;
es
Berechnungswanddicke einer Zylinderschale mit konstanter Wanddicke oder äquivalente
Wanddicke einer Zylinderschale mit konischem Übergang des Ansatzes;
fA
Berechnungsnennspannung des Werkstoffs bei Raumtemperatur;
fb
Berechnungsnennspannung des Stutzens bei Berechnungstemperatur;
fmin
Kleinerer Wert der Berechnungsnennspannung f des Bodens und fs der Schale
fs
Berechnungsnennspannung der Schale bei Berechnungstemperatur;
h
Kleinster Abstand des Mittelpunkts eines Ausschnitts von der Schaleninnenseite, siehe
Bild 10.6-1;
hw
Abstand der Außenwand eines Bodens mit Entlastungsnut von der Schweißnaht auf der
Schale (siehe Bild 10.4-3);
j
Aus der Lage eines Ausschnitts ermittelter Faktor, siehe 10.6.2.1;
k
Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Ausschnitte, siehe Bild 10.6-2;
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
l
Mittragende Länge des äußeren Stutzenüberstands;
l’
Mittragende Länge des inneren Stutzenüberstands, siehe Bild 10.6-3;
lcyl
Länge der Zylinderschale, wie in Bild 10.4-1 bis 10.4-3 dargestellt, die zur Festigkeit von
ebenen Böden (aller Arten von ebenen Böden) und der Verbindung ebener Böden und
Schalen (direkt an die Schale angeschweißte Böden) beiträgt;
n
Anzahl der Schrauben an einem ebenen, nicht kreisförmigen Boden;
r
Innerer Übergangsradius eines Ansatzes, siehe Bild 10.4-1;
rd
Innerer Radius einer Entlastungsnut, siehe Bild 10.4-3;
tB
Mittlere Schraubenteilung in einem verschraubten ebenen Boden;
Y1
Berechnungsbeiwert der Ausschnittverstärkung, siehe Gleichung (10.6-3);
Y2
Berechnungsbeiwert der Ausschnittverstärkung, siehe Gleichung (10.6-4);
Querkontraktionszahl des Bodenwerkstoffs;
10.4 An Zylinderschalen angeschweißte runde ebene Böden ohne Ausschnitte
10.4.1 Allgemeines
Die Anforderungen in 10.4.2 bis 10.4.5 gelten für folgende runde ebene Böden ohne Ausschnitt:
Böden mit Ansatz, siehe Bild 10.4-1;
kehlnahtverschweißte Böden, siehe Bild 10.4-2;
Böden mit Entlastungsnut, siehe Bild 10.4-3.
10.4.2 Geltungsbereich
10.4.2.1
Auf der Länge lcyl (siehe Bilder 10.4-1 bis 10.4.-3) darf keine weitere Verbindung zwischen der Schale
und einem Boden, Rohrboden oder Flansch oder einer anderen Schale liegen.
10.4.2.2
Für Böden mit Ansatz gelten folgende Bedingungen:
a)
Der Übergangsradius des Ansatzes muss die nachstehenden Gleichungen erfüllen: r es und r 1,3 eaf;
b)
Ansatz und anschließender Zylinder dürfen versetzt sein, der Versatz ihrer Wandmittellinien darf jedoch die
Differenz zwischen ihren Nennwanddicken nicht überschreiten;
c)
bei einem konischen Ansatz darf die Abschrägung nicht größer sein als 1 : 3;
d)
ist die an den Boden anschließende Wanddicke der Zylinderschale konstant (siehe Bild 10.4-1(a)), wird lcyl wie
folgt berechnet:
l cyl 0,5
e)
( Di e s ) e s
(10.4-1)
ist die an den Boden anschließende Wanddicke der Zylinderschale nicht konstant (siehe Bild 10.4-1(b)), ist
zunächst für lcyl ein Wert anzunehmen und die mittlere Wanddicke über diese Länge zu berechnen. Dieser
Dickenwert ist in Gleichung (10.4-1) einzusetzen und damit lcyl zu berechnen. Ist der berechnete Wert größer
als der angenommene, muss die Berechnung mit einem größeren angenommenen Wert für lcyl wiederholt
werden.
Ebene Böden, die diese Gleichungen nicht erfüllen, sind als kehlnahtverschweißte Böden zu behandeln.
135
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Länge lcyl für kehlnahtverschweißte Böden (siehe Bild 10.4-2) ist durch folgende Gleichung
10.4.2.3
gegeben:
l cyl ( Di es ) es
10.4.2.4
(10.4.2)
Für ebene Böden mit Entlastungsnut (siehe Bild 10.4-3) gelten die folgenden Bedingungen:
a)
lcyl ist auch durch Gleichung (10.4-2) gegeben;
b)
der Radius rd muss mindestens 0,25 es oder 5 mm betragen, es gilt der jeweils höhere Wert;
c)
der Mittelpunkt des Radius muss innerhalb der Dicke des Bodens liegen und der Abstand hw der Schweißnaht
zwischen Boden und Schale von der Außenfläche des Bodens muss größer sein als (e – 2 mm),
(siehe Bild 10.4-3).
10.4.3 Ebene Böden mit Ansatz
Die erforderliche Mindestdicke des Bodens mit Ansatz wird wie folgt berechnet:
e C1 Deq
P
f
(10.4-3)
Wenn der Abstand von der Innenfläche des ebenen Teils des Bodens zu der Schweißnaht zwischen Boden und
Schale größer ist als lcyl + r, wird der Beiwert C1 aus Bild 10.4-4 ermittelt oder durch:
D es
es
C1 max 0,40825 A1 i
, 0,299 1 1,7
Di
Di
(10.4-4)
Dabei ist:
es
A1 B1 1 B1
2 Di e s
2
B1 1
3 f es
3 Di
16 Di es
P Di es
(10.4-5)
4
P 3 2 Di es es
f 4 Di es 3
2
(10.4-6)
Wenn dieser Abstand kleiner ist als lcyl + r wird der Beiwert C1 ebenfalls aus Bild 10.4-4 ermittelt, jedoch wird P/f
anstelle von P/fmin eingesetzt.
Bei konstanter Wanddicke der Schale nach Bild 10.4-1(a) gilt:
Deq Di r
(10.4-7)
Bei konisch abnehmender Wanddicke der Schale nach Bild 10.4-1(b) gilt:
Deq
D i D F
2
(10.4-8)
Folgende Bedingung muss erfüllt sein:
e af e
136
(10.4.9)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10.4.4 Kehlnahtverschweißte ebene Böden
Die erforderliche Mindestdicke des Bodens muss dem größten der wie folgt berechneten Werte
10.4.4.1
entsprechen:
e max C1 Di
P
C 2 Di
f
P
f min
(10.4-10)
Dabei ist
f min min f ; f s
(10.4-11)
C1 ergibt sich:
entweder aus Bild 10.4-4;
oder durch Gleichung (10.4-4), errechnet mit dem aus den Gleichungen (10.4-5) und (10.4-6) abgeleiteten
Wert für A1 , wobei fmin für f eingesetzt wird.
C2 ergibt sich aus Bild 10.4-5.
Anstatt C2 aus Bild 10.4-5 zu entnehmen, kann der Ausdruck C 2 Di
P
f min
auch direkt mit dem Verfahren nach
10.4.6 berechnet werden.
ANMERKUNG
Gleichung (10.4-10) gilt nur für Werte von P/f bis 0,1 (siehe Bilder 10.4-4 und 10.4-5). Für Werte von P/f
kleiner als 0,01 darf der Wert entsprechend P/f = 0,01 verwendet werden. Für Werte von P/f größer als 0,1 wird der analytische
Zulässigkeitsnachweis entsprechend Anhang B oder C empfohlen.
Beträgt C2 weniger als 0,30, dann ist nur der erste Term der Gleichung (10.4-10) zu berücksichtigen.
10.4.4.2
Für den außergewöhnlichen Betriebslastfall und Bedingungen der Wasserdruckprüfung ist bei der
Berechnung von e nur der erste Term der Gleichung (10.4-10) zu berücksichtigen:
e C1 D i
P
f
(10.4-12)
10.4.4.3
In den Gleichungen (10.4-10) bis (10.4-12) sind f, fs und P als Grundsymbole für alle Arten von
Lastfällen anzusehen (normale, außergewöhnliche und unter Prüfbedingungen) und haben die folgende
Bedeutung:
normaler Betriebslastfall: f f d , f s f d s und P Pd ;
außergewöhnlicher Betriebslastfall: f f exp , f s f exp s und P Pexp ;
Lastfall unter Bedingungen der Wasserdruckprüfung: f f test , f s f test s und P Ptest .
10.4.4.4
Für einen normalen Betriebslastfall darf die erforderliche Mindestdicke des Bodens wahlweise mit
Gleichung (10.4-12) anstatt Gleichung (10.4-10) berechnet werden, sofern eine vereinfachte Berechnung der Ermüdungslebensdauer der Verbindung ebener Boden und Zylinderschalen nach Abschnitt 17 durchgeführt wird. Bei
Durchführung dieser Berechnung:
ist folgender Spannungsfaktor einzusetzen:
Pmax, 1
Pmax, 2
3
(10.4-13)
137
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist
Pmax,1
maximal zulässiger Druck, abgeleitet aus Gleichung (10.4-12) für die Berechnungswanddicke ea;
Pmax,2
maximal zulässiger Druck, abgeleitet aus Gleichung (10.4-10) für die gleiche Dicke ea.
ANMERKUNG 1 Die zur Bestimmung von Pmax,1 und Pmax,2 erforderlichen iterativen Berechnungen können vermieden werden,
indem Gleichung (10.4-13) durch die folgende konservativere Gleichung ersetzt wird:
C
3 2
C1
2
f
(10.4-14)
f min
Dabei sind C1 und C2 die für den Berechnungsdruck P ermittelten Werte.
Für die Berechnung der pseudoelastischen Spannungsschwingbreite mit Gleichung (17.6-1), muss der für
den maximal zulässigen Druck Pmax einzusetzende Wert Pmax, 1 sein.
ANMERKUNG 2 Die zur Bestimmung von Pmax, 1 erforderlichen iterativen Berechnungen können vermieden werden, indem
Pmax, 1 durch den Berechnungsdruck P ersetzt wird; dies führt zu einem konservativeren Ergebnis.
der entsprechende Korrekturfaktor für Spannungen im überelastischen Bereich ist nach der Festlegung in
17.6.1.3 für anzuwenden.
die der tatsächlichen Schweißverbindung zwischen ebenem Boden und Zylinderschalen entsprechende
Ermüdungsklasse ist nach den Festlegungen in Abschnitt 17 (siehe Tabelle 17.4) zu berücksichtigen.
bei Behältern der Prüfgruppe 4 ist nach den Anforderungen der Prüfgruppe 3a bzw. 3b (siehe Tabelle 6.6.2-1
in EN 13445-5:2014) eine zerstörungsfreie Prüfung der Schweißverbindung ebener Boden und
Zylinderschalen durchzuführen.
10.4.5 Ebene Böden mit Entlastungsnut
Die erforderliche Mindestdicke des ebenen Bodens mit Entlastungsnut ist nach den gleichen Regeln zu bestimmen,
wie in 10.4.4 für ebene Böden ohne Entlastungsnut festgelegt.
Die erforderliche Mindestdicke am Nutgrund wird wie folgt berechnet:
f
e r max es ; es s
f
(10.4-15)
eaf
eaf
r
l cyl
==
Deq
DF
Deq
Di
l cyl
es
r
es
a)
Konstante Schalenwanddicke
b)
Konisch abnehmende Schalenwanddicke
Bild 10.4-1 — Runde ebene Böden mit Ansatz
138
Di
l cyl
e
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
es
Di
Bild 10.4-2 — Kehlnahtverschweißte runde ebene Böden
(zulässige Schweißverbindung siehe Anhang A)
Bild 10.4-3 — Runde ebene Böden mit Entlastungsnut
139
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C1
0.42
es I D i =
0.40
0.38
0,0025
0,003
0,004
0,005
0,0065
0,008
0,01
0,0125
0,015
0,02
0,025
0,03
0.36
0,04
0,05
0,065
0,08
0.34
0.32
0.30
0,001
0,01
0,1
P/f min
Bild 10.4-4 — Werte für den Beiwert C1
ANMERKUNG 1 Liegt P/f unter dem Wert, der dem Schnittpunkt zwischen der es/Di-Kurve und der unteren Kurve (Punktlinie)
entspricht, ist C1 der im Schnittpunkt der horizontalen Linie durch diesen Punkt liegende Wert.
ANMERKUNG 2 In bestimmen Fällen ist P/f anstelle von P/fmin einzusetzen, siehe 10.4.3.
140
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 10.4-5 — Werte für den Beiwert C2
10.4.6 Direkte Berechnung des Terms mit dem Beiwert C2 in Gleichung 10.4-10
a)
die folgenden Größen sind nacheinander zu berechnen:
g
H
J
U
Di
Di e s
4
(10.4-16)
12 1 2
es
Di e s
Di2
3 f min
1
P
4 Di e s e s
2 2 g
3 1 2
(10.4-17)
(10.4-18)
(10.4-19)
f1 2g 2 g 4
(10.4-20)
3 U Di
es
A
2 J 1 1 1
Di e s
4 es
(10.4-21)
3 U Di
3
B
J H 2 2 g g H
2
8 es
(10.4-22)
141
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
3
D es
es 2
es
3
H 3 2 g g
F U g
f1 i
2J
e
D
e
D
8
16
s
i
s
i es
(10.4-23)
2
3
es
H
G f1 2 J
8
Di es
(10.4-24)
a
B
A
(10.4-25)
b
F
A
(10.4-26)
c
G
A
(10.4-27)
N
a2
b
3
9
(10.4-28)
Q
c a b a3
2
6
27
(10.4-29)
K
b)
N3
(10.4-30)
Q2
3
Wenn Q 0 :
S
Wenn Q < 0 :
S
Q 1 1 K 1/2
3
Q 1 1 K 1/2
(10.4-31)
(10.4-32)
Der Wert für den Term mit dem Beiwert C2 in Gleichung (10.4-10) ergibt sich wie folgt:
C 2 Di
P
a
N
Di e s
S
3
f min
S
(10.4-33)
10.5 Verschraubte runde ebene Böden ohne Ausschnitte
10.5.1 Allgemeines
10.5.1.1
Die in 10.5.2 und 10.5.3 genannten Anforderungen gelten für die Ermittlung der Dicke verschraubter
runder ebener Böden ohne Ausschnitte, bei denen folgende Dichtungsausführungen verwendet werden:
a)
Dichtung innerhalb des Schraubenlochkreises (innenliegende Dichtung) (siehe Bild 10.5-1, 1 bis 4)
b)
Dichtung beiderseits des Schraubenlochkreises (durchgehende Dichtung) (siehe Bild 10.5-2)
10.5.1.2
Die Dicke des Flanschbereichs (siehe Bilder 10.5-1 2 bis 4) und 10.5-2) kann kleiner sein als e, muss
jedoch den Anforderungen in 10.5.2.2 bzw. 10.5.3.2 entsprechen.
142
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10.5.2 Böden mit innenliegender Dichtung
10.5.2.1
Die Mindestdicke innerhalb der Dichtung wird wie folgt berechnet:
(10.5-1)
3( C G ) W
G f A
(10.5-2)
e max e A ; e P
Dabei ist:
eA C F
eP
3 3 ν 2
P
G
G 3C F 2b m C G
32
4
f
tB
C F max
; 1
6e1,a
2d b
m 0,5
(10.5-3)
(10.5-4)
In den vorstehenden Gleichungen gilt: e1, a ist die Berechnungswanddicke des Flanschbereichs, db ist der
Schraubenaußendurchmesser, C ist der Lochkreisdurchmesser, m der Dichtungsfaktor, G der wirksame
Dichtungsdurchmesser, b die wirksame Dichtungsbreite und W ist die Auslegungsschraubenlast für den
Montagezustand, nach Definition in Abschnitt 11.
ANMERKUNG
Gleichung (10.5-2) gilt für den Einbauzustand, Gleichung (10.5-3) für den Betriebszustand. Die Gleichung
(10.5-3) gilt mit PT für P und ftest für f auch für Prüfbedingungen.
Die Mindestdicke des Flanschbereichs wird wie folgt berechnet:
10.5.2.2
e1 max e A ; e P 1
(10.5-5)
Dabei wird
eA
aus Gleichung (10.-5-2) und
eP1 aus nachstehender Gleichung ermittelt:
P
G
e P 1 3 C F 2b m C G
4
f
(10.5-6)
ANMERKUNG
Gleichung (10.5-2) gilt für den Einbauzustand, Gleichung (10.5-6) für den Betriebszustand. Die Gleichung
(10.5-6) gilt mit PT für P und ftest für f auch für Prüfbedingungen.
143
e
1
e
2
e
3
e
e1
e1
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
4
G
C
e
e1
Bild 10.5-1 — Verschraubte runde ebene Böden mit innenliegender Dichtung
1) Flansch ohne Dichtleiste
2) Flansch mit Dichtleiste
3) Vorspringende Dichtfläche (mit Feder)
4) Rückspringende Dichtfläche (mit Nut)
C
Bild 10.5-2 — Verschraubter runder ebener Boden mit durchgehender Dichtung
144
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10.5.3 Böden mit durchgehender Dichtung
10.5.3.1
Die Mindestdicke des Bodens mit durchgehender Dichtung wird wie folgt berechnet:
P
f
e 0,41 C
ANMERKUNG
10.5.3.2
(10.5-7)
C ist der Durchmesser des Schraubenlochkreises nach Definition in Abschnitt 11.
Die Mindestdicke des Flanschbereichs wird wie folgt berechnet:
e1 0,8 e
(10.5-8)
Die reduzierte Dicke des Flanschbereichs muss auf eine Wölbungsfläche mit einem Innenumfang von mindestens
0,7 C begrenzt sein.
10.5.4 Böden mit Schrauben in ungleichmäßigem Abstand
Runde ebene Böden mit Schrauben in ungleichmäßigem Abstand können wie runde ebene Böden mit Schrauben
in gleichem Abstand berechnet werden, wenn alle Berechnungen mit einer äquivalenten Anzahl Schrauben nEQ
nach folgender Gleichung durchgeführt werden:
n EQ
C
t Bmax
(10.5-9)
Dabei ist
tBmax die maximale Schraubenteilung, die auch in Gleichung (10.5-4) anstelle von tB einzusetzen ist. Die
äquivalente Anzahl Schrauben nEQ muss keine ganze Zahl sein.
145
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10.6 Runde ebene Böden mit Ausschnitten
10.6.1 Allgemeines
10.6.1.1
Die in 10.6.2 angegebenen Anforderungen gelten für die Verstärkung eines oder mehrerer Ausschnitte
in ebenen runden Böden, die mit der Schale verschweißt oder verschraubt sind. Die Ausschnitte können beliebig
im Boden angeordnet sein (siehe Bild 10.6-1).
ANMERKUNG
sein.
Ausschnitte in einem ebenen Boden können Öffnungen mit einem Schraubflansch oder mit einem Stutzen
10.6.1.2
Sacklöcher mit Gewinde für Schrauben zum Anschluss genormter Rohrleitungsflansche müssen nicht
verstärkt werden, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
der Bohrungsdurchmesser des Ausschnitts ist nicht größer als der des Standardrohrflansches;
die verbleibende Dicke am Grund der Bohrung beträgt mindestens 50 % des Schraubendurchmessers.
10.6.1.3
Diese Anforderungen gelten für runde Ausschnitte oder Stutzen, deren Durchmesser weniger als 50 %
des Schaleninnendurchmessers (Di) bei verschweißten Böden bzw. 50 % des wirksamen Dichtungsdurchmessers
(G bzw. C) bei verschraubten Böden beträgt.
10.6.2 Dicke ebener Böden mit Ausschnitten
10.6.2.1
Ein runder ebener Boden mit Ausschnitten muss die in 10.4 bzw. 10.5 festgelegten Bedingungen
erfüllen. Seine Dicke darf zudem die durch die nachstehenden Gleichungen gegebenen Werte nicht unterschreiten.
Verschweißte ebene Böden (siehe Bilder 10.4-1 bis 10.4-3):
e max (Y1 eo ); C1 Y2 Di
P
f
(10.6-1)
Verschraubte ebene Böden (siehe Bilder 10.5-1 and 10.5-2):
e Y2 e o
(10.6-2)
In den Gleichungen (10.6-1) und (10.6-2) ist eo ist die erforderliche Dicke des Bodens ohne Ausschnitte, berechnet
nach 10.4 bzw. 10.5; die Beiwerte Y1 und Y2 werden wie folgt berechnet:
j
Y1 min 2; 3
j d
(10.6-3)
j
jd
(10.6-4)
Y2
Bei Böden mit einem Ausschnitt (siehe Bild 10.6-1) gilt:
d ist der Durchmesser des Ausschnitts oder der äquivalente Stutzendurchmesser nach 10.6.2.2;
j ist gleich:
2 h in Gleichung (10.6-3).
Di
in Gleichung 10.6-4 bei verschweißten Böden ohne Ansatz,
Deq in Gleichung 10.6-4 bei verschweißten Böden mit Ansatz,
G
146
in Gleichung 10.6-4 bei verschraubten Böden.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Bei Böden mit zwei Ausschnitten (siehe Bild 10.6-2) gilt:
d ist der (arithmetische) Mittelwert
Stutzendurchmesser nach 10.6.2.2;
der
Durchmesser
der
Ausschnitte
oder
der
äquivalenten
j ist gleich k, dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der Ausschnitte.
Bei Böden mit mehreren Ausschnitten ist jeder Ausschnitt als Einzelausschnitt und darüber hinaus jede mögliche
Ausschnittpaarkombination zu berechnen. Wenn eine vereinfachte Berechnung der Ermüdungslebensdauer des
Steges nach Abschnitt 17 durchgeführt wird, darf wahlweise anstelle der Berechnung der
Ausschnittpaarkombination eine Berechnung eines fiktiven Einzelausschnitts durchgeführt werden, in dessen
Durchmesser beide Durchmesser des Ausschnittpaares einbeschrieben sind.
Bei der Durchführung dieser Berechung gilt:
die pseudoelastische Spannungsschwingbreite im Steg wird gleichgesetzt mit:
2
C Y Di
Δ 2 1 2
ΔP
ea
(10.6-5)
Dabei ist Y2 unter Berücksichtigung des mittleren Durchmessers (oder des mittleren äquivalenten
Durchmessers) der beiden Ausschnitte zu berechnen.
der entsprechende Korrekturfaktor für die Spannung im überelastischen Bereich ist nach der Festlegung in
17.6.1.3 für anzuwenden.
für Ausschnitte mit Stutzen ist die der tatsächlichen Schweißverbindung zwischen Stutzen und ebenem Boden
entsprechende niedrigste Ermüdungsklasse nach den Festlegungen in Abschnitt 17 (siehe Tabelle 17-4) zu
berücksichtigen, während für Ausschnitte ohne Stutzen die ebenfalls in Abschnitt 17 festgelegte
Ermüdungskurve für nicht geschweißte Bauteile zu berücksichtigen ist.
bei Behältern der Prüfgruppe 4 ist nach den Anforderungen der Prüfgruppe 3a bzw. 3b (siehe Tabelle 6.6.2-1
in EN 13445-5:2014) eine zerstörungsfreie Prüfung der Schweißverbindung zwischen Stutzen und ebenem
Boden durchzuführen.
10.6.2.2
Bei Ausschnitten mit Stutzen wird der äquivalente Stutzendurchmesser wie folgt berechnet:
für Aufschweißstutzen:
d di
2 A'
e
(10.6-6)
für Einschweißstutzen:
d de
2 A'
e
(10.6-7)
Dabei ist:
fb
A' min A; A
f
(10.6-8)
In dieser Gleichung ist A die Gesamtfläche der Verstärkung in mm2 nach den Bildern 10.6-3 und 10.6-4.
Der Wert eb ist die erforderliche Stutzendicke für die jeweilige Druckbelastung nach 7.4.2.
l 0,8
di eab eab
(10.6-9)
147
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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l ' 0,8
di e'ab e'ab
(10.6-10)
Ergeben die Gleichungen (10.6-6) und (10.6-7) einen negativen Wert für den äquivalenten Stutzendurchmesser, ist
eine weitere Berechnung nach 10.6.2.1 nicht erforderlich.
h
Di
Bild 10.6-1 — Ebener Boden mit Einzelausschnitt
k
Di
Bild 10.6-2 — Ebener Boden mit zwei Ausschnitten
148
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Bild 10.6-3 — Ebener Boden mit Aufschweißstutzen
eab
eb
l
e
A
l'
e'ab
de
Bild 10.6-4 — Ebener Boden mit Einschweißstutzen
149
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10.7 Nicht runde oder ringförmige ebene Böden
10.7.1 Allgemeines
Diese Anforderungen gelten für verschweißte oder verschraubte, nicht runde und ringförmige ebene Böden, die
eine regelmäßige Form (rechteckig, quadratisch, elliptisch, länglich rund oder ringförmig) aufweisen und an ihrem
Rand gleichmäßig aufgelagert sind.
ANMERKUNG
Das Berechnungsverfahren für nicht runde ebene Böden in 10.7 entspricht im Wesentlichen dem für runde
ebene Böden in 10.4 und 10.5. Es handelt sich jedoch um ein empirisches Verfahren, das zu sehr konservativen Ergebnissen
führen kann. Verfahren auf der Grundlage einer Spannungsanalyse sollten daher in Betracht gezogen werden.
10.7.2 Rechteckige, elliptische und länglich runde ebene Böden ohne Ausschnitte
10.7.2.1
Die erforderliche Mindestdicke rechteckiger, elliptischer und länglich runder ebener Böden darf den
folgenden Wert nicht unterschreiten:
e C 3 a'
P
f
(10.7-1)
Dabei wird C3 wie folgt ermittelt:
für verschweißte ebene Böden aus Bild 10.7-1;
für verschraubte ebene Böden mit durchgehender Dichtung aus Bild 10.7-2 (rechteckige Böden) bzw.
Bild 10.7-3 (elliptische und länglich runde Böden);
für verschraubte ebene Böden mit innenliegender Dichtung aus:
C3 C 4
6 W c
P n t B a' 2
(10.7-2)
C4 wird dabei aus Bild 10.7-4 ermittelt.
10.7.2.2
Die erforderliche Dicke e1 des Flanschbereichs darf die folgenden Werte nicht unterschreiten:
e1
6 W c
n tB f
(10.7-3)
e1
6 W c
n tB fA
(10.7-4)
ANMERKUNG
Gleichung (10.7-3) gilt für den Betriebszustand, Gleichung (10.7-4) für den Einbauzustand.
10.7.3 Ringförmige ebene Böden ohne Ausschnitte
Ebene Böden in Form eines an beiden Rändern aufgelagerten kreisförmigen Rings sind wie rechteckige Böden mit
folgenden Abmessungen zu betrachten:
a'
150
DY DX
2
(10.7-5)
DIN EN 13445-3:2018-12
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b'
DY DX
2
(10.7-6)
10.7.4 Verstärkung von Ausschnitten in rechteckigen, elliptischen, länglich runden und ringförmigen
ebenen Böden
Die erforderliche Mindestdicke rechteckiger, elliptischer, länglich runder und ringförmiger ebener Böden mit
Ausschnitten darf den folgenden Wert nicht unterschreiten:
e C 3 Y2 a '
P
f
(10.7-7)
Dabei ist Y2 der Gleichung (10.6-4) zu entnehmen und alle in dieser Gleichung festgelegten Maße sind, bezogen
auf einen ideal kreisrunden ebenen Boden zu bestimmen, dessen maximaler Durchmesser in den Durchmesser
des nicht runden, ebenen Bodens einbeschrieben werden kann.
C3
0,71
0,69
0,67
0,65
0,63
0,61
0,59
0,57
0,55
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
a'/b'
Bild 10.7-1 — Beiwert C3 für die Berechnung verschweißter nicht runder ebener Böden
151
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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C3
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
a'/b'
Bild 10.7-2 — Beiwert C3 für die Berechnung verschraubter rechteckiger ebener Böden
mit durchgehender Dichtung
152
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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a'/b'
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,60
0,65
0,70
0,75
0,78
C3
Bild 10.7-3 — Beiwert C3 für die Berechnung verschraubter elliptischer und länglich runder ebener Böden
mit durchgehender Dichtung
C4
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
a'/b'
Bild 10.7-4 — Beiwert C4 für die Berechnung verschraubter nicht runder ebener Böden
mit innenliegender Dichtung
153
DIN EN 13445-3:2018-12
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11 Flansche
11.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Berechnung von geschraubten Flanschverbindungen. Dazu gehören innenoder außendruckbeanspruchte Flansche mit durchgehenden und innenliegenden Dichtungen sowie innenliegende
Flansche und dichtgeschweißte Flansche (mit Schweißlippendichtung). Die Regeln dieses Abschnitts beruhen auf
dem allgemein anerkannten Taylor-Forge-Verfahren. Anhang G enthält ein modernes Alternativverfahren für die
Berechnung von Flanschen mit innenliegenden Dichtungen.
ANMERKUNG
Das Alternativverfahren nach Anhang G ist besonders geeignet, wenn a) Schwankungen der thermischen
Beanspruchung eine wesentliche Rolle spielen, b) die Schraubenspannung durch Anwendung eines definierten
Anzugverfahrens kontrolliert wird, c) signifikante zusätzliche Belastungen (Kräfte und Momente) einwirken oder d) Dichtheit von
besonderer Bedeutung ist.
11.2 Zusätzliche Definitionen
Folgende Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
11.2.1
Einbauzustand:
Dieser Zustand liegt vor, wenn die Auflagefläche der Dichtung oder Verbindung bei der Montage bei
Umgebungstemperatur vorverformt und die Belastung ausschließlich durch die Schrauben verursacht wird
11.2.2
Betriebszustand:
Der Zustand, in dem die Innendruckkraft aufgrund des Auslegungsdrucks (Innen- oder Aussendruck) am Flansch
wirkt
11.2.3
Flansch mit innenliegender Dichtung:
Flansch, dessen Dichtung vollständig innerhalb
Schraubenlochkreises keine Kontaktfläche hat
des
Schraubenlochkreises
liegt
und
außerhalb
des
11.2.4
Flansch mit durchgehender Dichtung (glatter Flansch):
Flansch, dessen Dichtfläche sich mit oder ohne Dichtung oder Abstandsring über den Schraubenlochkreis hinaus
erstreckt
11.2.5
Innenliegender Flansch:
Flansch, der an seinem Außendurchmesser mit der Behälterschale verbunden ist
11.2.6
Schale:
Rohr, Behälterwand oder anderer Zylinder, der mit dem Flansch verbunden ist und ihn trägt
11.2.7
Losflanschverbindung:
Flanschverbindung, bei der die Schraubenkraft über einen losen Flanschring auf einen Vorschweißbund
übertragen wird, an dem sich auch die Dichtfläche befindet
ANMERKUNG
Am Vorschweißbund sitzt die Kontaktfläche.
11.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.
A
154
Außendurchmesser des Flansches oder, bei bis an den Flanschrand reichenden Lang-löchern, der
Durchmesser am Teilkreis der Langlöcher
DIN EN 13445-3:2018-12
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AB
Spannungsquerschnitt/Kernquerschnitt
Schraubendurchmessers
AB,min
Erforderlicher Spannungsquerschnitt/Kernquerschnitt der Schrauben
A2
Außendurchmesser der Dichtfläche zwischen
Losflanschverbindung (siehe Bild 11.5-9)
B
Flanschinnendurchmesser
B2
Innendurchmesser der Dichtfläche zwischen
Losflanschverbindung (siehe Bild 11.5-9) (typisch)
b
Wirkbreite der Dichtung oder Verbindung
b0
Theoretische Sitzbreite der Dichtung oder Verbindung
C
Schraubenlochkreisdurchmesser
CF
Korrekturfaktor für die Schraubenlochteilung
D
Schaleninnendurchmesser
db
Schraubenaußendurchmesser
dn
Schraubennenndurchmesser
e
Erforderliche Flanschdicke, gemessen am dünnsten Querschnitt
fB
Berechnungsnennspannung der Schrauben bei Betriebstemperatur (siehe 11.4.3)
fB,A
Berechnungsnennspannung der Schrauben bei Montagetemperatur (siehe 11.4.3)
fH
Berechnungsnennspannung des Ansatzes, siehe 11.5.4.2
G
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche nach den Anforderungen in 11.5.2
G1
Angenommener Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche zwischen losem Flanschring und
Vorschweißbund einer Losflanschverbindung
g0
Dicke des Ansatzes am dünnen Ende
g1
Ansatzdicke an der Flanschrückseite
H
Gesamtwert der Innendruckkraft
HD
Über die Schale auf den Flansch wirkende Innendruckkraft
HG
Druckkraft an der Dichtung zur Gewährleistung der Dichtheit der Verbindung
HT
Innendruckkraft aufgrund des Drucks an der Flanschdichtfläche
h
Ansatzlänge
hD
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HD
hG
Radialer Abstand zwischen Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche und dem Schraubenlochkreis
der
Schrauben
im
Querschnitt
des
kleinsten
losem
Flanschring
und
Vorschweißbund
einer
losem
Flanschring
und
Vorschweißbund
einer
155
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
hL
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche am
losen Flanschring einer Losflanschverbindung
hT
Radial gemessener Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HT
K
Verhältnis der Flanschdurchmesser - siehe Gleichungen 11.5-21 und 11.9-13
k
Spannungsbeiwert nach Definition in 11.5.4.2
l0
Längenparameter nach Gleichung (11.5-22);
M
Flanschmoment je Längeneinheit, wie in 11.5.4.1 definiert;
MA
Gesamtmoment am Flansch im Einbauzustand
Mop
Gesamtmoment am Flansch im Betriebszustand
m
Dichtungsbeiwert
Pe
Berechnungsaußendruck, ausgedrückt als positive Zahl
W
Berechnungs-Schraubenkraft für den Einbauzustand
WA
Erforderliche Schraubenkraft für den Einbauzustand
Wop
Erforderliche Schraubenkraft für den Betriebszustand
w
Wirkbreite der Dichtung, begrenzt durch Dichtungsbreite und Flanschdichtfläche
y
Setzdruck von Dichtung oder Verbindung
F
Beiwert für die Flanschberechnung von Festflanschen (siehe Bild 11.5-4)
FL
Beiwert für Losflansche mit Ansatz (siehe Bild 11.5-7)
T
Beiwert aus Gleichung (11.5-23);
U
Beiwert aus Gleichung (11.5-24);
V
Beiwert für Festflansche (aus Bild 11.5-5)
VL
Beiwert für Losflansche mit Ansatz (aus Bild 11.5-8)
Y
Faktor aus der Gleichung 11.5-25;
Nennspalt zwischen Schale und Losflansch
b
Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Schrauben
Beiwert nach Definition in 11.5.4.1
b
Auflagerspannung in einer Losflanschverbindung
H
Berechnete Längsspannung im Ansatz
r
Berechnete Radialspannung im Flansch
156
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Berechnete Tangentialspannung im Flansch
Korrekturbeiwert für die Ansatzspannung bei der Flanschberechnung von Festflanschen (nach Bild 11.5-6)
11.4 Allgemeines
11.4.1 Einführung
Mit Dichtung versehene oder dichtgeschweißte runde verschraubte Flanschverbindungen für Druckbehälter nach
dieser Norm müssen einer der nachstehenden Vorschriften entsprechen:
a)
einer einschlägigen EN-Norm für Rohrleitungsflansche und den Forderungen in 11.4.2,
b)
den Forderungen für verschraubte Flanschverbindungen in diesem Abschnitt oder
c)
den Alternativregeln in Anhang G.
Beide Flansche einer Flanschverbindung müssen nach denselben Regeln oder Normen konstruiert sein. Dies gilt
auch, wenn es sich bei einem der Flansche um einen verschraubten ebenen Boden oder Deckel handelt. Die
Regeln für verschraubte ebene Böden in Abschnitt 10 und verschraubte gewölbte Böden in Abschnitt 12 werden
als Teils des Regelwerks dieses Abschnitts betrachtet.
11.4.2 Verwendung von Standardflanschen ohne Berechnung
Flansche, die einer EN-Norm für Rohrleitungsflansche entsprechen, können ohne weitere Berechnung für
Druckbehälter verwendet werden, wenn sie sämtliche nachstehenden Bedingungen erfüllen:
a)
Unter normalen Betriebsbedingungen liegt der Berechnungsdruck unter dem in den Tabellen der
einschlägigen EN-Norm angegebenen Nenndruck für Flansch und Werkstoff bei Berechnungstemperatur.
b)
Unter Prüfbedingungen oder außergewöhnlichen Bedingungen überschreitet der Berechnungsdruck nicht das
1,5fache des in den genannten Tabellen angegebenen Nenndrucks bei der entsprechenden Temperatur.
c)
Die Dichtung ist nach Tabelle 11.4-1 für den Flansch der betreffenden PN-Reihe oder Klasse zugelassen.
d)
Die Schrauben gehören mindestens zu der Festigkeitskategorie (siehe Tabelle 11.4-2), die als
Mindestforderung nach Tabelle 11.4-1 für den in der Flanschverbindung verwendeten Dichtungstyp festgelegt
ist.
e)
Der Behälter ist überwiegend nichtzyklischen Belastungen ausgesetzt (siehe 5.4.2).
f)
Die Differenz zwischen mittlerer Temperatur von Schrauben und Flansch überschreitet unter keinen
Bedingungen 50 °C.
g)
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Schrauben- und Flanschwerkstoff bei 20 °C differieren um mehr als
10 % (z. B. Flansche aus austenitischem und Schrauben aus ferritischem Stahl), die Betriebstemperatur
beträgt jedoch maximal 120 °C. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Schrauben- und Flanschwerkstoff
bei 20 °C differieren um maximal 10 %.
11.4.3 Verschraubung
11.4.3.1
Schrauben
Es müssen mindestens vier Schrauben verwendet werden.
157
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Schrauben sind gleichförmig zu verteilen. Flansche mit unterschiedlicher Schraubenteilung dürfen wie Flansche mit
gleichförmiger Schraubenteilung berechnet werden, sofern in allen Unterabschnitten der im Vergleich mit AB min
verwendete Spannungsquerschnitt aller Schrauben gegenüber dem tatsächlichen Spannungsquerschnitt aller
Schrauben verringert wird indem die tatsächliche Schraubenzahl durch die durch:
n EQ
C
(11.4-1)
B max
definierte äquivalente Schraubenzahl ersetzt wird. Hierin ist B max die größte Schraubenteilung, die auch in
Gleichung (11.5-20) an Stelle von B zu verwenden ist. Die äquivalente Schraubenzahl nEQ muß nicht ganzzahlig
sein.
Bei dünnen Schrauben ist es ggf. erforderlich, durch Verwendung eines Drehmomentschlüssels oder eines
anderen geeigneten Werkzeugs zu verhindern, daß die Schrauben überlastet werden.
Durch besondere Vorkehrungen ist bei dicken Schrauben sicherzustellen, daß beim Anziehen der Schrauben eine
ausreichende Vorspannung erreicht wird. Dies gilt insbesondere für Schrauben mit einem Durchmesser über 38
mm.
Empfohlene Werte für die zulässige Schraubenspannung zur Ermittlung des erforderlichen Schraubenquerschnitts
nach 11.5.2 sind:
für Kohlenstoffstähle und andere nichtaustenitische Stähle
Auslegungstemperatur und Rm/4 bei Umgebungstemperatur:
der
kleinere
Wert
von
Rp0,2/3
bei
für austenitische nichtrostende Stähle Rm/4 bei Auslegungstemperatur.
11.4.3.2
Muttern
Die festgelegte Mindestprüfkraft von Mutterm darf nicht kleiner sein als die Prüfkraft der Schrauben, mit denen sie
verschraubt sind, entsprechend der Mindestzugfestigkeit dieser Schrauben.
Muttern mit Regelgewinde erfüllen diese Bedingung sofern sie
eine Höhe mindestens gleich 0,8dn,
eine Streckgrenze oder Festigkeitsklasse mindestens gleich der der Schrauben haben.
Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, so darf die Höhe der Muttern nicht kleiner sein als
0,8d n
ANMERKUNG
11.4.3.3
Rp,screw
Rp,nut
R p steht für Rp0,2 für austenitische Stähle und für Rp1,0 für sonstige Stähle.
Gewindebohrungen
Die Eingriffslänge von Schrauben in Gewindebohrungen darf nicht kleiner sein als
R p,screw
max 0,8 d n
; 0,8 d n
R p,component
ANMERKUNG
158
R p steht für Rp0,2 für austenitische Stähle und für Rp1,0 für sonstige Stähle.
DIN EN 13445-3:2018-12
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Tabelle 11.4-1 — Dichtungen für Standardflansche
PNReihen
(1)
2,5 bis
16
Klassen
(1)
-
Erforderliche
Schraubenfestigkeitskat
Dichtungstyp
egorie (siehe Tabelle
11.4-2)
Weichstoff-Flachdichtung mit oder ohne Ummantelung Geringe Festigkeit
Weichstoff-Flachdichtung mit oder ohne Ummantelung Geringe Festigkeit
Mittlere Festigkeit
Spiral-Metalldichtung mit Füllstoff
Ummantelte Wellmetalldichtung mit Füllstoff
Wellmetalldichtung mit oder ohne Füllstoff
Weichstoff-Flachdichtung mit oder ohne Ummantelung Geringe Festigkeit
40
Mittlere Festigkeit
Spiral-Metalldichtung mit Füllstoff
Ummantelte Wellmetalldichtung mit Füllstoff
Wellmetalldichtung mit oder ohne Füllstoff
Hohe Festigkeit
Ummantelte Metall-Flachdichtung mit Füllstoff
Metall-Kammprofil- oder –Flachdichtung
Weichstoff-Flachdichtung mit oder ohne Ummantelung Geringe Festigkeit
63
300
Mittlere Festigkeit
Spiral-Metalldichtung mit Füllstoff
Ummantelte Wellmetalldichtung mit Füllstoff
Wellmetalldichtung mit oder ohne Füllstoff
Hohe Festigkeit
Ummantelte Metall-Flachdichtung mit Füllstoff
Metall-Kammprofil- oder –Flachdichtung
Metall-Runddichtung
Weichstoff-Flachdichtung mit oder ohne Ummantelung Mittlere Festigkeit
100
600
Spiral-Metalldichtung mit Füllstoff
Ummantelte Wellmetalldichtung mit Füllstoff
Wellmetalldichtung mit oder ohne Füllstoff
Hohe Festigkeit
Ummantelte Metallflachdichtung mit Füllstoff
Metall-Kammprofil- oder –Flachdichtung
Metall-Runddichtung
(1)
Die PN- bzw. Klassenangaben in dieser Tabelle beschränken sich auf die in den EN-Normen für
Stahlflansche aufgeführten Flansche bis PN 100 bzw. Klasse 600.
25
150
Tabelle 11.4-2 — Schraubenfestigkeitskategorien
Rp,Schraube/Rp,Flansch
Geringe Festigkeit
Mittlere Festigkeit
Hohe Festigkeit
1
1,4
2,5
ANMERKUNG
Rp ist Rp0,2 für nicht austenitische Stähle und Rp1,0 für austenitische. Sofern Rp1,0 nicht
gegeben ist, ist Rp0,2 für Schrauben und Flansch zu verwenden.
Sowohl für die Montage als auch für den Betrieb gelten im Hinblick auf die Festlegung der Nennauslegungsspannungen die normalen Auslegungsbedingungen.
Für Prüfbedingungen und außergewöhnliche Betriebsbedingungen können die Werte der zulässigen Spannungen
mit dem Faktor 1,5 multipliziert werden.
ANMERKUNG
Die angegebenen Spannungen sind insofern Nennwerte, als sie in der Praxis u. U. überschritten werden
müssen, um alle Zustände zu unterbinden, die zu Undichtheit der Verbindung führen können. Die vorhandene
Sicherheitsreserve reicht jedoch aus, um zufriedenstellende Dichtwirkung zu erreichen, ohne die Schrauben zu überlasten oder
regelmäßig nachziehen zu müssen.
159
DIN EN 13445-3:2018-12
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11.4.4 Flanschbauart
Es wird unterschieden zwischen Flanschen, bei denen die Flanschöffnung mit der Schalenöffnung bündig
abschließt (z. B. Schweißverbindung F1, F2, F3 und F5 in Anhang A Tabelle A.7) und Flanschen, die durch eine
Kehlnaht mit dem Ende der Schale verbunden sind (z. B. Schweißverbindung F4) und bei denen die beiden
Öffnungen nicht bündig übereinander liegen. Diese Flansche werden als Vorschweißflansche (siehe Bild 11.5-1)
bzw. Aufschweißflansch (siehe Bild 11.5-2) bezeichnet.
Eine weitere Unterscheidung wird zwischen Überschiebflanschen mit Ansatz (siehe Bild 11.5-3), bei denen ein
geschmiedeter Flansch mit konischen Ansatz über die Schale geschoben und an beiden Enden verschweißt wird,
und anderen Schweißflanschen vorgenommen.
Der Radius der Ausrundung zwischen Flansch und Ansatz oder Schale muss mindestens 0,25 g0 bzw. 5 mm
betragen.
Bei der Fertigung von Flanschen mit Ansatz darf der Ansatz keinesfalls ohne besondere Prüfungen direkt aus dem
Plattenwerkstoff gearbeitet werden.
Kehlnähte dürfen bei Auslegungstemperaturen über 370 °C nicht verwendet werden.
11.4.5 Oberflächenbearbeitung
Die Auflagefläche der Muttern muss mit einer Toleranz von 1° parallel zur Flanschfläche sein.
Bearbeitungsmaßnahmen wie Hinterendplandrehen oder Stirnen, um diese Parallelität zu erreichen, dürfen nicht
dazu führen, dass Flansch- oder Ansatzdicke unter das Nennmaß sinken. Der Durchmesser der gestirnten Fläche
muss mindestens gleich dem Eckenmaß der Mutter plus 3 mm sein. Der radiale Abstand zwischen der Rückseite
des Flansches und dem Ansatz bzw. Schale muss konstant bleiben.
Bei der Oberflächengüte der Dichtflächen sind die Empfehlungen der Dichtungshersteller oder Erfahrungswerte zu
beachten.
11.4.6 Dichtungen
Die Dichtungsbeiwerte m und y werden gewöhnlich vom Dichtungshersteller angegeben; entsprechende
Vorgabewerte sind auch in Anhang H enthalten.
Mindestwerte für die Wirkbreite w sind ebenfalls in Anhang H angegeben.
ANMERKUNG
160
In vielen Ländern Europas ist die Verwendung asbesthaltiger Dichtungen verboten.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.5 Flansche mit innenliegender Dichtung
11.5.1 Allgemeines
g0
h
g1
W
HD
B
hD
e
HG
hT
HT
hG
G
C
A
Bild 11.5-1 — Flansche mit innenliegender Dichtung – Vorschweißflansche
HD
g
0
W
hD
D
h
g
1
e
B
hT
hG
HG
HT
G
C
A
Bild 11.5-2 — Flansche mit innenliegender Dichtung – Aufschweißflansche
161
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
HD
g0
g1
h
W
B
hD
e
hT
h
G
HG
HT
G
C
A
Bild 11.5-3 — Flansche mit innenliegender Dichtung - Überschiebflansch mit Ansatz
Die Berechnung innendruckbeaufschlagter runder Flansche mit innenliegender Dichtung erfolgt unter Beachtung
der in 11.5.4 angegebenen Ausnahmen nach einem der drei folgenden Verfahren.
a)
Festflanschverfahren. Das Festflanschverfahren darf nicht für Überschiebflansche mit Ansatz oder lose
Flanschringe in Losflanschverbindungen angewandt werden. Es ermöglicht die Berechnung von Flanschen mit
geschweißtem konischen Ansatz, wobei die Abschrägung des für die Berechnung angenommenen Ansatzes
höchstens 1: 1 betragen darf, d. h. g1 h + g0.
b)
Losflanschverfahren. Das Losflanschverfahren darf außer bei losen Flanschringen in Losflanschverbindungen
nur angewandt werden, wenn sämtliche nachstehenden Bedingungen erfüllt sind.
c)
1)
g0 16 mm;
2)
P 2 MPa;
3)
B/g0 300;
4)
Betriebstemperatur 370 °C.
Verfahren für Losflansche mit Ansatz. Dieses Verfahren ist auf Überschiebflansche mit Ansatz und
Vorschweißbünde in Losflanschverbindungen anzuwenden.
ANMERKUNG 1 Beim Festflanschverfahren wird die stützende Wirkung der Schale berücksichtigt und es werden die
Spannungen in der Schale berechnet; beim Losflanschverfahren wird dagegen davon ausgegangen, daß der Flansch keinerlei
Stützwirkung durch die Schale erfährt; die Spannungen in der Schale bleiben unberücksichtigt.
162
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 2 Für die Berechnung von Ansätzen mit ungewöhnlicher Form kann es erforderlich sein, für g1 und h Werte zu
wählen, die für einen einfachen konischen Ansatz gelten, dessen Profil in das des tatsächlichen Ansatzes paßt.
ANMERKUNG 3 Bei Überschiebflanschen mit Ansatz gibt es keinen Mindestwert für h.
ANMERKUNG 4 Die Berechnung des Werts von M ist unabhängig vom gewählten Berechnungsverfahren.
11.5.2 Schraubenkräfte und –querschnitte
b0 = w/2
(11.5-1)
Ausnahme: Flansche mit Ringnut (siehe Anhang H), für die gilt:
b0 = w/8;
(11.5-2)
Für b0 = 6,3 mm gilt:
b = b0
(11.5-3)
Für b0 > 6,3 mm gilt:
b = 2,52 b0
(11.5-4)
(Diese Gleichung gilt nur, wenn die Abmessungen in mm angegeben sind).
Für b0 6,3 mm gilt G = mittlerer Durchmesser der Dichtungsauflagefläche.
Für b0 > 6,3 mm gilt G = Außendurchmesser der Dichtungsauflagefläche minus 2 b.
H
4
2
(G P )
HG = 2 G b m P
(11.5-5)
(11.5-6)
Schraubenkräfte und -querschnitte sind sowohl für den Einbauzustand als auch den Betriebszustand zu
berechnen.
a)
Einbauzustand. Die erforderliche Schraubenkraft wird wie folgt berechnet:
WA = b G y
(11.5-7)
ANMERKUNG
Die für eine ordnungsgemäße Verbindung erforderliche Schraubenkraft ist abhängig von der Dichtung und der
Wirksamen Fläche der Dichtung.
b)
Betriebszustand. Die erforderliche Schraubenkraft wird wie folgt berechnet:
Wop = H + HG
(11.5-8)
Der erforderliche Schraubenquerschnitt AB,min wird wie folgt berechnet:
W A Wop
f ; f
B,A B
AB,min max
(11.5-9)
Die Verschraubung ist so auszulegen, dass die Bedingung AB ≥ AB,min erfüllt ist.
ANMERKUNG
Durch Innendruck wird die Verbindung auseinander gedrückt; durch die Schraubenkraft muss ein
ausreichender Druck auf die Dichtung aufrechterhalten werden, um die Dichtheit der Verbindung zu gewährleisten. Die
erforderliche Schraubenkraft unter dieser Bedingung ist abhängig von Auslegungsdruck, Dichtungswerkstoff und der unter
Druck aufrechtzuerhaltenden wirksamen Fläche der Dichtung. Es kann erforderlich sein, die Berechnung für mehr als einen
Betriebszustand durchzuführen.
163
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.5.3 Flanschmomente
HD
4
(B 2 P )
(11.5-10)
HT = H - HD
(11.5-11)
hD = (C - B - g1)/2
(11.5-12)
außer für Überschubflansche mit Ansatz und Aufschweißflansche für welche
a)
hD = (C - B) / 2
(11.5-13)
hG = (C - G) / 2
(11.5-14)
hT = (2C - B - G) / 4
(11.5-15)
W = 0,5 (AB,min + AB) fB,A
(11.5-16)
Einbauzustand. Das Gesamtflanschmoment wird wie folgt berechnet:
MA = W hG
b)
(11.5-17)
Betriebszustand. Das Gesamtflanschmoment wird wie folgt berechnet:
Mop = HD hD + HT hT + HG hG
(11.5-18)
Für Flanschpaare mit unterschiedlichen Auslegungsbedingungen, z. B. bei einem Rohrboden, müssen die
Schraubenkräfte getrennt für jede Flansch-Dichtung-Kombination sowohl für den Einbau- wie für den
Betriebszustand berechnet werden. Für Wop und WA ist der größere der berechneten Werte zu verwenden. Für den
Flansch mit dem niedrigeren berechneten Wert für Wop muss der Wert von HG wie folgt erhöht werden:
HG,new = HG + Wop,max – Wop,min
(11.5-19)
11.5.4 Spannungen am Flansch und Belastungsgrenzen
11.5.4.1
Spannungen im Flansch
11.5.4.1.1 Berechnung der Flanschspannungen
b
;
1
CF max
6e
2 db
m 0,5
(11.5-20)
K = A/B
(11.5-21)
l0 =
(11.5-22)
Bg 0
2
K 1 8,55246 log (K ) 1
10
T
2
1,0472 1,9448K K 1
2
K 1 8,55246 log (K ) 1
10
U
2
1,36136 K 1 (K 1)
164
(11.5-23)
(11.5-24)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2
K log (K )
10
0,66845 5,7169
Y
2
K 1
K 1
1
(11.5-25)
Die Spannungen am Flansch werden wie folgt aus dem Flanschmoment M berechnet:
Für den Einbauzustand:
CF
M MA
(11.5-26)
B
Für den Betriebszustand:
M M op
a)
CF
(11.5-27)
B
Festflanschverfahren
F V und sind durch die Gleichungen (11.5-28) bis (11.5-30) gegeben oder können den Bildern 11.5-4 bis 11.5-6
entnommen werden
βF
E 6
C
2
3 1 v
1/ 4
1 A3
(11.5-28)
C
mit den in den Gleichungen in 11.5.4.1.2 gegebenen Koeffizienten A, C und E6, für Flansche mit zylindrischem
Ansatz ist F = 0,908920.
βν
E4
31 ν 2
C
1/ 4
(11.5-29)
1 A3
mit den durch die Gleichungen in 11.5.4.1.2 gegebenen Koeffizienten A, C und E4, für Flansche mit
zylindrischem Ansatz ist V = 0,550103.
C 36
1 A
(11.5-30)
mit den durch die Gleichungen in 11.5.4.1.2 gegebenen Koeffizienten A, and C36.
165
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0,908920
0,10
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,9
0,50
0,8
0,60
βF
0,70
0,80
0,7
0,90
1,00
h = h
l 0 Bg 0
0,6
0,5
1,25
1,50
2,00
1
1,5
2,5
2
3
4
3,5
5
4,5
g1/g0
Bild 11.5-4 — Werte für F wenn v = 0,3 (Beiwert für das Festflanschverfahren)
0,6
0,550103
h = h
l 0 Bg 0
0,5
0,4
βV
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,3
0,2
0,1
0
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
g /g
1
0
Bild 11.5-5 — Werte für V wenn v = 0,3 (Beiwert für das Festflanschverfahren)
166
5
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,25
1,50
2,00
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
25
ϕ = 1 (minimum)
ϕ = 1 for hubs of uniform thickness (g /g = 1)
20
1
0
15
10
9
8
7
0,60
6
0,70
5
ϕ
h
h
=
l
Bg0
4
0,80
0
0,90
3
1,00
2,5
1,10
2
1,20
1,5
1,30
1
1
1,5
2
g /g
1
3
4
5
0
Bild 11.5-6 — Werte für wenn v = 0,3 (Beiwert für das Festflanschverfahren)r)
e l
e 3 V
F
0
T l0
U l 0 g 02
(11.5-31)
Die Längsspannung im Ansatz wird wie folgt berechnet:
H =
M
(11.5-32)
2
g 1
Die Radialspannung im Flansch wird wie folgt berechnet:
r
(1,333e F l 0 )M
2
e l 0
(11.5-33)
Die Tangentialspannung im Flansch wird wie folgt berechnet:
b)
Y M
e2
r
K2 1
K2 1
(11.5-34)
Losflanschverfahren
Die Tangentialspannung im Flansch wird wie folgt berechnet:
Y M
e2
(11.5-35)
167
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Radialspannung im Flansch und die Längsbeanspruchung im Ansatz sind:
r H 0
c)
(11.5-36)
Verfahren für Losflansche mit Ansatz
FL und VL sind gegeben durch die Gleichungen (11.5-37) und (11.5-38) oder können Bild 11.5-7 bzw. Bild 11.58 entnommen werden:
β FL
3 A
21 11A
3 2A 9 5A
C18
C 21
C 24
6
84
210 360
C
2
3 (1 v )
1/ 4
1 A3
(11.5-37)
C
mit den durch die Gleichungen in11.5.4.1.2 gegebenen Koeffizienten A, C, C18, C21 und C24.
v
ist die Querkontraktionszahl
1 C 24 3C 21
C18
4
5
2
β VL
1/ 4
3 1 v2
3
1 A
C
(11.5-38)
mit den durch die Gleichungen in 11.5.4.1.2 gegebenen Koeffizienten A, C, C18, C21 und C24.
v
ist die Querkontraktionszahl
Bild 11.5-7 — Werte für FL wenn v = 0,3 (Beiwert für das Verfahren für Losflansche mit Ansatz)
168
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
100
80
60
40
30
20
β VL
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
10
8
6
4
3
2
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1
0,8
0,6
0,4
0,3
0,2
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,2
0,1
0,08
0,04
0,03
0,02
0,01
h = h
l0
Bg
1,0
1,5
1,50
0
2,00
2,0
3,0
4,0
5,0
g / g0
1
Bild 11.5-8 — Werte für VL wenn v = 0,3 (Beiwert für das Verfahren für Losflansche mit Ansatz)
e
FL l 0
Tl0
e3 VL
U l 0 g 02
(11.5-39)
Die Längsspannung im Ansatz wird wie folgt berechnet:
H
M
2
g 1
(11.5-40)
Die Radialspannung im Flansch wird wie folgt berechnet:
r
(1,333e FL l 0 )M
2
e l0
(11.5-41)
Die Tangentialspannung im Flansch wird wie folgt berechnet:
Y M
e
2
2
r
K 1
2
K 1
(11.5-42)
11.5.4.1.2 Koeffizienten zur Berechnung der Flanschspannungen
g
A 1 1
g0
h
C 48 (1 v 2 )
l0
(11.5-43)
4
(11.5-44)
169
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C1
1 A
3 12
(11.5-45)
C2
5 17 A
42 336
(11.5-46)
C3
1
A
210 360
(11.5-47)
C4
11
59 A 1 3 A
360 5040
C
(11.5-48)
C5
1
5A
(1 A) 3
90 1008
C
(11.5-49)
C6
1
17 A
1
120 5040 C
(11.5-50)
C7
215
51A 120 225 A 150 A2 35 A3 1
C
2772 1232
14
(11.5-51)
C8
31
128 A 66 165 A 132 A2 35 A3 1
C
6930 45045
77
(11.5-52)
C9
533
653 A 42 198 A 117 A2 25 A3 1
C
30240 73920
84
(11.5-53)
C10
29
3 A 42 198 A 243 A2 91A3 1
C
3780 704
84
(11.5-54)
C11
31
1763 A 42 72 A 45 A2 10 A3 1
C
6048 665280
84
(11.5-55)
C12
88 198 A 156 A2 42 A3 1
1
71A
C
2925 300300
385
(11.5-56)
C13
2 12 A 11A2 3 A3 1
761
937 A
C
831600 1663200
70
(11.5-57)
C14
2 12 A 17 A2 7 A3 1
197
103 A
C
415800 332640
70
(11.5-58)
C15
6 18 A 15 A2 4 A3 1
233
97 A
C
831600 554400
210
(11.5-59)
C16 C1 .C7 .C12 C2 .C8 .C3 C3 .C8 .C2 C32 .C7 C82 .C1 C22 .C12
170
(11.5-60)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C1
(11.5-61)
C1
(11.5-62)
C 1
(11.5-63)
C17 C4 .C7 .C12 C2 .C8 .C13 C3 .C8 .C9 C13 .C7 .C3 C82 .C4 C12 .C2 .C9
C18 C5 .C7 .C12 C2 .C8 .C14 C3 .C8 .C10 C14 .C7 .C3 C82 .C5 C12 .C2 .C10
16
C19 C6 .C7 .C12 C2 .C8 .C15 C3 .C8 .C11 C15 .C7 .C3 C82 .C6 C12 .C2 .C11
16
16
C1
(11.5-64)
C1
(11.5-66)
C1
(11.5-67)
C 20 C1 . C 9 . C12 C 4 . C 8 . C 3 C 3 . C13 . C 2 C 32 . C 9 C13 . C 8 . C1 C12 . C 4 . C 2
16
C 21 C1 . C10 . C12 C 5 . C 8 . C 3 C 3 . C14 . C 2 C 32 . C10 C14 . C 8 . C1 C12 C 5 . C 2
16
C 22 C1 . C11 . C12 C 6 . C 8 . C 3 C 3 . C15 . C 2 C 32 . C11 C15 . C 8 . C1 C12 . C 6 . C 2
C 23 C1 . C 7 . C13 C 2 . C 9 . C 3 C 4 . C 8 . C 2 C 3 . C 7 . C 4 C 8 . C 9 . C1 C 22 . C13
16
C1
(11.5-68)
16
C1
(11.5-69)
C1
(11.5-70)
C 24 C1 . C 7 . C14 C 2 . C10 . C 3 C 5 . C 8 . C 2 C 3 . C 7 . C 5 C 8 . C10 . C1 C 22 . C14
C 25 C1 . C 7 . C15 C 2 . C11 . C 3 C 6 . C 8 . C 2 C 3 . C 7 . C 6 C 8 . C11 . C1 C 22 . C15
C
C 26
4
16
16
1/ 4
(11.5-71)
C27 C20 C17
5
C17 . C26
12
(11.5-72)
C28 C22 C19
1
C19 . C26
12
(11.5-73)
C
C 29
4
1/ 2
(11.5-74)
3/4
C
C30
4
(11.5-75)
C31
3A
C17 . C30
2
(11.5-76)
C32
1
C19 . C30
2
(11.5-77)
171
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C .C
C .C
C33 26 32 C28 . C31 . C29 30 28 C32 . C27 . C29
2
2
C34
(11.5-78)
1
C18 C21 C18 . C26
12
(11.5-79)
C35 C18 .C30
C 36 C 28 . C 35 . C 29 C 32 . C 34 . C 29
(11.5-80)
1
C 33
(11.5-81)
C .C
C .C
1
C37 26 35 C34 . C31 . C29 30 34 C35 . C27 . C29
2
2
C33
(11.5-82)
E1 C17 . C36 C18 C19 . C37
(11.5-83)
E2 C20 . C36 C21 C22 . C37
(11.5-84)
E3 C23 . C36 C24 C25 . C37
(11.5-85)
3 C37 3C36 2E3 15E2 10E1
12
10
(11.5-86)
3 A
21 11A
3 2A
E5 E1
E2
E3
6
84
210
(11.5-87)
A 3A 1
A
A
1
7
1
C37
E6 E5 C36
120 36 C 40 72
60 120 C
(11.5-88)
E4
11.5.4.2
Belastungsgrenzen
Sowohl für die Montage als auch für den Betrieb gelten
Nennauslegungsspannungen die normalen Auslegungsbedingungen.
im
Hinblick
auf
die
Festlegung
der
Die Berechnungsnennspannung f ist nach Abschnitt 6 zu bestimmen, ausgenommen Teile aus austenitischen
Stählen entspr. 6.5, für die die Berechnungsspannung für Normalbetriebslastfälle durch den Wert nach 6.5.1a)
alleine gegeben ist, und für Prüflastfälle durch den Wert nach 6.5.2a) alleine.
Der Parameter fH ist die zulässige Spannung des Schalenwerkstoffs; dies gilt jedoch nicht für die Berechnung von
Vorschweißbünden und Überschiebflanschen mit Ansatz.
Für B ≤ 1000 mm gilt k = 1,0.
Für B ≥ 2000 mm gilt k = 1,333.
Für Werte von B zwischen 1 000 mm und 2 000 mm wird k wie folgt berechnet:
k
2
B
1
3
2 000
(11.5-89)
Die nach 11.5.4.1 berechneten Spannungen dürfen die folgenden Grenzwerte nicht überschreiten:
k H 1,5 min f ; fH
172
(11.5-90)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
k r f
(11.5-91)
k f
(11.5-92)
0,5 k ( H r ) f
(11.5-93)
0,5k ( H θ ) f
(11.5-94)
11.5.5 Flansche mit innenliegender Dichtung unter Außendruck
Flansche, die sowohl durch Innen- als auch durch Außendruck beansprucht sind, müssen auch für beide Zustände
berechnet werden. Der Außendruck kann jedoch vernachlässigt werden, wenn der Berechnungsaußendruck Pe
kleiner ist als der Berechnungsinnendruck.
Die Berechnung von Flanschen unter Außendruck erfolgt nach 11.5.4 unter Berücksichtigung folgender
Abweichungen:
a)
P wird durch Pe ersetzt;
b)
M op H D ( hD hG ) H T ( hT hG )
(11.5-95)
und
c)
Wop = 0
(11.5-96)
ANMERKUNG
Bei außendruckbeanspruchten Flanschen ist keine erforderliche Schraubenkraft vorgeschrieben, was zu Wop
= 0 führt. Dies ist eine konservative Annahme, da sämtliche Schraubenkräfte das Nettomoment am Flansch reduzieren.
Bei einem auf Außendruckbeanspruchung ausgelegten Flansch, der Bestandteil eines Flanschpaars mit
unterschiedlichen Auslegungsbedingungen ist, muss für Wop der für den anderen Flansch des Flanschpaars
berechnete Wert und für Mop der größere der berechneten Werte von Mop nach vorstehender Gleichung und WophG
verwendet werden.
11.5.6 Losflanschverbindungen
11.5.6.1
Allgemeines
Der lose Flanschring einer Losflanschverbindung kann einen Ansatz aufweisen. Der Vorschweißbund der
Verbindung kann mit jedem für verschraubte Flansche zulässigen Verfahren mit der Schale verbunden sein.
Die Schraubenkräfte und -querschnitte müssen die Forderungen in 11.5.2 bzw. 11.6.2 erfüllen, je nachdem,
welches Verfahren für den Vorschweißbund in 11.5.6.2 angewandt wird.
Für den Durchmesser G1 der Beanspruchungsreaktion zwischen Vorschweißbund und Losflansch ergibt sich ein
Wert, der zwischen (A2–) und (B2+) liegt.
ANMERKUNG
Sofern nichts für eine andere Handhabung spricht, sollte der durch die Gleichung (11.5-97) gegebene Wert
verwendet werden.
G1 ( A2 B 2 )/2
(11.5-97)
Die Kontaktfläche zwischen den beiden Flanschen ergibt sich durch:
Ac
2
min A2 G1 ; G1 B 2
2
2
2
2
(11.5-98)
173
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Sind die Durchmesser A2 und B2 durch dasselbe Bauteil definiert, wie es bei einem Losflansch mit vorspringender
Auflagefläche nach Bild 11.5-9 der Fall ist, gilt = 0 in Gleichung (11.5-48).
Die Auflagespannung b an der Kontaktfläche wird sowohl für die Montagebedingungen als auch für die
Betriebsbedingungen mit folgender Gleichung ermittelt:
b
W op
Ac
or b
W
Ac
(11.5-99)
δ
A2
B2
Bild 11.5-9 — Loser Flanschring mit vorspringender Auflagefläche
Die Auflagerspannung darf das 1,5fache des niedrigeren der zulässigen Spannungswerte der beiden Flansche
nicht überschreiten;
11.5.6.2
Vorschweißbund
Der Vorschweißbund muss eine der in 11.4.4 angegebenen Formen aufweisen; die Berechnung erfolgt entweder
nach dem Verfahren für Flansche mit innenliegender Dichtung (11.5) oder nach dem für Flansche mit
durchgehender Dichtung (11.6).
ANMERKUNG
Wenn G1 größer ist als der Außendurchmesser der Dichtung, kommt die Methode für Flansche mit
durchgehender Dichtung nicht zur Anwendung. Auch wenn G1 kleiner ist als der Außendurchmesser der Dichtung, kommt die
Methode für Flansche mit innenliegender Dichtung zur Anwendung, obwohl sie möglicherweise weniger rentabel ist.
Der Vorschweißbund muss die Forderungen für einen direkt durch Schraubenkraft belasteten Flansch in 11.5.4
bzw. 11.6 erfüllen, wobei allerdings eine Wirkung der Schraubenkraft auf den Durchmesser G1 angenommen wird,
der dann entsprechend den Parameter C in der Berechnung der Hebelarme hD, hG und ht ersetzt. Als
Schraubenlochdurchmesser dh in 11.6 ist der Wert 0 zu verwenden.
11.5.6.3
Loser Flanschring
Siehe Bild 11.5-10 und 11.5-11.
hL C G1 /2
(11.5-100)
Der Hebelarm am losen Flanschring muss für alle Lastkomponenten hL sein, d. h.:
M op W op hL
ANMERKUNG
M A W hL
(11.5-101)
Bei Aussendruck, Wop = 0 – siehe 11.5.5.
(11.5-102)
Die Spannungen und Belastungsgrenzen in losen Flanschringen müssen die Forderungen in 11.5.4 erfüllen.
174
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
g0
A
h
B
W
δ
g1
e
B2
hL
G1
A2
C
Bild 11.5-10 — Loser Flanschring mit konischem Ansatz
A
W
B
δ
e
hL
B2
G1
A2
C
Bild 11.5-11 — Loser Flanschring ohne Ansatz
175
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.5.7 Geteilte Flansche
Es ist zulässig, den losen Flanschring einer Losflanschverbindung geteilt auszuführen, um den Abbau von
Stutzenhals oder Schale zu erleichtern. Die Auslegung muss unter Berücksichtigung der folgenden Abweichungen
nach 11.5.6.3 erfolgen.
Besteht der Losflansch aus einem einzelnen geteilten Flanschring, ist der Flansch nach den Regeln für ungeteilte
Flansche zu berechnen, wobei der doppelte Wert der nach 11.5.6.3 geforderten Momente Mop und/oder MA zu
verwenden ist.
Besteht der Losflansch aus zwei geteilten Flanschringen, ist jeder Ring wie ein ungeteilter Flansch mit 75 % des
nach 11.5.6.3 geforderten Moments zu berechnen. Das Doppelringpaar muss so eingebaut werden, daß die
Trennfugen um 90° versetzt sind und mittig zwischen zwei Schraubenlöchern liegen.
11.6 Flansche mit durchgehender Weichstoffringdichtung
B
HD
hD
g 1/2
W
dh
g0
g1
HG
e
HR
2b'' H T
A1
b"
hT
hR
b'0 /2
hG
G
b'0 /2
C
G0
Bild 11.6-1 — Flansch mit durchgehender Dichtung (Weichstoffdichtung)
11.6.1 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 11.3.
ANMERKUNG
176
Siehe Bild 11.6-1 zwecks Illustration der verschiedenen Größen.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
A1
Innendurchmesser der Dichtungsauflagefläche
b'
Wirkbreite der Dichtung
2b”
Wirksame Druckbreite der Dichtung; wird mit 5 mm angenommen
b'0
Theoretische Sitzbreite der Dichtung beim ersten Anziehen der Schrauben
dh
Innendurchmesser der Schraubenbohrungen
G
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche
G0
Außendurchmesser von Dichtung oder Flansch, je nachdem, welcher Wert kleiner ist
H
Gesamtwert der Innendruckkraft
HG
Flächenpressung an der Dichtung zur Gewährleistung der Dichtheit der Verbindung
HR
Außerhalb des Schraubenlochkreises wirkende Gegenkraft zum Ausgleich der durch die Belastung
innerhalb des Schraubenlochkreises verursachten Momente
hR
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HR
hT
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HT
hG
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HG
MR
Gegenmoment in radialer Richtung im Flansch entlang der Schraubenlochlinie
n
Anzahl der Schrauben
b
Schraubenabstände
11.6.2 Schraubenkräfte und -querschnitte
Für 2b” wird der Wert 5 mm eingesetzt.
b'0 = min(G0 - C; C - A1 )
(11.6-1)
b' = 4 bo
(11.6-2)
(Diese Gleichung gilt nur für Abmessungen in mm.)
G = C - (dh + 2b”)
H
(11.6-3)
2
(C d ) P
h
4
HD
4
B2 P
(11.6-4)
(11.6-5)
HT = H - H D
(11.6-6)
H G 2b" G m P
(11.6-7)
hD = (C-B-g1)/2
(11.6-8)
hT = (C + dh + 2b” - B) /4
(11.6-9)
177
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
hG = (dh + 2b”) / 2
(11.6-10)
hR = (G0 - C + dh) / 4
(11.6-11)
M R H D hD H T hT H G hG
(11.6-12)
HR
MR
hR
(11.6-13)
Die Schraubenquerschnitte sind nach 11.5.2 zu berechnen mit:
W A C b'y
(11.6-14)
W op H H G H R
(11.6-15)
11.6.3 Flanschberechnung
Die Dicke des Flansches muss mindestens dem Wert von e in der nachstehenden Gleichung ent-sprechen:
6M R
e
e
f C - nd h
m 0,5 ( b 2d b )
6
E/200000 0,25
(11.6-16)
(11.6-17)
wobei E ausgedrückt ist als MPa
e
( A1 2g 1 )P
2f
(11.6-18)
Sollen zwei Flansche mit unterschiedlichen Innendurchmessern miteinander verschraubt werden, die beide nach
den Regeln in 11.6.4 berechnet sind, gelten folgende zusätzliche Forderungen:
a)
Als Wert von MR für beide Flansche ist der für den Flansch mit dem kleineren Innendurchmesser berechnete
Wert zu verwenden.
b)
Die erforderliche Dicke des Flansches mit dem kleineren Innendurchmesser darf nicht kleiner sein als:
e=
3M 1 M 2 A B
f B A B
(11.6-19)
Dabei sind
M1 und M2 die für beide Flansche berechneten Werte von MR.
11.6.4 Flansche mit durchgehender Dichtung unter Außendruck
Flansche, die sowohl durch Innen- als auch durch Außendruck beansprucht sind, müssen auch für beide Zustände
berechnet werden. Der Außendruck kann jedoch vernachlässigt werden, wenn der Berechnungsaußendruck
kleiner ist als der Berechnungsinnendruck.
Die Berechnung von Flanschen unter Außendruck erfolgt nach 11.6 unter Berücksichtigung folgender
Abweichungen:
178
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a)
P wird durch Pe ersetzt;
b)
Gleichung (11.6-17) gilt nicht;
c)
Wop = 0.
11.7 Dichtgeschweißte Flansche
Dichtgeschweißte Flansche (siehe Bild 11.7-1) müssen unter Berücksichtigung folgender Abweichungen nach 11.5
berechnet werden.
a)
Es wird nur der Betriebszustand betrachtet;
b)
G = DL , der Innendurchmesser der Schweißlippe, wie in Bild 11.7-1 dargestellt
c)
HG = 0.
d)
Die Flanschdicke e muss als mittlere Dicke des Flansches festgelegt werden.
DL
e
Bild 11.7-1 — Dichtgeschweißter Flansch
11.8 Innenliegende Flansche mit innenliegender Dichtung
11.8.1 Flansche unter Innendruck
Innenliegende Flansche mit innenliegender Dichtung (siehe Bild 11.8-1 und 11.8-2) unter Innendruck müssen unter
Berücksichtigung folgender Abweichungen nach 11.5 berechnet werden.
Die Grenzwerte von g0 und B/g0 für die Berechnung nach dem Losflanschverfahren gelten nicht.
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu oder abweichend von denen in 11.3:
A
Flanschinnendurchmesser;
B
Flanschaußendurchmesser;
HT
Nettodrucklast an den Flanschdichtflächen.
179
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
W
hG
hD
HG
G
HD
e
h
hT
HT
A
g1
C
g0
D
B
Bild 11.8-1 — Innenliegender Vorschweißflansch
180
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
W
hG
hD
HG
G
HD
e
h
hT
HT
A
g1
C
g0
B=
D
Bild 11.8-2 — Innenliegender Einschiebflansch
Anstelle der Gleichungen in 11.5 gelten folgende Gleichungen für die gegebenen Variablen:
HD = /4 P D2
(11.8-1)
HT = HD - H
(11.8-2)
hD = (B - C - g1) / 2
(11.8-3)
Ausgenommen hiervon sind Einschiebflansche mit Kehlnaht (mit B = D), bei denen gilt:
hD = (B - C) / 2
(11.8-4)
hT = (2C - G - D) / 4
(11.8-5)
Mop = HT hT + HD hD
(11.8-6)
M = (MA oder Mop) CF / A
(11.8-7)
K = B/A
(11.8-8)
Das Vorzeichen von hT, das auch negativ sein kann, muss beachtet werden.
ANMERKUNG
Das durch die Dichtungskraft verursachte Moment wird für den Betriebszustand als Null angenommen. Dies
ist eine konservative Annahme, da Dichtungslasten das Moment im Flansch reduzieren.
181
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.8.2 Flansche unter Außendruck
Innenliegende Flansche mit innenliegender Dichtung unter Außendruck müssen unter Berücksichtigung der
Änderungen in 11.5.5 nach 11.8.1 berechnet werden, ausgenommen Gleichung (11.5-5), die ersetzt wird durch:
Mop = HD(hD + hG) + HT(hG - hT).
(11.8-9)
11.9 Innenliegende Flansche mit durchgehender Weichstoffdichtung
11.9.1 Allgemeines
Die Berechnung dieser Flansche muss entweder nach 11.9.2 oder 11.9.3 erfolgen; beide Verfahren sind zulässig.
Bei beiden Verfahren müssen Dichtungen und Schraubenkräfte im Einbauzustand den Forderungen in 11.6
entsprechen.
ANMERKUNG
Für die Berechnung innenliegender Flansche mit durchgehender Dichtung gibt es zwei alternative
Berechnungsverfahren. Das erste folgt dem Rechenweg in 11.5 für den Betriebszustand und geht von der Annahme aus, daß
der Widerstand gegen Verdrehen durch den Flansch selbst verursacht wird; das zweite Verfahren folgt dem Rechenweg in 11.6
und setzt einen größeren Schraubenquerschnitt voraus.
11.9.2 Berechnung nach dem Verfahren in 11.5
ANMERKUNG
siehe Bild 11.9-1. zwecks Illustration der Beanspruchungen und Abmessungen.
Die Berechnung für den Betriebszustand muss mit folgenden Änderungen nach 11.5 erfolgen.
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu oder abweichend von denen in 11.3.
A
Flanschinnendurchmesser
A1
Innendurchmesser der Dichtungsauflagefläche
B
Flanschaußendurchmesser
HS
Innendruckkraft aufgrund des Drucks an der druckbeaufschlagten Flanschseite
hS
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HS
182
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G0
W
HD
HT
hD
hT
e
hs
h
Hs
g0
A
D
A1
g1
C
B
Bild 11.9-1 — Innenliegender Flansch mit durchgehender Dichtung nach 11.9.2
Es gelten folgende zusätzliche Gleichungen:
w = (C - A1) / 2
(11.9-1)
HS = HD - /4 P A12
(11.9-2)
hS = (2C - D - A1 ) / 4
(11.9-3)
Anstelle der Gleichungen in 11.5 gelten folgende Gleichungen für die gegebenen Variablen:
H
4
P C d h 2
(11.9-4)
HD = /4 P D2
(11.9-5)
HG = 2b C m P
(11.9-6)
HT = (H - HD + HS) / 2
(11.9-7)
hD = (B - g1 - C) / 2
(11.9-8)
Ausgenommen hiervon sind Einschiebflansche (mit B D), für die gilt:
hD = (B - C) / 2
(11.9-9)
hT = (2C + dh - 2A1 ) / 6
(11.9-10)
Mop = HD hD - HT hT + HS hS
(11.9-11)
183
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
M = Mop CF / A
(11.9-12)
K = B/A
(11.9-13)
Das Vorzeichen von hS, das auch negativ sein kann, muss beachtet werden.
ANMERKUNG
Das durch die Dichtungskraft verursachte Moment wird für den Betriebszustand als Null angenommen, da
diese Annahme zu höheren Spannungen führt.
11.9.3 Berechnung nach dem Verfahren in 11.6
ANMERKUNG
siehe Bild 11.9-2 zwecks Illustration der Beanspruchungen und Abmessungen.
Die Regeln in 11.9.3 gelten nur für innenliegende Flansche, die mit einem Rohrboden bzw. einem flachen Boden
gepaart werden.
Die Berechnung für den Betriebszustand muss mit folgenden Änderungen nach 11.6 erfolgen.
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu oder abweichend von denen in 11.3.
A
Flanschinnendurchmesser
A1
Innendurchmesser der Dichtungsauflagefläche
B
Flanschaußendurchmesser
184
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G0
W
HD
hD
HR
hR
A1
t
h
hC
HC
g1
A
C
g0
D
B
Bild 11.9-2 — Innenliegender Flansch mit durchgehender Dichtung nach 11.9.3
HC
Druckkraft auf Flanschdichtfläche außerhalb des Schraubenlochkreises
hC
Radialer Abstand zwischen Schraubenlochkreis und Wirkkreis von HC
Es gelten folgende zusätzliche Gleichungen (siehe Symbole in Bild 11.9-2):
HC = HD – /4 P C 2
(11.9-14)
hC = (D - C) / 4
(11.9-15)
Anstelle der Gleichungen in 11.6 gelten folgende Gleichungen für die gegebenen Variablen:
HD = /4 P D 2
(11.9-16)
hD = (B - C - g1 ) / 2
(11.9-17)
MR = HD hD - HC hC
(11.9-18)
Wop = HD - HC + HR
(11.9-19)
hR = (C-A1+dh)/4
(11.9-20)
185
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.10 Flansche mit durchgehender Dichtfläche in Kraftnebenschluss
11.10.1
Allgemeines
ANMERKUNG
siehe Bild 11.10-1 zwecks Illustration der Beanspruchungen und Abmessungen.
Die Regeln nach 11.10.2 gelten für Flansche, bei denen sowohl innerhalb als auch außerhalb des
Schraubenlochkreises Metallkontakt besteht, bevor die Schrauben mit einer nennenswerten Vorspannung
angezogen werden, und als Dichtung ein O-Ring oder ein vergleichbarer Dichtring verwendet wird.
Durch entsprechende Fertigungsverfahren und -toleranzen muss sichergestellt sein, daß der Flansch nicht in einer
Weise gewölbt ist, bei der sich die Flanschflächen zuerst außerhalb des Schraubenkreises berühren.
ANMERKUNG 1 Die Regeln führen zu konservativen Ergebnissen, wenn der erste Kontakt am Flanschinnendurchmesser ist.
ANMERKUNG 2 Die Regeln gelten unter der Annahme, daß eine selbstdichtende Dichtung verwendet wird, die etwa mit der
Wand des angeschlossenen Rohrs oder der Schale fluchtet, und daß die Vorverformungskraft und andere Axiallasten der
Dichtung vernachlässigt werden können.
11.10.2
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 11.3:
G
Mittlerer Dichtungsdurchmesser
HR
Außerhalb des Schraubenlochkreises wirkende Gegenkraft zum Ausgleich der durch die Belastung
innerhalb des Schraubenlochkreises verursachten Momente
hR
Radialer Abstand zwischen dem Schraubenlochkreis und dem Wirkkreis von HR
MR
Gegenmoment in radialer Richtung im Flansch entlang der Schraubenlochlinie
n
Anzahl der Schrauben
186
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B
HD
W
hD
HR
g
I
dh
e
hR
hT
HT
G
C
A
Bild 11.10-1 — Flansch mit durchgehender Dichtfläche in Kraftnebenschluss und O-Ring
187
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11.10.3
Berechnung
Die folgenden Regeln gelten für Flanschverbindungen von zwei identischen Flanschen oder von Flansch und
ebenem Deckel.
Die Schraubenkräfte müssen nach 11.5.2 berechnet werden, wobei gilt:
hR = (A - C) / 2
(11.10-1)
M R H D hD H T hT
(11.10-2)
H R M R /hR
(11.10-3)
WA = 0
(11.10-4)
W op = H H R
(11.10-5)
Die erforderliche Flanschdicke darf nicht kleiner sein als:
e
6M R
f C n d h
(11.10-6)
Dabei ist dh der Durchmesser der Schraubenlöcher.
Sollen zwei Flansche mit unterschiedlichen Innendurchmessern miteinander verschraubt werden, die beide nach
den Regeln dieses Abschnitts berechnet sind, gelten folgende zusätzliche Forderungen:
a)
Als Wert von MR für beide Flansche ist der für den Flansch mit dem kleineren Innendurchmesser berechnete
Wert zu verwenden.
b)
Die erforderliche Dicke des Flansches mit dem kleineren Innendurchmesser wird wie folgt berechnet:
e=
3 M 1 - M 2 A + B
f B A - B
Dabei sind M1 und M2 die für beide Hälften berechneten Werte von MR.
188
(11.10-7)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
12 Tellerböden (verschraubte gewölbte Böden)
12.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen an die Auslegung verschraubter druckseitig konvex oder konkav gewölbter
Böden mit durchgehender oder innenliegender Dichtung. Die in diesem Abschnitt enthaltenen Anforderungen an
Böden mit innenliegender Dichtung sind anerkannte und bewährte Verfahren; Anhang G enthält hierzu eine
moderne Alternative; siehe 11.1, Anmerkung 1.
12.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgende Definition gilt zusätzlich zu denen 11.2.
12.2.1
Tellerboden (verschraubter gewölbter Boden)
Deckel oder Blindflansch aus miteinander verschweißtem
Krümmungsradius
Flansch
und
Kalottenteil
mit
konstantem
12.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in 11.3:
a
Entfernung von der Flanschspitze zur neutalen Faser in der Wand des Kalottenteils, wo dieses mit dem
Flansch zusammentrifft;
eD
erforderliche Wanddicke des Kalottenteils;
fD
zulässige Nennspannung des Kalottenteils
Hr
am Rand wirkende radiale Komponente der Membranspannung im Kalottenteil;
hr
axialer Abstand zwischen der mittleren Oberfläche des Kalottenteils am Rand und dem Mittelpunkt des
Flanschringquerschnitts, gemäß Gleichung (12.5-3);
R
innerer Krümmungsradius des Kalottenteils.
12.4 Allgemeines
Für Flansche, die nach Abschnitt 12 berechnet werden, gelten auch die entsprechenden Teile von 11.4.
12.5 Tellerböden mit innenliegender Dichtung
12.5.1 Druckseitig konkave Böden
ANMERKUNG
Siehe Bild 12-1:
Schraubenkräfte und -Querschnittsflächen sowie Dichtungskräfte sind nach 11.5.2 zu berechnen.
Die erforderliche Wanddicke des Kalottenteils wird wie folgt berechnet:
eD =
5P R
6fD
(12.5-1)
189
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Momente und Hebelarme müssen nach 11.5.3 berechnet werden, wobei allerdings Gleichung (11.5-18) durch
Gleichung (12.5-4) zu ersetzen ist.
Hr H D
4R 2 B2
B
(12.5-2)
hr e/2 a
(12.5-3)
eD
HD
W
hD
a
e/2
hr
e
Hr
R
B
HT
G
hG
HG
hT
A
C
Bild 12.1 — Tellerboden mit innenliegender Dichtung
Das unter Betriebsbedingungen am Flansch wirkende Moment beträgt:
M op = H D h D + H G hG + H T hT H r h r
(12.5-4)
Die Einbau- und Betriebsbedingungen sind beides Berechnungsbedingungen zur Bestimmung der zulässigen
Nennspannung.
Die absolute Wert von Mop ist in die Gleichung (12.5-6) einzusetzen.
Die folgenden Bedingungen müssen gegeben sein:
a)
190
die Flanschdicke muss die Bedingung e ≥ 2eD erfüllen;
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
für die Spannung im Einbauzustand gilt:
3M A A B C F
A B B e
c)
2
f
(12.5-5)
für die Spannung im Betriebszustand gilt:
H r B e 3M op A B CF
A - B B e
2
f
(12.5-6)
12.5.2 Druckseitig konvexe Böden
Die erforderliche Mindestdicke des Kalottenteils muss größer sein als die nach 12.5.1 und den Anforderungen an
Behälter unter Außendruck in Abschnitt 8 ermittelte Wanddicke.
Die Auslegung des Flansches muss mit Ausnahme nachstehender Gleichung nach dem Verfahren in 12.5.1
erfolgen:
M op H D hD hG H T hT hG H r hr
(12.5-7)
12.6 Tellerböden mit durchgehender Dichtung
12.6.1 Druckseitig konkave Tellerböden mit durchgehender Dichtung
ANMERKUNG
Die Darstellung der Belastungen und Abmessungen ist in Bild 12-2 dargestellt.
Die Anforderungen aus 12.6 finden nur für Tellerböden Anwendung, die mit einem Rohrboden verschraubt sind.
Druckseitig konkave Tellerböden mit durchgehender Weichstoffdichtung werden wie folgt berechnet:
a)
Für den Kalottenteil sind die Anforderungen aus 12.5.1 anzuwenden.
b)
HD, hD, HT, hT, HG und hG sind nach 11.6 zu berechnen; in Gleichung (11.6-8) muss g1 = 0 eingesetzt werden.
c)
Hr und hr sind nach 12.5.1 zu berechnen.
d)
MR ist nach folgender Gleichung zu berechnen:
M R H D hD H G hG H T h T H r hr
(12.6-1)
e)
Schraubenkräfte und Flansch sind nach 11.6 vollständig zu berechnen; in Gleichung (11.6-18) muss g1 = 0
eingesetzt werden.
f)
Falls erforderlich, ist Wanddicke e zu erhöhen, bis nachstehende Gleichung erfüllt ist:
H r f eA B 2d h
ANMERKUNG
(12.6-2)
Durch Begrenzung von Hr ist sichergestellt, dass die Umfangsspannung am Flanschring nicht zu groß wird.
191
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
HD
W
eD
d
hD
a
e/2
hr
e
Hr
R
B
HR
HG
hR
b"
HT
hG
A1
G
hT
C
GO
Bild 12.2 — Tellerboden mit durchgehender Dichtung
12.6.2 Druckseitig konvexe Tellerböden mit durchgehender Dichtung
Druckseitig konvexe Tellerböden mit durchgehender Dichtung müssen wie folgt berechnet werden:
a)
Die Anforderungen aus 11.6.4 sind anzuwenden.
b)
Für den Kalottenteil sind die Anforderungen aus 12.5.2 anzuwenden.
c)
Gleichung (12.6-2) ist anzuwenden.
192
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13 Wärmeaustauscher-Rohrböden
13.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die folgenden drei Typen von Wärmeaustauschern (synonyme Bezeichnung:
Wärmeübertrager) mit Rohrböden:
a)
U-Rohr-Wärmeaustauscher (siehe Bild 13.1-1a), behandelt in 13.4,
b)
Festkopf-Wärmeaustauscher (siehe Bild 13.1-1b), behandelt in 13.5,
c)
Schwimmkopf-Wärmeaustauscher (siehe Bild 13.1-1c), behandelt in 13.6.
Die Regeln dieses Abschnitts beruhen auf der klassischen Elastizitätstheorie dünner Schalen, unter der Annahme,
dass der Rohrboden auf einer elastischen aus den Rohren gebildeten Bettung ruht. Es wird auf Anhang J
verwiesen, in dem hierzu ein Alternativverfahren auf Grundlage der Grenzlastanalyse beschrieben wird.
ANMERKUNG
Dieses Alternativverfahren kann insbesondere dann anstelle des klassischen Verfahrens angewandt werden,
wenn der betrachtete Wärmeaustauscher außerhalb des Anwendungsbereichs des klassischen Verfahrens liegt.
13.2 Zusätzliche Definitionen
Folgende Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
13.2.1
U-Rohr-Wärmeaustauscher
Wärmeaustauscher mit einem einzigen Rohrboden, der an Schale und Vorkammer befestigt ist (siehe Bild 13.2-1a)
13.2.2
Festkopf-Wärmeaustauscher
Wärmeaustauscher mit zwei Rohrböden, die jeweils an Schale und Vorkammer befestigt sind (siehe Bild 13.2-1b)
13.2.3
Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
Wärmeaustauscher mit zwei Rohrböden (siehe Bild 13.2-1c), und zwar
einem festen, an Schale und Vorkammer befestigten Rohrboden (2’) und
einem axial beweglichen Rohrboden (2").
13.2.4
Mit Dichtung versehener Rohrboden
Rohrboden, der durch Verschrauben an Schale und/oder Vorkammer befestigt ist
13.2.5
Angeschweißter Rohrboden
Rohrboden, der durch Schweißung an Schale und/oder Vorkammer befestigt ist
13.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Zusätzliche Symbole sind in den folgenden relevanten Unterabschnitten definiert.
193
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(1)
(1) Die Konfigurationen der Verbindungen Rohrboden-Schale-Vorkammer sind in 13.4.1 ausführlich beschrieben.
a) : U-Rohr-Wärmeaustauscher
(1)
(1)
(1) Die Konfigurationen der Verbindungen Rohrboden-Schale-Vorkammer sind in 13.5.1 ausführlich beschrieben.
b) : Festkopf-Wärmeaustauscher
(1)
(1)
(1) Die Konfigurationen der Verbindungen Rohrboden-Schale-Vorkammer sind in 13.6.1 ausführlich beschrieben.
c) : Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
Bild 13.1.1 — Drei Typen von Wärmeaustauschern mit Rohrböden
194
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) U-Rohr-Wärmeaustauscher
b) : Festkopf-Wärmeaustauscher
1
2
2'
2''
3
4
5
6
Vorkammer mit festem Boden
Festkopf-Rohrboden
Fester (stationärer) Rohrboden
Beweglicher Rohrboden (Schwimmkopf)
Rohre
Schale
Schalenflansch
Deckelflansch
c) : Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
7 Kompensator
8 Schwimmkopf-Deckel
9 Schwimmkopf-Flansch
10 Schwimmkopf-Gegenhalter
11 Leitbleche oder Stützplatten
12 Längsleitblech
13 Durchgangstrennwand
Bild 13.2.1 — Bauteile von Wärmeaustauschern
195
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.4 U-Rohr-Wärmeaustauscher
13.4.1 Geltungsbereich
a)
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung von U-Rohr-Wärmeaustauschern, welche einen Rohrboden
aufweisen, der an der Schale und an der Vorkammer befestigt ist und mit einem U-Rohr-Bündel verbunden ist
(siehe Bild 13.4.1-1).
s
(1) Konfiguration a, b, c, d, e oder f (siehe Bild 13.4.1-2)
Bild 13.4.1-1 — Typischer U-Rohr-Wärmeaustauscher
b)
Der Rohrboden kann eine der sechs in Bild 13.4.1-2 dargestellten Konfigurationen aufweisen:
Konfiguration a:
Mit Schale und Vorkammer verschweißter Rohrboden.
Konfiguration b:
ausgelegt.
Mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, als Flansch
Konfiguration c: Mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, nicht als
Flansch ausgelegt.
Konfiguration d: Schalenseitig und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, als Flansch oder nicht als
Flansch ausgelegt.
Konfiguration e: Schalenseitig abgedichteter und mit der Vorkammer verschweißter Rohrboden, als Flansch
ausgelegt.
Konfiguration f: Schalenseitig abgedichteter und mit der Vorkammer verschweißter Rohrboden, nicht als
Flansch ausgelegt.
Die Konfiguration d umfasst die Fälle, in denen der Rohrboden (siehe Bild 13.4.1-3):
nicht als Flansch ausgelegt ist (Konfiguration d1).
als Flansch ausgelegt ist (Konfiguration d2).
c)
Die Unterabschnitte 13.4.2 bis 13.4.6 betreffen die Konfiguration a (bei welcher der Rohrboden verschweißt
ist) und die Konfigurationen b, c, d, e und f, bei denen der mittels Dichtung befestigte Rohrboden mit einer
schmalen Dichtung versehen ist.
Im Unterabschnitt 13.4.7 wird dargelegt, wie diese Regeln für die Konfigurationen b', d', e' anzuwenden sind,
bei denen der mittels Dichtung befestigte Rohrboden mit einer durchgehenden Dichtung versehen ist.
196
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konfiguration a
b) Konfiguration b
c) Konfiguration c
Mit Schale und Vorkammer
verschweißter Rohrboden
Mit der Schale verschweißter und
vorkammerseitig abgedichteter
Rohrboden, als Flansch ausgelegt
Mit der Schale verschweißter und
vorkammerseitig abgedichteter
Rohrboden, nicht als Flansch
ausgelegt
d) Konfiguration d
e) Konfiguration e
f) Konfiguration f
Schalenseitig und vorkammerseitig
abgedichteter Rohrboden, als
Flansch oder nicht als Flansch
ausgelegt
Schalenseitig abgedichteter und mit
der Vorkammer verschweißter
Rohrboden, als Flansch ausgelegt
Schalenseitig abgedichteter und mit
der Vorkammer verschweißter
Rohrboden, nicht als Flansch
ausgelegt
Bild 13.4.1-2 — Konfigurationen von Rohrböden von U-Rohr-Wärmeaustauschern
a) Konfiguration d1
b) Konfiguration d2
Rohrboden nicht als Flansch ausgelegt
Rohrboden als Flansch ausgelegt
Bild 13.4.1-3 — Verschiedene Typen der Konfiguration d (beidseitig abgedichteter Rohrboden)
197
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.4.2 Bedingungen für die Anwendbarkeit
13.4.2.1
Rohrboden
Der Rohrboden muss die nachstehenden Anwendbarkeitsbedingungen erfüllen:
a)
Der Rohrboden muss eben, kreisrund und von konstanter Dicke sein.
b)
Eine örtlich begrenzte Verringerung der Dicke am Umfang des Rohrbodens für eine Dichtungsnut oder eine
Entlastungsnut ist zulässig, sofern die verbleibende Berechnungswanddicke e a,p mindestens das 0,8fache der
angenommene Dicke e des Rohrbodens beträgt (siehe Bild 13.4.2-1):
ea,p 0,8 e
(13.4.2-1)
Der Radius darf nicht kleiner sein als 5 mm und nicht kleiner sein als 20 % der anschliessenden
Schalenwanddicke. Die oben angegebene Bedingung für die Restwanddicke gilt nur sofern das Verhältnis von
Außen- zu Innendurchmesser größer als 1,2 ist.
a) Konfiguration a
b) Konfiguration b und e
c) Konfiguration d
d) Konfiguration c und f
Bild 13.4.2-1 — Örtlich begrenzte Dickenverringerung am Umfang des Rohrbodens
c)
Wenn der Rohrboden als Flansch ausgebildet ist, muss die Dicke der Flanschverlängerung berechnet werden
nach:
13.10, wenn die Dichtung schmal ist (Konfigurationen b, d2, e),
13.11, wenn die Dichtung durchgehend ist (Konfigurationen b', d '2 , e').
d)
Sofern keine zufriedenstellenden Erfahrungen mit dünneren Rohrböden nachgewiesen werden können,
müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, wenn die Rohre in den Rohrböden eingewalzt sind:
Für d t 25 mm:
198
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ea 0,75 d t
(13.4.2-2)
Für 25 mm d t 30 mm:
e a 22 mm
(13.4.2-3)
Für 30 mm d t 40 mm:
e a 25 mm
(13.4.2-4)
Für 40 mm d t 50 mm:
ea 30 mm
e)
(13.4.2-5)
Der Rohrboden muss auf einer kreisförmigen Fläche vom Durchmesser Do gleichmäßig mit Rohrlöchern
versehen sein, und zwar so, dass die Mittelpunkte benachbarter Rohrlöcher gleichseitige Dreiecke oder
Quadrate bilden. Unberohrte Reihen für Trennwände sind jedoch zulässig, wenn der Abstand UL zwischen
zwei benachbarten Rohrreihen (siehe Bild 13.7.3-1) die folgende Bedingung erfüllt:
UL 4 p
(13.4.2-6)
Dabei ist p die Rohrteilung.
13.4.2.2
Rohre
a)
Die Rohre müssen in ihrem geraden Teil gleiche Nennwanddicken und Durchmesser aufweisen, und sie
müssen aus demselben Werkstoff bestehen.
b)
Sie müssen starr mit dem Rohrboden verbunden sein.
13.4.2.3
Schale und Vorkammer
Schale und Vorkammer müssen an ihrer Verbindung mit dem Rohrboden zylindrisch sein.
13.4.2.4
Belastung
Rohrseitiger Druck Pt und schalenseitiger Druck Ps werden als gleichförmig in jedem Kreis angenommen.
Andere Belastungen, wie etwa Eigengewicht oder Druckabfall, werden nicht berücksichtigt.
13.4.3 Symbole
Alle Momente in diesem Abschnitt sind Momente pro Längeneinheit [Nmm/mm].
A
Außendurchmesser des Rohrbodens;
C
Bolzenkreisdurchmesser;
Dc
Innendurchmesser der Vorkammer (siehe Bild 13.4.1-1);
Ds
Innendurchmesser der Schale (siehe Bild 13.4.1-1);
Do
Durchmesser der berohrten Rohrbodenfläche gemäß Gleichung (13.7.5-1);
dt
Nennaußendurchmesser der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
199
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
E
E-Modul des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Ec
E-Modul des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Es
E-Modul des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
E*
Effektiver E-Modul des Rohrbodens bei Auslegungstemperatur (siehe 13.7);
e
angenommene Dicke des Rohrbodens (siehe Bild 13.7.3-3);
ec
Wanddicke der Vorkammer (siehe Bild 13.4.1-1);
es
Wanddicke der Schale (siehe Bild 13.4.1-1);
F
Koeffizient, der in 13.4.4.3d angegeben ist;
f
Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fc
Berechnungsnennspannung des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fs
Berechnungsnennspannung des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
G1
Durchmesser des Mittelpunktes der Berührungsfläche zwischen Flansch und Rohrboden gemäß Gleichung
(11.5-97);
Gc
Vorkammerseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche (siehe Abschnitt 11);
Gs
Schalenseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche (siehe Abschnitt 11);
hg'
Effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut (siehe 13.7);
K
Rohrbodendurchmesser-Verhältnis gemäß Gleichung (13.4.4-6);
kc
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Vorkammerrand um den Einheitswinkel zu
verdrehen nach Tabelle 13.4.4-1;
ks
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Mantelrand um den Einheitswinkel zu
verdrehen nach Tabelle 13.4.4-1;
Mo
Im Mittelpunkt des Rohrbodens wirkendes Moment [Nmm/mm] gemäß Gleichung (13.4.5-7);
MP
Am Umfang des Rohrbodens wirkendes Moment [Nmm/mm] gemäß Gleichung (13.4.5-6);
M Pc Am Rand des nicht mit Löchern versehenen Rohrbodens infolge des Druckes in der angeschweißten
Vorkammer wirkendes Moment [Nmm/mm] nach Tabelle 13.4.4-1;
M Ps Am Rand des nicht mit Löchern versehenen Rohrbodens infolge des Druckes in der angeschweißten Schale
wirkendes Moment [Nmm/mm] nach Tabelle 13.4.4-1;
M TS Am Rand des nicht mit Löchern versehenen Rohrbodens infolge der Drücke Ps und Pt wirkendes Moment
[Nmm/mm] gemäß Gleichung (13.4.4-5);
M*
Am Rand des nicht mit Löchern versehenen Rohrbodens wirkendes Moment [Nmm/mm] (siehe 13.4.5.1);
Ps
Schalenseitiger Berechnungsdruck. Bei Unterdruck als negativ anzunehmen;
200
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ps'
Koeffizient des schalenseitigen Berechnungsdruckes nach Tabelle 13.4.4-1;
Pt
Rohrseitiger Berechnungsdruck. Bei Unterdruck als negativ anzunehmen;
Pt'
Koeffizient des rohrseitigen Berechnungsdruckes nach Tabelle 13.4.4-1;
Wmax Maximale Flansch-Auslegungsbolzenlast für den montierten Zustand gemäß Gleichung (13.4.4-11);
Wc
Vorkammerflansch-Auslegungsbolzenlast für den montierten Zustand (siehe 13.4.4.3);
Ws
Schalenflansch-Auslegungsbolzenlast für den montierten Zustand (siehe 13.4.4.3);
c
Koeffizient nach Tabelle 13.4.4-1;
s
Koeffizient nach Tabelle 13.4.4-1;
c
Koeffizient nach Tabelle 13.4.4-1;
s
Koeffizient nach Tabelle 13.4.4-1;
Grundlegender Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert (siehe 13.7);
*
Effektiver Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert (siehe 13.7);
c
Querkontraktionszahl des Vorkammerwerkstoffs;
s
Querkontraktionszahl des Schalenwerkstoffs;
*
Effektive Querkontraktionszahl des Rohrbodens (siehe 13.7);
c
Vorkammerdurchmesser-Verhältnis gemäß Gleichung (13.4.4-3) und (13.4.4-4);
s
Schalendurchmesser-Verhältnis gemäß Gleichung (13.4.4-1) und (13.4.4-2);
Berechnete Spannung in einem Bauteil:
Indizes:
b
Biegebeanspruchung;
c
Vorkammer;
eq
äquivalent;
m
Membran;
p
Umfang;
s
Schale;
t
Rohre;
Für den Rohrboden wird kein Index verwendet.
201
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.4.4 Auslegungsüberlegungen
13.4.4.1
Lastzustände
Zu den verschiedenen zu betrachtenden Lastzuständen gehören die normalen Betriebszustände, Anfahr- und
Abfahrzustände, außergewöhnliche Betriebszustände und Druckprüfzustände, welche für die Auslegung der
Rohrböden bestimmend sein können.
Für jeden Zustand sind die folgenden Belastungsfälle zu betrachten:
Belastungsfall 1 : Es wirkt nur der rohrseitige Druck Pt
Belastungsfall 2 : Es wirkt nur der schalenseitige Druck Ps
Ps 0 .
Pt 0 .
Belastungsfall 3 : Der rohrseitige Druck Pt und der schalenseitige Druck Ps wirken gleichzeitig.
Dieser Belastungsfall 3 muss stets betrachtet werden, wenn auf einer Seite ein Unterdruck vorhanden ist.
Können die Belastungsfälle 1 und 2 im Betrieb nicht auftreten, kann die Berechnung ausschließlich auf Grundlage
von Belastungsfall 3 erfolgen.
13.4.4.2
Auslegungsbedingungen
a)
Die Auslegung ist für den korrodierten Zustand vorzunehmen, außer für die Rohre, für die der
Nennaußendurchmesser d t und die Nennwanddicke e t zu verwenden sind.
b)
Da das Berechnungsverfahren iterativ ist, muss ein Wert e für die Rohrbodendicke angenommen werden, um
zu berechnen und zu prüfen, dass die maximalen Spannungen in Rohrboden, Schale und Vorkammer die
maximal zulässigen Spannungen nicht übersteigen. Es wird empfohlen, einen Anfangswert für die
Rohrbodendicke anzunehmen, der nicht kleiner ist als der durch die folgende Formel gegebene Wert:
e
Do
Ps Pt
4 0,8 f
Es sind zwei Fälle möglich:
Liegt die berechnete Spannung des Bauteils innerhalb der zulässigen Grenzen, können die
Berechnungen unter Verwendung einer geringeren Dicke des Bauteils wiederholt werden, bis die
berechnete Spannung gleich der zulässigen Spannung ist, um auf diese Weise die erforderliche
Mindestdicke zu erhalten.
Übersteigt die berechnete Spannung des Bauteils den zulässigen Wert, müssen die Berechnungen mit
einer höheren Dicke des Bauteils (oder nach Änderung anderer Parameter) wiederholt werden, solange,
bis die berechnete Spannung innerhalb der zulässigen Grenzen liegt.
13.4.4.3
a)
202
Bestimmung von Zwischenwerten
Effektive Elastizitätskonstanten des Rohrbodens. Nach 13.7 sind zu berechnen:
der Durchmesser der mit Rorlöchern versehenen Rohrbodenfläche Do
der grundlegende Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
der effektive Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert *
der effektiver E-Modul E *
die Querkontraktionszahl *
Die Werte von * , E * , * sind für die angenommene Rohrbodendicke e zu bestimmen.
b)
Durchmesserverhältnisse s and c und Moment M TS :
Verhältnis s für die Schale:
Konfigurationen a, b, c:
s
Ds
Do
(13.4.4-1)
Konfigurationen d, e, f:
s
Gs
Do
(13.4.4-2)
Verhältnis c für die Vorkammer:
Konfigurationen a, e, f:
c
Dc
Do
(13.4.4-3)
Konfigurationen b, c, d:
c
Gc
Do
(13.4.4-4)
Moment M TS , hervorgerufen von den Drücken Ps und Pt , die auf den nicht mit Rohrlöchern versehenen
Rohrbodenrand wirken:
M TS
c)
Do2
s 1 s2 1 Ps c 1 c2 1 Pt
16
(13.4.4-5)
Koeffizienten für die angeschweißte Schale und/oder Vorkammer und Momente M Ps und/oder M Pc , die
infolge des Drucks in der angeschweißten Schale und/oder Vorkammer auf den Rohrboden wirken (siehe
Tabelle 13.4.4-1).
203
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 13.4.4-1 — Koeffizienten für angeschweißte Schale und/oder Vorkammer
Angeschweißte Schale
(Konfigurationen a, b, c)
s
4
E s e s3
6 1 s2
4
c
2 s
D s2
Ps
8
E s es
M Ps s k s s 1 e s Ps'
12 1 c2
Dc ec ec
kc c
2
3 Ds
2
k s s2 s
2e
e
Ps'
c
Ds es es
ks s
s
12 1 s2
Angeschweißte Vorkammer
(Konfigurationen a, e, f)
E c e c3
6 1 c2
2
3 Dc
2
k c c2 c
2e
e
Pt'
2 c
Dc2
Pt
8
E c ec
M Pc c k c c 1 e c Pt'
ANMERKUNG
Diese Koeffizienten gelten nicht, wenn die Schale (Konfigurationen d, e, f) oder die Vorkammer
(Konfigurationen b, c, d) mit dem Rohrboden verschraubt/abgedichtet ist.
d)
Durchmesserverhältnis K für Rohrboden und Koeffizient F:
Durchmesserverhältnis K:
K
A
Do
(13.4.4-6)
Koeffizient F:
Konfiguration a:
F
1 *
E*
s c E ln K
(13.4.4-7)
Konfigurationen b und c:
F
(13.4.4-8)
1 *
E*
E ln K
(13.4.4-9)
Konfigurationen e und f:
F
204
s E ln K
Konfiguration d:
F
1 *
E*
1 *
E*
c E ln K
(13.4.4-10)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
e)
Flansch-Auslegungsbolzenlasten, die auf den abgedichteten Rohrboden wirken:
Konfigurationen d2, e, f:
W s ist aus Gleichung (11.5-16) von Abschnitt 11 zu berechnen.
Konfigurationen b, c, d2:
W c ist aus Gleichung (11.5-16) von Abschnitt 11 zu berechnen.
Für Konfiguration d1 (Rohrboden nicht als Flansch ausgelegt) ist die Flansch-Auslegungsbolzenlast gegeben
durch:
W max max W s ; W c
(13.4.4-11)
13.4.5 Auslegung des Rohrbodens
13.4.5.1
Ermittlung der maximalen Biegemomente im Rohrboden
13.4.5.1.1 Auf den nicht mit Rohrlöchern versehenen Rohrbodenrand wirkendes Moment M *
Für Konfiguration a:
M * M TS MPc MPs
(13.4.5-1)
Für Konfiguration b:
M * M TS MPs
Wc C Gc
2 Do
(13.4.5-2)
Wc G1 Gc
2 Do
(13.4.5-3)
Für Konfiguration c:
M * MTS MPs
Für Konfiguration d:
Konfiguration d1:
M * MTS
Wmax Gc Gs
2 Do
(13.4.5-4)
Konfiguration d2:
M * M TS
Ws C Gs Wc C Gc
2 Do
(13.4.5-5)
Für Konfiguration e:
M * M TS MPc
Ws C Gs
2 Do
(13.4.5-6)
Ws G1 Gs
2 Do
(13.4.5-7)
Für Konfiguration f:
M * MTS MPc
205
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.4.5.1.2 Am Umfang des Rohrbodens wirkendes Moment M p
M*
Mp
Do2
F Ps Pt
32
1 F
(13.4.5-8)
13.4.5.1.3 In der Mitte des Rohrbodens wirkendes Moment M 0
M0 Mp
Do2
3 * Ps Pt
64
(13.4.5-9)
13.4.5.1.4 Am Rohrboden wirkendes maximales Biegemoment
M max M p ; M 0
13.4.5.2
a)
Biegespannung im Rohrboden
*
6M
e hg'
2
(13.4.5-11)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Biegespannung im Rohrboden einen Wert von 2 f
überschreiten:
2f
13.4.5.3
a)
(13.4.5-10)
Die maximale radiale Biegespannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
b)
(13.4.5-12)
Schubspannung im Rohrboden
Die maximale Schubspannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
1 Do
Ps Pt
4 e
(13.4.5-13)
b) In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Schubspannung im Rohrboden einen Wert von 0,8 f
überschreiten:
0,8 f
(13.4.5-14)
13.4.6 Auslegung von Schale und Vorkammer an ihrer Verbindungsstelle mit dem Rohrboden
Dieser Unterabschnitt betrifft nur die Konfigurationen a, b, c, e, f:
13.4.6.1
Ermittlung der Spannungen in der Schale (Konfigurationen a, b, c)
Die Schale muss eine konstante Dicke e s auf einer minimalen Länge l s in einem an den Rohrboden
angrenzenden Bereich aufweisen, die wie folgt berechnet wird:
l s 1,4
206
Ds e s e s
(13.4.6-1)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a)
Die axiale Membranspannung wie folgt berechnet:
s, m
b)
(13.4.6-2)
Die axiale Biegespannung wie folgt berechnet:
s, b
c)
D s2
Ps
4 e s Ds e s
Do2
1 * Do
2
'
Ps Pt
k
P
3
M
s
s s
s
p
2
2
E* e
e
32
es
6
(13.4.6-3)
Die Vergleichsspannung in der Schale an ihrer Verbindungsstelle mit dem Rohrboden wird wie folgt berechnet:
s, eq max s, m s, b Ps ; s, m s, b
13.4.6.2
(13.4.6-4)
Ermittlung der Spannungen in der Vorkammer (Konfigurationen a, e, f)
Die Vorkammer muss eine konstante Dicke e c auf einer minimalen Länge l c in einem an den Rohrboden
angrenzenden Bereich aufweisen, die wie folgt berechnet wird:
l c 1,4
a)
Dc2
Pt
4 e c Dc e c
Do2
1 * Do
2
c Pt' 3
k
M
P
P
c
c
p
s
t
e
32
ec2
E*
e2
6
(13.4.6-7)
Die Vergleichsspannung in der Vorkammer an ihrer Verbindungsstelle mit dem Rohrboden wird wie folgt
berechnet:
c, eq max c, m c, b Pt ; c, m c, b
13.4.6.3
a)
(13.4.6-6)
Die axiale Biegespannung wie folgt berechnet:
c, b
c)
(13.4.6-5)
Die axiale Membranspannung wie folgt berechnet:
c, m
b)
Dc ec ec
(13.4.6-8)
Prüfung der Vergleichsspannungen von Schale und Vorkammer
Für alle Belastungsfälle bei normalem Betrieb müssen s, eq und c, eq den folgenden Bedingungen genügen:
Für die Konfigurationen a, b, c:
s, eq 1,5 f s
(13.4.6-9)
Für die Konfigurationen a, e, f:
c, eq 1,5 f c
b)
(13.4.6-10)
Falls s, eq 1,5 f s (Konfigurationen a, b, c)
oder c, eq 1,5 f c (Konfigurationen a, e, f),
207
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
muss die Auslegung neu berechnet werden. Dazu kann nach einer der folgenden 3 Optionen oder nach einer
Kombination derselben vorgegangen werden:
Option 1:
Die angenommene Rohrbodendicke e erhöhen und die Schale und/oder die Vorkammer gemäß
13.4.6 neu auslegen. Die relevanten Koeffizienten von 13.4.4.3, welche von e abhängen, müssen ggf.
neu berechnet werden.
Option 2:
Die Wanddicke der angeschweißten Schale und/oder Vorkammer wie folgt erhöhen:
Konfigurationen a, b, c:
falls s 1.5 f s , die Schalendicke e s erhöhen;
Konfigurationen a, e, f:
falls c 1.5 f c , die Schalendicke e c erhöhen.
Den Rohrboden nach 13.4.5 und die Schale und/oder Vorkammer nach 13.4.6 neu berechnen.
Die relevanten Koeffizienten von 13.4.4.3, welche von e s , Ds und/oder e c , Dc abhängen, müssen
ggf. neu berechnet werden.
Option 3:
Diese Option kann nur verwendet werden, wenn gilt:
s 3 f s (Konfigurationen a, b, c).
c 3 f c (Konfigurationen a, e, f).
Eine vereinfachte elastisch-plastische Berechnung durch Verwendung eines verringerten E-Moduls für die
angeschweißte Schale und/oder Vorkammer durchführen, zur Darstellung der erwarteten Lastverschiebung
aufgrund des plastischen Verhaltens an der Verbindung zwischen Schale und/oder Vorkammer und Rohrboden.
Hieraus kann ggf. eine höhere Rohrboden-Biegespannung resultieren.
Ersetzen:
E s durch Es
E c durch E c
1,5 f s
s, eq
1,5 f c
c, eq
und k s , s , Ps und M Ps neu berechnen (Konfigurationen a, b, c).
'
und k c , c , Pt und M Pc neu berechnen (Konfigurationen a, e, f).
'
Die Rohrboden-Biegespannung nach 13.4.5.2 neu berechnen.
Falls 2 f :
abgeschlossen.
Die angenommene Rohrbodendicke e ist annehmbar, und die Auslegung ist
Die angenommene Rohrbodendicke ist nicht annehmbar, und die Auslegung muss
Falls 2 f :
unter Verwendung von Option 1 oder 2 neu berechnet werden.
13.4.7 Behandlung von Konfigurationen mit durchgehender Dichtung
13.4.7.1
Geltungsbereich
Dieser Unterabschnitt gilt für die folgenden Konfigurationen, bei denen der Rohrboden schalenseitig und/oder
vorkammerseitig mit einer durchgehenden Dichtung abgedichtet ist (siehe Bild 13.4.7-1):
Konfiguration b': Rohrboden mit der Schale verschweißt und vorkammerseitig abgedichtet.
208
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Konfiguration d': Rohrboden schalenseitig und vorkammerseitig abgedichtet.
Konfiguration e': Rohrboden schalenseitig abgedichtet und mit der Vorkammer verschweißt.
(1)
(2)
(1)
Konfiguration b'
(2)
(1)
Konfiguration d'
(2)
Konfiguration e'
(1) Vorkammer
(2) Schale
Bild 13.4.7-1 — Rohrboden als Flansch ausgebildet, mit einer durchgehenden Dichtung
(Konfigurationen b', d', e')
Konfiguration d' umfasst die Fälle, in denen der Rohrboden (siehe Bild 13.4.7-2):
nicht als Flansch ausgebildet ist (Konfiguration d 1' ).
als Flansch ausgebildet ist (Konfiguration d 2' ).
a) Rohrboden nicht als Flansch ausgebildet
(Konfiguration d1' )
b) Rohrboden als Flansch ausgebildet
(Konfiguration d '2 )
Bild 13.4.7-2 — Verschiedene Typen von Konfiguration d'
13.4.7.2
Bedingungen für die Anwendbarkeit
Es gelten die in 13.4.2 angegebenen Bedingungen für die Anwendbarkeit, wobei die unter Verwendung einer
Dichtung am Rohrboden befestigte Schale und/oder Vorkammer als mit dem Rohrboden verschweißt betrachtet
wird.
13.4.7.3
Auslegungsregel
Die Auslegung ist nach 13.4.4 bis 13.4.6 vorzunehmen, mit den folgenden Änderungen:
a)
Die Schale ist, wenn sie mittels Dichtung mit dem Rohrboden verbunden ist (Konfigurationen d', e'), als mit
dem Rohrboden verschweißt zu betrachten, wobei für k s folgender Wert zu verwenden ist:
209
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Ausgabe 5 (2018-07)
ks
b)
3
1 s E s es
2 6 1 - s2
(13.4.7-1)
Die Vorkammer ist, wenn sie mittels Dichtung mit dem Rohrboden verbunden ist (Konfigurationen b', d'), als
mit dem Rohrboden verschweißt zu betrachten, wobei für k c folgender Wert zu verwenden ist:
kc
3
1 c E c ec
2 6 1 - c2
(13.4.7-2)
13.5 Festkopf-Wärmeaustauscher
13.5.1 Geltungsbereich
a)
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Konstruktion von Festkopf-Wärmeaustauschern, bei denen zwei
Rohrböden an der Schale und an der Vorkammer befestigt sind und durch ein Bündel gerader Rohre
miteinander verbunden sind, wie in Bild 13.5.1-1 dargestellt.
Die Schale kann mit einem Kompensator ausgestattet sein.
(1) Konfigurationen a, b, c oder d (siehe Abbildung 13.5.1-2)
Bild 13.5.1-1 — Typischer Festkopf-Wärmeaustauscher
b)
Die Rohrböden können eine der vier in Bild 13.5.1-2 dargestellten Konfigurationen aufweisen:
Konfiguration a: Mit Schale und Vorkammer verschweißter Rohrboden.
Konfiguration b: Mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, als Flansch
ausgelegt.
Konfiguration c: Mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, nicht als
Flansch ausgelegt.
Konfiguration d: Schalenseitig und vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden, nicht als Flansch ausgelegt.
210
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
c)
Die Unterabschnitte 13.5.2 bis 13.5.9 betreffen die Konfiguration a (bei welcher der Rohrboden verschweißt
ist) und die Konfigurationen b, c und d, bei denen der mittels Dichtung befestigte Rohrboden mit einer
schmalen Dichtung versehen ist.
Im Unterabschnitt 13.5.10 wird dargelegt, wie diese Regeln für die Konfigurationen b' und d' anzuwenden sind,
bei denen der mittels Dichtung befestigte Rohrboden mit einer durchgehenden Dichtung versehen ist.
Der Unterabschnitt 13.5.9 ermöglicht es, Schalen zu betrachten, die in dem an den Rohrboden angrenzenden
Bereich eine andere Dicke oder einen anderen Werkstoff aufweisen, wenn sie mit dem Rohrboden verschweißt
sind (Konfigurationen a, b, c).
a) Konfiguration a
b) Konfiguration b
Mit Schale und Vorkammer
verschweißter Rohrboden
Mit der Schale verschweißter und
vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden,
als Flansch ausgelegt
c) Konfiguration c
d) Konfiguration d
Mit der Schale verschweißter und
vorkammerseitig abgedichteter Rohrboden,
nicht als Flansch ausgelegt
Schalenseitig und vorkammerseitig abgedichteter
Rohrboden,
nicht als Flansch ausgelegt
Bild 13.5.1-2 — Konfigurationen von Rohrböden von Festkopf-Wärmeaustauschern
13.5.2 Bedingungen für die Anwendbarkeit
13.5.2.1
Rohrböden
Die Rohrböden müssen die folgenden Anwendbarkeitsbedingungen erfüllen:
a)
Die zwei Rohrböden müssen eben, kreisrund und identisch sein (d.h. dieselbe konstante Dicke und dieselbe
Verbindung mit Schale und Vorkammer aufweisen und aus demselben Werkstoff bestehen).
b)
Eine örtlich begrenzte Verringerung der Dicke am Umfang des Rohrbodens für eine Dichtungsnut oder eine
Entlastungsnut ist zulässig, sofern die verbleibende Berechnungswanddicke e a,p mindestens das 0,8 fache
der angenommene Dicke e des Rohrbodens beträgt (siehe Bild 13.5.2-1):
211
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ea,p 0,8 e
(13.5.2-1)
Der Radius darf nicht kleiner sein als 5 mm und nicht kleiner sein als 20 % der anschliessenden
Schalenwanddicke. Die oben angegebene Bedingung für die Restwanddicke gilt nur sofern das Verhältnis von
Außen- zu Innendurchmesser größer als 1,2 ist.
a) Konfiguration a
b) Konfiguration b
c) Konfiguration c
d) Konfiguration d
Bild 13.5.2-1 — Örtlich begrenzte Dickenverringerung am Umfang des Rohrbodens
c)
Wenn der Rohrboden als Flansch ausgebildet ist, muss die Dicke der Flanschverlängerung berechnet werden
nach:
13.10, wenn die Dichtung schmal ist (Konfiguration b),
13.11, wenn die Dichtung durchgehend ist (Konfiguration b').
d)
Sofern keine zufriedenstellenden Erfahrungen mit dünneren Rohrböden nachgewiesen werden können,
müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, wenn die Rohre in den Rohrböden eingewalzt sind:
Für d t 25 mm:
ea 0,75 d t
(13.5.2-2)
Für 25 mm d t 30 mm:
e a 22 mm
(13.5.2-3)
Für 30 mm d t 40 mm:
e a 25 mm
212
(13.5.2-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für 40 mm d t 50 mm:
ea 30 mm
e)
(13.5.2-5)
Der Rohrboden muss auf einer kreisförmigen Fläche vom Durchmesser Do gleichmäßig mit Rohrlöchern
versehen sein, und zwar so, dass die Mittelpunkte benachbarter Rohrlöcher gleichseitige Dreiecke oder
Quadrate bilden.
Unberohrte Reihen für Trennwände sind jedoch zulässig, wenn der Abstand UL zwischen zwei benachbarten
Rohrreihen (siehe Bild 13.7.3-1) die folgende Bedingung erfüllt:
UL 4 p
(13.5.2-6)
Dabei ist p die Rohrteilung.
f)
Ein nicht mit Rohrlöchern versehener Kreisring ist zulässig, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:
Do 0,85 De
13.5.2.2
(13.5.2-7)
Rohre
a)
Die Rohre müssen gerade und identisch sein (d. h. dieselbe konstante Wanddicke und denselben
Durchmesser aufweisen und aus demselben Werkstoff bestehen).
b)
Sie müssen starr mit den Rohrböden verbunden sein.
13.5.2.3
a)
Schale
Die Schale muß zylindrisch und von konstanter Wanddicke und konstantem Durchmesser sein. Im Fall einer
integralen Verbindung mit der Rohrplatte (Konfigurationen a, b, c) darf der Mantel im Anschluss an die
Rohrplatte dicker ausgeführt werden,wie in Bild 13.5.9-1 dargestellt.
Für Konfigurationen a, b und c muß der Mantel eine konstante Dicke über eine Länge von
l s 1,4
Ds e s es
(13.5.2-8)
aufweisen. Die effektiven Schalenlängen im Anschluß an die Rohrböden sind wie in Bild 13.5.9-1 zu messen.
Schweißnähte sind innerhalb dieser Längen erlaubt. Sofern der Mantel einen Ausschnitt in Rohrbodennähe
aufweist, siehe Abschnitt 9.7.2.1.
b)
Die Schale kann mit einem Kompensator ausgestattet sein, sofern sich die Enden des Kompensators in einem
Abstand von den Rohrböden befinden, der mindestens gleich 1,4
13.5.2.4
a)
Ds e s e s ist.
Vorkammer
Die Innendurchmesser Ds und Dc der Schale bzw. der Vorkammer müssen folgende Bedingung erfüllen:
für die Konfiguration a:
0,9 Ds Dc 11
, Ds
(13.5.2-9)
für die Konfigurationen b und c:
0,9 D s Gc 1,2 D s
(13.5.2-10)
213
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
für die Konfiguration d:
0,9 G s Gc 1,1G s
(13.5.2-11)
b) Wenn die Vorkammern mit den Rohrböden verschweißt sind (Konfiguration a), müssen sie zylindrisch sein und
eine konstante Dicke e c auf einer minimalen Länge l c in einem an die Rohrböden angrenzenden Bereich
aufweisen, die wie folgt berechnet wird:
l c 1,4
Dc ec ec
(13.5.2-12)
Die effektiven Schalenlängen im Anschluß an die Rohrböden sind wie in 13.5.2.3 a) beschrieben, zu messen.
Schweißnähte sind innerhalb dieser Längen erlaubt. Sofern der Mantel einen Ausschnitt in Rohrbodennähe
aufweist, siehe Abschnitt 9.7.2.1.
13.5.2.5
Belastung
Dieser Abschnitt betrifft Wärmeaustauscher, auf welche einwirken:
Ein rohrseitiger Druck Pt und ein schalenseitiger Druck Ps , die als gleichförmig in jedem Kreis angenommen
werden.
Belastungen, die durch die Wärmeausdehnung hervorgerufen werden.
Andere Belastungen, wie etwa Eigengewicht oder Druckabfall, werden nicht berücksichtigt.
13.5.3 Symbole
Dc
Innendurchmesser der Vorkammer (siehe Bild 13.5.1-1);
De
Effektiver Rohrbodendurchmesser gemäß den Gleichungen (13.5.4-1) bis (13.5.4-4);
DJ
Balgwelleninnendurchmesser des Kompensators (dieser Durchmesser Dj entspricht dem Durchmesser Di in
Bild 14.1-1);
Ds
Innendurchmesser der Schale (siehe Bild 13.5.1-1);
Do
Äquivalenter Durchmesser des äußeren Rohrbegrenzungskreises gemäß Gleichung (13.7.5-1);
D*
Äquivalente Biegesteifigkeit des Rohrbodens gemäß Gleichung (13.7.9-1);
dt
Nennaußendurchmesser der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
E
E-Modul des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Ec
E-Modul des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Es
E-Modul des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Et
E-Modul des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
E*
Effektiver E-Modul des Rohrbodens bei Auslegungstemperatur (siehe 13.7);
e
Dicke des Rohrbodens (siehe Bild 13.7.3-3);
214
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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ec
Wanddicke der Vorkammer (siehe Bild 13.5.1-1);
es
Wanddicke der Schale (siehe Bild 13.5.1-1);
et
Nennwanddicke der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
Fi
Koeffizient, der für verschiedene Werte von Z jeweils als Funktion von X gegeben ist (siehe Bilder 13.5.6-1 und
2);
Fq
Koeffizient, der für verschiedene Werte von Z jeweils als Funktion von X gegeben ist (siehe Bilder 13.5.4-1 und
2);
f
Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fc
Berechnungsnennspannung des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fs
Berechnungsnennspannung des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
ft
Berechnungsnennspannung des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
f t,bk
Maximal zulässige Knickspannung der Rohre;
f t, j
Maximal zulässige Spannung der Verbindung Rohr/Rohrboden;
Gc
Vorkammerseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche (siehe Abschnitt 11);
Gs
Schalenseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche (siehe Abschnitt 11);
H
Koeffizient, der für verschiedene Werte von Z jeweils als Funktion von X gegeben ist (siehe Bilder 13.5.5-1 und
2);
hg'
Effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut (siehe 13.7);
J
Verhältnis der Axialsteifigkeiten von Kompensator und Schale gemäß Gleichung (13.5.4-11)
J = 1,0 falls kein Kompensator vorhanden ist;
KJ
Axialsteifigkeit des Kompensators (siehe Abschnitt 14);
Ks
Axialsteifigkeit der Schale gemäß Gleichung (13.5.4-8);
K s,t
Verhältnis der Axialsteifigkeiten von Schale und Rohrbündel gemäß Gleichung (13.5.4-9);
Kt
Axialsteifigkeit der Rohre gemäß Gleichung (13.5.4-7);
Kw
Modul der dem Rohrbündel äquivalenten elastischen Bettung gemäß Gleichung (13.5.4-10);
kc
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Vorkammerrand um den Einheitswinkel zu
verdrehen gemäß Gleichung (13.5.4-15);
ks
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Mantelrand um den Einheitswinkel zu
verdrehen gemäß Gleichung (13.5.4-13);
215
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
L
Rohrlänge zwischen den Innenflächen der Rohrböden gemäß Gleichung (13.5.4-4);
Lt
Rohrlänge zwischen den Außenflächen der Rohrböden (siehe Abbildung 13.5.1-1);
Nt
Anzahl der Rohre;
Pe
Effektiver Druck am Rohrboden gemäß Gleichung (13.5.4-18);
Ps
Schalenseitiger Berechnungsdruck. Bei Unterdruck als negativ anzunehmen;
Pt
Rohrseitiger Berechnungsdruck. Bei Unterdruck als negativ anzunehmen;
Ts,m Mittlere Schalenwandtemperatur über die Schalenlänge, in °C;
Tt,m
Mittlere Rohrwandtemperatur über die Rohrlänge, in °C;
wJ
Höhe des Kompensators (siehe Abschnitt 14);
X
Steifigkeitsbeiwert Rohrbündel/Rohrboden gemäß Gleichung (13.5.4-12);
xs
Schalenseitiger Rohrboden-Bohrbeiwert gemäß Gleichung (13.5.4-5);
xt
Rohrseitiger Rohrboden-Bohrbeiwert gemäß Gleichung (13.5.4-6);
Z
Beiwert für die Rohrboden-Randeinspannung durch Schale und Vorkammer gemäß Gleichung (13.5.4-17);
s,m Mittlerer Wärmeausdehnungsbeiwert des Schalenwerkstoffs bei Temperatur Ts,m ;
t,m Mittlerer Wärmeausdehnungsbeiwert des Rohrwerkstoffs bei Temperatur Tt,m ;
Differenz der axialen Wärmeausdehnung zwischen Rohren und Schale gemäß Gleichung (13.5.4-19);
Grundlegender Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert (siehe 13.7);
*
Effektiver Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert (siehe 13.7);
c
Querkontraktionszahl des Vorkammerwerkstoffs;
s
Querkontraktionszahl des Schalenwerkstoffs;
t
Querkontraktionszahl des Rohrwerkstoffs;
*
Effektive Querkontraktionszahl der Rohrböden (siehe 13.7);
Berechnete Spannung in einem Bauteil;
Berechnete Schubspannung in einem Bauteil;
216
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Indizes:
b
Biegebeanspruchung;
c
Vorkammer;
eq
äquivalent;
J
Kompensator;
m
Membran;
p
Umfang;
s
Schale;
t
Rohre;
Für den Rohrboden wird kein Index verwendet.
13.5.4 Auslegungsüberlegungen
13.5.4.1
Lastzustände
Es müssen alle zu erwartenden Lastzustände ermittelt werden, damit sichergestellt ist, dass die ungünstigste
Lastkombination bei der Auslegung berücksichtigt wird.
ANMERKUNG
Es ist im allgemeinen nicht möglich, durch Beobachtung den mit der stärksten Beanspruchung verbundenen
Zustand der gleichzeitigen Einwirkung der Drücke Pt und Ps und der Wärmeausdehnung zu ermitteln.
Zu den verschiedenen zu betrachtenden Lastzuständen gehören die normalen Betriebszustände, Anfahr- und
Abfahrzustände, außergewöhnlichen Betriebszustände und Druckprüfzustände, welche für die Auslegung der
Hauptbestandteile des Wärmeaustauschers (d. h. Rohrböden, Rohre, Schale, Vorkammer) bestimmend sein
können.
Für jeden dieser Zustände müssen die folgenden Belastungsfälle betrachtet werden, um den in den
Berechnungsformeln zu verwendenden effektiven Druck Pe zu bestimmen:
Belastungsfall 1 : Es wirkt nur der rohrseitige Druck Pt Ps 0 , keine Wärmeausdehnung 0 .
Belastungsfall 2 : Es wirkt nur der schalenseitige Druck Ps Pt 0 , keine Wärmeausdehnung 0 .
Belastungsfall 3: Der rohrseitige Druck Pt und der schalenseitige Druck Ps wirken gleichzeitig, keine
Wärmeausdehnung 0 .
Belastungsfall 4: Es wirkt nur die Wärmeausdehnung
Pt 0, Ps 0 .
Belastungsfall 5: Es wirkt nur der rohrseitige Druck Pt Ps 0 , mit Wärmeausdehnung .
Belastungsfall 6: Es wirkt nur der schalenseitige Druck Ps Pt 0 , mit Wärmeausdehnung .
Belastungsfall 7: Der rohrseitige Druck Pt und der schalenseitige Druck Ps wirken gleichzeitig, mit
Wärmeausdehnung .
Können die Belastungsfälle 1, 2, 5 und 6 während des Betriebs nicht eintreten, können für die Auslegung
ausschließlich die Belastungsfälle 3, 4 und 7 zugrunde gelegt werden.
217
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für die Druckprüfung müssen nur die Belastungsfälle mit 0 untersucht werden (Fälle 1, 2 und 3).
Nähere Angaben zu den zu betrachtenden Belastungsfällen sind in Anhang I enthalten.
13.5.4.2
Auslegungsbedingungen
a)
Die Auslegung ist für den korrodierten Zustand vorzunehmen, außer für die Rohre, für die der
Nennaußendurchmesser d t und die Nennwanddicke e t zu verwenden sind.
b)
Da das Berechnungsverfahren iterativ ist, muss ein Wert e für die Rohrbodendicke angenommen werden, um
zu berechnen und zu prüfen, dass die maximalen Spannungen in Rohrböden, Rohren, Schale und Vorkammer
die maximal zulässigen Spannungen nicht übersteigen. Es sind zwei Fälle möglich:
Liegt die berechnete Spannung des Bauteils innerhalb der zulässigen Grenzen, können die Berechnungen
unter Verwendung einer geringeren Dicke des Bauteils wiederholt werden, bis die berechnete Spannung
gleich der zulässigen Spannung ist, um auf diese Weise die erforderliche Mindestdicke zu erhalten.
Übersteigt die berechnete Spannung des Bauteils den zulässigen Wert, müssen die Berechnungen mit einer
höheren Dicke des Bauteils (oder nach Änderung anderer Parameter) wiederholt werden, solange, bis die
berechnete Spannung innerhalb der zulässigen Grenzen liegt.
Sind die Rohrböden mit der Schale verschweißt (Konfigurationen a, b und c), besteht eine andere Lösung
darin, die Dicke des an den Rohrboden angrenzenden Schalenabschnitts zu erhöhen (siehe 13.5.9).
ANMERKUNG
Der Konstrukteur muss sich dessen bewusst sein, dass sich bei Erhöhen oder Vermindern der Dicke eines
Bauteils nicht nur die Spannungen in diesem Bauteil ändern, sondern auch in anderen Bauteilen.
c)
Da jede Erhöhung der Rohrbodendicke zu Überbeanspruchungen in Rohren, Schale oder Vorkammer führen
kann, ist eine abschließende Überprüfung erforderlich, bei der in die Gleichungen die Berechnungswanddicken
von Rohrböden, Rohren, Schale und Vorkammer eingesetzt werden.
13.5.4.3
a)
Bestimmung von Zwischenwerten
Effektive Elastizitätskonstanten des Rohrbodens. Nach 13.7 sind zu berechnen:
der Durchmesser der mit Rohrlöchern versehenen Rohrbodenfläche Do
der grundlegende Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert
der effektive Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert *
der effektiver E-Modul E *
die Querkontraktionszahl *
Die Werte von * , E * , * sind für die angenommene Rohrbodendicke e zu bestimmen.
b)
Effektiver Rohrbodendurchmesser
Für Konfiguration a:
De
218
D s Dc
2
(13.5.4-1)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für die Konfigurationen b und c:
De
D s Gc
2
(13.5.4-2)
Für Konfiguration d:
De
c)
Gs Gc
2
(13.5.4-3)
Effektive Rohrlänge:
L Lt 2 e
d)
(13.5.4-4)
Rohrboden-Bohrbeiwerte:
d
x s 1 N t t
De
2
d 2 et
x t 1 N t t
De
e)
Ks
K s,t
Kw
J
e t d t e t E t
L
e s Ds e s E s
L
Ks
Nt K t
(13.5.4-6)
(13.5.4-7)
(13.5.4-8)
(13.5.4-9)
8 Nt K t
(13.5.4-10)
D e2
1
K
1 s
KJ
(13.5.4-11)
Steifigkeitsverhältnis Rohrbündel/Rohrboden:
K
X w*
D
g)
2
Axialsteifigkeiten:
Kt
f)
(13.5.4-5)
0,25
De
2
(13.5.4-12)
Biegesteifigkeiten
Für die Schale:
Konfigurationen a, b, c:
219
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ks
2 E s e s
12 1 s2
0,75
2,5
Ds e s
(13.5.4-13)
0,5
Konfiguration d:
ks 0
(13.5.4-14)
Für die Vorkammer:
Konfiguration a:
kc
2 E c e c
12 1 c2
0,75
2,5
Dc e c
(13.5.4-15)
0,5
Konfigurationen b, c, d:
kc 0
h)
(13.5.4-16)
Beiwert für die Rohrboden-Randeinspannung durch Schale und Vorkammer:
Z
ks kc
K w
0,25
D*
(13.5.4-17)
0,75
ANMERKUNG
Für kleine Werte von Z (nahe bei 0)
ANMERKUNG
Für große Werte von Z (größer als 5) : Der Rohrboden ist im wesentlichen als eingespannt zu betrachten.
13.5.4.4
: Der Rohrboden ist im wesentlichen als frei aufliegend zu betrachten.
Effektiver Druck Pe
Der effektive Druck, der die Drücke Pt und Ps und die Wärmeausdehnung berücksichtigt, wird wie folgt berechnet:
Pe
D 2 w J 2 Ds2
2 s
1 J
J
x s 2 t 1 x s
Ps
1 J K s,t Fq
K s,t 2 J K s,t
Ds2
J K s,t
1
Pt
x t 2 t 1 x t
J K s,t
1 J K s,t Fq
J K s,t
J K s,t
1 J K s,t Fq
Kw
2
(13.5.4-18)
Dabei ist:
t,m Tt,m 20C s,m Ts,m 20C L
13.5.5 Auslegung des Rohrbodens
13.5.5.1
a)
220
Biegespannung
Die maximale radiale Biegespannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
(13.5.4-19)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2
1,5 Fm D e
Pe
* e h'
g
Fm
1
6H
(13.5.5-1)
(13.5.5-2)
ANMERKUNG
Die Mindestbiegespannung im Rohrboden wird erhalten, wenn der Wert von Z nahe bei 0,52 liegt. Dieser
Wert kann durch Verändern der Dicke des an den Rohrboden angrenzenden Schalen- oder Vorkammerabschnitts erreicht
werden (siehe 13.5.9).
b)
Die berechnete Spannung muss wie folgt mit der zulässigen Spannung verglichen werden.
1)
Wenn der Rohrboden als Flansch ausgebildet ist (Konfiguration b):
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Rohrbodenspannung , die ausschließlich durch die
Drücke ( Pt und Ps ) hervorgerufen wird (d. h. 0 bei der Berechnung von Pe ), den Wert 1,5 f
übersteigen:
15
, f
(13.5.5-3)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle bei Normalbetrieb darf die Rohrbodenspannung , die durch die
gleichzeitige Einwirkung der Drücke ( Pt und Ps ) und der Wärmeausdehnung hervorgerufen wird, den
Wert 2,25 f übersteigen:
2,25 f
(13.5.5-4)
Die Dicke der Flanschverlängerung ist zu berechnen nach:
13.10, wenn die Dichtung schmal ist,
2)
13.11, wenn die Dichtung durchgehend ist.
Wenn der Rohrboden nicht als Flansch ausgebildet ist (Konfigurationen a, c und d):
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Rohrbodenspannung , die ausschließlich durch die
Drücke ( Pt und Ps ) hervorgerufen wird (d. h. 0 bei der Berechnung von Pe ), den Wert 2 f
übersteigen:
2f
(13.5.5-5)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle bei Normalbetrieb darf die Rohrbodenspannung , die durch
die gleichzeitige Einwirkung der Drücke ( Pt und Ps ) und der Wärmeausdehnung hervorgerufen wird,
den Wert 3 f übersteigen:
3 f
c)
(13.5.5-6)
Sind die vorstehenden Bedingungen nicht erfüllt, ist die Berechnung mit einem höheren Wert für die
Rohrbodendicke e zu wiederholen.
Ist der Rohrboden mit Schale oder Vorkammer verschweißt (Konfigurationen a, b und c), so kann, wie in
13.5.9 dargelegt, auch die Dicke dieser beiden Teile im an den Rohrboden angrenzenden Bereich erhöht
werden; dies gilt insbesondere, wenn Z nahe bei 0,5 liegt.
221
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.5.5.2
a)
Schubspannung
Die maximale Schubspannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
1 Do
Pe
4 e
b)
(13.5.5-7)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Schubspannung einen Wert von 0,8 f überschreiten:
0,8 f
(13.5.5-8)
13.5.6 Auslegung der Rohre
13.5.6.1
a)
Axiale Membranspannung
Die maximale axiale Spannung in den Rohren wird wie folgt berechnet:
Für die äußerste Rohrreihe:
t,o
1
x t xs
P x P x - P F
s
s
t
t
e
(13.5.6-1)
q
Für die inneren Rohrreihen:
t,i
1
xt xs
Ps x s Pt x t - Pe Fi
(13.5.6-2)
b) In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf der absolute Wert dieser Spannungen die höchstzulässige
Spannung f t,j der Verbindung von Rohren und Rohrboden überschreiten, die in 13.8 festgelegt ist:
c)
t,o f t,j
(13.5.6-3)
t,i f t, j
(13.5.6-4)
In keinem der Belastungsfälle, in denen t,o oder t,i negativ ist (Rohre auf Druck beansprucht), darf der
absolute Wert dieser Spannungen die höchstzulässige Knickspannung ft,bk der Rohre überschreiten, die in 13.9
festgelegt ist:
t,o f t,bk
(13.5.6-5)
t,i f t,bk
(13.5.6-6)
13.5.6.2
a)
Vergleichsspannung
Die maximale Vergleichsspannung in den Rohren wird wie folgt berechnet:
t,eq max t,i t, ; t,i t,r ; t, t,r ; t,o t, ; t,o t,r
222
(13.5.6-7)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist:
t, die mittlere Umfangsspannung in den Rohren:
t,
Pt d t 2e t Ps d t
2 et
t,r die mittlere Radialspannung in den Rohren:
t,r
b)
(13.5.6-8)
Pt Ps
2
(13.5.6-9)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Vergleichsspannung t,eq , die ausschließlich durch die
Drücke Pt und Ps hervorgerufen wird (d. h. 0 bei der Berechnung von Pe ), den Wert f t übersteigen:
t,eq f t
(13.5.6-10)
In keinem der Belastungsfälle mit 0 darf die Vergleichsspannung t,eq den Wert 1,5 f t übersteigen:
t,eq 1,5 f t
(13.5.6-11)
13.5.7 Auslegung der Schale
13.5.7.1
Auslegung der Schale in größerem Abstand von den Rohrböden
13.5.7.1.1 Axiale Membranspannung
a)
Die axiale Membranspannung in der Schale wird wie folgt berechnet:
s,m
b)
D s2
Pt Pe
4 e s Ds e s
(13.5.7-1)
In keinem der Belastungsfälle, in denen s,m negativ ist (Schale auf Druck beansprucht), darf der absolute
Betrag die zulässige Knickspannung der Schale fs,bk übersteigen
s,m fs,bk
(13.5.7-2)
Dabei ist:
f s,bk K
Dabei gilt:
es Es
4 Ds e s
K = 1,0
(13.5.7-3)
für normale Betriebszustände.
K = 1,35 für außergewöhnliche Betriebszustände und Druckprüfzustände.
223
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.5.7.1.2 Vergleichsspannung
a)
Die maximale Vergleichsspannung wird wie folgt berechnet:
s,eq max
s,m s,
; s,m s,r ; s, s,r
(13.5.7-4)
Dabei ist: s, die mittlere Umfangsspannung in der Schale:
s,
Ps Ds
2 es
s,r die mittlere Radialspannung in der Schale:
s,r
b)
(13.5.7-5)
Ps
2
(13.5.7-6)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Vergleichsspannung s,eq , die ausschließlich durch die
Drücke Pt und Ps hervorgerufen wird (d. h. 0 bei der Berechnung von Pe ), den Wert fs übersteigen:
s,eq f s
c)
(13.5.7-7)
In keinem der Belastungsfälle mit 0 darf s,eq den Wert 1,5 fs übersteigen:
s,eq 1,5 f s
13.5.7.2
(13.5.7-8)
Auslegung der Schale an ihrer Verbindung mit den Rohrböden
Dieser Unterabschnitt betrifft nur die Konfigurationen, bei denen die Schale mit den Rohrböden verschweißt ist
(Konfigurationen a, b, c).
13.5.7.2.1 Axiale Biegespannung
Die maximale axiale Biegespannung in der Schale an der Verbindung zum Rohrboden wird wie folgt berechnet:
2
ks
1 D
s,b
e Pe
k s k c I1 2 es
(13.5.7-9)
Dabei ist:
2
1 *
I1 H
Fq, 1
X Z
X Z
(13.5.7-10)
Hierbei sind H und Fq, die Werte der Koeffizienten H und Fq für Z (siehe Bilder 13.5.5-1 und 13.5.4-1).
224
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.5.7.2.2 Vergleichsspannung
a)
Die maximale Vergleichsspannung in der Schale an der Verbindung zu den Rohrböden wird wie folgt
berechnet:
s,eq,1 max
s,m s,b Ps
; s,m s,b
(13.5.7-11)
Dabei ist s, m gemäß der Gleichung (13.5.7.-1) zu berechnen.
b)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle im Normalbetrieb darf s,eq,1 den Wert 3 fs übersteigen:
s,eq,1 3 f s
(13.5.7-12)
ANMERKUNG
Wird diese Bedingung nicht erfüllt, kann, wie in 13.5.9 dargelegt, die Dicke des an die Rohrböden
angrenzenden Schalenabschnitts erhöht werden.
13.5.8 Auslegung der Vorkammer an ihrer Verbindung mit dem Rohrboden
Dieser Unterabschnitt betrifft nur die Konfiguration, bei welcher die Vorkammer mit dem Rohrboden verschweißt ist
(Konfiguration a).
13.5.8.1
Axiale Membranspannung
Die axiale Membranspannung in der Vorkammer wird wie folgt berechnet:
c,m
13.5.8.2
Dc2
Pt
4 e c Dc e c
(13.5.8-1)
Axiale Biegespannung
Die maximale axiale Biegespannung in der Vorkammer an der Verbindung zum Rohrboden wird wie folgt
berechnet:
2
kc
1 D
c,b
e Pe
k s k c I1 2 e c
(13.5.8-2)
Dabei ist II gemäß Gleichung (13.5.7-10) z berechnen.
13.5.8.3
a)
Vergleichsspannung
Die maximale Vergleichsspannung in der Vorkammer an der Verbindung zum Rohrboden wird wie folgt
berechnet:
c,eq,1 max
b)
c,m c,b Pt
; c,m c,b
(13.5.8-3)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle im Normalbetrieb darf c,eq,1 den Wert 3 fc übersteigen:
c,eq,1 3 f c
(13.5.8-4)
225
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.5.9 Schale mit abweichender Wanddicke oder unterschiedlichem Werkstoff in dem an den Rohrboden
angrenzenden Schalenabschnitt
13.5.9.1
Zweck
In diesem Abschnitt wird die Anwendung der Regeln aus 13.5 für den Fall beschrieben, dass die an die Rohrböden
angrenzenden Schalenabschnitte eine andere Wanddicke aufweisen bzw. aus einem anderen Werkstoff bestehen
(siehe Bild 13.5.9-1). Zielsetzung dabei ist:
die hinsichtlich der Spannungen geltenden Forderungen für Rohrboden, Schale oder Vorkammer zu
erfüllen, wenn die Spannungen in diesen Bauteilen zu hoch sind;
die Rohrbodendicke zu verringern;
den Randeinspannungsbeiwert Z auf einen Wert von annähernd 0,52 zu bringen und damit die
Biegespannung im Rohrboden zu minimieren. . Bei Ausführung iterativer Berechnungen mit Hilfe der
Gleichungen in 13.5.5.1 führt dies zur optimalen Auslegung der Rohrbodendicke. ;
das Problem nicht kompatibler Werkstoffe von Schale und Rohrböden zu lösen.
13.5.9.2
Bedingungen für die Anwendbarkeit
Dieser Abschnitt betrifft nur Konfigurationen, bei denen die Schale mit dem Rohrboden verschweißt ist
(Konfigurationen a, b, c).
Dieser Abschnitt ist zusätzlich zu den Abschnitten 13.5.1 bis 13.5.8 anzuwenden.
Die an die Rohrböden angrenzenden Schalenabschnitte müssen denselben Durchmesser und dieselbe konstante
Dicke aufweisen und aus demselben Werkstoff bestehen.
Ihre Längen l 1 und l 1' , die unterschiedlich sein können, müssen mindestens betragen:
l s,1 1,4
Ds es,1 es,1
(13.5.9-1)
(2)
(1)
(1)
(1) Konfiguration a, b oder c
(2) Anstieg ≤ 1/3
Bild 13.5.9-1 Schale mit erhöhter Wanddicke im Bereich der Rohrböden
226
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.5.9.3
Zusätzliche Symbole
Folgende Symbole gelten zusätzlich zu denen in 13.5.3.
E s,1
E-Modul des Schalenwerkstoffs im an die Rohrböden angrenzenden Bereich bei Auslegungstemperatur;
e s,1
Wanddicke der Schale im an die Rohrböden angrenzenden Bereich;
f s,1
Berechnungsnennspannung des Schalenwerkstoffs im an die Rohrböden angrenzenden Bereich;
l 1 , l '1
Längen der an die Rohrböden angrenzenden Schalenabschnitte mit Wanddicke e s,1 (siehe Abbildung
13.5.9-1);
K s*
Äquivalente axiale Steifigkeit der Schale gemäß Gleichung (13.5.9-2);
s,m,1
Mittlerer Wärmeausdehnungsbeiwert des Schalenwerkstoffs im an die Rohrböden angrenzenden Bereich
bei Temperatur Ts,m ;
*
Differenz der axialen Wärmeausdehnung zwischen Rohren und Schale gemäß Gleichung (13.5.9-3);
13.5.9.4
Auslegungsberechnungen
Die Berechnungen sind gemäß 13.5.4 bis 13.5.8 unter Berücksichtigung folgender Änderungen durchzuführen:
a)
In der Gleichung (13.5.4-11) zur Berechnung von J und in der Gleichung (13.5.4-9) zur Berechnung von K s,t
ist K s durch K s* zu ersetzen, wobei:
K s*
b)
c)
Ds e s
L l 1 - l 1'
l +l'
1 1
es E s
e s,1 E s,1
(13.5.9-2)
In der Gleichung (13.5.4-13) zur Berechnung von k s ist zu ersetzen:
e s durch e s,1 ,
E s durch E s,1 .
In der Gleichung (13.5.4-8) zur Berechnung von Pe ist durch * zu ersetzen, wobei:
* Tt,m 20C t,m L Ts,m 20C s,m L l1 l1' s,m,1 l1 l1'
d)
(13.5.9-3)
In 13.5.7.2 ist e s durch e s,1 und f s durch f s,1 zu ersetzen.
13.5.10 Behandlung von Konfigurationen mit einer durchgehenden Dichtung
13.5.10.1 Geltungsbereich
Dieser Unterabschnitt gilt für die folgenden Konfigurationen, bei denen der Rohrboden schalenseitig und/oder
vorkammerseitig mittels einer durchgehenden Dichtung abgedichtet ist (siehe Bild 13.5.10-1):
227
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Konfiguration b': Rohrboden mit der Schale verschweißt und vorkammerseitig abgedichtet.
Konfiguration d': Rohrboden schalenseitig und vorkammerseitig abgedichtet, nicht als Flansch
ausgebildet.
Konfiguration b'
Konfiguration d'
Bild 13.5.10-1 Rohrboden mit durchgehender Dichtung (Konfigurationen b', d')
13.5.10.2 Bedingungen für die Anwendbarkeit
Es gelten die in 13.5.2 genannten Bedingungen für die Anwendbarkeit, wobei die mittels Dichtung verbundene
Schale oder Vorkammer als mit dem Rohrboden verschweißt betrachtet wird.
13.5.10.3 Auslegungsregel
Die Auslegung ist nach 13.5.4 bis 13.5.8 vorzunehmen, mit den folgenden Änderungen in 13.5.4.3g:
a)
Die Schale ist, wenn sie mittels Dichtung mit dem Rohrboden verbunden ist (Konfiguration d'), als mit dem
Rohrboden verschweißt zu betrachten, wobei für k s folgender Wert zu verwenden ist:
ks
b)
2 E s e s2,5
1
2 12 1 2 0,75 D e 0,5
s
s
s
Die Vorkammer ist, wenn sie mittels Dichtung mit dem Rohrboden verbunden ist (Konfigurationen b', d'), als
mit dem Rohrboden verschweißt zu betrachten, wobei für k c folgender Wert zu verwenden ist:
kc
2,5
2 E c ec
1
2 12 1 2 0,75 D e 0,5
c
c
c
13.5.9 ist nicht anwendbar.
228
(13.5.10-1)
(13.5.10-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(1)
(2)
(1) Für X 5
(2) Für X 5 : siehe Bild 13.5.4-2
Bild 13.5.4-1 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten Fq für 0 X 20
229
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Werte der Koeffizienten Fq für X < 5 sind in Tabelle 13.5.4-1 angegeben.
Bild 13.5.4-2 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten Fq für 0 X 5
230
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(1)
(2)
(1) Für X > 5
(2) Für X < 5 :siehe Bild 13.5.5-2
Bild 13.5.5-1 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten H für 0 X 20
231
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Werte der Koeffizienten H für X < 5 sind in Tabelle 13.5.5-1 angegeben
Bild 13.5.5-2 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten H für 0 X 5
232
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(2)
(1)
Fi i X i
(1) Für X 13 :
(2) Für X 5 : siehe Bild 13.5.6-2
Die Werte der Koeffizienten Fi für X 13 sind in Tabelle 13.5.6-1 angegeben
Bild 13.5.6-1 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten Fi für 0 X 20
233
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Werte der Koeffizienten Fi für X ≤ 5 sind in Tabelle 13.5.6-1 angegeben
Bild 13.5.6-2 Kurven zur Bestimmung des Koeffizienten Fi für 0 X 5
234
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 13.5.4-1 Werte für den Koeffizienten Fq für X < 5
235
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 13.5.5-1 Werte für den Koeffizienten H für X < 5
236
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 13.5.6-1 Werte für den Koeffizienten Fi für X 13
237
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.6 Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
13.6.1 Zweck
a)
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Konstruktion von Schwimmkopf-Wärmeaustauschern. Dieser
Wärmeaustauschertyp hat zwei Rohrböden, die wie in Bild 13.6.1-1 gezeigt über ein Bündel aus gerade
verlaufenden Rohren miteinander verbunden sind, davon:
einen festen Rohrboden, der fest mit Schale und Vorkammer verbunden ist, und;
einen beweglichen Rohrboden, der mit einem Schwimmkopf-Deckel verbunden ist.
Drei Bauarten von Wärmeaustauschern sind denkbar (siehe Bild 13.6.1-1):
eingetauchter Schwimmkopf;
schalenseitig abgedichteter Schwimmkopf;
vorkammerseitig abgedichteter Schwimmkopf.
Die Bauarten eingetaucht und schalenseitig abgedichtet werden in den Abschnitten 13.6.1b bis 13.6.9 behandelt.
Die vorkammerseitig abgedichteten Schwimmköpfe sind in Abschnitt 13.6.10 behandelt.
b)
Der feste Rohrboden kann wahlweise eine der sechs in Bild 13.6.1-2 gezeigten Konfigurationen haben:
Konfiguration a: mit Schale und Vorkammer verschweißter Rohrboden;
Konfiguration b: mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter, zum Flansch
ausgebildeter Rohrboden;
Konfiguration c: mit der Schale verschweißter und vorkammerseitig abgedichteter, nicht zum Flansch
ausgebildeter Rohrboden;
Konfiguration d: schalenseitig und vorkammerseitig abgedichteter, nicht zum Flansch ausgebildeter
Rohrboden;
Konfiguration e: schalenseitig abgedichteter und mit der Vorkammer verschweißter, zum Flansch
ausgebildeter Rohrboden;
Konfiguration f: schalenseitig abgedichteter und mit der Vorkammer verschweißter, nicht zum Flansch
ausgebildeter Rohrboden.
Der bewegliche Rohrboden kann wahlweise eine der drei in Bild 13.6.1-3 gezeigten Konfigurationen haben:
Konfiguration A: beidseitig verschweißter Rohrboden;
c)
Konfiguration B: abgedichteter Rohrboden, zum Flansch ausgebildet;
Konfiguration C: abgedichteter Rohrboden, nicht zum Flansch ausgebildet.
Die Unterabschnitte 13.6.2 bis 13.6.8 gelten für Konfiguration a (bei denen der feste Rohrboden verschweißt
ist) und für die Konfigurationen b, c, d, e und f, bei denen der abgedichtete Rohrboden eine verengte Dichtung
aufweist.
Der Unterabschnitt 13.6.9 beschreibt, wie diese Regeln für die Konfigurationen b‘, d‘ und e‘ anzuwenden sind, bei
denen der abgedichtete Rohrboden eine vollflächige Dichtung aufweist.
238
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(1)
(2)
(1) Fester Rohrboden, Konfiguration a, b, c, d, e oder f (2) Beweglicher Rohrboden, Konfiguration A, B, oder C
(a) Schwimmkopf-Wärmeaustauscher mit eingetauchtem Schwimmkopf
(1)
(2)
(1) Fester Rohrboden, Konfiguration a, b, c, d, e oder f (2) Beweglicher Rohrboden, Konfiguration C
(b) Schwimmkopf-Wärmeaustauscher mit schalenseitig abgedichtetem Schwimmkopf
(1)
(1) Fester Rohrboden, Konfiguration a, b, c, d, e oder f
(c) Schwimmkopf-Wärmeaustauscher mit vorkammerseitig abgedichtetem Schwimmkopf
Bild 13.6.1-1 — Typische Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
239
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konfiguration a
mit Schale und Vorkammer
verschweißter Rohrboden
b) Konfiguration b
c) Konfiguration c
mit der Schale verschweißter mit der Schale verschweißter
und vorkammerseitig
und vorkammerseitig
abgedichteter, zum Flansch
abgedichteter, nicht zum
ausgebildeter Rohrboden
Flansch ausgebildeter
Rohrboden
d) Konfiguration d
schalenseitig und
vorkammerseitig
abgedichteter, nicht zum
Flansch ausgebildeter
Rohrboden
e) Konfiguration e
schalenseitig abgedichteter
und mit der Vorkammer
verschweißter, zum Flansch
ausgebildeter Rohrboden
f) Konfiguration f
schalenseitig abgedichteter
und mit der Vorkammer
verschweißter, nicht zum
Flansch ausgebildeter
Rohrboden
Bild 13.6.1-2 — Konfigurationen für feste Rohrböden
240
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konfiguration A: Verschweißter Rohrboden
b) Konfiguration B: Abgedichteter, zum Flansch ausgebildeter Rohrboden
c) Konfiguration C: Abgedichteter, nicht zum Flansch ausgebildeter Rohrboden
Bild 13.6.1-3 — Konfigurationen beweglicher Rohrböden
13.6.2 Anwendungsbereich
13.6.2.1
Rohrböden
Die Rohrböden müssen nachstehende Bedingungen erfüllen:
a)
Beide Rohrböden müssen eben, kreisrund, von gleicher konstanter Dicke und aus demselben Werkstoff
gefertigt sein.
b)
Die effektiven Durchmesser des festen Rohrbodens, De, und des beweglichen Rohrbodens, De,f, müssen so
sein, dass:
0,9 De De,f 1,1 De
wobei der effektive Durchmesser De,f wie folgt ist (siehe Bild 13.6.2-2):
bei Konfigurationen B und C: der Dichtlastreaktionsdurchmesser des beweglichen Rohrbodens:
De, f = Gf
241
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
bei Konfiguration A: der Innendurchmesser Df der am Rohrboden angebrachten Vorkammer:
De, f = Df
c)
Eine örtlich begrenzte Verringerung der Dicke am Umfang des Rohrbodens für eine Dichtungsnut oder
Entlastungsnut ist zulässig, sofern die verbleibende Berechnungswanddicke ep,a mindestens das 0,8fache der
angenommene Dicke e des Rohrbodens beträgt (siehe Bilder 13.6.2-1 und 13.6.2-2).
ea,p 0,8 e
(13.6.2-1)
Der Radius darf nicht kleiner sein als 5 mm und nicht kleiner sein als 20 % der anschliessenden
Schalenwanddicke. Die oben angegebene Bedingung für die Restwanddicke gilt nur sofern das Verhältnis von
Außen- zu Innendurchmesser größer als 1,2 ist.
a) Konfiguration a
b) Konfiguration b und e
c) Konfiguration d
d) Konfiguration c and f
Bild 13.6.2-1 — Örtlich begrenzte Dickenverringerung an der Peripherie von festen Rohrböden
242
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konfiguration A
b) Konfiguration B
c) Konfiguration C
Bild 13.6.2-2 — Örtlich begrenzte Dickenverringerung an der Peripherie von beweglichen Rohrböden
d)
Wenn die Rohrböden zum Flansch ausgebildet sind, so ist die Flanschdicke zu berechnen nach:
13.10, wenn die Dichtung verengt ist (Konfigurationen b, d und e);
13.11, wenn die Dichtung vollflächig ist (Konfigurationen b‘, d‘ und e‘).
e)
Sofern keine zufriedenstellenden Erfahrungen mit dünneren Rohrböden nachgewiesen werden können,
müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, wenn die Rohre in die Rohrböden übergehen:
für d t 25 mm:
ea 0,75 d t
(13.6.2-2)
für 25 mm d t 30 mm:
ea 22 mm
(13.6.2-3)
für 30 mm d t 40 mm:
ea 25 mm
(13.6.2-4)
für 40 mm d t 50 mm:
ea 30 mm
f)
(13.6.2-5)
Die Rohrböden müssen auf einer kreisförmigen Fläche mit dem Durchmesser Do gleichmäßig berohrt sein,
und zwar mit gleichseitig dreieckiger oder rechteckiger Rohranordnung.
243
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Unberohrte diametrische Reihen für Trennwände sind zulässig, wenn der Abstand UL zwischen zwei
benachbarten Rohrreihen (siehe Bild 13.7.3-1) die folgende Gleichung erfüllt:
UL 4 p
(13.6.2-6)
wobei p die Rohrteilung ist.
g)
Ein unberohrter Ring ist zulässig, wenn folgende Gleichungen erfüllt sind:
Do 0,85 De
13.6.2.2
(13.6.2-7)
Rohre
a)
Die Rohre müssen gerade und identisch sein (d.h. konstante Nennwanddicken, denselben Werkstoff und
Durchmesser aufweisen).
b)
Sie müssen starr mit dem Rohrboden verbunden sein.
13.6.2.3
Schale
a)
Die Schale muss an ihrem Übergang zum Rohrboden zylindrisch sein.
b)
Die Schale muß zylindrisch und von konstanter Wanddicke und konstantem Durchmesser.
Für Konfigurationen a, b und c muß der Mantel im Anschluß an den Rohrboden eine konstante Dicke es über
eine Länge ls von
l s 1,4
Ds es es
(13.6.2-8)
aufweisen. Die effektiven Schalenlänge (l1) im Anschluß an den Rohrboden ist wie in Bild 13.5.9-1 dargestellt
zu messen. Schweißnähte sind innerhalb dieser Längen erlaubt. Sofern der Mantel einen Ausschnitt in
Rohrbodennähe aufweist, siehe Abschnitt 9.7.2.1.
13.6.2.4
Vorkammer
a)
Die Vorkammer muss an ihrem Übergang zum Rohrboden zylindrisch sein.
b)
Die Durchmesser Ds, Gs sowie Dc, Gc von Schale und Vorkammer müssen so sein, dass:bei Konfiguration a:
0,9 Ds Dc 11
, Ds
(13.6.2-9)
für Konfigurationen b und c:
0,9 Ds Gc 1,2 Gs
für Konfiguration d:
0,9 Gs Gc 1,1 Gs
(13.6.2-11)
für Konfigurationen e und f:
0,9 Gs Dc 1,1 Gs
244
(13.6.2-10)
(13.6.2-12)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
c)
Im Fall einer integralen Verbindung (Konfigurationen a, e, f) muß der Mantel anschließend an den Rohrboden
eine konstante Dicke ec über eine Länge ls von mindestens
l c 1,4
Dc ec ec
(13.6.2-13)
aufweisen. Die effektive Schalenlänge im Anschluß an den Rohrboden sind wie in 13.5.2.3a) beschrieben, zu
messen. Schweißnähte sind innerhalb dieser Längen erlaubt. Sofern der Mantel einen Ausschnitt in
Rohrbodennähe aufweist, siehe Abschnitt 9.7.2.1.
13.6.2.5
Belastung
Rohrseitiger Druck Pt und schalenseitiger Druck Ps werden in jedem Kreis als gleichförmig angenommen.
Andere Belastungen wie Gewicht oder Druckabfall werden vernachlässigt.
13.6.3 Symbole
Dc
ist der Innendurchmesser der Vorkammer;
De
ist der effektive Durchmesser des festen Rohrbodens nach 13.6.4-3b;
Ds
ist der Innendurchmesser der Schale;
Do
ist der effektive Durchmesser der äußeren Rohrbegrenzung nach Gleichung (13.7.5-1);
D*
ist die äquivalente Biegesteifigkeit des festen Rohrbodens nach Gleichung (13.7.9-1);
dt
ist der Nennaußendurchmesser der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
E
ist das E-Modul des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Ec
ist das E-Modul des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Es
ist das E-Modul des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Et
ist das E-Modul des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
E*
ist das effektive E-Modul des Rohrbodens bei Auslegungstemperatur (siehe 13.7)
e
ist die Dicke des festen Rohrbodens (siehe Bild 13.7.3-3);
ec
ist die Dicke der Vorkammer;
es
ist die Dicke der Schale;
et
ist die Nennwanddicke der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
Fi
ist ein Beiwert aus den Kurven für X bei unterschiedlichen Z-Werten (siehe Bilder 13.5.6-1 und
13.5.6-2);
Fm
ist ein Beiwert aus Gleichung (13.6.5-2);
Fq
ist der Beiwert aus den Kurven für X bei unterschiedlichen Z-Werten (siehe Bilder 13.5.4-1 und
13.5.4-2);
245
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
f
ist die Nennauslegungsspannung des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fc
ist die Nennauslegungsspannung des Vorkammerwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
fs
ist die Nennauslegungsspannung des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
ft
ist die Nennauslegungsspannung des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Gc
ist der Durchmesser der Dichtlastreaktionsvorkammer (siehe Abschnitt 11);
Gs
ist der Durchmesser der Dichtlastreaktionsschale (siehe Abschnitt 11);
H
ist der Beiwert aus den Kurven für X bei unterschiedlichen Z-Werten (siehe Bilder 13.5.5-1 und
13.5.5-2);
hg
ist die effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut (siehe 13.7);
Kt
ist die Axialsteifigkeit des Rohrs nach Gleichung (13.6.4-7);
Kw
ist das Modul einer dem Rohrbündel äquivalenten elastischen Bettung nach Gleichung (13.6.4-8);
kc
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Vorkammerrand um den Einheitswinkel
zu verdrehen nach Gleichung (13.6.4-11);
ks
ist das erforderliche Randmoment pro Längeneinheit um den Mantelrand um den Einheitswinkel zu
verdrehen nach Gleichung (13.6.4-10);
L
ist die Rohrlänge zwischen den Innenflächen der Rohrböden Gleichung (13.6.4-4);
Lt
ist die Rohrlänge zwischen den Außenflächen der Rohrböden;
Nt
ist die Rohranzahl;
Pe
ist der effektiv auf den Rohrboden wirkende Druck nach den Gleichungen (13.6.4-13 und 13.6.4-14);
Ps
ist der schalenseitige Berechnungsdruck. Bei einem Unterdruck wird dieser als negativ betrachtet;
Pt
ist der rohrseitige Berechnungsdruck. Bei einem Unterdruck wird dieser als negativ betrachtet;
X
ist der Steifigkeitsbeiwert Rohrbündel/Rohrboden nach Gleichung (13.6.4-9);
xs
ist der schalenseitiger Rohrboden-Bohrbeiwert nach Gleichung (13.6.4-5);
xt
ist der rohrseitige Rohrboden-Bohrbeiwert nach Gleichung (13.6.4-6);
Z
ist der durch Schale und Vorkammer verursachte Kantenrückhaltebeiwert nach Gleichung (13.6.412);
µ
ist der Grund- Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens (siehe 13.7);
246
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
µ*
ist der effektive Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens (siehe 13.7);
c
ist die Poissonsche Konstante des Vorkammerwerkstoffs;
s
ist die Poissonsche Konstante des Schalenwerkstoffs;
t
ist die Poissonsche Konstante des Rohrwerkstoffs;
*
ist die effektive Poissonsche Konstante des Rohrbodens (siehe 13.7);
ist die berechnete Spannung in einem Bauteil;
ist die berechnete Schubspannung in einem Bauteil.
Indexe:
b
für Krümmung;
c
für Kanal;
eq
für Verhältnis;
m
für Membran;
p
für Peripherie;
s
für Schale;
t
für Rohre;
Für den Rohrboden wurde kein Index verwendet.
13.6.4 Auslegungsüberlegungen
13.6.4.1
Lastzustände
Die zu betrachtenden Lastzustände müssen die normalen Betriebszustände, Anfahr- und Abfahrzustände,
außergewöhnlichen Betriebszustände und Druckprüfzustände umfassen, die Einfluss auf die Auslegung der
wichtigsten Bauteile des Wärmeaustauschers haben (d.h. Rohrböden, Rohre, Schale, Vorkammer).
Für jeden dieser Lastzustände müssen folgende Belastungsfälle berücksichtigt werden, um den in den
Auslegungsformeln zu verwendenden effektiven Druck Auslegungsdruck Pe (siehe 13.6.4.4) zu bestimmen:
Belastungsfall 1 - Nur rohrseitiger Druck Pt Ps 0 ;
Belastungsfall 2 - Nur schalenseitiger Druck Ps Pt 0 ;
Belastungsfall 3 - Gleichzeitig rohrseitiger Druck Pt und schalenseitiger Druck Ps.
Dieser Belastungsfall ist stets bei Unterdruck auf einer Seite zu betrachten.
Können die Belastungsfälle 1 und 2 im Normalbetrieb nicht auftreten, kann für die Auslegung ausschließlich
Belastungsfall 3 zugrunde gelegt werden.
247
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.6.4.2
Auslegungsbedingungen
a)
Die Berechnung erfolgt für den korrodierten Zustand. Hiervon ausgenommen sind Rohre, bei denen der
Nennaußendurchmesser dt und die Nenndicke et verwendet werden;
b)
Die Berechnungen erfolgen für feste Rohrböden. Bewegliche Rohrböden haben dieselbe Dicke wie feste
Rohrböden;
c)
Da es sich bei der Berechnung um ein iteratives Verfahren handelt, muss ein Wert für die Dicke e des festen
Rohrbodens angenommen werden, um die maximalen Spannungen in den Rohrböden und Rohren berechnen
und mit den höchstzulässigen Berechnungsspannungen vergleichen zu können. Es wird empfohlen, einen
Ausgangswert für die Rohrbodendicke anzunehmen, der nicht geringer ist, als in folgender Formel angegeben:
e
Do
Pe
4 0,8 f
Zwei Fälle sind möglich:
Wenn die berechnete Spannung im Bauteil unterhalb des zulässigen Berechnungsspannung liegt, ist die
Berechnung iterativ so lange mit niedrigeren Dickenwerten für das Bauteil zu wiederholen, bis die
berechnete Spannung gleich der zulässigen Berechnungsspannung ist und auf diese Weise die
erforderliche Mindestdicke ermittelt ist.;
Wenn die berechnete Spannung im Bauteil die zulässige Berechnungsspannung überschreitet, muss die
Berechnung mit höheren Dickenwerten (oder geänderten anderen Parametern) wiederholt werden, bis die
berechnete Spannung kleiner oder gleich der zulässigen Berechnungsspannung ist.
ANMERKUNG
Der Konstrukteur muss sich darüber im klaren sein, dass er durch Erhöhen oder Vermindern der Dicke eines
Bauteils nicht nur die Spannungen in diesem Bauteil ändert, sondern auch die in anderen Bauteilen.
13.6.4.3 Ermittlung der Zwischenwerte
a)
Effektive Elastizitätskonstanten des Rohrbodens. Berechnung nach 13.7:
den Durchmesser der äußeren Rohrbegrenzung, Do
den Grund- Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert, µ
den effektiven Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert, µ*
die effektive Elastizitätskonstante, E*
die Poissonsche Konstante, *.
Die Werte für µ*, E*, * werden für die angenommene Rohrbodendicke e ermittelt.
b)
Effektiver Rohrbodendurchmesser:
Für Konfiguration a:
De
D s Dc
2
(13.6.4-1)
Für Konfigurationen b und c:
De
248
D s Gc
2
(13.6.4-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für Konfiguration d:
De
Gs Gc
2
(13.6.4-3)
Für Konfigurationen e und f: De
c)
Dc G s
2
Effektive Rohrlänge:
L Lt 2 e
d)
(13.6.4-4)
Rohrboden-Bohrbeiwerte:
d
x s 1 N t t
De
2
(13.6.4-5)
d 2 et
x t 1 N t t
De
e)
Kw
e t d t e t E t
(13.6.4-7)
L
8 Nt K t
(13.6.4-8)
D e2
Steifigkeitsverhältnis Rohrbündel/Rohrboden:
K
X w*
D
g)
(13.6.4-6)
Axialsteifigkeit
Kt
f)
2
0,25
De
2
(13.6.4-9)
Biegesteifigkeit
Für die Schale:
Konfigurationen a, b, c:
ks
2 Es e s
12 1 s2
0,75
2,5
Ds e s
0,5
(13.6.4-10)
- Konfigurationen d, e, f:
ks = 0
Für die Vorkammer:
Konfigurationen a, e, f:
kc
2 Ec e c
12 1 c2
0,75
2,5
Dc e c
0,5
(13.6.4-11)
249
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Konfigurationen b, c, d:
kc 0
h)
Durch Schale und Vorkammer verursachter Rohrboden-Kantenrückhaltefaktor:
Z
ks kc
K w
0,25
ANMERKUNG
D*
(13.6.4-12)
0,75
für geringe Werte von Z (nahe 0):
für hohe Werte von Z (über 5):
Rohrboden wird im wesentlichen unterstützt;
Rohrboden wird im wesentlichen geklemmt.
13.6.4.4 Effektiver Druck Pe
Der effektive Druck Pe , verursacht durch die Drücke Pt und Ps , die auf den festen Rohrboden wirken, wird
angegeben durch:
für eingetauchte Schwimmkopf-Wärmeaustauscher:
Pe Ps Pt
(13.6.4-13)
Für außen abgedichtete Schwimmkopf-Wärmeaustauscher:
Pe Pt
(13.6.4-14)
13.6.5 Auslegung des Rohrbodens
13.6.5.1 Biegespannung
a)
Die maximale radiale Biegespannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
2
1,5 Fm De
Pe
* e h'
g
Fm
1
6H
(13.6.5-1)
(13.6.5-2)
HINWEIS: Die Mindest-Biegespannung im Rohrboden erreicht man, wenn der Wert für Z 0,52 beträgt.
b) Bei keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Biegespannung des Rohrbodens folgende Werte
überschreiten:
2 f bei den Konfigurationen mit festem Rohrboden a, c, d, f in Verbindung mit den Konfigurationen mit
beweglichem Rohrboden A bzw. C (bei denen weder der feste noch der bewegliche Rohrboden als
Flansch ausgeführt ist):
2f
(13.6.5-3)
1,5 f bei anderen Konfigurationen (bei denen entweder der feste oder der bewegliche Rohrboden als
Flansch ausgeführt ist):
15
, f
250
(13.6.5-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Dicke des Flanschs ist zu berechnen:
nach 13.10, wenn die Dichtung verengt ist;
13.11, wenn die Dichtung vollflächig ist.
13.6.5.2 Schubspannung
a)
Die maximale Schubspannung im Rohrboden wird wie folgt berechnet:
1 Do
Pe
4 e
b)
(13.6.5-5)
Bei keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Schubspannung den Wert von 0,8 f überschreiten.
0,8 f
(13.6.5-6)
13.6.6 Auslegung der Rohre
13.6.6.1 Axiale Membranspannung
a)
Die maximale axiale Membranspannung in den Rohren wird wie folgt berechnet:
Für die äußere Rohrreihe gilt:
t,o
1
xt xs
Ps x s Pt x t Pe Fq
(13.6.6-1)
Für die inneren Rohrreihen gilt:
t,i
1
Ps x s Pt x t Pe Fi
xt xs
(13.6.6-2)
b) In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf der Absolutwert dieser Spannungen die höchstzulässige
Berechnungsspannung der Verbindung von Rohren und Rohrboden ft,j überschreiten, die in 13.8 festgelegt ist.
t,o f t,j
(13.6.6-3)
t,i f t,j
(13.6.6-4)
c) In keinem der Belastungsfälle, in denen t,o oder t,i negativ ist, darf der Absolutwert dieser Spannungen die
höchstzulässige Knickspannung ft,bk der Rohre überschreiten, die in 13.9 festgelegt ist.
t,o f t,bk
(13.6.6-5)
t,i f t,bk
(13.6.6-6)
251
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.6.6.2 Vergleichsspannung
a)
Die maximale Vergleichsspannung in den Rohren wird wie folgt berechnet:
t,eq max t,i t, ; t,i t,r ; t, t,r ; t,o t, ; t,o t,r
(13.6.6-7)
Dabei ist:
t, die mittlere Umfangsspannung in den Rohren:
t,
Pt d t 2 e t Ps d t
2 et
(13.6.6-8)
t,r die mittlere radiale Spannung in den Rohren:
t,r
b)
Pt Ps
2
(13.6.6-9)
In keinem der betrachteten Belastungsfälle darf die Vergleichsspannung t,eq den Wert ft übersteigen.
t,eq f t
(13.6.6-10)
13.6.7 Auslegung der Schale an der Verbindung zum festen Rohrboden
Dieser Unterabschnitt gilt nur dann, wenn die Schale mit dem festen Rohrboden verschweißt ist (Konfigurationen
a, b, c).
13.6.7.1 Axiale Membranspannung
Die axiale Membranspannung in der Schale wird wie folgt berechnet:
s,m
D s2
Pt Pe
4 e s D s e s
(13.6.7-1)
13.6.7.2 Axiale Biegespannung
Die maximale axiale Biegespannung in der Schale an der Verbindung mit dem festen Rohrboden wird wie folgt
berechnet:
2
ks
1 D
s,b
e Pe
k s k c I1 2 e s
(13.6.7-2)
2
1 *
I1 H
Fq, 1
X Z
X Z
(13.6.7-3)
mit:
und dabei sind H und Fq, die Werte für die Beiwerte H und Fq für Z (siehe Bilder 13.5.5-1 und 13.5.4-1).
13.6.7.3 Vergleichsspannung
a) Die maximale Vergleichsspannung in der Schale an der Verbindung mit dem festen Rohrboden wird wie folgt
berechnet:
252
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
s,eq max s,m s,b Ps ; s,m s,b
b)
(13.6.7-4)
Bei keinem der Belastungsfälle im Normalbetrieb darf s,eq den Wert von 3 fs überschreiten:
s,eq 3 f s
(13.6.7-5)
13.6.8 Auslegung der Vorkammer an der Verbindung zum festen Rohrboden
Dieser Unterabschnitt gilt nur dann, wenn die Vorkammer mit dem festen Rohrboden verschweißt ist
(Konfigurationen a, e, f).
13.6.8.1 Axiale Membranspannung
Die axiale Membranspannung in der Vorkammer wird wie folgt berechnet:
c,m
Dc2
Pt
4 e c Dc e c
(13.6.8-1)
13.6.8.2 Axiale Biegespannung
Die maximale axiale Biegespannung in der Vorkammer an der Verbindung mit dem festen Rohrboden wird wie
folgt berechnet:
2
kc
1 D
e Pe
k s k c I1 2 e c
(13.6.8-2)
2
1 *
I1 H
Fq, 1
X Z
X Z
(13.6.8-3)
c,b
mit:
dabei sind H und Fq, die Werte für die Beiwerte H und Fq für Z (siehe Bilder 13.5.5-1 und 13.5.4-1).
13.6.8.3 Vergleichsspannung
a) Die maximale Vergleichsspannung in der Vorkammer an der Verbindung mit dem festen Rohrboden wird wie
folgt berechnet:
c,eq max c,m c,b Pt ; c,m c,b
b)
(13.6.8-4)
Bei keinem der Belastungsfälle im Normalbetrieb darf c,eq,1 den Wert von 3 fc überschreiten:
c,eq 3 f c
(13.6.8-5)
253
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.6.9 Konfigurationen mit vollflächiger Dichtung
13.6.9.1 Zweck
Dieser Unterabschnitt gilt nur für die folgenden Konfigurationen, bei denen der verschweißte Rohrboden zur Schale
und/oder zur Vorkammer mit einer vollflächigen Dichtung abgedichtet ist (siehe Bild 13.6.9-1):
Konfiguration b‘ : Rohrboden mit der Schale verschweißt, und zur Vorkammer abgedichtet;
Konfiguration d‘ : Rohrboden zu Schale und Vorkammer abgedichtet, nicht als Flansch ausgeführt;
Konfiguration e‘ : Rohrboden zur Schale abgedichtet und zur Vorkammer verschweißt.
Konfiguration b'
Konfiguration d'
Konfiguration e'
Bild 13.6.9-1 Rohrboden mit vollflächiger Dichtung
(Konfigurationen b', d', e')
13.6.9.2 Anwendungsbedingungen
Die in 13.6.2 angegebenen Anwendungsbedingungen gelten unter der Voraussetzung, dass die abgedichtete
Schale und/oder Vorkammer mit dem Rohrboden verschweißt ist.
13.6.9.3 Auslegungsregel
Die Auslegung erfolgt nach 13.6.3 bis 13.6.8 mit folgenden Änderungen in 13.6.4.3g:
a) Die Schale gilt, wenn sie zum festen Rohrboden abgedichtet ist (Konfigurationen d’, e’), als mit dem
Rohrboden verschweißt, wobei für k s folgendes eingesetzt wird:
ks
2 E s e s2,5
1
2 12 1 2 0,75 D e 0,5
s
s
(13.6.9-1)
s
b) Die Vorkammer gilt, wenn sie zum festen Rohrboden abgedichtet ist (Konfigurationen b’, d’), als mit dem
Rohrboden verschweißt, wobei für kc folgendes eingesetzt wird:
kc
254
2 E c e c2,5
1
2 12 1 2 0,75 D e 0,5
c
c
c
(13.6.9-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.6.10 Innen abgedichteter Schwimmkopf-Wärmeaustauscher
13.6.10.1 Zweck
Dieser Unterabschnitt enthält Regeln für die Auslegung von innen abgedichteten SchwimmkopfWärmeaustauschern (siehe Bild 13.6.1-1). Wärmeaustauscher dieser Bauart haben zwei Rohböden:
einen mit Schale und Vorkammer verbundenen festen Rohrboden (Konfigurationen a, b, c, d, e, f – siehe
Bild 13.6.1-2);
einen innen abgedichteten beweglichen Rohrboden (siehe Bild 13.6.1-1).
13.6.10.2 Anwendungsbedingungen
Die Rohrböden müssen den Bedingungen von 13.6.2.1a, d, e und f entsprechen;
Die Rohre müssen den Bedingungen von 13.6.2.2 entsprechen;
Die Schale muss den Bedingungen von 13.6.2.3a entsprechen;
Die Vorkammer muss den Bedingungen von 13.6.2.4a entsprechen;
Die Belastungen müssen den Bedingungen von 13.6.2.5 entsprechen.
13.6.10.3 Auslegung des Rohrbodens
Der feste Rohrboden muss eine Berechnungswanddicke ea besitzen, die die durch Anwendung von Bedingung
13.6.2.1e ermittelt wird, unabhängig davon, ob die Rohre in den Rohrboden übergehen oder nicht.
13.6.10.4 Auslegung der Rohre
Die Rohre sind nach 13.6.6 auszulegen, wobei 13.6.6.1 a) gilt:
t,o t,i
Ps x s Pt x t
x t xs
(13.6.10-1)
13.7 Eigenschaften von Rohrböden
13.7.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Ermittlung der effektiven Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut, der
Rohrlochsteg-Verschwächungswerte und der effektiven Elastizitätskonstanten von Rohrböden.
13.6.5 Anwendungsbedingungen
a)
Rohrböden müssen eben, kreisrund, von konstanter Dicke sein;
b)
Die Rohrböden müssen auf einer kreisförmigen Fläche mit dem Durchmesser Do gleichmäßig berohrt sein
(siehe Bild 13.7.3-1), und zwar mit gleichseitig dreieckiger oder rechteckiger Rohranordnung (siehe Bild
13.7.3-4);
c) Unberohrte diametrische Reihen für Trennwände sind zulässig, wenn der Abstand UL zwischen zwei
benachbarten Rohrreihen (siehe Bild 13.7.3-1) kleiner ist als:
UL 4 p
(13.7.2-1)
255
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.7.3 Symbole
ct
ist der rohrseitige Korrosionszuschlag;
Do
ist der effektive Durchmesser der äußeren Rohrbegrenzung (siehe Bild 13.7.3-1) nach Gleichung (13.7.5-1);
D*
ist die effektive Biegesteifigkeit des Rohrbodens bei Auslegungstemperatur nach Gleichung (13.7.9-1);
dt
ist der Nennaußendurchmesser der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
d*
ist der effektive Rohrlochdurchmesser nach Gleichung (13.7.7-2);
E
ist das Elastizitätsmodul des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
Et
ist das Elastizitätsmodul des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
E*
ist das effektive E-Modul des Rohrbodens bei Auslegungstemperatur (siehe Bilder 13.7.8-1 und 13.7.8-2);
e
ist die Rohrbodendicke (siehe Bild 13.7.3-3);
et
ist die Nennwanddicke der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3);
f
ist die Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
ft
ist die Berechnungsnennspannung des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur;
hg
ist die effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut (siehe Bild 13.7.3-2);
hg'
ist die effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut nach Gleichung (13.7.5-2);
l t,x
ist die Rohreinwalzlänge im Rohrboden 0 l t,x e , (siehe Bild 13.7.3-3);
p
ist die Rohrteilung;
p*
ist die effektive Rohrteilung nach Gleichung (13.7.7-4);
ro
ist der Radius der äußersten Rohrlochmitte (siehe Bild 13.7.3-1);
S
ist die gesamte Fläche nicht-berohrter Gassen (siehe Bild 13.7.3-5);
UL
ist der größte Mitte/Mitte-Abstand zwischen benachbarten Rohrreihen (siehe Bild 13.7.3-1);
ist der Grund- Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens für die Schubspannung nach
Gleichung (13.7.6-1);
*
ist der effektive Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens für die Biegespannung nach
Gleichung (13.7.7-1);
*
ist die effektive Poissonsche Konstante für den Rohrboden, (siehe Bilder 13.7.8-1 und 2);
ist das Tiefenverhältnis der Rohreinwalzlänge zur Rohrbodendicke 0 1 nach Gleichung (13.7.7-3).
256
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.7.4 Auslegungsüberlegungen
a)
Die Werte für * E * /E und * sind für die angenommene Dicke e des Rohrbodens und für den
entsprechenden Wert von zu bestimmen, was als Konstante gewählt werden kann, bzw. aus e und l t,x zu
berechnen.
b)
Die vorliegenden Regeln gelten für die normale Schweißnaht Rohr/Rohboden. Andere Verbindungen siehe
13.12.
Do
UL
p
ro
hg
Bild 13.7.3-1 Rohrfeldmaße des Rohrbodens
e
Bild 13.7.3-2 Definition von hg
l t, x
e
et
dt
Bild 13.7.3-3 Definition von l t,x
257
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
p
p
p
p
a) Dreieckige Rohrteilung
b) Rechteckige Rohrteilung
Bild 13.7.3-4 Rohrteilung
UL
UL
ro
S
UL
S
ro
UL
Bild 13.7.3-5 Bestimmen der Fläche S
13.7.5 Berechnung der effektiven Maße von Rohrböden
c)
Der Durchmesser des berohrten Rohrbodenbereichs ergibt sich aus:
D o 2 ro d t
b)
(13.7.5-1)
Die effektive Tiefe der rohrseitigen Trennwandnut ergibt sich aus:
hg' max hg c t ; 0,0
(13.7.5-2)
13.7.6 Berechnung des grundlegenden Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwerts für
Schubbeanspruchung
Der bei der Berechnung der Schubbeanspruchung zu verwendende grundlegende RohrlochstegVerschwächungsbeiwert des Rohrbodens wird wie folgt berechnet:
p dt
p
(13.7.6-1)
13.7.7 Berechnung des effektiven Rohrlochsteg-Verschwächungsbeiwerts µ* für Biegebeanspruchung
Der bei der Berechnung der Biegebeanspruchung zu verwendende effektive RohrlochstegVerschwächungsbeiwert des Rohrbodens wird wie folgt berechnet:
258
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
p* d *
*
(13.7.7-1)
p*
Dabei gilt:
Der effektive Rohrlochdurchmesser d* wird angegeben durch:
E f
d * max d t 2 e t t t ;
E f
d t 2 e t
(13.7.7-2)
wobei:
l t,x
(13.7.7-3)
e
ANMERKUNG
kann - entweder als Konstante gewählt;
- oder aus den Werten e und l t,x berechnet werden.
Die effektive Rohrteilung p * wird angegeben als:
p
p*
1 4
min S ; 4Do p
(13.7.7-4)
Do2
Gibt es keine unberohrte diametrale Rohrgasse, (S = 0), so ist:
p* p
Gibt es nur eine unberohrte diametrale Rohrgasse mit der Breite U L (siehe Bild 13.7.3-1):
p*
p
(13.7.7-5)
4 UL
1
Do
13.7.8 Berechnung der effektiven Elastizitätskonstanten E * und *
Die effektiven Elastizitätskonstanten E* und * des Rohrbodens werden als Funktion des effektiven RohrlochstegVerschwächungsbeiwerts * für verschiedene Werte des Verhältnisses e/p wie folgt ermittelt:
für eine gleichseitig dreieckige Rohranordnung nach Bild 13.7.8-1 a) bzw. b) ;
für eine rechteckige Rohranordnung nach Bild 13.7.8-2 a) bzw. b).
Die zu verwendende Dicke e ist die in der entsprechenden Regel angenommene Rohrbodendicke.
13.7.9 Berechnung der effektiven Biegesteifigkeit des Rohrbodens D *
Die effektive Biegesteifigkeit des Rohrbodens wird wie folgt berechnet:
D*
E* e3
12 1 *2
(13.7.9-1)
259
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) E * / E (Gleichseitig dreieckige Rohranordnung)
b) * (Gleichseitig dreieckige Rohranordnung)
Es können auch die nachstehenden polynomen Gleichungen verwendet werden.
ANMERKUNG
— Diese Beiwerte gelten nur gültig für den Bereich 0,1 * 0,6 .
— Für Werte von e/p unter 0,1 stets e/p = 0,1 verwenden.
— Für Werte von e/p über 2,0 stets e/p = 2,0 verwenden.
E * / E 0 1 * 2 *2 3 *3 4 *4
a) Gleichseitig dreieckige Rohranordnung
e / p
0
1
2
3
4
0.10
0.25
0.50
2.00
0.0353
0.0135
0.0054
-0.0029
1.2502
0.9910
0.5279
0.2126
-0.0491
1.0080
3.0461
3.9906
0.3604
-1.0498
-4.3657
-6.1730
-0.6100
0.0184
1.9435
3.4307
0 1 * 2 *2 3 *3 4 *4
b) Gleichseitig dreieckige Rohranordnung
e/p
0
1
2
3
4
0.10
0.15
0.25
0.50
1.00
2.00
-0.0958
0.8897
0.7439
0.9100
0.9923
0.9966
0.6209
-9.0855
-4.4989
-4.8901
-4.8759
-4.1978
-0.8683
36.1435
12.5779
12.4325
12.3572
9.0478
2.1099
-59.5425
-14.2092
-12.7039
-13.7214
-7.9955
-1.6831
35.8223
5.7822
4.4298
5.7629
2.2398
Bild 13.7.8-1 Kurven zur Ermittlung von E * / E und * (gleichseitig dreieckige Rohranordnung)
260
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) E * / E (Rechteckige Rohranordnung)
b) * (Rechteckige Rohranordnung)
Es können auch die nachstehenden polynomen Gleichungen verwendet werden.
ANMERKUNG:
— Diese Beiwerte gelten nur gültig für den Bereich 0,1 * 0,6 .
— Für Werte von e/p unter 0,1 stets e/p = 0,1 verwenden.
— Für Werte von e/p über 2,0 stets e/p = 2,0 verwenden
a) Rechteckige Rohranordnung E * / E 0 1 * 2 *2 3 *3 4 *4
e / p
0
1
2
3
4
0.10
0.25
0.50
2.00
0.0676
0.0250
0.0394
0.0372
1.5756
1.9251
1.3024
1.0314
-1.2119
-3.5230
-1.1041
-0.6402
1.7715
6.9830
2.8714
2.6201
-1.2628
-5.0017
-2.3994
-2.1929
b) Rechteckige Rohranordnung 0 1 * 2 *2 3 *3 4 *4
e/p
0
1
2
3
4
0.10
0.15
0.25
0.50
1.00
2.00
-0.0791
0.3345
0.4296
0.3636
0.3527
0.3341
0.6008
-2.8420
-2.6350
-0.8057
-0.2842
0.1260
-0.3468
10.9709
8.6864
2.0463
0.4354
-0.6920
0.4858
-15.8994
-11.5227
-2.2902
-0.0901
0.6877
-0.3606
8.3516
5.8544
1.1862
-0.1590
-0.0600
*
*
Bild 13.7.8-2 Kurven zur Ermittlung von E / E und (rechteckige Rohranordnung)
261
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.8 Höchstzulässige Berechnungsspannung an der Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden
13.8.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln zur Bestimmung der höchstzulässigen Berechnungsspannung an der Verbindung
zwischen Rohr und Rohrboden.
13.8.2 Symbole
at
ist die Schweißnahthöhe
dt
ist die Nennaußendurchmesser der Rohre (siehe Bild 13.7.3-3)
et
ist die Nennrohrwanddicke (siehe Bild 13.7.3-3)
f
ist die Berechnungsspannung für Rohrbodenwerkstoff bei Auslegungstemperatur
ft
ist die Berechnungsspannung für Rohrwerkstoff bei Auslegungstemperatur
l t,x
ist die Rohreinwalzlänge im Rohrboden 0 l t,x e , (siehe Bild 13.7.3-3);
fmin
ist die Mindestberechnungsspannung von Rohrboden- und Rohrwerkstoff
fmin min f ; f t
(13.8.2-1)
13.8.3 Berechnung der höchstzulässigen Berechnungsspannung an der Verbindung zwischen Rohr und
Rohrboden
Die höchstzulässige Berechnungsspannung an der Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden f t,j wird wie folgt
berechnet:
a)
Für eingeschweißte Rohre:
a
f t,j min fmin t ; f t
et
b)
(13.8.3-1)
Für eingewalzte Rohre:
glatt, ohne Rille:
l t,x
f t,j 0,5 fmin min
,
; 16
d t
(13.8.3-2)
mit einer Rille:
f t,j 0,6 fmin
(13.8.3-3)
mit zwei oder mehr Rillen:
f t,j 0,8 fmin
(13.8.3-4)
Diese Formeln können auch angewandt werden, falls am Ende der Walzverbindung eine Schweiβnaht zur
Abdichtung ausgeführt wird, unter der Vorraussetzung, dass die Schweiβnaht für die Walzverbindung nicht
schädlich ist.
262
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
c)
Die Werte von ft,j können bis zum Wert von ft, erhöht werden, falls das Verfahren zur Verbindung der Rohre mit
der Rohplatte allgemein anerkannt ist und durch Rohrausziehversuche geprüft wurde.
13.9 Höchstzulässige Knickspannung der Rohre
13.9.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Ermittlung der höchstzulässigen Längsknickspannung in Rohren von
Wärmeaustauschern, bei denen ein Rohrbodenpaar durch ein Bündel gerader Rohre verbunden ist. Zielsetzung ist
dabei, die Grenzbedingungen für das Versagen der Rohre durch elastisches Einbeulen und Knicken unter
Einwirkung einer axialen Druckkraft und der Drücke Pt und Ps zu erfassen.
13.9.2 Zusätzliche Symbole
b0
Rohrfehlerbeiwert
dt
Außenrohrnenndurchmesser (siehe Bild 13.7.3-3);
Et
Elastizität des Rohrmaterials bei Auslegungstemperatur;
et
Rohrwandnenndicke (siehe Bild 13.7.3-3);
f t,bk
Höchstzulässige Knickspannung der Rohre
l t,bk
Knicklänge der Rohre
Ps
Schalenseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum ist dieser als negativ zu definieren;
Pt
Rohrseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum ist dieser als negativ zu definieren;
Rp 0,2/T Dehngrenze des Rohrwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
x
Sicherheitsbeiwert gegen Knicken der Rohre
t,cr
Kritische Eulersche Knickspannung für Rohre
t,p
Faktor zur Berücksichtigung der Druckwirkung auf die Rohre
Die Symbole l1, l '1 , l 2, l '2 und l3 sind in Bild 13.9.3-1 definiert.
13.9.3 Berechnung der höchstzulässigen Knickspannung
a)
Die Knicklänge der Rohre l t,bk wird wie folgt berechnet:
wenn einige Rohre nicht durch ein Leitblech gestützt sind:
l t,bk 0,5 L
(13.9.3-1)
wenn sämtliche Rohre durch mindestens ein Leitblech gestützt sind (siehe Bild 13.9.3-1):
l t,bk min
0,5L ; max 0,7 l ; 0,7 l ' ; 0,7 l ; 0,7 l ' ; l
1
1
2
2
3
(13.9.3-2)
263
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
Folgende Berechnungen sind durchzuführen:
t,cr
t,cr
b0 0,206
1 0,2
Rp0,2/T
Rp 0,2/T
x = 1,1
t,p
t,cr
c)
(13.9.3-3)
(13.9.3-4)
Ps d t2 Pt d t 2 e t
d t2 d t 2 e t
2 Et
2
l t,bk
2
(13.9.3-5)
2
d t2 d t 2 e t
2
16
(13.9.3-6)
Die höchstzulässige Knickspannung der Rohre f t,bk wird wie folgt berechnet:
1
f t,bk x t,p
x
Rp 0,2/T x t,p
2
1 b0 Rp 0,2/T x t,p
1 +
t,cr
(13.9.3-7)
Das Ergebnis für f t,bk muss positiv sein. Wird ein negatives Ergebnis erzielt, muss die Knicklänge reduziert werden,
bis für f t,bk ein positives Ergebnis erzielt wird.
264
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
L
a)
L
Wärmeaustauscher ohne Leitblech oder mit einem Leitblech, von dem nicht alle Rohre des Rohrbündels
gestützt werden
l2
l'1
l1
l1
l1
l1
l2
l'2
l'2
Wärmeaustauscher mit mehreren Leitblechen, von denen nicht alle Rohre des Rohrbündels gestützt werden
l1
l1
l'1
l1
c)
l'1
l2
l'1
b)
l'1
l3
l2
l'1
l1
l2
l2
l'2
l3
l'1
l'2
l'1
Wärmeaustauscher mit einem oder mehren Leitblechen, von denen alle Rohre des Rohrbündels gestützt
werden
Bild 13.9.3-1 Definition der Längen l1, l'1, l2, l'2 und l3
265
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.10 Auslegung des Rohrbodenflansches mit schmaler Dichtfläche
13.10.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung eines zum Flansch ausgebildeten Rohrbodens mit schmaler
Dichtfläche, wie in Abbildung 13.10.1-1 dargestellt. Er bezieht sich auf die Konfigurationen b, d2 (nur bei dem
Rohrboden eines U-Rohres) und e.
13.10.2 Geltungsbereich
Die Regeln gelten nur, wenn
der Berechnungsdruck P positiv ist (d. h. Innendruck);
die Dichtung einem der in Abschnitt 11 beschriebenen Dichtungstypen entspricht;
Dex G .
a) Konfiguration b:
Fester Rohrboden
mit Abdichtung zur Vorkammer
G Gc
Dex Ds,e
b) Konfiguration e:
Fester Rohrboden
mit Abdichtung zur Schale
G Gs
Dex Dc,e
P Pt
P Ps
c) Konfiguration d2:
U-Rohr-Rohrboden
mit Abdichtung an beiden Seiten
G G s or Gc
Dex Do
P Ps oder Pt
Bild 13.10.1-1 Zum Flansch ausgebildete Rohrböden
13.10.3 Symbole
A
Außendurchmesser des Rohrbodenflansches (siehe Bild 13.10.1-1);
b
Wirksame Breite der Dichtung (siehe Abschnitt 11);
C
Durchmesser des Schraubenlochkreises (siehe Bild 13.10.1-1);
Dc
Innendurchmesser der Vorkammer;
266
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dc,e
Außendurchmesser der Vorkammer an der Verbindung zum Rohrboden (normalerweise:
D c,e D c 2 e c ) (siehe Bild 13.10.1-1);
D ex
Innendurchmesser des Rohrbodenflansches nach Gleichung 13.10.4a;
Do
Durchmesser des Lochbereichs am Rohrboden, (siehe Gleichung 13.7.3-1);
Ds
Innendurchmesser der Schale;
Ds,e
Außendurchmesser der Schale an der Verbindung zum Rohrboden (normalerweise:
D s,e D s 2 e s ) (siehe Bild 13.10.1-1);
ea
Berechnungswanddicke des Rohrbodens (siehe Bild 13.10.4-1);
e a,p
Berechnungswanddicke des Rohrbodenrandes;
ec
Vorkammerdicke;
e fl
Erforderliche Mindestdicke des Rohrbodenflansches;
e fl,a
Berechnungswanddicke des Rohrbodenflansches (siehe Abbildung 13.10.4-1);
es
Schalendicke;
f
Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffes bei Betriebsbedingungen;
fA
Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffes im Einbauzustand;
G
Schalenseitiger oder rohrseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche ( G s oder G c );
Gc
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche in der Vorkammer ;
Gs
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche in der Schale;
MA
Gesamtmoment am Rohrboden im Einbauzustand (siehe Gleichung 13.10.5-2);
M op
Gesamtmoment am Rohrboden im Betriebszustand (siehe Gleichung (13.10.5-4);
m
Dichtungsbeiwert (siehe Abschnitt 11);
P
Berechnungsdruck am Rohrboden, siehe 13.10.2;
Ps
schalenseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum als negativ zu definieren;
Pt
rohrseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum als negativ zu definieren;
W
Schraubenkraft im Einbauzustand (siehe Abschnitt 11);
Poisson’sche Zahl des Rohrbodenwerkstoffs.
267
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.10.4 Auslegungsgrundlagen
a)
Der Innendurchmesser D ex des Rohrbodenflansches und der Auslegungsdruck P werden wie in Abbildung
13.10.1-1 berechnet;
b)
Die Berechnungen sollten für jeden die Berechnung regelnden Belastungsfall einschließlich des Einbaufalls
durchgeführt werden;
c)
Die Berechnungsdicke des Rohrbodenrandes, e a,p , muss mindestens gleich der Berechnungsdicke des
Rohrbodenflansches e fl,a sein (siehe Bild 13.10.4-1)
e a,p e fl,a
d)
(13.10.4-1)
Berechnungen zur Konfiguration d2 sollten rohr- und schalenseitig durchgeführt werden.
efl,a
efl,a
efl,a
a) Glatte Dichtfläche
b) Dichtfläche mit
vorspringender Dichtleiste
c) Dichtfläche mit einfachem Vorund Rücksprung
e fl,a
e fl,a
d) Dichtfläche mit doppeltem Vor- und
Rücksprung
e) Ringnut für O-Ring-Dichtung
Bild 13.10.4-1 Berechnungswanddicke des Rohrbodenflansches
268
ea
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.10.5
a)
Erforderliche Mindestdicke des Rohrbodenflansches
Die erforderliche Mindestdicke für den Einbauzustand, e fl,A , wird wie folgt berechnet:
efl,A
MA
2
D fA
A 1 1 ex
A
12
(13.10.5-1)
Dabei ist:
MA W
b)
C G
2
(13.10.5-2)
Die erforderliche Mindestdicke für Betriebszustände, e fl,op , wird wie folgt berechnet:
efl,op
12
2
Dex
A 1 1
A
M op
f
(13.10.5-3)
Dabei ist:
D2 C D G2 D2 2 C D G
C G
ex
ex
ex
ex
M op
b
G
m
2
P
2
2
4
4
4
c)
Die erforderliche Mindestdicke des Rohrbodenflansches, e fl , wird wie folgt berechnet:
e fl max e fl,A ; e fl,op
d)
(13.10.5-4)
(13.10.5-5)
Die Berechnungsdicke des Rohrbodenflansches, e fl,a , sollte mindestens e fl entsprechen:
e fl,a e fl
(13.10.5-6)
13.11 Auslegung des Rohrbodenflansches mit vollflächiger Dichtung
13.11.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung eines zum Flansch ausgebildeten Rohrbodens mit vollflächiger
Dichtung, wie in Bild 13.11.1-1 dargestellt. Er bezieht sich auf die Konfigurationen b, d2 (nur bei dem Rohrboden
eines U-Rohres) und e’.
13.11.2 Geltungsbereich
Die Regeln gelten nur, wenn
der Berechnungsdruck P positiv ist (d. h. Innendruck);
die Dichtung einem der in Abschnitt 11 beschriebenen Dichtungstypen entspricht.
269
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konfiguration b': Fester
Rohrboden mit Abdichtung zur
Vorkammer
b) Konfiguration e': Fester
Rohrboden mit Abdichtung zur
Schale
c) Konfiguration d '2 : U-RohrRohrboden mit Abdichtung an
beiden Seiten
G Gc
G Gs
P Pt
P Ps
G G s or Gc
P Ps or Pt
Bild 13.11.1-1 Zum Flansch ausgebildete Rohrböden
13.11.3 Symbole
B
Innendurchmesser des Rohrbodenflansches (siehe Bild 13.11.1-1);
2 b" Wirksame Breite der Dichtung (siehe Abschnitt 11.6);
C
Durchmesser des Schraubenlochkreises (siehe Bild 13.11.1-1);
db
Außendurchmesser der Schraube;
dh
Durchmesser der Schraubenlöcher;
ea
Berechnungswanddicke des Rohrbodens;
e fl
Erforderliche Mindestdicke des Rohrbodenflansches durch Gleichung (13.11.5-1);
e fl,a
Erforderliche Mindestdicke des Rohrbodenflansches (siehe Bild 13.11.4-1);
f
Berechnungsnennspannung des Rohrbodenwerkstoffs bei Umgebungstemperatur;
G
Schalenseitiger oder rohrseitiger Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche ( G s oder G c );
Gc
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche in der Vorkammer;
Gs
Durchmesser der wirksamen Dichtungsfläche in der Schale;
g1
Dicke des Ansatzes auf der Flanschrückseite (siehe Abschnitt 11.3);
270
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Mr
Gesamtmoment am Rohrboden im Betriebszustand (siehe Gleichung 13.11.5-2);
m
Dichtungsbeiwert (siehe Abschnitt 11);
n
Anzahl der Schrauben;
P
Berechnungsdruck am Rohrboden, siehe Abschnitt 13.11.2;
Ps
Schalenseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum als negativ zu definieren;
Pt
Rohrseitiger Berechnungsdruck. Bei einem Vakuum als negativ zu definieren.
13.10.4 Berechnungen
a)
Die Berechnungen sollten für jeden die Berechnung regelnden Belastungsfall durchgeführt werden.
b)
Die Berechnungsdicke des Rohrbodenrandes, e a,p , muss mindestens gleich der Berechnungsdicke des
Rohrbodenflansches e fl,a sein (siehe Bild 13.11.4-1)
e a,p e fl,a
c)
(13.11.4-1)
Berechnungen zur Konfiguration d2 sollten rohr- und schalenseitig durchgeführt werden.
Bild 13.11.4-1 Berechnungswanddicke des Rohrbodenflansches
13.6.6 Erforderliche Wanddicke des Rohrbodenflansches
Die erforderliche Wanddicke des Rohrbodenflansches wird wie folgt berechnet:
e fl
6 Mr
C - n d h f
(13.11.5-1)
Dabei ist:
B2 C B g G2 B2 2C B G
C G
1
2 b"G m
Mr
P
4
2
4
4
2
(13.11.5-2)
271
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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13.12 Spezielle Rohr-Rohrboden-Schweißverbindungen
13.12.1 Zweck
Dieser Anhang erläutert die Anwendung der Regeln von 13.7, wenn die Art der Rohr-RohrbodenSchweißverbindung von der üblichen in Abschnitt 13.7 erläuterten Verbindung abweicht.
In diesem Abschnitt werden die folgenden Rohr-Rohrboden-Schweißverbindungen behandelt:
am äußeren Rohrboden angeschweißte Rohre mit maschinell bearbeiteten Fugen (siehe 13.12.3);
wie folgt durch Kehlnaht an die Innenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre:
durch maschinell bearbeitete Schweißnahtfugen in den Rohrboden eingesetzte Rohre (siehe 13.12.4);
nur teilweise in den Rohrboden eingesetzte Rohre (siehe 13.12.5);
durch Stumpfschweißnaht an die Innenseite des Rohrbodens mit
Ansätzen (siehe 13.12.6);
maschinell bearbeiteten Schweißnahtfugen (siehe 13.12.7):
13.12.2 Zusätzliche Symbole
Die folgenden Symbole gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 13.7.3
d
ist der Rohrlochdurchmesser
hw
ist die Tiefe der Ringnut
13.12.3 An der Außenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre, mit gefräster Ringnut
a)
Die Dicke des Rohrbodens ist vom Boden der Ringnut aus zu messen (siehe Bild 13.12.3-1).
b)
Die wirksame Tiefe hg' der Trennwandnut, soweit vorhanden, kann mit der folgenden Beziehung angegeben
werden:
hg' max hg c t h w , 0
(13.12.3-1)
hw
e
Bild 13.12.3-1 An der Außenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre, mit gefräster Ringnut
272
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.12.4 An der Innenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre, mit gefräster Ringnut
Die Dicke des Rohrbodens ist vom Boden der Ringnut aus zu messen (siehe Bild 13.12.4-1).
e
hw
Bild 13.12.4-1 An der Innenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre, mit gefräster Ringnut
13.12.5 An der Innenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre
a)
Der Durchmesser Do des gelochten Teils des Rohrbodens ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
Do 2 r o d
b)
Der nominale Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens ergibt sich aus:
c)
(13.12.5-1)
pd
p
(13.12.5-2)
Der effektive Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens * ergibt sich aus:
*
p*d
p*
(13.12.5-3)
d
d t 2 et d d t
Bildung 13.12.5-1 An der Innenseite des Rohrbodens verschweißte Rohre
273
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
13.12.6 An der Innenseite des Rohrbodens mit Ansatz und Stumpfnaht verschweißte Rohre
a)
Der Durchmesser Do des gelochten Teils des Rohrbodens ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
Do 2 r o d
(13.12.6-1)
Der nominale Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens ergibt sich aus:
b)
pd
p
(13.12.6-2)
Der effektive Verschwächungsbeiwert des Rohrbodens * ergibt sich aus:
c)
*
p*d
p*
(13.12.6-3)
Bild 13.12.6-1 An der Innenseite des Rohrbodens mit Stumpfnaht und Ansatz verschweißte Rohre
13.12.7 An der Innenseite des Rohrbodens mit Stumpfnaht verschweißte Rohre, mit gefräster Ringnut
a)
Die Dicke des Rohrbodens ist vom Boden der Ringnut aus zu messen (siehe Bild 13.12.7-1).
e
hw
Bild 13.12.7-1 An der Innenseite des Rohrbodens mit Stumpfnaht verschweißte Rohre, mit gefräster
Ringnut
b)
274
Die Anforderungen a), b) und c) von 13.12.6 gelten.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14 Kompensatoren
14.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung folgender drei Typen ein- oder mehrwelliger Kompensatoren:
a)
unverstärkte Kompensatoren mit U-förmigem Profil (U-Bogen-Kompensator) (siehe Bild 14.1-1a);
b)
verstärkte Kompensatoren mit U-förmigem Profil (siehe Bild 14.1-1b);
c)
Kompensatoren mit torusförmigem Profil (Torus-Balgkompensator) (siehe Bild 14.1-1c).
die Innen- oder Außendruck und zyklischen Bewegungen ausgesetzt sind.
Die Kompensatoren sind für den Einbau in Druckbehältern, insbesondere solche mit RohrbodenWärmeaustauschern, vorgesehen, um sowohl Flexibilität bei Wärmeausdehnung als auch ausreichende
Innendruckfestigkeit zu gewährleisten.
ANMERKUNG
Die Auslegung von Kompensatoren erfordert die besondere Aufmerksamkeit des Konstrukteurs, da sich die
Anforderungen hoher Festigkeit bei ausreichender Flexibilität im allgemeinen widersprechen. Nähere Angaben hierzu sind
Abschnitt K.1 zu entnehmen.
Muss aufgrund der Geschwindigkeit des geförderten Mediums mit Erosion oder Schwingung gerechnet werden, ist
die Verwendung eines Leitrohres zu empfehlen.
14.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Begriffe und Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
14.2.1
Kompensator (Synonym: Kompensatorbalg)
flexibles Bauteil mit einer oder mehreren Balgwellen und Endborden
14.2.2
Balgwelle
flexibles Element eines Kompensators (siehe Bild 14.1-1)
14.2.3
Bord
gerader, nicht gewellter Abschnitt am Kompensatorende (siehe Bild 14.1-1)
14.2.4
Bordring
zylindrischer Abschnitt, der zur Verstärkung am Bord angebracht ist (siehe Bild 14.1-1)
14.2.5
Verstärkungs- und Ausgleichsringe
In die Wellentäler eingepasste Vorrichtungen zur Erhöhung der Innendruckfestigkeit des Balges.
Verstärkungsringe werden aus Rohren oder Rundstäben hergestellt. Ausgleichsringe haben einen etwa T-förmigen
Querschnitt und dienen vorwiegend zur Begrenzung der gesamten äquivalenten axialen Bewegung.
275
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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(2') Bord mit Bordring
(3) Stützring
(1) Balgwelle
(2) Bord ohne Bordring
a) Unverstärkter Kompensator mit U-förmigem Profil
(1) Balgwelle
(2) Bord
(3) Stützring
(4) Endverstärkungsring
(5) Zwischenverstärkungsring
(6) Verstärkungsringe
b)
Verstärkter Kompensator mit U-förmigem Profil
e
Legende
1
2
Welle
Bordring
c)
Kompensator mit torusförmigem Profil (Torusbalg)
Bild 14.1-1 — Drei Kompensatorausführungen
276
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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14.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Folgende Symbole gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.
A
ist die durch Gleichung (14.5.2-7) oder (14.6.3-7) gegebene Querschnittsfläche des Werkstoffes einer
Balgwelle
Cp , Cf , Cd
sind für U-förmige Bälge verwendete Koeffizienten, (siehe Bilder 14.5.2-1, -2 und -3)
C1, C2
sind die durch die Gleichungen (14.5.2-8) und (14.5.2-9) oder (14.6.3-8) und (14.6.3-9) gegebene
Koeffizienten, zur Bestimmung der Koeffizienten Cp , Cf , Cd ;
Dc
ist der durch Gleichung (14.5.2-2) oder (14.6.3-2) oder (14.7.3-2) gegebene mittlere Durchmesser
eines Stützrings
Di
Innendurchmesser von Balgwelle und zylindrischem Endbord (siehe Bild 14.1-1)
Dm
ist der durch Gleichung (14.5.2-3) oder (14.6.3-3) oder (14.7.3-3) gegebene mittlere Durchmesser
einer Balgwelle
Eb
Elastizitätsmodul des Kompensatorwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
Ec
Elastizitätsmodul des Bordringwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
Eo
Elastizitätsmodul des Balgwerkstoffes bei Raumtemperatur
e
Nennwanddicke des Kompensators (siehe Gleichung (14.5.2-1) oder (14.6.3-1) oder (14.7.3-1))
Für einwandige Kompensatoren gilt: e = ep.
ec
Stützringdicke (siehe Bild 14.1-1)
ep
Nennwanddicke einer Lage
e*
ist die durch Gleichung (14.5.2-5) oder (14.6.3-5) oder (14.7.3-5) gegeben korrigierte Dicke einer
Balgwelle, korrigiert um die Dickenabnahme beim Umformen
ep*
ist die durch Gleichung (14.5.2-4) oder (14.6.3-4) oder (14.7.3-4) gegebene korrigierte Dicke einer
Lage, korrigiert um die Dickenabnahme durch Umformen
f
Berechnungsnennspannung des Kompensatorwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
fc
Berechnungsnennspannung des Bordringwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
Kb
Axialsteifigkeit des Balges nach den Gleichungen (14.5.7-1, 14.6.8-1 bzw. 14.7.8-1)
k
ist der durch Gleichung (14.5.2-6) oder (14.6.3-6) gegebene Faktor zur Berücksichtigung des
Stützeffektes der Anschlußnaht und der Endwelle auf die Tragfähigkeit des Bords unter Druck
Lc
Stützringlänge (siehe Bild 14.1-1)
Lt
Länge des Bords (siehe Bild 14.1-1)
N
Anzahl der Balgwellen
277
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
N alw
Anzahl der möglichen Ermüdungszyklen;
N spe
Anzahl der angegebenen Ermüdungszyklen;
np
Anzahl der Lagen
P
Auslegungsdruck
Q
ist die durch Gleichung (14.5.2-10) gegebene Teilung der Balgwelle
ri
ist der innere Radius des Torus an der Aussen- bzw Innenseite U-förmiger Bälge (siehe Bild 14.5.1-1)
sd
Umformgrad bei der Balgformung, siehe 14.5.2.2;
w
Wellenhöhe (siehe Bild 14.1-1)
Spannungsfaktor der Welleninstabilität nach Gleichung (14.5.2-12);
Spannungsverhältnis der Welleninstabilität nach Gleichung (14.5.2-11);
q
Gesamte äquivalente Axialverschiebung je Welle (siehe Bild 14.10.5)
vb
Poissonscher Beiwert des Balgmaterials
P
Von P abhängige Spannung
q
Von q abhängige Spannung
eq
ist die geamte Spannungsschwingbreite zufolge der zyklischen Verschiebung
Indizes:
b
für Balg
c
Bordring
m
Membran bzw. Meridian
p
Lagen
r
für verstärkt
t
Endbord
Umfang
Kein Index
Balgwelle
278
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.4 Geltungsbereich
14.4.1 Geometrie
14.4.1.1
Ein Kompensator umfasst eine oder mehrere identische Balgwellen. Jede Welle ist achssymmetrisch.
14.4.1.2
Jede Balgwelle besteht aus einer oder mehreren Lagen derselben konstanten Dicke und desselben
Werkstoffs.
14.4.1.3
Für Kompensatoren mit zylindrischem Endbord der Länge Lt mit oder ohne Bordring (siehe Bild 14.1-1)
gilt: Wenn die Dicke des Bords geringer ist als die des Zylinders, an dem der Balg angeschweíßt ist, muss Lt die
nachstehende Gleichung erfüllen:
Lt Lc 0,5 e Di
In dieser Formel ist Lc = 0, wenn der Kompensator ohne Bordring ist.
14.4.1.4
Für die Anzahl der Lagen gilt:
np 5
14.4.2 Belastungen
Dieser Abschnitt gibt Regeln für Kompensatoren unter konstanten Innendruck und zyklischer axialer Verschiebung.
Darüber hinaus gilt:
Kompensatoren, die Lateral- oder Angularbewegungen ausgesetzt sind, sind nach 14.10 zu berechnen.
Für Außendruck gelten besondere Regeln (siehe 14.5.5).
Andere Lasten (z. B. Masse, Schwingungen, Wind, Wärmeschock usw.) sind gesondert zu betrachten.
14.4.3 Temperatur
Diese Regeln gelten nur für Temperaturen unterhalb des Kriechbereichs. Der Kriechbereich ist den entsprechenden Europäischen Werkstoffnormen zu entnehmen. Liegen keine derartigen Festlegungen vor, sind
nachstehende Werte zu verwenden:
Auslegungstemperaturen unter 500 °C für austenitische Stähle und ähnliche Werkstoffe nach 14.5.6.3.2;
Auslegungstemperaturen unter 380 °C für ferritische Stähle.
14.4.4 Werkstoffe
Diese Regeln gelten für ferritische Stähle, austenitische Stähle und Nickel-Chrom-Eisen, Nickel-Eisen-ChromLegierungen.
14.4.5 Schweißnähte
Kompensatoren mit Bälgen dürfen eine oder mehrere Längsnähte haben. Unverstärkte Bälge mit U-Profil dürfen
auch Rundnähte haben (siehe 14.5.9).
Die in Umfangsrichtung verlaufenden Anschlussnähte von ein- und mehrlagigen Bälgen sind nach den in
Tabelle 14.4.5-1 enthaltenen Zeichnungen auszuführen.
279
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 14.4.5-1 — Typische Balg-Anschlussnähte
Schweißnaht
Allgemeine Ausführung
Nr
Varianten (Kombinationen von A bis D sind zulässig)
A
B
C
D
Schweißring Hilfsring
Balgbordring
verstärkter Bund (Überbord)
einfach
doppelt
1)
2), 3)
1.1
Überlappnaht außen/Kehlnaht
1.2
1)
Überlappnaht innen/Kehlnaht
2.1
(Eingelassene Überlappnaht)
außen/Fugennaht
2.2
(Eingelassene Überlappnaht)
innen/Fugennaht
4)
4)
3.0
Stumpfnaht
5)
4.1
radiale Bördelnaht
(innen oder außen)
4.2
axiale Bördelnaht
(innen oder außen)
Anschlussteile und Bordringe, die der drucktragenden Seite des Balges gegenüber liegen, müssen an der am Balg und am Endbord
anliegenden Kante mit einem Radius oder einer Fase versehen sein.
ANMERKUNG Diese Zeichnungen erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Andere Ausführungen dürfen verwendet werden,
sofern sie ein gleichwertiges Sicherheitsniveau bieten.
1) Bei Kehlnähten muss die Dicke "a" der Schweißnaht die folgende Gleichung erfüllen:
a 0,7 es
dabei ist es die Nenndicke des Verbindungsgehäuses.
2) Ein Balgbordring wird empfohlen, wenn das zylindrische Ende des Balges Lt folgenden Wert überschreitet:
L t 0 ,5 e s D i
3)
4)
5)
280
Der Balgbordring muss axial durch Schweißen oder mechanische Vorrichtungen befestigt werden.
Bei Stumpfnähten sind für das Schweißen von mehrlagigen Bälgen spezielle Werkzeuge erforderlich.
Der Schweißnahtdurchmesser darf den mittleren Balgdurchmesser Dm um nicht mehr als 20 % der Wellenhöhe w überschreiten.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.4.6 Einbau
Durch Stäbe oder andere geeignete Stützelemente ist bei Transport und Einbau sicherzustellen, dass der
Kompensator seine Abmessungen beibehält. Sofern die Auslegung dies nicht ausdrücklich zulässt, darf ein
Kompensator nicht auseinandergezogen, zusammengedrückt, verdreht oder seitlich versetzt werden, um nicht
ordnungsgemäß ausgerichtete Teile anschließen zu können.
Bei Druckbehältern mit Kompensatoren ist die hydrostatische, axiale Druckkraft und/oder die Federkraft des
Kompensators durch angemessene Arretierungselemente (z. B. Wärmeaustauscherrohre oder Schale, außen
angebrachte Arretierungen, Anker usw.) aufzunehmen. Die Spannung in diesen Arretierungen darf die zulässige
Spannung bei Auslegungstemperatur nicht überschreiten.
14.5 Unverstärkte Kompensatoren mit U-förmigem Profil
14.5.1 Allgemeines
14.5.1.1 Anwendungsbereich
Dieser Unterabschnitt gilt für zwei Ausführungen von unverstärkten Bälgen mit quasi U-förmigen Wellen:
Die in Bild 14.5.1-1 dargestellten Kompensatoren werden im allgemeinen durch Umformen (z. B. hydraulisches Umformen, Walzen) ohne Schweißnähte (an den Balgwellen) in Umfangsrichtung gefertigt. Für diesen
Kompensatortyp gelten die Regeln in 14.5.2 bis 14.5.7.
In Bild 14.5.8-1 sind einlagige Kompensatoren mit Rundnähten an Wellental und Wellenscheitel dargestellt.
Kompensatoren dieses Typs müssen zusätzlich den Anforderungen in 14.5.8 entsprechen.
Jede Welle besteht aus einer Wellenflanke und zwei Krempen mit annähernd gleichem Radius (Außen- und
Innenkrempe) in der neutralen Stellung, so dass das Wellenprofil eine glatte geometrische Form aufweist, wie in
Bild 14.5.1-1 dargestellt.
Legende
(1) Ohne Stützring
(2) Mit Stützring
(3) Wellental
(4) Wellenscheitel
Bild 14.5.1-1 — Unverstärkte Kompensatoren mit U-förmigem Profil
14.5.1.2 Anwendungsbedingungen
Zusätzlich zu den in 14.4 aufgeführten Bedingungen gelten für die Anwendbarkeit die folgenden Bedingungen:
a) Eine Abweichung von 10 % zwischen dem Radius der Außenkrempe ric und dem Radius der Innenkrempe rir
ist zulässig (ric und rir siehe Bild 14.5.1-2).
281
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b) Für den Krempenradius gilt:
ri 3 e p ,
dabei ist
ri
ric rir
.
2
c) Für den Neigungswinkel der Wellenflanke in der neutralen Stellung gilt:
15 15 Grad (siehe Bild 14.5.1-2).
d) Für die Wellenhöhe gilt: w
Di
.
3
Bild 14.5.1-2 — Mögliche Konfigurationsformen in der neutralen Position
14.5.2 Bestimmung von Zwischenwerten
14.5.2.1 Allgemeines
Die folgenden Gleichungen werden für die Bestimmung von Zwischengrößen zugrunde gelegt.
e n p ep
(14.5.2-1)
D c Di 2 e e c
(14.5.2-2)
D m Di e h
(14.5.2-3)
ep* ep
282
Di
Dm
(14.5.2-4)
e * n p ep*
(14.5.2-5)
Lt
; 1,0
k min
1,5 Di e p
(14.5.2-6)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2
*
q 2 w e
2
A
C1
C2
q
2w
(14.5.2-8)
q
2,2 Dm ep*
q 4ri 2e
ANMERKUNG
anzuwenden.
(14.5.2-7)
(14.5.2-9)
(14.5.2-10)
Gleichung 14.5.2-10 gilt für Fälle mit parallelen Wänden. Ansonsten, ist die aktuelle Teilung
m, b
3 , 1
(14.5.2-11)
Dabei sind m,b und θ,I nach 14.5.3.3.
1 2 2 (1 2 2 4 4 )
(14.5.2-12)
Zu den Beiwerten Cp, Cf und Cd, siehe Bilder 14.5.2-1 bis 14.5.2-3.
283
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
In K.2 sind polynome Näherungen dieser Gleichungen angegeben.
Bild 14.5.2-1 — Beiwert C p
284
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
In K.2 sind polynome Näherungen dieser Gleichungen angegeben.
Bild 14.5.2-2 — Beiwert C f
285
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
In K.2 sind polynome Näherungen dieser Gleichungen angegeben.
Bild 14.5.2-3 — Beiwert C d
286
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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14.5.2.2
Bestimmung des Umformgrades
Der maximale Umformgrad für den Balg ergibt sich durch:
s d 1,04
2
s sb
2
(14.5.2-13)
Die Umfangskomponente sc hängt vom Umformverfahren ab. Für die allgemein üblichen Umformverfahren sind die
folgenden Gleichungen zu verwenden:
a) für hydraulische oder ähnliche Verfahren, bei denen die Umformung vom Ausgangszylinder ausgehend zu
100 % nach außen erfolgt:
w
s In 1 2
D
i
(14.5.2-14)
b) für Rollformverfahren mit Umformung 50 % nach innen und 50 % nach außen vom Ausgangszylinder
ausgehend:
w
s In 1
D
i
(14.5.2-15)
c) für Halbwellen, hergestellt durch Rollbiegen oder andere Verfahren aus Kreisringplatten mit dem maximalen
Umformgrad an der Innenkrempe:
1 2ri e p
2
s In 1
Di e p
(14.5.2-16)
Die Biegekomponente des Umformgrades sb ist unabängig vom Umformverfahren und ergibt sich aus:
ep
s b ln 1
2ri e p
(14.5.2-17)
14.5.3 Spannungen durch Innendruck
14.5.3.1 Kompensatorbord
Die durch Druck erzeugte Membranspannung in Umfangsrichtung
, t P
Di e Lt Eb k
1
P
2 e Di e Lt Eb ec Dc Lc E c k
2
(14.5.3-1)
muss folgende Gleichung erfüllen:
,t P f
14.5.3.2 Bordring
Die durch Druck erzeugte Membranspannung in Umfangsrichtung
287
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Dc2 Lt E c k
1
P
2 e Di e Lt Eb ec Dc Lc E c k
,c P
(14.5.3-2)
muss folgende Gleichung erfüllen:
,c P f c
14.5.3.3 Balgwellen
a)
Die durch Druck erzeugte Membranspannung in Umfangsrichtung
in den äußeren Balgwellen
,E P
1 q D m L t Di e
P
2
A e * Lt
(14.5.3-3)
muss folgende Gleichung erfüllen:
,E P f
in den inneren Balgwellen
,l P
1 q Dm
P
2
A
(14.5.3-4)
muss folgende Gleichung erfüllen:
,I P f
b)
Die durch Druck erzeugte Membranspannung in Meridianrichtung wird wie folgt berechnet:
m,m P
c)
w
2e *
P
(14.5.3-5)
Die durch Druck erzeugte Biegespannung in Meridianrichtung wird wie folgt berechnet:
2
1 w
m,b P
Cp P
2n p e p*
d)
(14.5.3-6)
Die Summe der Membran- und Biegespannungen in Meridianrichtung muss folgende Gleichung erfüllen:
m,m P m,b P K f f
(14.5.3-7)
Dabei ist
288
Kf = 3,0 für Bälge im umgeformten Zustand (mit Kaltverfestigung);
(14.5.3-8)
Kf = 1,5 für geglühte Bälge (ohne Kaltverfestigung).
(14.5.3-9)
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14.5.4 Instabilität durch Innendruck
14.5.4.1 Säuleninstabilität
Der zulässige Auslegungs-Innendruck zur Vermeidung von Säuleninstabilität, Ps, c, ergibt sich aus:
Ps, c 0,34
Kb
(14.5.4-1)
Nq
Der Innendruck P darf Ps, c nicht überschreiten:
P Ps, c
14.5.4.2 Welleninstabilität
Der zulässige Auslegungs-Innendruck zur Vermeidung von Welleninstabilität, Ps, i, ergibt sich aus:
Ps, i ( 2)
ARe
*
(14.5.4-2)
Dm q
Dabei ist Re* die effektive Streckgrenze des Balgwerkstoffes bei Auslegungstemperatur im umgeformten oder im
geglühten Zustand.
Wenn in den Werkstoffnormen für Re* keine Werte festgelegt sind, sind für austenitischen Stahl und andere
gleichwertige Werkstoffe die folgenden Werte einzusetzen:
a)
Re* K d Rp1,0 / T für Bälge im umgeformten Zustand (mit Kaltverfestigung) (14.5.4-3)
b)
Re* 0,75 Rp1,0 / T für geglühte Bälge (ohne Kaltverfestigung)
(14.5.4-4)
Dabei ist
Rp 1,0 / T die 1%-Dehngrenze bei Auslegungstemperatur nach Abschnitt 4;
Kd der Verfestigungsfaktor nach:
1 5 s d
Kd
2,0
wenn s d 0,2
wenn s d 0,2
(14.5.4-5)
Für nicht austenitischen Stahl: Re* R p0,2 / t
Der Innendruck P darf Ps, i nicht überschreiten:
P Ps, i
14.5.5 Außendruckberechnung
14.5.5.1 Spannungen durch Außendruck
Die Regeln in 14.5.3 sind in die entsprechenden Gleichungen für P als den absoluten Wert des Außendrucks
einzusetzen.
289
DIN EN 13445-3:2018-12
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ANMERKUNG
Ist der Kompensator einem Vakuum ausgesetzt, ist die Berechnung unter der Annahme durchzuführen, dass
nur die innere Lage dem Druck standhält. In sämtlichen Gleichungen in 14.5.3 ist deshalb nP = 1 zu verwenden.
14.5.5.2 Instabilät durch Außendruck
Die Berechnung ist nach den Regeln in Abschnitt 8 von Teil 3 durchzuführen, indem der Kompensator durch einen
äquivalenten Zylinder mit folgenden Abmessungen ersetzt wird:
Äquivalenter Außendurchmesser Deq :
Deq Di w 2eeq
(14.5.5-1)
Wanddicke e eq :
Iq
e eq 3 12 1 2
xx
(14.5.5-2)
In dieser Gleichung ist Ixx das Flächenträgheitsmoment der Querschnittsfläche einer Welle relativ zur
Achse durch den Flächenschwerpunkt und parallel zur Kompensatorlängsachse (siehe Bild 14.5.5-1).
ANMERKUNG Wenn Lt = 0 ist, gilt für Ixx:
2 w q 3
2
0,4 q w 0,2 q
I xx e *
48
(14.5.5-3)
Der zylindrische Teil ist zwischen den beiden am dichtesten zusammenliegenden Verstärkungsringen
beiderseits des Kompensators anzusetzen.
Bild 14.5.5-1 — Abmessungen zur Bestimmung von I xx
14.5.6 Ermüdung
14.5.6.1
Berechnung von Spannungen zufolge der totalen äquivalenten Verschiebungsschwingbreite
Δq jeder Welle
a) Membranspannung in Meridianrichtung:
m ,m q
290
q
Eb ep*
2
2 w3 Cf
(14.5.6-1)
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EN 13445-3:2014 (D)
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b)
Biegespannung in Meridianrichtung:
m ,b q
5 E b ep*
3 w 2 Cd
q
(14.5.6-2)
14.5.6.2 Berechnung der totalen Spannungsschwingbreite zufolge zyklischer Verschiebung
eq 0,7 m,m P m,b P m,m q m,b q
(14.5.6-3)
14.5.6.3 Berechnung der Anzahl der zulässigen Lastzyklen
14.5.6.3.1 Allgemeines
Unter Berücksichtigung der voraussichtlichen Lastzyklen N spe während der Lebensdauer des Kompensators wird
eine spezifische Lastzyklenanzahl festgelegt. Die, entsprechend diesem Unterabschnitt ermittelte zulässige
Zyklenzahl N alw muss mindestens gleich N spe sein: N alw N spe .
Die nach den folgenden Gleichungen errechneten zulässigen Lastspielzahlen beinhalten ausreichende
Sicherheitsbeiwerte (3 für die Lastspiele und 1,25 für die Spannungen) und ergeben die maximalen
Lastspielzahlen für die betrachtete Betriebsbedingung.
Aus diesem Grund sollte kein zusätzlicher Sicherheitsbeiwert eingerechnet werden; eine übertrieben konservative
Schätzung der zu erwartenden Lastzyklenanzahl kann eine höhere Anzahl von Balgwellen zur Folge haben, die
wiederum den Kompensator für Instabilität anfälliger macht.
Ist der Kompensator verschiedenen Bewegungszyklen (z. B. beim An- oder Abfahren) ausgesetzt, können diese
Zyklen durch das Minersche Verfahren zur Berechnung der akkumulierten Ermüdung (siehe 18.5.6) berücksichtigt
werden.
ANMERKUNG
Die Verwendung von speziellen, durch einen Hersteller erstellten Ermüdungskurven wird später behandelt
und die dazu geltenden Anforderungen werden im Anhang K.3 festgelegt.
14.5.6.3.2 Austenitische Stähle und vergleichbare Werkstoffe
Die nachfolgende Gleichung gilt für Bälge im umgeformten Zustand aus austenitischen Stählen, Nickel-ChromEisen und Nickel-Eisen-Chrom-Legierungen.
Die zulässige Lastspielzahl ergibt sich wie folgt (siehe Bild 14.5.6-1):
Wenn
E0
eq 1 080 MPa:
Eb
9 283,3
N alw
E0
eq 372,3
Eb
3,4
(14.5.6-4)
mit eq in MPa.
Wenn
E0
eq 1 080 MPa:
Eb
291
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10 259,4
N alw
E0
eq 297,9
Eb
3,4
mit eq in MPa.
Wenn
E0
eq 297,9 MPa: N alw 10 6 Lastspiele.
Eb
Die Kurve und die Gleichung gelten nur für: 370 N alw 10 6
292
(14.5.6-5)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
X
N (Lastspiele)
Y
eq in MPa
Bild 14.5.6-1 — Ermüdungskurve bei Raumtemperatur (Eb = E0) für unverstärkte Bälge
im umgeformten Zustand
14.5.6.3.3 Ferritische Stähle
Für ferritische Stähle gelten die Ermüdungskurven gemäß 18.10 bzw. 18.11.
293
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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14.5.7 Axialsteifigkeit
Die theoretische Axialsteifigkeit eines Kompensators mit n Balgwellen kann nach der folgenden Gleichung ermittelt
werden:
3
ep* 1
np
F
Kb
E b Dm
w Cf
N q 2 (1 vb 2 )
N
(14.5.7-1)
Dabei ist FB die Axialkraft und n q die dadurch verursachte Axialbewegung des Kompensators.
Diese Gleichung gilt nur für den elastischen Bereich.
ANMERKUNG
Außerhalb dieses Bereichs können niedrigere Werte verwendet werden, die auf der Erfahrung des Herstellers
oder repräsentativen Prüfungen beruhen (siehe K.1).
14.5.8 Mit einer Rundnaht am Wellenscheitel oder Wellental verschweißte Balgwellen mit U-förmigem
Profil
14.5.8.1 Inhalt
Dieser Unterabschnitt gilt für einlagige Kompensatoren mit U-förmigem Halbwellenprofil aus zwei symmetrischen
Hälften, die durch eine Rundnaht miteinander verschweißt sind.
direkt (Bild 14.5.8-1a),
durch Einsetzen eines zylindrischen Zwischenelements (Bild 14.5.8-1b),
durch einen durch Umformen gebildeten geraden Abschnitt (Bild 14.5.8-1c).
Die einzelnen Halbwellen können entweder nahtlos aus einem Stück gefertigt werden (Bild 14.5.8-1a und 14.5.81b), oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die durch Längsnähte verschweißt werden (Bild 14.5.8-1d).
(1) Rundnähte
(2) Längsnähte
Bild 14.5.8-1 — Rundnähte an Balgwellen mit U-förmigem Profil
294
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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14.5.8.2 Berechnung
Die Berechnung erfolgt nach den Anforderungen in 14.5.1 bis 14.5.7. Zusätzlich gelten die nachstehenden
Forderungen:
a) Um die Verschweißung zu vereinfachen, können die beiden Halbwellen ein kurzes zylindrisches Segment der
Länge mi im Wellental und m e am Wellenscheitel aufweisen (siehe Bild 14.5.8-2). Um die Schweißarbeiten zu
erleichtern, müssen die Längen mi und m e nachstehende Gleichungen erfüllen:
mi 0,2 D m e
m e 0,2 D m e
Bild 14.5.8-2
b)
Die Gleichungen (14.5.3-3) und (14.5.3-4) in 14.5.3.3 zur Berechnung von ,E P und θ,I P werden durch
die folgenden Gleichungen ersetzt:
,E P
1 q mi Dm me w L t mi / 2 Di e
P
2
A e * me L t mi / 2
(14.5.8-1)
,l P
1 q mi D m m e w mi Di e
P
2
A e * m e mi
(14.5.8-2)
c) Der aus Gleichung (14.5.6-3) ermittelte Wert von eq (siehe 14.5.6.2) ist mit dem Faktor 2 zu multipli-zieren.
14.6
14.6.1
Verstärkte Kompensatorbälge mit U-förmigem Profil
Zweck
Dieser Unterabschnitt gilt für Kompensatorbälge mit quasi U-förmigen Wellen und mit Ringen zur Verstärkung der
Bälge gegen Innendruck.
Jede Welle besteht aus einer Wellenflanke und zwei Krempen mit gleichem Radius (Außen- und Innenkrempe) in
der neutralen Stellung, so dass das Wellenprofil eine glatte geometrische Form aufweist, wie in Bild 14.6.1-1
dargestellt.
295
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1
2
Welle
Zylindrisches Balgende
3 Bordring
4 Endausgleichsring
5 Ausgleichsring
6 Verstärkungsring
Bild 14.6.1-1 — Verstärkter Balg mit U-Profil
Die folgenden Symbole gelten zusätzlich zu den in den Abschnitten 4 und 14.3 angegebenen Symbolen.
Af
Metall-Querschnittsfläche eines Befestigungsmittels eines Verstärkungsringes, siehe Bild 14.6.1-1;
Ar
Metall-Querschnittsfläche eines Verstärkungsringes, siehe Bild 14.6.1-1;
Cr
Faktor für die Wellenhöhe für verstärkte Bälge, nach Gleichung (14.6.3-11);
Ef
Elastizitätsmodul des Werkstoffes des Befestigungsmittels für die Verstärkung bei Auslegungstemperatur;
Er
Elastizitätsmodul des Verstärkungsring-Werkstoffes bei Auslegungstemperatur;
H
gesamte auf Balg und Verstärkung wirkende Innendruckkraft, nach Gleichung (14.6.3-12);
ff
zulässige Spannung des Werkstoffes des Befestigungsmittels für die Verstärkung bei Auslegungstemperatur;
fr
zulässige Spannung des Verstärkungsring-Werkstoffes bei Auslegungstemperatur;
R
Verhältnis der durch den Balg aufgenommenen zu der durch die Verstärkung aufgenommenen
Innendruckkraft nach Gleichung (14.6.4-3).
14.6.2 Anwendungsbedingungen
Zusätzlich zu den in 14.4 aufgeführten Bedingungen gelten für die Anwendbarkeit die folgenden Bedingungen:
a) Eine Abweichung von 10 % zwischen dem Radius der Außenkrempe ric und dem Radius der Innenkrempe rir
ist zulässig (ric und rir siehe Bild 14.5.1-2).
296
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b) Für den Krempenradius gilt:
ri 3 e p
dabei ist
ri
ric rir
.
2
c) Für den Neigungswinkel der Wellenflanke in der neutralen Stellung gilt:
15 15 Grad (siehe Bild 14.5.1-2).
d) Für die Wellenhöhe gilt: w
Di
.
3
14.6.3 Bestimmung von Zwischengrößen
Die folgenden Gleichungen werden für die Bestimmung von Zwischengrößen zugrunde gelegt.
e np ep
(14.6.3-1)
D c Di 2 e e c
(14.6.3-2)
D m Di w e
(14.6.3-3)
Di
Dm
e p* e p
(14.6.3-4)
e * n p e p*
(14.6.3-5)
Lt
; ( 1,0 )
k min
1,5 Di ep
(14.6.3-6)
A e * 2 w 2 2ri e
(14.6.3-7)
C1
C2
2ri e
w
(14.6.3-8)
2ri e
(14.6.3-9)
1,1 D m e p*
q 4ri 2e
100
C r 0,3
1048 P 1,5 320
(14.6.3-10)
2
(14.6.3-11)
mit P in MPa
H PD m q
(14.6.3-12)
297
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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R1
AE b
Ar E r
(14.6.3-13)
R2
AE b Lf
D
m
D m Af E f
Ar E r
(14.6.3-14)
14.6.4 Spannungen durch Innendruck
14.6.4.1 Zylindrisches Balgende
Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
, t ( P )
D i e 2 L t E b k
1
P
2 e Di e L t E b ec Dc Lc E c k
(14.6.4-1)
muss folgende Bedingung erfüllen:
, c ( P ) f
14.6.4.2 Bordring
Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
, c ( P )
Dc2 L t E c k
1
P
2 e Di e L t E b e c Dc Lc E c k
(14.6.4-2)
muss folgende Bedingung erfüllen:
, c ( P ) f c
14.6.4.3 Balgwellen
a) Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
H R
2 A R 1
(14.6.4-3)
muss folgende Bedingung erfüllen:
f
Dabei ist
R = R1
für einteilige Verstärkungsringe, nach Gleichung (14.6.3-12);
R = R2
für mit Befestigungsmitteln verbundene Verstärkungsringe, nach Gleichung (14.6.3-13).
ANMERKUNG
Bei Verstärkungsringen, die in Abschnitten hergestellt und unter Spannung miteinander verbunden
werden, geht diese Gleichung von der Annahme aus, dass die für diese Verbindung gewählte Konstruktion nicht nachgibt,
so dass keine Umfangsvergrößerung der Verstärkungselemente erfolgt. Zusätzlich sind die an den Balgenden liegenden
Verstärkungselemente gegen die axial wirkende Druckkraft der Bälge zu sichern.
298
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
Die meridionale Membranspannung durch Druck ergibt sich aus:
m, m ( P ) 0,85
c)
w C r q
2e *
(14.6.4-4)
P
Die meridionale Biegespannung durch Druck ergibt sich aus:
2
0,85 w Cr q
m ,b ( P )
Cp P
2n p e*p
d)
(14.6.4-5)
Die meridionalen Membran- und Biegespannungen müssen der folgenden Bedingung entsprechen:
m, m ( P ) m, b ( P ) K f f
(14.6.4-6)
Dabei ist
Kf = 3,0
für Bälge im umgeformten Zustand (mit Kaltverfestigung);
Kf = 1,5
für geglühte Bälge (ohne Kaltverfestigung).
14.6.4.4 Verstärkungsring
Die Umfangs-Membranspannung durch Druck
, r ( P )
H 1
2 Ar R1 1
(14.6.4-7)
muss der folgenden Bedingung entsprechen:
, r ( P ) f r
ANMERKUNG
Bei Ausgleichsringen enthält diese Gleichung nur die einfache Membranspannung und beinhaltet nicht die
durch eine außermittige Anordnung des Befestigungsmittels verursachte Biegespannung. Zur Bestimmung dieser Spannungen
können elastische Analysen und/oder praktische Prüfungen durchgeführt werden.
14.6.4.5 Verstärkende Befestigungsmittel
Die Membranspannung durch Druck
* , f ( P )
H 1
2 Af R2 1
(14.6.4-8)
muss der folgenden Bedingung entsprechen:
*, f ( P ) f f
299
DIN EN 13445-3:2018-12
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14.6.5
Instabilität durch Innendruck
14.6.5.1 Säuleninstabilität
Der zulässige Auslegungs-Innendruck zur Vermeidung von Säuleninstabilität, Ps, c, ergibt sich aus:
Ps, c 0,3
Kb
(14.6.5-1)
Nq
Der Innendruck P darf Ps, c nicht überschreiten:
P Ps, c
14.6.5.2 Welleninstabilität
Verstärkte Bälge neigen nicht zu Welleninstabilität.
14.6.6
14.6.6.1
Auslegung für den Außendruck
Spannungen durch den Außendruck
Die Auslegung muss nach den Regeln in 14.5.3 für unverstärkte Bälge mit P als absolutem Wert für den
Außendruck erfolgen.
Wird der Balg bei Vakuum betrieben, muss die Auslegung mit der Annahme erfolgen, dass nur die Innenlage dem
Druck standhält. Die Gleichungen für die Druckspannung in 14.5.3 werden mit np = 1 eingesetzt.
14.6.6.2
Instabilität durch den Außendruck
Die Instabilität in Umfangsrichtung eines verstärkten Balges ist wie für unverstärkte Bälge zu errechnen. Siehe
14.5.5.2.
14.6.7
Ermüdungsberechnungen
14.6.7.1
Berechnung der Spannungen aufgrund der gesamten äquivalenten axialen Verschiebung q je
Welle
Die folgenden Gleichungen werden für die Berechnung der Spannungen aufgrund der gesamten äquivalenten
axialen Verschiebung q je Welle eingesetzt.
a) Die meridionale Membranspannung, m , n Δ q , ergibt sich aus:
m , n Δ q
b)
2
2 w C r q C f
3
Δq
(14.6.7-1)
Die meridionale Biegespannung, m , b Δ q , ergibt sich aus:
m , b Δq
300
E b e *p
E b e*p
5
Δq
3 w C r q 2 C d
(14.6.7-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.6.7.2
Berechnung der gesamten Spannung aufgrund zyklischer Verschiebung
Die gesamte Spannung aufgrund zyklischer Verschiebung, eq , ergibt sich aus:
eq 0 ,7 m , m ( P ) m , b ( P ) m , m Δ q m , b Δ q
14.6.7.3
(14.6.7-3)
Berechnung der zulässigen Lastspielzahl
14.6.7.3.1 Allgemeines
a) Die festgelegte Lastspielzahl Nspe ist als die während der Betriebslebensdauer des Balges voraussichtlich zu
erwartende Anzahl von Lastspielen anzusehen. Die zulässige Lastspielzahl N alw nach diesem Unterabschnitt
N alw muss mindestens gleich N spe sein: N alw N spe .
Die nach den folgenden Gleichungen errechneten zulässigen Lastspielzahlen beinhalten ausreichende
Sicherheitsbeiwerte (3 für die Lastspiele und 1,25 für die Spannungen) und ergeben die maximalen
Lastspielzahlen für die betrachtete Betriebsbedingung. Es sollte daher kein zusätzlicher Sicherheitsbeiwert
eingesetzt werden, da eine zu konservative Annahme der Lastspiele eine größere Anzahl Wellen erforderlich
machen und damit zu einer erhöhten Anfälligkeit des Balges gegenüber Instabilität führen könnte.
b)
Wird der Balg unterschiedlichen Bewegungszyklen ausgesetzt, z. B. beim An- und Abfahren, ist die
Schadensakkumulation nach der Miner-Regel für akkumulierte Ermüdung zu berechnen (siehe 18.5.6).
c)
Die Verwendung von speziellen, durch den Hersteller erstellten Ermüdungskurven wird später behandelt und
die dazu geltenden Anforderungen werden im Anhang K.3 festgelegt (in Bearbeitung im CEN/TC 54/WG C).
14.6.7.3.2 Austenitische Stähle und andere gleichwertige Werkstoffe
Dieser Unterabschnitt gilt für Bälge im umgeformten Zustand aus austenitischen Stählen, Nickel-Chrom-Eisen und
Nickel-Eisen-Chrom-Legierungen.
Die zulässige Lastspielzahl ergibt sich aus den folgenden Gleichungen (siehe Bild 14.6.7-1):
wenn
E0
eq 630, 4 Mpa
Eb
24
452
,
5
N alw
E0
eq 288,2
Eb
2,9
(14.6.7-4)
mit eq in MPa:
wenn
E0
eq 630,4 MPa
Eb
28
571
,
9
N alw
E0
eq 230,6
E
b
2,9
(14.6.7-5)
mit eq in MPa:
301
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
wenn
E0
eq 230, 6 MPa : Nalw 10 6 Lastspiele.
Eb
Die Kurve und die Gleichungen gelten nur für:
10 2 N alw 10 6
14.6.7.3.3 Ferritische Stähle
Die Ermüdungskurven nach 18.10 bzw. 18.11 sind zu Grunde zu legen.
14.6.8
Axial-Federrate
Die theoretische Axial-Federrate eines Balges mit N Wellen kann nach folgender Gleichung errechnet werden:
np
e*p
Kb
E b Dm
w C r q
2 1 2 N
b
3
1
Cf
(14.6.8-1)
Diese Gleichung gilt nur im elastischen Bereich.
ANMERKUNG
Außerhalb dieses Bereiches können niedrigere Werte auf der Grundlage von Erfahrungswerten des
Herstellers oder repräsentativen Prüfergebnissen verwendet werden (siehe K.1).
302
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
X
N (Lastspiele)
Y
eq in MPa
Bild 14.6.7-1 — Ermüdungskurve bei Raumtemperatur (E = E0) für verstärkte Bälge
im umgeformten Zustand
14.7
14.7.1
Torusbälge (Kompensatoren mit torusförmigem Wellenprofil)
Zweck
Dieser Unterabschnitt gilt für Bälge mit torusförmigen Wellen. Jede Welle besteht aus einem Torus mit Radius r,
wie in Bild 14.7.1-1 dargestellt.
303
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1
2
Welle
Bordring, verstärkend
Bild 14.7.1-1 — Torusbalg
Zusätzlich zu den in 14.3 angegebenen Symbolen gelten die folgenden Symbole:
Ac
Metall-Querschnittsfläche aller Bordringe bei Torusbälgen;
B1, B2, B3
in Tabelle 14.7.3-1 angegebene Faktoren;
r
mittlerer Radius der Toruswelle
14.7.2
Anwendungsbedingungen
Es gelten die in 14.4 angegebenen allgemeinen Bedingungen für die Anwendbarkeit.
14.7.3
Bestimmung von Zwischengrößen
Die folgenden Gleichungen werden für die Bestimmung von Zwischengrößen zu Grunde gelegt.
e np ep
(14.7.3-1)
Dc Di 2e e c
(14.7.3-2)
D m Di w e
(14.7.3-3)
e p* e p
e * n p e p*
304
Di
Dm
(14.7.3-4)
(14.7.3-5)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 14.7.3-1 — Faktoren B1, B2, B3
14.7.4
6,61 r 2
Dm e p
B1
B2
B3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1,0
1,1
1,4
2,0
2,8
3,6
4,6
5,7
6,8
8,0
9,2
10,6
12,0
13,2
14,7
16,0
17,4
18,9
20,3
21,9
23,3
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,1
1,2
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,6
2,7
2,8
1,0
1,1
1,3
1,5
1,9
2,3
2,8
3,3
3,8
4,4
4,9
5,4
5,9
6,4
6,9
7,4
7,9
8,5
9,0
9,5
10,0
Spannungen durch Innendruck
14.7.4.1 Zylindrisches Balgende
Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
, t ( P )
D i e 2 L w E b
1
P
2 e Di e L w E b Dc E c Ac
(14.7.4-1)
muss folgende Bedingung erfüllen:
, t ( P ) f t
14.7.4.2 Bordring
Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
, c ( P )
Dc2 L w E c
1
P
2 e Di e L w E b Dc E c Ac
(14.7.4-2)
muss folgende Bedingung erfüllen:
, c ( P ) f c
305
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.7.4.3 Balgwellen
Die folgenden Gleichungen werden für die Bestimmung der Balgwellen eingesetzt:
a) Die Umfangs-Membranspannung durch Druck:
( P)
r
P
2e *
(14.7.4-3)
muss folgende Bedingung erfüllen:
P f
b)
Die meridionale Membranspannung durch Druck:
m, m ( P )
r Dm r
P
e * D m 2r
(14.7.4-4)
muss folgende Bedingung erfüllen:
m, m ( P ) f
14.7.5 Instabilität durch Innendruck
14.7.5.1 Säuleninstabilität
Der zulässige Auslegungs-Innendruck zur Vermeidung von Säuleninstabilität, Ps, c ergibt sich aus:
Ps, c 0,15
Kb
Nr
(14.7.5-1)
Der Innendruck P darf Ps, c nicht überschreiten:
P Ps, c
14.7.5.2 Welleninstabilität
Torusbälge neigen nicht zu Welleninstabilität.
14.7.6
14.7.6.1
Auslegung für den Außendruck
Spannungen durch den Außendruck
Die Auslegung muss nach den Regeln in 14.7.4 mit P als absolutem Wert für den Außendruck und Ac in den
Gleichungen erfolgen.
Wird der Balg bei Vakuum betrieben, muss die Auslegung mit der Annahme erfolgen, dass nur die Innenlage dem
Druck standhält. Die Gleichungen für die Druckspannung in 14.7.4 werden mit np = 1 eingesetzt.
14.7.6.2
Instabilität durch den Außendruck
Die Instabilität durch den Außendruck ist durch die gegenwärtigen Regeln nicht abgedeckt.
306
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.7.7
Ermüdungsberechnungen
14.7.7.1 Berechnung der Spannungen aufgrund der gesamten äquivalenten axialen Verschiebung q
je Welle
Die folgenden Gleichungen werden für die Berechnung der Spannungen aufgrund der gesamten äquivalenten
axialen Verschiebung q je Welle eingesetzt.
a) Die meridionale Membranspannung, m , m Δ q , ergibt sich aus:
m , m Δ q
b)
B Δq
E b e*p
2
34 ,3 r
1
3
(14.7.7-1)
Die meridionale Biegespannung, m , b Δ q , ergibt sich aus:
m , b q
E b e*p B2
5 ,72 r 2
Δq
(14.7.7-2)
14.7.7.2 Berechnung der gesamten Spannung aufgrund zyklischer Verschiebung
Die gesamte Spannung aufgrund zyklischer Verschiebung, eq , ergibt sich aus:
eq 3 m ,m ( P ) m , m Δ q m , b Δ q
(14.7.7-3)
14.7.7.3 Berechnung der zulässigen Lastspielzahl
14.7.7.3.1 Allgemeines
a) Die festgelegte Lastspielzahl Nspe ist als die während der Betriebslebensdauer des Balges voraussichtlich zu
erwartende Anzahl von Lastspielen anzusehen. Die zulässige Lastspielzahl N alw nach diesem Unterabschnitt
N alw muss mindestens gleich N spe sein: N alw N spe .
Die nach den folgenden Gleichungen errechneten zulässigen Lastspielzahlen beinhalten ausreichende
Sicherheitsbeiwerte (3 für die Lastspiele und 1,25 für die Spannungen) und ergeben die maximalen
Lastspielzahlen für die betrachtete Betriebsbedingung. Es sollte daher kein zusätzlicher Sicherheitsbeiwert
eingesetzt werden, da eine zu konservative Annahme der Lastspiele eine größere Anzahl Wellen erforderlich
machen und damit zu einer erhöhten Anfälligkeit des Balges gegenüber Instabilität führen könnte.
b) Wird der Balg unterschiedlichen Bewegungszyklen ausgesetzt, z. B. beim An- und Abfahren, ist die
Schadensakkumulation nach der Miner-Regel für akkumulierte Ermüdung zu berechnen (siehe 18.5.6).
c)
Die Verwendung von speziellen, durch den Hersteller erstellten Ermüdungskurven wird später behandelt und
die dazu geltenden Anforderungen werden im Anhang K.3 festgelegt (in Bearbeitung im CEN/TC 54/WG C).
14.7.7.3.2 Austenitische Stähle und andere gleichwertige Werkstoffe
Dieser Unterabschnitt gilt für Bälge im umgeformten Zustand aus austenitischen Stählen, Nickel-Chrom-Eisen und
Nickel-Eisen-Chrom-Legierungen.
Die zulässige Lastspielzahl ergibt sich aus den folgenden Gleichungen (siehe Bild 14.7.7-1):
wenn
E0
eq 761, 6 MPa
Eb
307
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
11 309,4
N alw
E0
eq 288,2
Eb
3,25
(14.7.7-4)
mit eq in MPa:
wenn
E0
eq 761,6 MPa
Eb
12
686
,
3
N alw
E0
eq 230,6
Eb
3,25
(14.7.7-5)
mit eq in MPa:
wenn
E0
eq 230, 6 MPa: Nalw 10 6 Lastspiele.
Eb
Die Kurve und die Gleichung gelten nur für:
10 2 N alw 10 6
14.7.7.3.3 Ferritische Stähle
Die Ermüdungskurven nach 18.10 bzw. 18.11 sind zu Grunde zu legen.
14.7.8
Axial-Federrate
Die theoretische Axial-Federrate eines Balges mit N Wellen kann nach folgender Gleichung errechnet werden:
3
e*
np
1
E b D m p B3
Kb
r
12 1 2 N
b
(14.7.8-1)
Diese Gleichung gilt nur im elastischen Bereich.
ANMERKUNG
Außerhalb dieses Bereiches können niedrigere Werte auf der Grundlage von Erfahrungswerten des
Herstellers oder repräsentativen Prüfergebnissen verwendet werden (siehe K.1).
308
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
X
N (Lastspiele)
Y
eq in MPa
Bild 14.7.7-1 — Ermüdungskurve bei Raumtemperatur (E = E0) für Torusbälge
im umgeformten Zustand
309
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.8
Herstellung
14.8.1
Balgformung
14.8.1.1 Allgemeines
Es können unterschiedliche Umformverfahren angewendet werden.
Bälge nach Bild 14.1-1 werden durch Kaltumformung hergestellt (z. B. hydraulisches Umformen oder
vergleichbare Verfahren oder durch Rollumformung).
Bälge nach Bild 14.5.8-2 (Halbwellen) werden durch Rollbiegen oder andere Verfahren hergestellt.
Die angewendeten Umformverfahren müssen eine glatte Oberfläche, frei von Kerben, Kratzern oder anderen
spannungserhöhenden Fehlern, sicherstellen und dürfen die Korrosionsbeständigkeit der Bälge nicht
beeinträchtigen.
14.8.1.2 Begrenzungen für das Umformverfahren
Der Umfang der Umformung, der durch den Umformgrad sd nach Gleichung (14.5.2-13) gegeben ist, ist üblicherweise auf den Umformgrad bei Bruch sr, reduziert um einen Faktor kr, zu begrenzen:
s r k r ln 1 A5 / 100
sd sr
Dabei ist
A5
Bruchdehnung bei einer Messlänge von 5 Durchmesser;
kr
Wert nach Tabelle 14.8.1-1.
Tabelle 14.8.1-1 — Sicherheitsbeiwert kr
Werkstoff
Austenitische Stählea
Ferritische Stähleb
Lagendicke
Sicherheitsbeiwert
ep
kr
ep 0,7 mm
0,9
ep 0,7 mm
0,8
alle
0,5
a Siehe Abschnitt 2
b Werkstoffe mit A 20 % und
5
310
Re, T
Rm
0,66
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.8.2
Wärmebehandlung
Das Glühen von Bälgen nach dem Umformen ist nicht erforderlich, sofern die Grenzwerte nach 14.8.1.2
eingehalten werden.
Wenn in Ausnahmefällen, z. B. bei:
Sprödbruchgefahr,
Korrosionsgefahr oder
Überschreiten der Grenzwerte nach 14.8.1.2,
ein Glühen erforderlich ist, muss dies nach Beendigung des Umformprozesses in einer inerten Atmosphäre
erfolgen.
14.8.3
Grenzabmaße (Toleranzen)
14.8.3.1 Allgemeines
Dieser Unterabschnitt behandelt die Grenzabmaße, die einen wesentlichen Einfluss auf die Hauptmerkmale eines
Balges haben (z. B. Druckfestigkeit, Federrate, Ermüdung und Einbau).
Die Maßtoleranzen für die Balgwellen sind abhängig von den Toleranzen des verwendeten Grundwerkstoffes und
den Fertigungsverfahren. Sie liegen in der Verantwortung des Kompensator-Herstellers.
14.8.3.2 U-förmige Wellen ohne Rundnähte
14.8.3.2.1 Nennwanddicke einer Balglage ep
Das Grenzabmaß für die Nennwanddicke, ep, ist direkt auf die Nennwanddicke tN des für die Fertigung des Balges
verwendeten Werkstoffes bezogen.
Die Grenzabmaße für die Nennwanddicke des Werkstoffes, z. B. Band oder Blech, müssen den Festlegungen in
Tabelle 14.8.3.2.1-1 entsprechen:
Tabelle 14.8.3.2.1-1 — Grenzabmaße der Nennwanddicke des Werkstoffes tN
EN 10258
tN
Toleranzbereich
EN 10259
tN
Toleranzbereich
≤ 0,4 mm
fein (F)
≤ 0,5 mm
Besondere (S)
> 0,4 mm
Normal
> 0,5 mm
Normal
14.8.3.2.2 Wellenhöhe w
Das Grenzabmaß für die Wellenhöhe w darf 5 % für ep bis 0,5 mm und 8 % für ep über 0,5 mm nicht
überschreiten.
14.8.3.3 U-förmige Wellen mit Rundnähten an Innen- oder Außenkrempe
14.8.3.3.1 Nennwanddicke einer Balglage ep
Das Grenzabmaß für die Nennwanddicke des Bleches muss entweder EN 10259, Normal, entsprechen oder, falls
andere Normen zu Grunde gelegt werden, darf 6 % von tN nicht überschreiten. Falls das Grenzabmaß größer ist
als 6 % von tN muss bei der Berechnung die tatsächliche mittlere Blechdicke berücksichtigt werden.
311
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.8.3.3.2 Wellenhöhe w
Das Grenzabmaß für die Wellenhöhe w darf 8 % nicht überschreiten.
14.8.3.3.3 Zylindrisches Balgende
Das Grenzabmaß für das zylindrische Balgende der Welle muss den jeweiligen Rohrenden entsprechen.
14.8.3.4 Torusbalg
Wird später festgelegt.
14.9
14.9.1
Inspektion und Prüfung
Allgemeines
Die folgenden Anforderungen gelten zusätzlich zu den in EN 13445-5:2014 festgelegten Anforderungen.
14.9.2
Zerstörungsfreie Prüfung
14.9.2.1 Anschlussnähte in Umfangsrichtung
In Umfangsrichtung verlaufende Anschlussnähte müssen den Anforderungen in EN 13445-5:2014 entsprechen.
Überlappnähte müssen einer Magnetpulver- oder Eindringprüfung nach den Anforderungen in EN 13445-5:2014
und einer 100 %-Dichtheitsprüfung (siehe EN 13445-5:2014, Anhang D) unterzogen werden.
Ausführung und Prüfung von in Umfangsrichtung verlaufenden Anschlussnähten von Balgkompensatoren müssen
den Prüfgruppen 1, 2 oder 3 entsprechen (siehe EN 13445-5:2014, 6.6.1.1). Die für die Anschlussnähte gewählte
Prüfgruppe muss nicht der für die anderen Behälterteile verwendeten Prüfgruppe entsprechen.
14.9.2.2 Schweißnähte an den Balgwellen
14.9.2.2.1 Rundnähte an den Außen- oder Innenkrempen der Balgwellen
Dieser Unterabschnitt gilt für Balgwellen mit Rundnähten an den Außen- oder Innenkrempen nach den
Festlegungen in 14.5.9.
Rundnähte von Balgwellen müssen einer 100 % zerstörungsfreien Prüfung nach den Anforderungen in
EN 13445-5:2014 unterzogen werden.
14.9.2.2.2 Längsnähte (Stumpfschweißnähte)
Dieser Unterabschnitt gilt für Bälge, die aus Zylindern hergestellt werden, die nach dem Längsschweißen
umgeformt werden.
Diese Längsnähte sind wie folgt zu prüfen:
100 %-Sichtprüfung vor der Balgwellenformung;
zerstörungsfreie Prüfung nach Tabelle 14.9.2-1 nach der Balgwellenformung.
Bei seriengefertigten Bälgen sind mindestens 10 % der Bälge, jedoch mindestens ein Balg, einer zerstörungsfreien
Prüfung zu unterziehen. Die Proben sind aus der laufenden Fertigungsserie zu entnehmen.
312
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 14.9.2-1 — Zerstörungsfreie Prüfung von stumpfgeschweißten Längsnähten an
Bälgen ohne Rundnähte
DN
ep
mm
≤ 300
≤ 1,5
—
—
PTa außen
PTa dichte Lage
> 1,5
PTa außen
—
—
PTa außen
PTa dichte Lage
—
PT außen
PTa außen
PT außen
PTa dichte Lage
PTa dichte Lage
≤ ep, max
> 300
Umformverfahren
Hydraulische Umformung,
Elastomer-Umformung oder
Rollformung
gleichwertige Verfahren
Einlagig
Mehrlagig
Einlagig
Mehrlagig
> ep, max
e p, max min 0,087 Di ; 4 mm
a
PTa dichte Lage
PT = Eindringprüfung
Die Prüfung ist an den Längsnähten der Außenkrempe außen und der Innenkrempe innen in größtmöglichem
Umfang, so weit zugänglich, durchzuführen.
14.9.2.3
Durchstrahlungsprüfung
Bei Durchführung der Durchstrahlungsprüfung gelten die Anforderungen nach EN 13445-5:2014, 6.6.3.2, mit den
folgenden Änderungen in EN 13445-5:2014, Tabelle 6.6.4-1:
Gasporosität und Poren:
maximaler Porendurchmesser: 0,4 ep;
maximale Porenanzahl: 5 je 100 mm;
Schlauchporen: nicht zulässig;
Einschlüsse: nicht zulässig;
Bindefehler und ungenügende Durchschweißung: nicht zulässig;
maximale Länge der Einbrandkerbe bei kurzen Unregelmäßigkeiten: 0,1 ep. Ein sanfter Übergang ist
erforderlich;
Länge der Wurzelkerbe bei kurzen Unregelmäßigkeiten: 0,1 ep. Ein sanfter Übergang ist erforderlich.
14.9.3
Druckprüfung
Kompensatorbälge sind nach den Festlegungen in EN 13445-5:2014, 10.2.3, zu prüfen.
Der Konstrukteur muss jedoch die Möglichkeit einer Instabilität des Balges durch Innendruck berücksichtigen,
wenn der Prüfdruck den folgenden Wert überschreitet:
Pt, s 1,5 max Ps, c ; Ps, i
(14.9.3-1)
wobei Ps, c und Ps, i bei Raumtemperatur zu errechnen sind.
In diesem Fall muss der Konstrukteur entweder
313
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) besondere Sicherheitsmaßnahmen für die Prüfung festlegen oder
b)
den Kompensatorbalg neu berechnen, um die Prüfbedingungen zu erfüllen.
ANMERKUNG
14.9.4
Bei verstärkten Bälgen und Torusbälgen ist in Gleichung (14.9.3-1) Ps, i = 0 zu setzen.
Dichtheitsprüfung
Wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt, gelten die Festlegungen in EN 13445-5:2014, Anhang D.
14.10 Kompensatoren unter Einwirkung von Axial-, Lateral- oder Angularbewegungen
14.10.1
Allgemeines
Dieser Unterabschnitt dient der Berechnung des äquivalenten Axialwegs eines Kompensators, dessen Enden
folgenden Bewegungen ausgesetzt sind:
Axialweg x aus der Mittelstellung:
x Längung (x > 0) oder Stauchung (x < 0);
Lateralweg y:
y (y > 0);
Biegewinkel :
> 0).
14.10.2
Axialbewegung
Der einem Axialweg x (siehe Bild 14.10.2-1) der Kompensatorenden entsprechende äquivalente Axialweg der
einzelnen Balgwellen wird wie folgt berechnet:
q x
1
x
N
Dabei ist der Wert x
(14.10.2-1)
bei Längung positiv
(x > 0)
bei Stauchung negativ
(x < 0)
Die Werte von x können für Längung und Stauchung unterschiedlich sein.
Die entsprechende Axialkraft Fx an den Kompensatorenden wird wie folgt berechnet:
Fx K b x
(14.10.2-2)
Legende
(1) Ausgangslänge
Bild 14.10.2-1 — Kompensator unter Einwirkung eines Axialwegs x
314
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
14.10.3
Lateralbewegung
Der einem Lateralweg y (siehe Bild 14.10.3-1) der Kompensatorenden entsprechende äquivalente Axialweg der
einzelnen Balgwellen wird wie folgt berechnet:
3 Dm
y
N N q + x
q y
(14.10.3-1)
Dabei ist der Wert für y positiv.
Die entsprechende Lateralkraft Fy an den Kompensatorenden wird wie folgt berechnet:
Fy
3 K b Dm2
2 N q + x
2
y
(14.10.3-2)
Das entsprechende Moment M y an den Kompensatorenden wird wie folgt berechnet:
My
3 K b Dm2
y
4 N q + x
(14.10.3-3)
Legende
(1) Ausgangslänge
Bild 14.10.3-1 — Kompensator unter Einwirkung eines Lateralwegs y
14.10.4
Angularbewegung
Wenn die Kompensatorenden einer Angularbewegung (siehe Bild 14.10.4-1) ausgesetzt sind, wird der entsprechende Axialweg wie folgt berechnet:
q θ
Dm
2N
(14.10.4-1)
Dabei ist die Einheit für rad und der Wert für positiv.
Das entsprechende Moment M θ an den Kompensatorenden wird wie folgt berechnet:
Mθ
K b Dm2
8
(14.10.4-2)
315
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 14.10.4-1 — Kompensatoren unter Axialbewegung
14.10.5
14.10.5.1
Gesamter äquivalenter Axialweg
Äquivalenter Axialweg
Der gesamte äquivalente Axialweg (Längung oder Stauchung) der einzelnen Balgwellen wird wie folgt berechnet:
(Längung) (14.10.5-1)
q e q x q y q
q c q x q y q
14.10.5.2
(Stauchung)
(14.10.5-2)
Kompensatoreinbau ohne Vorspannung
Dieser Abschnitt ist dann gültig, wenn der Kompensator Bewegungen unterworfen ist (siehe Bild 14.10.5-1):
aus neutraler Position x 0 0 , y 0 0 , 0 0
aus Betriebsposition (x, y, )
Die äquivalente Verschiebung jeder Welle, Dehnung oder Zusammendrückung, ist gegeben durch:
q e q x q y q
(Längung)
(14.10.5-3)
q c q x q y q
(Stauchung)
(14.10.5-4)
Wenn x > 0 ist, findet die erste Formel Anwendung
Wenn x < 0 ist, findet die zweite Formel Anwendung
Der gesamte äquivalente Axialweg wird wie folgt berechnet:
q max q e , q c
316
(14.10.5-5)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(1) Betriebsposition q
(n) neutrale Position
Bild 14.10.5-1 — Zyklische Bewegungen
14.10.5.3
Einbau des Kompensators mit Vorspannung
Dieser Abschnitt findet dann Anwendung, wenn der Kompensator Bewegungen unterworfen ist (siehe Bild 14.10.52):
aus Ausgangsposition x 0 , y 0 , 0 , die nicht der neutralen Position entspricht,
q e,0 q x,0 q y,0 q ,0
(Längung)
(14.10.5-6)
q c,0 q x,0 q y,0 q ,0
(Stauchung)
(14.10.5-7)
q e q x q y q
(Längung)
(14.10.5-8)
q c q x q y q
(Stauchung)
(14.10.5-9)
zur Betriebsposition (x, y, )
Der gesamte äquivalente Axialweg wird wie folgt berechnet:
q max q e q c,0 , q c q e,0
(n) neutrale Position
(14.10.5-10)
(0) Ausgangsposition q0
(1) Betriebsposition q
Bild 14.10.5-2 — Zyklische Bewegungen
317
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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14.10.5.4
Kompensatordehnung zwischen zwei Betriebspositionen
Dieser Abschnitt findet dann Anwendung, wenn ein Kompensator Bewegungen unterliegt (siehe Bild 14.10.5-3):
von Betriebsposition 1 x1, y1, 1 ,
q e,1 q x,1 q y,1 q ,1
(Längung)
(14.10.5-11)
q c,1 q x,1 q y,1 q ,1
(Stauchung)
(14.10.5-12)
zu Betriebsposition 2 x 2 , y 2 , 2
q e,2 q x,2 q y,2 q ,2
(Längung)
(14.10.5-13)
q c,2 q x,2 q y,2 q ,2
(Stauchung)
(14.10.5-14)
Der gesamte äquivalente Axialweg wird wie folgt berechnet:
q max q e,2 q c,1 , q c,2 q e,1 (14.10.5-15)
Eine Vorspannung in Ausgangsposition (0) hat keinen Einfluss auf die Ergebnisse.
Legende
0) Ausgangsposition 0
n) neutrale Position
(1) Betriebsposition 1
(2) Betriebsposition 2
Bild 14.10.5-3 — Zyklische Bewegungen
318
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15 Rechteckige Druckbehälter
15.1 Ziel
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen für die Auslegung von unverstärkten und verstärkten
Druckbehältern mit rechteckigem Querschnitt. Für die Auslegung auf Ermüdung ist Abschnitt 18
heranzuziehen. Wärmespannungen oder Einwirkungen sind in diesem Abschnitt nicht berücksichtigt.
15.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Begriffe gelten zusätzlich zu jenen in Abschnitt 3. Die maßgebenden Spannungen in diesem
Abschnitt sind keine Strukturspannungen im Sinne von Abschnitt 18.
15.2.1
Membranspannung
gleichförmige Spannung in der Behälterwand, siehe auch C.4.4.2
15.2.2
Biegespannung
lineare verteilte Spannung in der Behälterwand, siehe auch C.4.4.3
15.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu jenen in Abschnitt 4:
a
A
Eckeninnenradius;
Ah
die Fläche A abzüglich der Öffnung;
A1
Querschnittsfläche einer Verstärkung, die an der kurzen Behälterseite angebracht ist;
Aw1
die Querschnittsfläche der Versteifungsstege an der Ecke der kurzen Seite;
A‘
die Fläche des Teils des verbundenen Bereichs ober- oder unterhalb des Berechnungspunkts;
Arf
A2
Aw2
𝐴′web
die Fläche in Längsrichtung des Behälters ohne Öffnung zwischen den Versteifungen oder
zwischen den Versteifungsplatten;
die benötigte Verstärkungsfläche;
Querschnittsfläche einer Verstärkung, die an der langen Behälterseite angebracht ist;
die Querschnittsfläche der Versteifungsstege an der Ecke der langen Seite;
b
die Fläche der Verstärkungsrippen;
bcw
die Dicke der durchlaufenden Schweißnaht;
be
bR
ungestützte Breite der ebenen Platte zwischen Verstärkungen, siehe Bild 15.6-1;
mittragende Breite einer Platte in Verbindung mit einer Verstärkung, siehe Bild 15.6-1;
Abstand zwischen den Mittellinien der Verstärkungen eines Behälters;
319
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bv
bw
C
c
d
G
g
gw
die Dicke der unterbrochenen Schweißnaht;
Verhältnis zwischen langer und kurzer Seite einer ungestützten Platte zwischen Versteifungen,
siehe Tabelle 15.6-2;
Abstand zwischen der neutralen Faser und der außenliegenden Faser der Wand; die nach innen
gemessenen Werte für c sind positiv;
Lochdurchmesser oder Innendurchmesser einer durchgeschweißten Schweißverbindung;
der Schubmodul (Stahlzul. E/2.6);
ungestützte Spannweite;
h
der Abstand zwischen unterbrochenen Schweißnähten;
h1
Abstand zwischen den neutralen Fasern der Verstärkungen an der langen Behälterseite;
H
H1
I
I1, I2, I3
I11
I21
J1 , J2
j
jweb
k
Innenlänge der langen Behälterseite;
Innenlänge der kurzen Behälterseite;
Abstand zwischen den neutralen Fasern der Verstärkungen an der kurzen Behälterseite;
das jeweilige Flächenträgheitsmoment;
Flächenträgheitsmoment je Einheit der Breite eines Plattenstreifens;
Flächenträgheitsmoment der Kombination von Verstärkung und zugehöriger Platte an der kurzen
Behälterseite;
Flächenträgheitsmoment der Kombination aus Verstärkung und zugehöriger Platte an der langen
Behälterseite;
Spannungskorrekturfaktoren von kurzen Behältern;
der Abstand von der neutralen Faser des Schwerpunkts der Fläche A’;
der Abstand von der neutralen Faser des Schwerpunkts der Fläche A’web;
Beiwert, siehe Gleichung (15.5.2-4) oder (15.6.5-5);
k1
Beiwert, siehe Gleichung (15.5.3-13);
K3
Beiwert für einen unverstärkten Behälter nach Bild 15.5-1, siehe Gleichung (15.5.1.2-12);
k2
Lv
L1
L2
Lx
320
die Länge der Seitenwand (h oder H);
Beiwert, siehe Gleichung (15.5.3-14);
Länge des Behälters;
Hälfte der Länge der kurzen Behälterseite (siehe Bild 15.5-1);
Hälfte der Länge der langen Behälterseite;
Abstand zwischen der Mittellinie der kürzeren Seitenplatte und dem Punkt, für den die
Berechnung erfolgt (Mitte von Verstärkung oder Schweißnaht), senkrecht zur Behälterachse;
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Ly
lw
MA
MBC
Abstand zwischen der Mittellinie der längeren Seitenplatte und dem Punkt, für den die
Berechnung erfolgt (Mitte von Verstärkung oder Schweißnaht), senkrecht zur Behälterachse;
die Länge der unterbrochenen Schweißnaht;
Biegemoment in der Mitte der langen Seite in Querrichtung des Behälters; der Wert ist positiv,
wenn die Behälteraußenseite (oder Verstärkung) druckbeaufschlagt wird; ausgedrückt als Biegemoment je Längeneinheit (in N⋅mm/mm);
Biegemoment in der Ecke des Behälters;
MD
Biegemoment in der Mitte der kurzen Behälterseite;
My
Biegemoment bei einem Abstand Ly;
Mx
N
Biegemoment bei einem Abstand Lx;
p
Beiwert, siehe Gleichung (15.5.3-10);
ps
Teilung der Öffnungen in diagonaler Richtung bei dreieckigen Lochmustern, siehe Bild 15.5-2;
Q
S1
S2
tw
W
Wp
Teilung der Öffnungen in Längsrichtung, siehe Bild 15.5-2;
Schubbeanspruchung;
das statische Flächenträgheitsmoment des Querschnitts der Verstärkung an der Ecke der kurzen
Seite im Verhältnis zur Außenfläche der Behälterplatte;
das statische Flächenträgheitsmoment des Querschnitts der Verstärkung an der Ecke der langen
Seite im Verhältnis zur Außenfläche der Behälterplatte;
Dicke der Rippen;
das elastische Widerstandsmoment des kombinierten Querschnitts;
das plastische
Versteifung);
α
H/h;
α2
L2/L1;
Widerstandsmoment
des
kombinierten
Querschnitts
(Behälterwand +
α1
H1/h1;
β
Winkel zwischen den in Linie angeordneten Löchern und der Längsachse, siehe Bild 15.5-2;
θ
Lagewinkel der Ecke eines Behälters, siehe Bild 15.5-2;
σb
Biegespannung;
ϕ
Beiwert, siehe Gleichung (15.5.1.2-15).
μ
σm
Verschwächungsbeiwert;
Membranspannung;
321
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15.4 Allgemeines
Die Gleichungen dieses Unterabschnitts sind für die Berechnung der Membran- und Biegespannungen in
unverstärkten und verstärkten rechteckigen Druckbehältern zu verwenden. Die Gesamtspannung an einem
bestimmten Punkt ist als die Summe von Membranspannung und Biegespannung in diesem Punkt anzusetzen.
Druckbehälter mit verschließbaren Öffnungen müssen einer besonderen Analyse unterzogen werden, um
jegliche Verformungen an Verschlussdeckel und Behälterrand festzustellen.
Besondere Aufmerksamkeit sollte auf die Auswahl der Türdichtung verwendet werden.
15.5 Unverstärkte Behälter
15.5.1 Unverstärkte Behälter ohne Anker
15.5.1.1
Allgemeines
Dieses Verfahren gilt für Behälter des in Bild 15.5-1 dargestellten Typs. Die angegebenen Gleichungen gelten
für Behälter mit einer Länge Lv < 4h. Die Anwendung des Verfahrens für kürzere Behälter ist konservativ.
Die Wände von kurzen Behältern mit einer Länge Lv < 2h dürfen entsprechend den Anforderungen nach
15.5.5 ausgelegt werden.
Es wird angenommen, dass die Wanddicken der kurzen und der langen Seiten gleich sind. Andernfalls ist das
Verfahren nach 15.5.3 anzuwenden.
15.5.1.2
Unverschwächte Platten
Weicht die Dicke der kurzen Seite von der der langen Seite ab, muss die Berechnung nach dem Verfahren in
15.5.3 erfolgen.
Bei unverstärkten Behältern entsprechend Bild 15.5-1 werden die Membranspannungen nach den folgenden
Gleichungen berechnet:
In Punkt C
(𝜎m )C =
𝑃(𝑎 + 𝐿2 )
𝑒
(15.5.1.2-1)
In Punkt D
(𝜎m )D = (𝜎m )C
In Punkt B
(𝜎m )B =
In Punkt A
𝑃(𝑎 + 𝐿1 )
𝑒
(15.5.1.2-2)
(𝜎m )A = (𝜎m )B
In einer Ecke, z. B. zwischen B und C:
(𝜎m )B−C =
322
𝑃
�𝑎 + �𝐿2 2 + 𝐿1 2 �
𝑒
(15.5.1.2-3)
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Das Flächenträgheitsmoment beträgt:
𝛪1 = 𝛪2 = 𝑒 3/12
(15.5.1.2-4)
Bild 15.5-1 — Unverstärkte Behälter
Die Biegespannungen sind nach den folgenden Gleichungen zu berechnen:
In Punkt C
(𝜎b )C = ±
𝑒
�2𝑀A + 𝑃�2𝑎 ⋅ 𝐿2 − 2𝑎 ⋅ 𝐿1 + 𝐿2 2 ��
4𝐼1
(15.5.1.2-5)
(𝜎b )D = ±
𝑒
�2𝑀A + 𝑃�2𝑎 ⋅ 𝐿2 − 2𝑎 ⋅ 𝐿1 + 𝐿2 2 − 𝐿1 2 ��
4𝐼1
(15.5.1.2-6)
(𝜎b )A = ±
𝑀A 𝑒
2𝐼1
(15.5.1.2-7)
(𝜎b )B = ±
𝑒
�2𝑀A + 𝑃𝐿2 2 �
4𝐼1
(15.5.1.2-8) ͵
In Punkt D
In Punkt A
In Punkt B
323
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In der Ecke
𝑒
�2𝑀A + 𝑃�2𝑎(𝐿2 cos𝜃 − 𝐿1 (1 − sin𝜃)) + 𝐿2 2 ��
4𝐼1
(15.5.1.2-9)
der Parameter (σb)B−C hat seinen Höchstwert, wenn 𝜃 = arctan(𝐿1⁄𝐿2 )
(15.5.1.2-10)
(𝜎b )B−C = ±
Für diese Gleichungen muss Folgendes gelten:
a)
und
b) das Biegemoment MA je Längeneinheit entspricht Folgendem:
MA = P ⋅ (−K3)
Dabei ist
(15.5.1.2-11)
𝐾3 =
𝐿1 2 (6𝜑2 ⋅ 𝛼2 − 3𝜋𝜑 2 + 6𝜑2 + 𝛼2 3 + 3𝛼22 − 6𝜑 − 2 + 1,5𝜋𝛼2 2 ⋅ 𝜑 + 6𝜑 ⋅ 𝛼2 )
3 (2𝛼2 + 𝜋𝜋 + 2)
(15.5.1.2-12)
𝛼2 =
𝐿2
𝐿1
(15.5.1.2-13)
𝑎
𝐿1
(15.5.1.2-14)
𝜑=
Die maximale Spannung in einem Punkt ist nach 15.4 durch Aufsummieren der Membran- und Biegespannungen zu bestimmen.
15.5.1.3 Gelochte Platten
Der Behälter mit gelochten Seitenplatten muss den Anforderungen an unverschwächte Platten nach 15.5.1.2
entsprechen. Seitenplatten von Behältern (oder Rohren) dürfen mit (einer) Lochreihe(n) gelocht sein. Die
Löcher sind in einem dreieckigen oder quadratischen Muster angeordnet. Der Verschwächungsbeiwert einer
gelochten Platte wird wie folgt berechnet:
𝑝−𝑑
1 𝑝s − 𝑑
𝜇 = min �
;
�
��
𝑝
𝑝s
cos𝛽
(15.5.1.3-1)
Dabei ist β der Winkel eines Lochmusters entsprechend Bild 15.5-2.
Der Verschwächungsbeiwert μ wird verwendet, um die nach 15.5.5 zulässigen Werte der Membran- und
Biegespannungen senkrecht zur Behälterachse zu verringern. Bei kurzen Behältern nach 15.5.4 muss der
Verschwächungsbeiwert dem kleinsten Wert sowohl in der Quer- als auch der Längsachse des Behälters
entsprechen und nur der erste Teil der Gleichung (15.5.1.3-1) ist zu verwenden.
Bei Platten mit ungleichmäßiger/-m Teilung und Durchmesser ist der kleinste Wert für μ zu wählen. Die
Festigkeit an einer einzelnen Öffnung, selbst bei Öffnungen in einer Lochreihe, muss 15.7 entsprechen.
324
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EN 13445-3:2014 (D)
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Bild 15.5-2 — Unverstärkte Behälter mit gelochten Seitenplatten
Beträgt der Verschwächungsbeiwert μ mindestens 0,2, sind die Membranspannungen am betrachteten
Punkt (Mitte der Verstärkung) senkrecht zur Behälterachse anhand der folgenden Gleichungen zu
bestimmen:
An der längeren Seite
(𝜎m )y = (𝜎m )B
(𝜎b )y = ±
𝑒
�2𝑀A + 𝑃𝐿y 2 �
4𝐼1
An der kürzeren Seite
(𝜎m )x = (𝜎m )C
(𝜎b )x = ±
𝑒
�2𝑀A + 𝑃�2𝑎 ⋅ 𝐿2 − 2𝑎 ⋅ 𝐿1 + 𝐿2 2 − (𝐿1 − 𝐿x )2 ��
4𝐼1
(15.5.1.3-2)
(15.5.1.3-3)
(15.5.1.3-4)
(15.5.1.3-5)
Ly und Lx sind Abstände zwischen den Mittellinien der Seitenplatte des Behälters und dem Mittelpunkt der
Verstärkung bei Messung senkrecht zur Behälterachse.
325
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Die zulässigen Membran- und Biegespannungen sind 15.5.5 zu entnehmen.
Die Summe der Spannungen muss die Anforderungen an allen Punkten erfüllen, mit einem Abstand der
Lochkreise zur anderen Behälterwand größer als Abstand a oder 0,5d, wobei der größere Wert gilt.
Bei Löchern mit geringerem Abstand zur Wand oder bei μ < 0,2 muss eine Spannungsanalyse durchgeführt
werden.
15.5.2 Unverstärkte Behälter mit zentraler Trennwand
Bild 15.5-3 — Unverstärkter Behälter mit zentraler Trennwand
Die Membranspannungen bei unverstärkten Behältern mit zentraler Trennwand entsprechend Bild 15.3-3
sind nach den folgenden Gleichungen zu berechnen:
In Punkt C
(𝜎m )c =
In Punkt D
𝑃⋅ℎ
2 + 𝑘(5 − 𝛼 2 )
�4 − �
��
1 + 2𝑘
4𝑒1
(15.5.2-1)
(𝜎m )D = (𝜎m )c
In Punkt B
(𝜎m )b =
326
𝑝⋅𝛨
2𝑒2
(15.5.2-2)
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In Punkt A
In der Trennwand
(𝜎m )P =
𝑃 ⋅ ℎ 2 + 𝑘(5 − 𝛼 2 )
�
�
2𝑒3
1 + 2𝑘
(15.5.2-3)
𝑘=
𝐼2
⋅𝛼
𝐼1
(15.5.2-4)
𝛼=
𝐻
ℎ
(15.5.2-5)
Die Biegespannungen sind nach den folgenden Gleichungen zu berechnen:
In Punkt C
(𝜎b )C =
𝑃 ⋅ ℎ2 𝑒1 1 + 2𝛼 2 ⋅ 𝑘
�
�
24 ⋅ 𝛪1
1 + 2𝑘
(15.5.2-6)
(𝜎b )D =
𝑃 ⋅ 𝑒1
1 + 2𝛼 2 ⋅ 𝑘
�3𝛨 2 − 2ℎ2 �
��
48 ⋅ 𝛪1
1 + 2𝑘
(15.5.2-7)
(𝜎b )B =
𝑃 ⋅ ℎ2 ⋅ 𝑒2 1 + 2𝛼 2 ⋅ 𝑘
�
�
24𝛪2
1 + 2𝑘
(15.5.2-8)
(𝜎b )A =
𝑃ℎ2𝑒2 1 + 𝑘(3 − 𝛼 2)
�
�
24𝛪2
1 + 2𝑘
(15.5.2-9)
In Punkt D
In Punkt B
In Punkt A
Die zulässigen Membran- und Biegespannungen sind 15.5.5 zu entnehmen.
327
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15.5.3 Unverstärkter Behälter, gegenüberliegende Platten mit unterschiedlichen Dicken an den
langen Seiten
Bild 15.5-4 — Unverstärkter Behälter mit unterschiedlichen Dicken an den langen Seiten
Membranspannungen in kurzen Seitenplatten
𝜎m =
𝑃⋅ℎ
2 ⋅ 𝑒1
Membranspannungen in langen Seitenplatten
(𝜎m )A1 =
𝑃
{4𝑁𝐻 2 − 2ℎ2[(𝐾2 + 𝑘2 ) − 𝑘1 (𝐾1 + 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2 (𝐾2 − 𝐾1 )]}
8𝑁𝑁𝑒2
𝑃
{4𝑁𝐻 2 − 2ℎ2 [−(𝐾2 + 𝑘2 ) + 𝑘1 (𝐾1 + 𝑘2 ) − 𝛼 2 𝑘2 (𝐾2 − 𝐾1 )]}
8𝑁𝑁𝑒3
(𝜎m )A =
Biegespannungen
Kurze Seitenplatten
(𝜎b )C =
𝑃𝑒1 ℎ2
[(𝐾2 − 𝑘1 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2 (𝐾2 − 𝑘2 )]
8𝑁𝑁𝐼1
(𝜎b )C1 =
328
𝑃𝑒1 ℎ2
[(𝐾1 𝑘1 − 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2(𝐾1 − 𝑘2 )]
8𝑁𝑁𝐼1
(15.5.3-1)
(15.5.3-2)
(15.5.3-3)
(15.5.3-4)
(15.5.3-5)
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EN 13445-3:2014 (D)
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Lange Seitenplatten
(𝜎b )A =
𝑃𝑒3 ℎ2
{2 ⋅ [(𝐾2 − 𝑘1 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2(𝐾2 − 𝑘2 )] − 𝑁}
16𝑁𝑁𝐼3
(15.5.3-6)
𝑃𝑒3 ℎ2
[(𝐾2 − 𝑘1 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2 (𝐾2 − 𝑘2 )]
8𝑁𝑁𝐼3
(15.5.3-8)
(𝜎b )A1 =
(𝜎b )C =
(𝜎b )C1 =
Dabei ist
𝑃𝑒2 ℎ2
{2 ⋅ [(𝐾1 𝑘1 − 𝑘2 ) + 𝛼 2𝑘2(𝐾1 − 𝑘2 )] − 𝑁}
16𝑁𝑁𝐼2
𝑃𝑒2 ℎ2
[(𝐾1 𝑘1 − 𝑘2 ) + 𝛼 2 𝑘2(𝐾1 − 𝑘2 )]
8𝑁𝑁𝐼2
(15.5.3-7)
(15.5.3-9)
𝑁 = 𝐾1 𝐾2 − 𝑘2 2
(15.5.3-10)
𝐾2 = 3𝑘1 + 2𝑘2
(15.5.3-12)
𝐾1 = 2𝑘2 + 3
(15.5.3-11)
𝐼3
𝑘1 = � �
𝐼2
(15.5.3-13)
𝐻
ℎ
(15.5.3-15)
𝑒2 3
12
(15.5.3-17)
𝐼3
𝑘2 = 𝛼 � �
𝐼1
𝛼=
𝐼1 =
𝐼2 =
𝐼3 =
𝑒1 3
12
𝑒3 3
12
Zulässige Spannungen sind 15.5.5 zu entnehmen.
(15.5.3-14)
(15.5.3-16)
(15.5.3-18)
15.5.4 Konstruktion von kurzen unverstärkten Behältern mit einer Länge Lv < 2 h
Für kurze unverstärkte rechteckige Behälter mit Bodenplatten werden die Konstruktionsverfahren nach
15.5.1 und 15.5.3 mit den folgenden Zusatzregeln angewendet. Diese Regel gilt bei einem Eckradius a = 0.
Die mit den Gleichungen (15.5.1.2-5) bis (15.5.1.2-9) erzielten Biegespannungen sind an den Mittelpunkten
der Platten (Punkte A und D) durch Multiplikation mit dem Beiwert J1 und an den Ecken (B, C) durch
Multiplikation mit dem Beiwert J2 nach Tabelle 15.5.4-1 zu korrigieren.
329
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Biegespannungen nach den Gleichungen (15.5.3-6) und (15.5.3-7) sind mit J1 und die Biegespannungen
nach den Gleichungen (15.5.3-4) und (15.5.3-5) sowie (15.5.3-8) und (15.5.3-9) sind mit J2 zu multiplizieren.
Die Spannungen beider Seitenplatten sind getrennt zu berechnen unter Verwendung der für die jeweilige
Seitenplatte festgelegten Werte für J1 bzw. J2.
Bei Lv < h ist die Behälterachse so zu drehen, dass das größte Maß zur Behälterlänge wird und die neue
Länge Lv ≥ 2 h ist. Alle Spannungen sind unter Verwendung der neuen Ausrichtung zu berechnen.
Tabelle 15.5.4-1
Lv/bv
J1
J2
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
0,56
0,64
0,73
0,79
0,85
0,89
0,92
0,95
0,97
0,99
1,0
0,62
0,70
0,77
0,82
0,87
0,91
0,94
0,96
0,97
0,99
1,0
Dabei ist
Lv die Länge des Behälters;
bv h oder H.
15.5.5 Zulässige Spannungen für unverstärkte Behälter
Die Membranspannungen sind wie folgt zu begrenzen:
𝜎m ≤ 𝑓 ⋅ 𝑧
(15.5.5-1)
𝜎m + 𝜎b ≤ 1,5 ⋅ 𝑓 ⋅ 𝑧
(15.5.5-2)
Die Summe der Membran- und Biegespannungen muss Folgendem entsprechen:
Dabei ist
z = Schweißnahtfaktor (= 1 an Punkten ohne Längsnaht) oder Verschwächungsbeiwert μ von gelochten
Platten (siehe 15.5.1.3), wobei der geringere Wert gilt. Die Biegespannungen am Schweißnahtbereich
können ähnlich wie für die Spannungen am Mittelpunkt der Verstärkung nach 15.5.1.3 berechnet werden.
15.6 Verstärkte Behälter
15.6.1 Allgemeines
Bei verstärkten Behältern nach Bild 15.6-1 ist die Verstärkung als durchgehender Rahmen ausgeführt, der
entweder der Form des Behälters angeglichen ist oder ein geschlossenes Rechteck bildet. Die einzelnen
Verstärkungselemente müssen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Behälters an der Außenseite
angeschweißt werden.
Diese Berechnung ist anwendbar, wenn das Flächenträgheitsmoment der beiden gegenüberliegenden Seiten
eines Behälters gleich ist. Ist das nicht der Fall, ist eine besondere Analyse erforderlich. Diese
Berechnungsregel deckt nicht den Fall ab, wenn die Verstärkung eine separate Druckkammer ist.
330
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die mittragende Breite be ist auf 10e begrenzt (alternativ ist EN 1993-1-5 anwendbar)
Bild 15.6-1 — Verstärkungselement und zugehörige mittragende Plattenbreite
15.6.2 Schubbelastung des verstärkten Bereichs
15.6.2.1
Allgemeines
Für die Berechnung des effektiven Flächenträgheitsmoments der Verstärkungen werden die Verstärkungselemente und die angebrachten Behälterwandelemente als zusammenwirkende bauliche Einheit betrachtet.
Zur Sicherstellung dieses konstruktiven Verhaltens sind die Schubspannungen in der Verstärkungsrippe und
in der Schweißnaht zwischen Verstärkungselementen und Behälter wie nachstehend beschrieben zu
begrenzen.
15.6.2.2
Durchlaufende Schweißnähte der Verstärkungen
Bei durchlaufenden Schweißnähten der Verstärkungen wird die Schubspannung in der Schweißnaht
zwischen Verstärkungsrippe und Behälter nach der folgenden Gleichung berechnet.
𝜏=
𝑄 ⋅ 𝐴, ⋅ 𝑗
≤ 0,5 ⋅ 𝑓
𝐼 ⋅ ∑𝑏cw
Dabei ist
Q
A’
j
I
(15.6.2.2-1)
die Schublast im Bereich nahe der Ecke;
die Fläche des Teils des verbundenen Bereichs ober- oder unterhalb des Berechnungspunkts;
der Abstand von der neutralen Faser des Schwerpunkts der Fläche A’;
das Flächenträgheitsmoment der verbundenen Querschnittsfläche;
Σbcw die Nettobreite des betrachteten Abschnitts (Gesamtdicke oder, bei nicht durchgeschweißten
Nähten, die Summe der Kehlnahtdicken).
15.6.2.3
Unterbrochene Schweißnähte der Verstärkungen
Unterbrochene Schweißnähte sind auf beiden Seiten des Verstärkungselements mit einer Nahtdicke bw von
mindestens dem 0,75fachen der Mindestwanddicke anzuordnen. Die Länge der einzelnen Schweißnähte
muss mindestens 50 mm betragen, beginnend an der Ecke (am Radiustangentenpunkt) der Verstärkung. Die
Gesamtlänge der Schweißnahtunterbrechungen an jeder Seite des Verstärkungselements muss mindestens
der Hälfte der Länge der Verstärkung an der Wand entsprechen, siehe Bild 15.6-3.
331
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Schweißnähte in Verstärkungselementen müssen vollständig durchgeschweißt sein.
Bei Vakuumbehältern muss die maximale Länge zwischen zwei benachbarten Schweißnahtabschnitten
≤ 0,5bR sein.
Die maximale Länge der Schweißnahtunterbrechungen zwischen Verstärkungselement und Behälterwand
darf die Länge des kürzeren der beiden benachbarten Schweißnahtabschnitte nicht überschreiten.
Die Schubspannung in unterbrochenen Schweißnahtabschnitten ist nach der folgenden Gleichung zu
berechnen:
𝜏w =
Dabei ist
Q
A’
𝑄 ⋅ 𝐴' ⋅ 𝑗 ⋅ (𝑙w + 𝑔w )
≤ 0,5 ⋅ 𝑓
𝐼 ⋅ 𝑙w ⋅ ∑𝑏𝑏
(15.6.2.2-2)
die Schubbeanspruchung;
die Fläche des Teils des verbundenen Bereichs ober- oder unterhalb des Berechnungspunkts;
gw der Abstand zwischen unterbrochenen Schweißnähten;
j
I
der Abstand von der neutralen Faser des Schwerpunkts der Fläche A’;
das jeweilige Flächenträgheitsmoment (I11 oder I21);
bw die Dicke der unterbrochenen Schweißnaht;
lw
15.6.2.4
die Länge der unterbrochenen Schweißnaht.
Schubspannung in Verstärkungsrippen
Die Schubspannung in den Verstärkungsrippen von Verstärkungselementen ist nach der folgenden
Gleichung zu berechnen:
𝜏w =
Dabei ist
Q
𝑄 ⋅ 𝐴'web ⋅ 𝑗web
≤ 0,5 ⋅ 𝑓
𝐼 ⋅ ∑𝑡w
(15.6.2.3-1)
die Schubbeanspruchung nahe der Ecke;
A’web die Fläche der Verstärkungsrippen;
jweb
I
tw
der Abstand von der neutralen Faser des Schwerpunkts der Fläche A’web;
das jeweilige Flächenträgheitsmoment (I11 oder I21);
die Dicke der Rippen
und bei ausschließlicher Druckbelastung
ℎ
𝐻
𝑄 = max �𝑃 ⋅ ; 𝑃 ⋅ � ⋅ 𝑏R
2
2
332
(15.6.2.3-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 15.6-2 — Verstärkte Bereiche
15.6.3 Stabilitätsanforderungen für druckbeanspruchte Teile
Für die verstärkten Bereiche nach Bild 15.6-2 gelten die in Tabelle 15.6-1 aufgeführten Werte für die
größten Verhältnisse von Breite zu Dicke.
333
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 15.6-1 — Maximale Breite von Verstärkungselementen
(für die detailliertere Berechnung darf EN 1993-1-5 verwendet werden)
VERSTÄRKUNGSSTEGE
(Ebene Elemente senkrecht zur Biegeachse)
Teilbild
(siehe
Bild 15.6-2)
Bauart des verstärkten Abschnitts
a1, a2, a3
Gewalzt oder kaltgeformt
dw = hr − tf
c1, c2
Gewalzt oder kaltgeformt
dw = hr
b1, b2, b3
FLANSCHE
Geschweißt
Geschweißt
Berechnung der Breite
dw = hr − tf
dw/tw ≤ 50 ε
dw = hr
dw/tw ≤ 10 ε
Berechnung der Breite
Größtes Verhältnis
(Ebene Elemente parallel zur Biegeachse)
Teilbild
Bauart des Abschnitts
a1
Gewalzt oder kaltgeformt
bf
bf/tf ≤ 30 ε
b1, b2
Gewalzt oder kaltgeformt
bf = bof + tw
bf/tw ≤ 10 ε
a2, a3
b3, a3
Geschweißt
Geschweißt
BEHÄLTERWAND
Teilbild
d
bf
bf = bof
(Plattenabstand zwischen zwei Verstärkungselementen)
Bauart des Abschnitts
Querschnitt des verstärkten
Behälters
235
𝐸
𝜀=�
⋅
𝑌 210 000
Berechnung der Breite
b1 = 0,5 bf
b2 = 0,5 br
bv = max(b1,b2)
Dabei ist Y = Rp0,2/T für ferritische bzw. Rp1,0/T für austenitische Stähle.
334
Größtes Verhältnis
Größtes Verhältnis
bv/e ≤ 30 ε
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 15.6-3 — Unterbrochene Schweißnähte der Verstärkungen
15.6.4 Spannungen in der Behälterwand in ungestützten Bereichen
Die in ungestützten ebenen, rechteckigen Plattenelementen der Behälterwand zwischen oder in den
Verstärkungselementen auftretenden und an den Verstärkungsrippen angrenzenden Membran- und
Biegespannungen in Längsrichtung sind nach den folgenden Gleichungen zu berechnen:
𝜎m =
𝑃⋅ℎ⋅𝐻
𝑒 ⋅ 2(ℎ + 𝐻)
(15.6.4-1)
𝑏 2
𝜎b = 𝐶𝐶 � �
𝑒
(15.6.4-2)
dabei ist C Tabelle 15.6-2 zu entnehmen
Tabelle 15.6-2 — Beiwert C
g/b
C
und
b
g
1
0,307 8
1,2
0,383 4
1,4
0,435 6
1,6
0,468
1,8
0,487 2
2
0,497 4
> 2,15
0,5
die Länge der kürzeren Seite einer rechteckigen Platte (freie Breite zwischen Versteifungen oder
freie Breite innerhalb von Kastenversteifungen);
die Länge der längeren Seite der ungestützten Platte.
334a
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Separate Berechnungen der ebenen Platten durch andere Teile dieser Norm sind nicht erforderlich außer für
Abschlüsse.
Die Spannungen sind nach 15.5.5 zu begrenzen. Der Verschwächungsbeiwert muss der kleinste der für alle
Stege nach dem ersten Teil der Gleichung (15.5.1.3-1) berechneten Werte sein.
15.6.5 Membran- und Biegespannungen in Querrichtung
Unter Bezugnahme auf Bild 15.6-4 sind die Membranspannungen in Querrichtung nach den folgenden
Gleichungen zu berechnen:
In den kurzen Seiten
(𝜎m )D =
𝑃 ⋅ ℎ ⋅ 𝑏R
2(𝐴1 + 𝑏R 𝑒)
(15.6.5-1)
(𝜎m )A =
𝑃 ⋅ 𝐻 ⋅ 𝑏R
2(𝐴2 + 𝑏R 𝑒)
(15.6.5-2)
In den langen Seiten
Bild 15.6-4 — Verstärkter Behälter
334b
DIN EN 13445-3:2018-12
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Aufgrund der Auswirkungen plastischer Schubbeanspruchung auf Versteifungen in Ecken wird das Biegemoment in Ecken auf der Grundlage der Querschnittswerte von Versteifungen auf den folgenden Wert
gesenkt:
𝑀BC =
Dabei ist
𝑃 ⋅ 𝑏R ⋅ ℎ2
�
12
𝑘+1+
1 + 𝛼1 2 𝑘
�
𝐸
𝐼21 𝑆2
𝑆1
+
⋅
�
�
ℎ1 ⋅ 𝐺 𝐴w1 𝐼11 𝐴w2
𝛼1 =
𝐻1
ℎ1
Aw2
die Querschnittsfläche der Versteifungsstege an der Ecke der langen Seite;
Aw1
G
(15.6.5-4)
der Schubmodul (Stahlzul. E/2.6);
S1
das statische Flächenträgheitsmoment des Querschnitts der Verstärkung an der Ecke der kurzen
Seite im Verhältnis zur Außenfläche der Behälterplatte;
S2
𝑘=
die Querschnittsfläche der Versteifungsstege an der Ecke der kurzen Seite;
(15.6.5-3)
das statische Flächenträgheitsmoment des Querschnitts der Verstärkung an der Ecke der langen
Seite im Verhältnis zur Außenfläche der Behälterplatte;
𝐻 𝐼21
⋅
ℎ 𝐼11
Die Biegespannungen und -momente in den Mittelpunkten sind wie folgt zu bestimmen:
In Punkt A
𝑀A = 𝑀BC −
𝑃𝑏R ℎ2
8
(15.6.5-5)
(15.6.5-6)
(𝜎b )A =
𝑀A ⋅ 𝑐
𝐼21
(𝜎b )B =
𝑀BC ⋅ 𝑐
𝐼21
(15.6.5-8)
(𝜎b )c =
𝑀BC ⋅ 𝑐
𝐼11
(15.6.5-9)
In Punkt B
In Punkt C
(15.6.5-7)
334c
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Ausgabe 5 (2018-07)
In Punkt D
𝑀D = 𝑀BC −
(𝜎b )D =
𝑃𝑏R ℎ2 2
⋅𝛼
8
𝑀D ⋅ 𝑐
𝐼11
(15.6.5-10)
(15.6.5-11)
Liegt die Längsnaht nicht mittig, können die Biegespannungen an der Schweißnaht anhand der
vorstehenden Gleichungen unter Verwendung der folgenden Momente Mx und My statt MA bzw. MD
berechnet werden.
𝑀x = 𝑀A +
𝑀y = 𝑀D +
Dabei sind
Lx und Ly
𝑃 ⋅ 𝑏R ⋅ 𝐿x 2
2
𝑃 ⋅ 𝑏R ⋅ 𝐿y 2
2
(15.6.5-12)
(15.6.5-13)
Abstände der Mittellinien der Seitenplatten zur Längsnaht der Platte oder Quernaht (in
Längsrichtung des Behälters) der Verstärkung in Abhängigkeit vom betrachteten Punkt.
15.6.6 Zulässige Spannungen in Versteifungen und zugehörigen Wänden
Für die Membranspannung gilt folgende Einschränkung:
𝜎m ≤ 𝑓 ⋅ 𝑧
(15.6.6-1)
Die Summe der Membran- und Biegespannungen muss an allen Punkten die folgende Bedingung erfüllen:
𝜎m + 𝜎b ≤
Dabei ist
𝑊p
⋅𝑓⋅𝑧
𝑊
(15.6.6-2)
Wp das plastische Widerstandsmoment des kombinierten Querschnitts (Behälter-wand + Versteifung).
ANMERKUNG
Wp ermöglicht (auf der Grundlage der theoretischen plastischen Tragfähigkeitseigenschaften des
Querschnitts) höhere Verformungen des verstärkten Bereichs ohne Berücksichtigung der Gebrauchstauglichkeit.
Das plastische Widerstandsmoment Wp wird wie folgt berechnet:
1) Die Lage der plastischen neutralen Faser des gesamten kombinierten Querschnitts ist zu berechnen
(die Flächen zu beiden Seiten der neutralen Faser sind gleich).
2) Die Abstände der Mittelpunkte beider Flächen zur nach Punkt 1) festgelegten neutralen Faser sind
zu berechnen.
3) Das Produkt aus der Querschnittsfläche oberhalb der neutralen Faser und dem Abstand des
Mittelpunkts zur neutralen Faser und das Produkt aus der Querschnittsfläche unterhalb der
neutralen Faser und dem Abstand zur neutralen Achse sind zu addieren.
4) Die Summe beider Produkte nach Punkt 3) ist das plastische Widerstandsmoment.
334d
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
W ist das elastische Widerstandsmoment des kombinierten Querschnitts;
Z = 1 für Punkte in Versteifungen ohne Längsnähte (Axialrichtung des Behälters) oder Rundnähte.
Ist ein Abschnitt aus mehr als einem Werkstoff gefertigt, ist f der tatsächliche Wert im betrachteten Punkt.
Die Schubspannung im Steg und in der Schweißnaht zwischen Versteifung und Behälterplatte darf 0,5 f nicht
überschreiten.
15.7 Öffnungen
15.7.1 Einschränkungen
Die folgenden Gleichungen für Verstärkungen gelten nur für Öffnungen, deren Durchmesser 0,8 b nicht überschreitet. Der Abstand zwischen dem Rand einer Öffnung und der Behälterkante oder zwischen dem Rand
einer Öffnung und einem Verstärkungselement muss mindestens dem größeren Wert von a oder 0,1 b
entsprechen.
Liegen die Öffnungen in den abgerundeten Ecken oder in geringerem Abstand zur Behälterwand oder zur
Wand des Verstärkungselements, ist eine Spannungsanalyse durchzuführen.
Bei Verwendung von Verstärkungsscheiben ist deren Dicke auf die Nennwanddicke des Behälters zu begrenzen und in die Berechnungen darf nicht mehr als der Abstand d (Öffnungsdurchmesser) vom Mittelpunkt der
Öffnung eingesetzt werden.
Kein Teil der Verstärkung darf zu mehr als einer Öffnung zugehörig oder mehrfach in einer kombinierten
Fläche betrachtet werden.
15.7.2 Unverstärkte Behälter
Gelochte Platten sind entsprechend den Regeln nach 15.5.1.3 auszulegen.
Eine einzelne Öffnung kann verstärkt werden entsprechend den Regeln nach 15.7.3 mit den folgenden
Zusätzen:
Die Membran- und Biegespannungen sind anhand der Gleichungen nach 15.5 in Abhängigkeit von der Lage
der Öffnung an der langen oder der kurzen Seite des Behälters zu berechnen.
Biegespannungen am Mittelpunkt von Öffnungen in unverankerten Behältern können genauer berechnet
werden als entsprechend den Regeln nach 15.5.1.3.
Membranspannung σm und Biegespannung σb werden in den Gleichungen (15.7.3-1) und (15.7.3-2)
verwendet.
15.7.3 Verstärkte Behälter
Der Verschwächungsbeiwert einer gelochten Platte zwischen oder innerhalb von Versteifungen oder in
druckbeanspruchten Versteifungsflanschen und -stegen ist nach 15.6.4 zu berücksichtigen.
Verstärkung einer Öffnung ist nicht erforderlich, wenn:
(𝜎m + 𝜎b ) ⋅
𝐴
≤ 1,5 ⋅ 𝑓
𝐴h
(15.7.3-1)
334e
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Dabei ist
A
die Fläche in Längsrichtung des Behälters ohne Öffnung zwischen Versteifungen oder zwischen
Versteifungsplatten;
Ah dieselbe Fläche abzüglich der Öffnung.
Wenn Verstärkung einer Öffnung erforderlich ist, muss diese nach der folgenden Gleichung berechnet
werden:
𝐴rf = 0,5 ⋅
𝜎m + 𝜎b
⋅𝑑⋅𝑒
1,5 ⋅ 𝑓
Die Verstärkungsfläche A’ muss mindestens Arf entsprechen und nach 10.6.2.2 berechnet werden.
(15.7.3-2)
f und e in den Gleichungen (15.7.3-1) und (15.7.3-2) sind die Berechnungsnennspannung und die Dicke des
Teils im betrachteten Punkt.
Die Membranspannung σm ist nach Gleichung (15.6.5-1) oder (15.6.5-2) in Abhängigkeit von der Lage der
Öffnung auf der langen oder der kurzen Seite des Behälters zu berechnen.
Die Biegemomente sind anhand der Gleichungen (15.6.5-12) und (15.6.5-13) zu bestimmen.
Die Biegespannung σb an der Öffnung an der kurzen Seite:
(𝜎b )x =
𝑀x ⋅ 𝑐
𝐼11
(15.7.3-3)
(𝜎b )y =
𝑀y ⋅ 𝑐
𝐼21
(15.7.3-4)
und an der Öffnung an der langen Seite:
Dabei ist
Mx das Biegemoment an der Öffnung bei einem Abstand Lx von der kurzen Seite der Mittellinie, siehe
Gleichung (15.6.5-12);
My das Biegemoment an der Öffnung bei einem Abstand Ly von der langen Seite der Mittellinie, siehe
Gleichung (15.6.5-13).
334f
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16 Andere Einwirkungen als Druck
16.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung von Behälterschalen unter anderen als Druckbelastungen, die
zusätzlich zum Innendruck auftreten:
Lokale Lasten an Stutzen in Kegelschalen;
Lokale Lasten an Stutzen in Zylinderschalen;
Streckenlast;
Tragzapfen;
Stehende Behälter auf Sattelstützen;
Stehende Behälter auf Ringstützen;
Liegende Behälter auf Stützengalgen;
Liegende Behälter mit Stützfüßen;
Liegende Behälter mit Zargen;
Liegende Behälter mit Ringstützen;
Globale Lasten.
16.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
16.2.1
Lokale Last
direkte Kraft, Schubkraft oder ein Biegemoment an einem Stutzen oder einer Befestigung, verursacht durch eine
andere Belastung als den Behälterinnendruck.
16.2.2
globales Biegemoment
in einer Ebene, in der die Behälterachse liegt, wirkendes Moment.
ANMERKUNG
Beispiele sind Momente durch Windbelastung bei einem stehenden Behälter oder durch Eigenlast bei einem
liegenden Behälter (siehe Bild 16.2-1).
16.2.3
globale Axialkraft
entlang der Behälterachse wirkende Kraft.
ANMERKUNG
Beispiel ist die Eigenlast bei einem stehenden Behälter (siehe Bild 16.2-1).
16.2.4
globale Schubkraft
senkrecht zur Behälterachse wirkende Querkraft.
ANMERKUNG
Beispiel ist die Schubkraft durch die Eigenlast an den Sattelauflagerpunkten bei einem liegenden Behälter.
335
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16.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4:
e2
Dicke der Verstärkungsplatte;
f2
Zulässige Spannung der Verstärkungsplatte;
Di
Innendurchmesser einer Zylinderschale oder eines gewölbten Bodens;
Dk
Innendurchmesser einer Kegelschale im Mittelpunkt des Stützelements;
F
Globale zusätzliche Axialkraft (ohne Druckwirkungen) an Zylinder-, Kugel- oder Kegelschale, siehe
Bild 16.2-1;
Fmax
Höchstzulässige zusätzliche globale Axialkraft an der Schale;
Hi
Innenhöhe eines gewölbten Bodens, gemessen von der Berührungslinie;
M
Globales Biegemoment aller äußeren Kräfte bezogen auf den Mittelpunkt eines bestimmten
Schalenquerschnitts;
Mmax
Höchstzulässiges globales Biegemoment an einer Schale;
P
Berechnungsdruck gemäß Definition in 3.4; dabei gilt: der Innendruck P ist positiv, der Außendruck
negativ;
Q
Globale Schubkraft an eine Schale (siehe Bild 16.2-1);
Qmax
Höchstzulässige Schubkraft an einer Schale;
Ri
Innenradius einer Kugel- oder Zylinderschale oder des Kalottenteils eines gewölbten Bodens;
K1...K19
Beiwerte
336
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F
M
Q
ea
Ri
Bild 16.2-1 — Globale Belastungen an Zylinderschalen
16.4 Äußere Lasten an Stutzen in Kugelschalen
16.4.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Berechnung von Kugelschalen mit einem Stutzen unter äußeren Lasten und
Innendruck.
16.4.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und in 16.3:
R
Mittlerer Kugelschalenradius am Stutzen;
d
Mittlerer Stutzendurchmesser;
di
Stutzeninnendurchmesser;
de
Stutzenaußendurchmesser;
d2
Außendurchmesser der Verstärkungsplatte;
ec
Berechnungswanddicke von Schale und Verstärkungsplatte;
eeq
Äquivalente Schalenwanddicke;
eb
Stutzenwanddicke;
fb
Zulässige Spannung des Stutzenwerkstoffs;
FZ
Axialkraft am Stutzen (Zugkraft bzw. radial nach außen wirkenden Kraft ist positiv);
Fz,max
Höchstzulässige Axialkraft am Stutzen;
337
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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L
Breite der Verstärkungsplatte;
MB
Biegemoment am Stutzen (an der Verbindung zur Kugelschale);
MB,max
Höchstzulässiges Biegemoment am Stutzen (an der Verbindung zur Kugelschale);
scfP , scf Z und scfM
Spannungsfaktoren zufolge von Druck, axiale Stutzenkraft und Stutzenmoment;
S
Geometrischer Beiwert für Stutzen in Kugelschalen;
Auslastungsgrad;
P
Spannungsschwingbreite durch Druck;
FZ
Spannungsschwingbreite durch den Axiallastbereich am Stutzen;
MB
Spannungsschwingbreite durch den Momentenbereich;
T
Wärmespannung durch Temperaturunterschiede über die Wanddicke;
Berechnungsbeiwert für Verstärkungen;
16.4.3 Geltungsbereich
Für die Berechnung gelten die folgenden Einschränkungen:
a) 0,001 ea / R 0,1;
ANMERKUNG
überschreitet.
Werte von en/R < 0,001 sind zulässig, wenn die Schalenwanddurchbiegung die halbe Wanddicke nicht
b) Der Abstand zu einer anderen lokalen Last muss in allen Richtungen mindestens
R e c betragen.
c) Die Stutzenwanddicke muss über eine Länge von l d e b konstant sein.
16.4.4 Berechnungsverfahren
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt.
1)
Die Abmessungen ec und L wie folgt berechnen:
am Stutzenaußendurchmesser, wenn eine Verstärkungsplatte verwendet wird:
f
e c e a e 2 min 2 ;1
f
(16.4-1)
am Außenrand (d = d2) einer Verstärkungsplatte, oder wenn keine Verstärkungsplatte verwendet
wird:
ec ea
(16.4-2)
Die Breite L der Verstärkungsplatte ist durch folgende Gleichung gegeben:
L 0.5 d 2 d e
338
(16.4-3)
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
2)
Die höchstzulässigen Einzellasten berechnen (siehe 16.4.5).
3)
Die Auslastungsgrade und die Wechselwirkung der Lasten prüfen (siehe 16.4.6).
4)
Wird keine Verstärkungsplatte oder eine Verstärkungsplatte der Breite L R (e a e 2 ) verwendet, zu
Schritt 6 übergehen.
5)
Die höchstzulässigen Einzellasten am Rand der Verstärkungsplatte berechnen (d = d2 und ec = ea ), und
die Auslastungsgrade und die Wechselwirkung der Lasten prüfen.
6)
Die äquivalente Schalenwanddicke eeq (siehe 16.4.7.2) ermitteln und die zulässigen Lastbereiche prüfen
(siehe 16.4.7).
ANMERKUNG
Schritt 6 gilt nur für den Stutzenrand.
7)
Längsspannungen am Stutzen prüfen (siehe 16.4.8).
8)
Wenn Spannungen oder Auslastungsgrade zu groß sind, die Schalen- oder Stutzendicke vergrößern oder
die Belastung verringern und zu Schritt 1 zurückkehren.
16.4.5 Höchstzulässige Einzellasten
16.4.5.1
Die höchstzulässigen Werte von Druck, Axiallast und Biegemoment, die unabhängig am Stutzen
wirken können, wie folgt ermitteln:
16.4.5.2
Den Berechnungsbeiwert für die Verstärkung aus der folgenden Gleichung ermitteln:
2 f b .e b e b
;1,0
d
f .ec
min
(16.4-4)
Für die Berechnung der zulässigen Lasten am Rand der Verstärkungsplatte oder für einen Stutzen in einer Schale
ohne Ausschnitt gilt: = 1.
ANMERKUNG: Eine Schale ohne Ausschnitt wird für eine „Zapfenlast“ verwendet.
16.4.5.3
S
Den Beiwert S ermitteln.
d
(16.4-5)
R ec
16.4.5.4
Den höchstzulässigen Berechnungsdruck Pmax aus der allgemeinen Gleichung für die Verstärkung
einzelner Ausschnitte in Abschnitt 9 berechnen, die der Einfachheit halber hier noch einmal wiederholt wird (siehe
9.5.2; Erläuterungen zur Notation sind 9.3 zu entnehmen).
Pmax
( Afs Af w )f s Afb fob Afp fop
Aps Apb 0,5Ap 0,5 ( Afs Af w Afb AfP )
ANMERKUNG
(16.4-6)
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
16.4.5.5
Die zulässige Axiallast am Stutzen FZ,max entweder aus Bild 16.4-1 entnehmen oder aus folgender
Gleichung berechnen:
2
FZ,max f ec2 182
, 2,4. 1 S 0.91 . S
(16.4-7)
Die dimensionslosen oberen und unteren Grenzwerte sind aus Bild16.4-1 zu entnehmen.
339
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.4.5.6
Das zulässige Biegemoment MB,max entweder aus Bild 16.4-2 entnehmen oder aus der folgenden
Gleichung berechnen:
MB,max f ec2
d
2
4,9 2,0 . 1 S 0,91. . S
4
(16.4-8)
Die dimensionslosen oberen und unteren Grenzwerte sind aus Bild16.4-2 zu entnehmen.
16.4.6 Kombination von äußeren Lasten und Innendruck
16.4.6.1
Die Wirkungen der Kombination aus Druck, Axiallast und Biegemoment bei gleichzeitigem Einwirken
werden wie folgt berechnet.
Die einzelnen Auslastungsgrade wie folgt berechnen:
16.4.6.2
P
P
(16.4-9)
Pmax
Z
FZ
FZ,max
(16.4-10)
B
MB
MB,max
(16.4-11)
Jeder einzelne Auslastungsgrad ist wie folgt begrenzt:
16.4.6.3
P 10
,
(16.4-12)
Z 10
,
(16.4-13)
B 10
,
(16.4-14)
Die Wechselwirkung aller Lasten muss die folgende Gleichung erfüllen:
16.4.6.4
max | P Z | ; | Z | ; | P 0,2 Z | B 10
,
(16.4-15)
ANMERKUNG
Die vorstehende Gleichung beruht auf einer linearen Wechselwirkung von Druck und Axiallast mit dem
Biegemoment und führt zu einem konservativen Ergebnis. In bestimmten Fällen kann die Auslegung nach Analyse in Abschnitt
5 aufzeigen, dass die Annahme einer Wechselwirkung in Umfangsrichtung zu weniger konservativen Ergebnisse führt.
16.4.7 Spannungsschwingbreiten und ihre Kombination
16.4.7.1 Aus den Mindest- und Höchstwerten für den Druck und lokalen Lasten die Lastbereiche wie folgt ermitteln:
340
P max P ; 0 min P ; 0
(16.4-16)
FZ max FZ ; 0 min FZ ; 0
(16.4-17)
M B max M B ; 0 min M B ; 0
(16.4-18)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.4.7.2
Die äquivalente Wanddicke eeq nur für den Stutzenrand berechnen. Sie ist gleich ec. Wird jedoch ein
Verstärkungsscheibe der Breite L R (e a e 2 ) verwendet, wird eeq wie folgt berechnet:
e L
f
2
; e2 min 2 ; 1
eeq ea min
Re e
f
a 2
16.4.7.3
(16.4-19)
Die folgenden Spannungen berechnen.
Spannung durch den Druckbereich:
P R
2 e eq
P scfP
(16.4-20)
Spannung durch den Axiallastbereich:
d e eq
FZ
FZ scf Z
R
e eq
(16.4-21)
Spannung durch den Momentenbereich:
d 2 e
eq
4 MB
MB scfM
R
e eq
(16.4-22)
Die Werte für scfP ,scf Z und scfM sind aus den Bildern 16.4-3 bis 16.4-8 zu entnehmen.
ANMERKUNG
Die scf-Beiwerte in den Bildern 16.4-3 bis 16.4-8 sind BS 5500, G2.5 entnommen (siehe Abschnitt L.2 [6]).
Spannung durch Wärmespannung:
Die Wärmespannung T wird durch den Temperaturunterschied zwischen Stutzen und Schale verursacht und ist
durch ein geeignetes Verfahren zu berechnen.
ANMERKUNG
16.4.7.4
Ein derartige Verfahren ist in BS 5500, G.4 beschrieben (siehe Abschnitt L.2 [6]).
Die Kombination der Spannungsschwingbreiten ist wie folgt begrenzt:
T P2 FZ MB
2 3 f
(16.4-23)
16.4.8 Längsspannung im Stutzen
ANMERKUNG
Dieser Unterabschnitt kann bei Stutzen vernachlässigt werden, die für den Anschluss an eine Rohrleitung mit
derselben Beständigkeit (Dicke multipliziert mit zulässiger Spannung) vorgesehen sind.
16.4.8.1
Die maximale Zugspannung in Längsrichtung im Stutzen ist wie folgt begrenzt:
Pd
4 MB
FZ
fb
4 eb d 2 eb d eb
(16.4-24)
FZ ist gleich Null zu setzen, wenn durch die Kraft eine axiale Druckspannung verursacht wird.
341
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.4.8.2
Die Stabilität des Stutzens in Längsrichtung (mit P = 0) ist wie folgt zu prüfen:
|F |
MB
Z 10
,
Mmax Fmax
(16.4-25)
FZ ist gleich Null zu setzen, wenn durch die Kraft eine axiale Zugspannung verursacht wird. Dabei ist Mmax das
zulässige globale Moment und Fmax das zulässige globale Moment und die Kraft im Stutzen. Angaben zur
Berechnung sind in 16.14 enthalten.
342
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1000
F Z , max
f .e c2
100
10
S
1
0.1
1.0
10.0
Bild 16.4-1 — Dimensionslose Kurvendarstellung von FZ,max
1000
4FM B , max
Z , max
f .ec22.d
c
f .e
100
10
S
S
1
0.1
1.0
upper curve = maximum reinforced,
10.0
lower curve = unreinforced
Bild 16.4-2 — Dimensionslose Kurvendarstellung von MB,max
(Obere Kurve = maximal verstärkt, untere Kurve = unverstärkt)
343
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
eb / ec 0.0
12.0
s c f
e b / ec 0 .2 5
p
10.0
e b / e c 0 .5
8.0
eb / ec 1 .0
6.0
4.0
2.0
s
0.0
0.01
0.10
1.00
10.00
Bild 16.4-3 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Innendruck
(bündiger Stutzen)
eb / ec 0.0
12.0
s c f
e b / ec 0 .2 5
p
10.0
8.0
e b / e c 0 .5
6.0
eb / ec 1 .0
4.0
2.0
0.0
0.01
0.10
1.00
10.00
Bild 16.4-4 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Innendruck
(durchgesteckter Stutzen)
344
s
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
eb / ec 0 .0
3.00
scf M
eb / ec 0 25
2.00
eb / ec 1.0
eb / ec 0.5
1.00
s
0.00
0.10
1.00
10.00
Bild 16.4-5 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Momentenbelastung
(bündiger Stutzen)
e b / e c = 0.0
3.00
scf M
e b / e c = 0.25
2.00
e b / e c = 1.0
e b / e c = 0.5
1.00
0.00
0.10
s
1.00
10.00
Bild 16.4-6 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Momentenbelastung
(durchgesteckter Stutzen)
345
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
4.0
scf Z
e b / e c = 0.0
3.0
e b / e c = 0.25
e b / e c = 1.0
2.0
e b / e c = 0.5
1.0
s
0.0
0.1
1.0
10.0
Bild 16.4-7 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Axialkraft
(bündiger Stutzen)
4.0
scf Z
e b / e c = 0.0
3.0
e b / e c = 0.25
e b / e c = 1.0
2.0
e b / e c = 0.5
1.0
s
0.0
0.1
1.0
Bild 16.4-8 — Spannungsfaktor einer Kugelschale unter Axialkraft
(durchgesteckter Stutzen)
346
10.0
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.5 Lokale Lasten an Stutzen in Zylinderschalen
16.5.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Berechnung von Zylinderschalen mit einem Stutzen unter lokalen Lasten
und Innendruck.
16.5.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3:
R
Mittlerer Mantelradius an einem Stutzen;
D
Mittlerer Schalendurchmesser am Ausschnitt;
di
Stutzeninnendurchmesser;
de
Stutzenaußendurchmesser;
d
Mittlerer Stutzendurchmesser;
d2
Außendurchmesser der Verstärkungsplatte;
ec
Berechnungswanddicke von Schale und Verstärkungsplatte;
eeq
Äquivalente Schalenwanddicke;
eb
Berechnungswanddicke des Stutzens;
fb
Zulässige Spannung des Stutzenwerkstoff;
FZ
Axialkraft am Stutzen (Bild 16.5-1);
FZ,max
Höchstzulässige Axialkraft am Stutzen;
L
Breite der Verstärkungsplatte;
MX
Umfangsmoment am Stutzen (Bild 16.5-1);
MY
Längsmoment am Stutzen (Bild 16.5-1);
MX,max
Höchstzulässiges Umfangsmoment am Stutzen;
MY,max
Höchstzulässiges Längsmoment am Stutzen;
a0...a4
Beiwerte der Polynome;
C1...C4
Beiwerte;
C
Beiwert für Stutzen in Zylinderschalen;
Auslastungsgrad;
P
Spannungsschwingbreite durch Druck;
FZ
Spannungsschwingbreite durch die Axiallast am Stutzen;
347
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
MX
Spannungsschwingbreite durch den Momentenbereich des Umfangsmoments;
My
Spannungsschwingbreite durch den Momentenbereich des Längsmoments;
T
Wärmespannung durch Temperaturunterschiede über die Wanddicke;
16.5.3 Anwendungsbedingungen
Für die Berechnung gelten die folgenden Einschränkungen:
a)
0,001 ea / D 0,1 ;
b)
C
d
D ec
ANMERKUNG
10 ;
Bei höheren Werten muss Verdrehung berücksichtigt werden.
c)
Der Abstand zu einer anderen lokalen Last muss in allen Richtungen mindestens
d)
Die Stutzenwanddicke muss über eine Länge l d e
b
D ec betragen;
konstant sein.
16.5.4 Berechnungsverfahren
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt:
1)
1) Die Abmessungen ec und L wie folgt berechnen.
am Stutzenaußendurchmesser, wenn eine Verstärkungsplatte verwendet wird:
f
e c e a e 2 min 2 ;1
f
am Außenrand (d = d2) einer Verstärkungsplatte, oder wenn keine Verstärkungsplatte verwendet
wird:
ec ea
Die Breite L der Verstärkungsplatte ist durch folgende Gleichung gegeben:
L 0.5d 2 d e
2)
Die höchstzulässigen Einzellasten berechnen (siehe 16.5.5).
3)
Die Auslastungsgrade und die Wechselwirkung der Lasten prüfen (siehe 16.5.6).
4)
Wird keine Verstärkungsplatte oder eine Verstärkungsplatte der Breite L D (ea e2 ) verwendet, zu
Schritt 6 übergehen.
348
5)
Die höchstzulässigen Einzellasten am Rand der Verstärkungsplatte berechnen (d = d2 ; und
eb / ec 0.5), und die Auslastungsgrade und die Wechselwirkung der Lasten prüfen.
ec = ea und
6)
Die äquivalente Schalenwanddicke eeq (siehe 16.5.7.2) ermitteln und die zulässigen Lastbereiche prüfen
(siehe 16.5.7);
7)
Stutzenfestigkeit prüfen (siehe 16.5.8).
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8)
Wenn Spannungen oder Auslastungsgrade zu groß sind, die Schalen- oder Stutzendicke vergrößern oder
die Belastung verringern und zu Schritt 1 zurückkehren.
ANMERKUNG
Schritt 6 gilt nur für den Stutzenrand.
16.5.5 Zulässige Einzellasten
16.5.5.1
Die höchstzulässigen Werte von Druck, Axiallast und Biegemoment, die unabhängig am Stutzen
wirken können, wie folgt berechnen.
16.5.5.2
C
16.5.5.2 Den Beiwert C ermitteln:
d
(16.5-1)
Dec
16.5.5.3
Den höchstzulässigen Berechnungsdruck Pmax aus der allgemeinen Gleichung für die Verstärkung
einzelner Ausschnitte in Abschnitt 9 berechnen, die der Einfachheit halber hier noch einmal wiederholt wird (siehe
9.5.2; Erläuterungen zur Notation sind 9.3 zu entnehmen).
Pmax
( Afs Af w ) f s Afb fob Afp f op
Aps Apb 0,5 Ap 0,5 ( Afs Af w Afb AfP )
ANMERKUNG
16.5.5.4
(16.5-2)
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
Die zulässige Axiallast am Stutzen FZ,max aus folgender Gleichung berechnen:
FZ,max f ec2 C1
(16.5-3)
Dabei C1 entweder aus Bild 16.5-2 entnehmen oder aus folgender Gleichung berechnen:
4
C1 max a0 a1 C a 2 2C a 3 3C a 4 C
; 1,81
(16.5-4)
Die Beiwerte ao...a4 aus Tabelle 16.5-1 entnehmen.
16.5.5.5
Das zulässige Umfangsmoment MX,max aus folgender Gleichung berechnen
M X,max f ec2
d
C 2
4
(16.5-5)
Dabei C2 entweder aus Bild 16.5-3 entnehmen oder aus folgender Gleichung berechnen:
4
C2 max a0 a1 C a2 2C a3 3C a4 C
;4,90
(16.5-6)
Die Beiwerte ao...a4 aus Tabelle 16.5-2 entnehmen.
16.5.5.6
Das zulässige Längsmoment MY,max aus folgender Gleichung berechnen:
M Y,max f e c2
d
C 3
4
(16.5-7)
349
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei C3 entweder aus Bild 16.5-4 zu entnehmen oder aus folgender Gleichung berechnen:
4
C3 max a0 a1 C a2 2C a3 3C a4 C
;4,90
(16.5-8)
Die Beiwerte ao...a4 aus Tabelle 16.5-3 entnehmen.
Wenn sich die Zwischenwerte der Wanddicke eb/ec zwischen 0,2 und 0,5 bewegen, errechnet sich der Beiwert C3
durch lineare Interpolation (Bild 16.5-4).
ANMERKUNG
Die Kurven von 16.5-2 und 16.5-4 sind abgeleitet aus WRCB Nr. 297 – siehe Schrifttum [5] in Anhang L. Die
zulässigen Lasten basieren hingegen auf einem maximalen Formfaktor von 2,25 f.
16.5.6 Kombination von äußeren Lasten und Innendruck
16.5.6.1
Die Wirkungen der Kombination aus Druck, Axiallast und Biegemoment bei gleichzeitigem Einwirken
werden wie folgt berechnet.
Die einzelnen Auslastungsgrade wie folgt berechnen:
16.5.6.2
P
Z
P
Pmax
FZ
(16.5-10)
FZ,max
MX
B
M X,max
16.5.6.3
(16.5-9)
2
MY
M Y,max
2
(16.5-11)
Jeder einzelne Auslastungsgrad ist wie folgt begrenzt:
P 10
,
(16.5-12)
Z 10
,
(16.5-13)
B 10
,
(16.5-14)
16.5.6.4
Die Wechselwirkung aller Lasten muss die folgende Gleichung erfüllen:
2
P
Z | ; | Z | ; | P 0,2 Z | B2 10
,
max |
C4
C4
(16.5-15)
Der Wert von C4 muss bei Anschluss der Stutzenverbindungen an ein Rohrleitungssystem, das mit Toleranzen für
Ausdehnung, Schub usw. ausgelegt ist, gleich 1,1 sein. Es muss 1,0 für Ringverstärkungen oder starre
Befestigungen sein, höchstens jedoch 1,10.
ANMERKUNG
In Gleichung (16.5-15) ist eine Wechselwirkung (in Umfangsrichtung) des Umfangsmoments mit der
Biegemomentenlast auf Grundlage einer konservativen Schätzung der Formzahl in WRCB Nr 297 (siehe Schrifttum [5] in
Anhang L) zulässig.
350
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.5.7 Spannungsschwingbreiten und ihre Kombination
16.5.7.1
Aus den Mindest- und Höchstwerten für den Druck und die lokalen Lasten unter Betriebsbedingungen
sind die Lastbereiche wie folgt zu ermitteln:
P max P ; 0 min P ; 0
FZ max FZ ; 0 min FZ ; 0
(16.5-16)
(16.5-17)
M X max M X ; 0 min M X ; 0
(16.5-18)
M Y max M Y ; 0 min M Y ; 0
(16.5-19)
Die äquivalente Wanddicke eeq nur für den Stutzenrand berechnen. Sie ist gleich ec. Wird jedoch ein
16.5.7.2
Verstärkungsring der Breite L D (ea e2 ) verwendet, wird eeq wie folgt berechnet:
e .L
f
2
;e2 .min 2 ;1
eeq ea min
De e
f
a 2
(16.5-20)
Die folgenden Spannungen berechnen:
16.5.7.3
Spannung durch den Druckbereich:
P D
2 e eq
2 2
p
d
D
d eb
d
,
125
D e eq
D
e
1 b
e eq
D
e eq
d eb
D e eq
(16.5-21)
Spannung durch den Axiallastbereich:
FZ
2,25
C1
F
Z
e2
eq
(16.5-22)
Spannung durch den Bereich des Umfangsmoments:
MX
2,25
C2
4 M
X
e2 d
eq
…(16.5-23)
Spannung durch den Bereich des Moments in Längsrichtung:
MY
2,25
C3
4 M
Y
e 2 d
eq
(16.5-24)
Spannung durch Wärmespannung:
Die Wärmespannung T wird durch den Temperaturunterschied zwischen Stutzen und Schale verursacht und ist
durch ein geeignetes Verfahren zu berechnen.
ANMERKUNG
Ein derartige Verfahren ist in BS 5500, Anhang G.4 beschrieben (siehe Schrifttum [6] in Anhang L).
351
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Kombination der Spannungsschwingbreiten ist wie folgt begrenzt:
16.5.7.4
T
2
2
MY
P FZ 2 MX
3f
(16.5-25)
Dabei entspricht der Wert für f den Festlegungen in C.7.3.
16.5.8 Längsspannung im Stutzen
ANMERKUNG
Dieser Unterabschnitt kann bei Stutzen vernachlässigt werden, die für den Anschluss an eine Rohrleitung mit
derselben Beständigkeit (Dicke multipliziert mit zulässiger Spannung) vorgesehen sind.
Die maximale Zugspannung in Längsrichtung im Stutzen ist wie folgt begrenzt:
16.5.8.1
4 . M x2 M y2
FZ
Pd
fb
2
d eb
4eb
d eb
(16.5-26)
FZ ist gleich Null zu setzen, wenn durch die Kraft eine axiale Druckspannung verursacht wird.
Die Stabilität des Stutzens in Längsrichtung (mit P = 0) ist wie folgt zu prüfen:
16.5.8.2
M M
2
x
M max
2
y
|FZ|
1,0
Fmax
(16.5-27)
FZ ist gleich Null zu setzen, wenn durch die Kraft eine axiale Zugspannung verursacht wird. Dabei ist Mmax das
zulässige globale Moment und Fmax die zulässige globale Kraft im Stutzen. Angaben zur Berechnung sind in 16.14
enthalten.
Tabelle 16.5-1 — Faktoren zur Ermittlung des Beiwerts C1
eb / ec
a0
a1
a2
a3
a4
Alle
0,60072181
0,95196257
0,0051957881
-0,001406381
0
Tabelle 16.5-2 — Faktoren zur Ermittlung des Beiwerts C2
eb / ec
a0
a1
a2
a3
a4
Alle
4,526315
0,064021889
0,15887638
-0,021419298
0,0010350407
Tabelle 16.5-3 — Faktoren zur Ermittlung des Beiwerts C3
eb / ec
0,2
0,5
352
a0
a1
a2
a3
4,8517511
0,0251012
0,7428624
- 0,0153153
4,8588639
2,1870887
1,4567053
- 0,3316430
a4
0
0,0253850
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.5-1 — Momenten- und Kräftevektoren
353
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
10
9
C1
8
FZ ,max
f . ec2
7
6
5
4
3
2
1
c
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Bild 16.5-2 — Graphische Darstellung des Beiwerts C1
10
C2
9
4M X , max
f . ec2 . d
8
7
6
5
c
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Bild 16.5-3 — Graphische Darstellung des Beiwerts C2
354
9
10
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
100
90
C3
80
4MY ,max
f . ec2 . d
70
60
50
40
eb/e c >= 0.5
30
20
eb/e c <= 0.2
10
c
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Bild 16.5-4 — Graphische Darstellung des Beiwerts C3
16.6 Streckenlasten
16.6.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält allgemeine Anforderungen für die Berechnung achssymmetrischer Behälter, die einer
lokalen Streckenlast in Längs- oder Umfangsrichtung ausgesetzt sind.
16.6.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3.:
Deq
Äquivalenter Berechnungsdurchmesser;
x
Abstand zwischen der Achse des halbelliptischen Bodens und dem Mittelpunkt des Stützelementes;
FL,max
Höchstzulässige lokale Radialkraft an der Schale;
ML,max
Höchstzulässiges lokales Moment an der Schale;
K1
Beiwert;
K2
Beiwert;
Halber Öffnungswinkel einer Kegelschale;
1
Verhältnis zwischen lokaler Membran- und Biegespannung;
2
Verhältnis zwischen globaler Membranspannung und zulässiger Spannung (Auslastungsgrad ohne
Berücksichtigung lokaler Lasten);
355
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
mx
Globale Membranspannung in Längsrichtung;
my
Globale Membranspannung in Umfangsrichtung;
b,all
Biegespannungsgrenze der Schale;
16.6.3 Definition des äquivalenten Durchmessers
a)
Zylinderschale:
Deq Di
b)
(16.6-1)
Kegelschale:
Deq Dk /cos
c)
(16.6-2)
Kugelschale oder Mittelteil eines torisphärischen Bodens:
Deq Ri
d)
Halbelliptischer Boden (beliebiges Verhältnis Hi/Di):
Deq
e)
(16.6-3)
Di2
4 Hi
2x
1
Di
2
1 2 Hi
Di
2
(16.6-4)
Halbelliptischer Boden (Hi/Di = 0,25):
Deq Di
x
1 3
Di
2
(16.6-5)
16.6.4 Anwendungsbedingungen
Die folgenden Bedingungen müssen erfüllt sein:
a)
0,001 en / Deq 0,050 ;
b)
0 b / Deq 1,0 ;
ANMERKUNG 1 Die untere Grenze 0 ist auf jeden Fall möglich, da die lokale Last berücksichtigt wird
ANMERKUNG 2 Für Streckenlasten in Umfangsrichtung mit b / Deq 0,5 sind die Ergebnisse konservativer als in anderen
Fällen.
c)
356
Die Streckenlast wirkt senkrecht auf die Oberfläche der Schale. Lasten, die nicht senkrecht auf die Oberfläche
der Schale wirken, werden vernachlässigt. Liegt ihr Wert jedoch wesentlich höher als der der senkrechten
Lasten, sollten jedoch spezielle Überlegungen angestellt werden.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.6.5 Berechnungsprinzip
Zunächst muss die lokale Radialkraft FL und das lokale Moment ML für jede Lastart ermittelt werden. Dann sollte
die zulässige lokale Kraft FL,max und das zulässige lokale Moment ML,max gemäß 16.6.8 berechnet werden. Da
die höchstzulässigen Werte auf der sogenannten “Biegespannungsgrenze” basieren, die abhängig ist von den
globalen Membranspannungen, müssen zunächst 16.6.6 und 16.6.7 angewandt werden.
Wenn sowohl FL als auch ML vorhanden sind, muss die Interaktion gemäß 16.6.9 geprüft werden.
ANMERKUNG 1 Die Last am Stützelement läßt sich als Kombination radialer Streckenlasten in Längs- und Umfangsrichtung
darstellen. Diese Streckenlasten verursachen lokale Membrankräfte und Biegemomente, die mit Hilfe der Elastizitätstheorie
berechnet werden können.
ANMERKUNG 2 Die zulässigen Lasten und Momente sind begrenzt durch die globale und lokale Festigkeit der Schale. Die
maximale Biegespannung ist auf einen Wert, die sogenannte Biegespannungsgrenze, begrenzt, die für einen Streifen der
Schale ermittelt wird (siehe Anhang L.1).
16.6.6 Biegespannungsgrenze
Die Biegespannungsgrenze wird aus Gleichung (16.6-6) berechnet, die eine Funktion der Membranspannung
aufgrund lokaler und globaler Lasten darstellt.
b,all K1 K 2 f
(16.6-6)
für Auslegungsbedingungen:
K2 = 1,25 ;
für Prüfbedingungen:
K2 = 1,05 and f = ftest ;
Der Wert von K1 ist eine Funktion von 1 und 2 und kann aus Bild 16.6-1 ermittelt oder aus Gleichung (16.6-7)
berechnet werden.
K1
1 22
1
1 2
3
1
1 2
3
2
(16.6-7)
1 22 12
wobei:
2
m
K2 f
(16.6-8)
1 und m : siehe Gleichung (16.6-14) und die dazugehörige Erläuterung zu 2 , bzw. Gleichung (16.6-18)
357
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Wenn in diesem Bild 2 < 0 müssen die Vorzeichen von 1 und 2 getauscht werden, um K1 zu bestimmen.
Bild 16.6-1 — Faktor K1
16.6.7 Globale Membranspannung
ANMERKUNG
Die in diesem Abschnitt berechneten globalen Membranspannungen werden auch in den folgenden
Abschnitten für die Ermittlung der Biegespannungsgrenze und der Lastgrenzen von Schalen unter Innen- oder Außendruck in
Kombination mit äußeren Lasten verwendet.
Globale Membranspannung in Längsrichtung in der Zylinderschale:
mx
P Deq
4 ea
M
F 4
Deq e a
Deq
1
(16.6-9)
mit F wie in 16.3 definiert.
Globale Membranspannung in Längsrichtung in der Kegelschale:
mx
P D eq
4 ea
1
M
F 4
Deq
Dk cos e a
(16.6-10)
mit F wie in 16.3 definiert.
Globale Membranspannung in Umfangsrichtung in der Zylinder- und Kegelschale:
my
P D eq
(16.6-11)
2 ea
Globale Membranspannung in der Kugelschale oder im Mittelteil eines torisphärischen oder halbelliptischen
Bodens:
mx my
358
P D eq
2 ea
(16.6-12)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.6.8 Einzelne Streckenlasten (Bild 16.6-2 und 16.6-3)
Bild 16.6-2 — Streckenlast in Längsrichtung
Bild 16.6-3 — Streckenlast in Umfangsrichtung
359
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die höchstzulässigen Streckenlasten sind nach dem folgenden Verfahren zu berechnen.
1)
Feststellen, ob die Streckenlasten in Längs- oder Umfangsrichtung wirken;
ANMERKUNG
2)
An einer Kugelschale wird jede geradlinig wirkende Streckenlast als Streckenlast in Längsrichtung betrachtet.
Für Streckenlasten in Längsrichtung gelten folgende Parameter:
1
b
Deq e a
1 = min (0,08 1 ; 0,20)
(16.6-13)
(16.6-14)
2 ist mit m = my aus Gleichung (16.6-11) zu berechnen
b = Länge der Streckenlast in Längsrichtung
K13
K14
1
1 0,06 2
12
,
1
1 0,03
0,6
2
(16.6-15)
(16.6-16)
Mit Rechenschritt 4) fortfahren
3)
Für Streckenlasten in Umfangsrichtung gelten folgende Parameter:
2
b
Deq e a
1 = min (0,08 2 ; 0,30)
(16.6-17)
(16.6-18)
2 ist mit m = mxaus Gleichung (16.6-9) oder (16.6-10) zu berechnen
b = Länge der Streckenlast in Umfangsrichtung
1
K13
1,2 10,602
K14
4)
1
0,6
(16.6-20)
Die zulässige Kraft und das zulässige Moment berechnen:
FL,max
ML,max
360
1 0,06 2
(16.6-19)
b,all e a2
K13
b,all e a2 b
K14
(16.6-21)
(16.6-22)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist die Biegespannungsgrenze b,all aus Formel (16.6-6) zu verwenden.
16.6.9 Kombinierte Streckenlasten
Die Kombination von Druck und/oder globalen Kräften und Momenten mit Streckenlasten ist durch die globale
Membranspannung bereits in der höchstzulässigen lokalen Last und dem höchstzulässigen lokalen Moment
eingeschlossen.
Die zusätzliche Interaktion von kombinierter lokaler Kraft und lokalem Moment ergibt sich aus der folgenden
Bedingung:
FL
F L, max
ML
M L, max
1,0
(16.6-23)
16.7 Aufhängeösen
16.7.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen an die Auslegung von Behältern, bei denen lokale Lasten durch
Aufhängeösen auftreten.
16.7.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen (siehe Bilder 16.7-1 und 16.7-2)
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.1 und 16.3.
a1
Exzentrizität des Lastangriffspunkts;
a2
Abstand zwischen Lastangriffspunkt und Schale oder Verstärkungsblech;
b1
Länge der Aufhängeöse auf der Schale;
b2
Breite des Verstärkungsblechs;
b3
Länge des Verstärkungsblechs;
x
Abstand zwischen der Achse eines halbelliptischen Bodens und dem Mittelpunkt der Aufhängeöse;
FR
Lokale Kraft an der Schale;
FR,max Höchstzulässige lokale Kraft an der Schale;
W
Gesamtmasse des Behälters;
Winkel zwischen Wirkrichtung der Kraft und der Normalen zur Schale;
361
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.7-1 — In Längsrichtung angeordnete Aufhängeöse
Bild 16.7-2 — In Umfangsrichtung angeordnete Aufhängeöse
362
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
16.7.3 Geltungsbereich
Es gelten die folgenden Bedigungen:
a)
0,001 en /Deq 0,05 ;
b)
wird ein Verstärkungsblech verwendet:
e2 en ;
b3 1,5 b1 ;
c)
die lokale Kraft FR greift in der Ebene der Aufhängeöse an;
d)
bei torisphärischen Böden sitzt die Aufhängeöse am Kalottenteil;
e)
bei halbelliptischen Böden sitzt die Aufhängeöse zwischen 0 x 0,4 Di;
16.7.4 Aufgebrachte Kraft
Die an der Aufhängeöse wirkende aufgebrachte Kraft FR ist zu berechnen, und zwar im Fall eines symmetrischen
Behälters mit zwei Aufhängeösen gemäß Bild 16.7-3(a) wie folgt:
FR
W
2cos
(16.7-1)
16.7.5 Lastgrenzen für die Schale
Die höchstzulässigen Lasten an den Aufhängeösen werden wie folgt ermittelt:
1)
feststellen, ob die Aufhängeöse in Längs- oder in Umfangsrichtung angeordnet ist;
ANMERKUNG
betrachtet.
Eine gerade Aufhängeöse an einer Kugelschale wird als in Längsrichtung angeordnete Aufhängeöse
2)
für eine in Längsrichtung angeordnete Aufhängeöse die Werte von , 1 , 2 , K13 und K14 aus den
Gleichungen (16.6-13) ... (16.6-16) in 16.6.7 berechnen, wobei b = b1 bzw. bei Verwendung eines
Verstärkungsblechs b = b3 gesetzt wird;
3)
für eine in Umfangsrichtung angeordnete Aufhängeöse die Werte von , 1 , 2 , K13 und K14 aus dem
Gleichungen (16.6-17) ... (16.6-20) in 16.6.7 berechnen, wobei b = b1. bzw. bei Verwendung eines
Verstärkungsblechs b = b3 gesetzt wird;
4)
mit geeigneten Werten von , 1 und 2 die Biegespannungsgrenze aus Gleichung (16.6-6) in 16.6.5
berechnen;
5)
bei Verwendung eines Verstärkungsblechs den Beiwert K15 wie folgt berechnen:
K15 für in Längsrichtung angeordnete Aufhängeöse:
0,30
b2
Deq
; 2,0
K15 min 1 2,60
ea
D eq
(16.7-2)
K15 für in Umfangsrichtung angeordnete Aufhängeöse:
363
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0,33
b2
D eq
; 18
K15 min 1 2,65
,
D
ea
eq
6)
(16.7-3)
die höchstzulässige Last berechnen und den Wert mit der tatsächlichen Last vergleichen.
Dabei muss die folgende Ungleichung erfüllt sein:
ohne Verstärkungsblech:
FR FR, max
b,all ea2
K 13 |cos | K 14 a 2 sin a1 cos /b1
(16.7-4)
mit Verstärkungsblech:
FR FR,max
K 15 b,all ea2
K 13 |cos | K 14 a 2 e2 sin a1 cos /b3
(16.7-5)
ANMERKUNG
Bei der Berechnung wird gewöhnlich davon ausgegangen, dass Schale und Verstärkungsblech aus
demselben Werkstoff bestehen. Andernfalls und unter der Annahme f2 < f, ist der Wert der Dicke e2 in Gleichung (16.7-5) um
den Faktor f2 / f zu reduzieren.
Bild 16.7-3 — Anordnung von Aufhängeösen
364
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.8 Liegende Behälter auf Sätteln
16.8.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung zylindrischer Behälter, die auf zwei oder mehr Sätteln gelagert
sind.
16.8.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen (siehe Bilder 16.8-1...16.8-5)
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4, in 16.3 und 16.6.2.
a1
Abstand zwischen Sattelauflager und nahem Ende der Zylinderschale
a2
Abstand zwischen Sattelhorn und Ende des Verstärkungsblechsblechs
a3
Länge des äquivalenten Zylinderschalenabschnitts = a1 + 2 . Hi / 3
b1
Axiale Breite des Sattels
b2
Breite des Verstärkungsblechs
ec
Effektive kombinierte Wanddicke
li
Abstand zwischen zwei benachbarten Sätteln
n
Anzahl der Sättel
q
Last am Behälter je Längeneinheit
E
Elastizitätsmodul des Schalenwerkstoffs bei Auslegungstemperatur
F2,max
Zulässige Sattellast an Position 2 (siehe Bild 16.8-4)
F3,max
Zulässige Sattellast an Position 3 (siehe Bild 16.8-4)
Fi
Kraft am i-ten Auflager
L
Länge des zylindrischen Schalenabschnitts (einschließlich des zylindrischen Teils der Böden)
Mi
Globales Biegemoment am Sattel i
Mij
Globales Biegemoment zwischen den Sätteln i und j
Qi
Maximale Schubkraft am Sattel i
R
Mittlerer Schalenradius
W
Gesamtgewicht des Behälters (mit Inhalt)
WF
Fluidgewicht
Umschlingungswinkel des Sattelauflagers (Grad)
2
Umschlingungswinkel des Verstärkungsblechs (Grad)
Beiwert für die Sattelbreite
365
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Beiwert für den Sattelabstand
16.8.3 Anwendungsbedingungen
Für die Auslegung gelten folgende Einschränkungen:
a)
0,001 en / Di 0,05
600 1800
b)
Wird ein Verstärkungsblech verwendet, gilt:
e2 en
a2 0,1 Di
c)
Die Last am Sattel wirkt senkrecht nach unten.
d)
Sättel und Behälter müssen miteinander verschweißt sein. Ist das nicht möglich, ist eine gleichmäßige
Auflagerung des Behälters durch die Sättel sicherzustellen.
e)
Ist mit axialer Bewegung durch thermische Dilatation zu rechnen, ist nur ein Sattel fest mit dem Fundament zu
verbinden; die übrigen Sättel müssen in axialer Richtung beweglich gelagert sein. Alternativ können sämtliche
Sättel fest eingespannt werden, wenn sie in ausreichendem Maße zur Aufnahme von Verformungen in axialer
Richtung ausgelegt sind.
f)
Der Abstand zu anderen lokalen Lasten muss in allen Richtungen mindestens
g)
Es werden Sattelauflager der Typen A, B oder C verwendet (siehe Bild 16.8-1...16.8-3).
Di en betragen.
ANMERKUNG
Ist eine Ermüdungsanalyse erforderlich, muss eine zusätzliche Berechnung der elastischen Spannungen
durchgeführt werden (z. B. nach Schrifttum [4], siehe Abschnitt L.2).
366
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.8-1 — Typ A - Symmetrische Lagerung in zwei Sätteln
Bild 16.8-2 — Typ B - Symmetrische Lagerung in drei oder mehr Sätteln mit konstanten Abständen
Bild 16.8-3 — Typ C - Lagerung in zwei oder mehr unsymmetrisch angeordneten Sätteln
367
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.8-4 — Zylindrischer Behälter ohne Verstärkungsring
16.8.4 Ausnahmen
Für Behälter mit zwei Sätteln des Typs A (Bild 16.8-1) ist keine Berechnung erforderlich, sofern die folgenden
Bedingungen erfüllt sind:
a)
Keine Außendruckbelastung (P 0)
b)
Fluiddichte 1000 kg /m3
c)
Schalenwerkstoff mit f 130 Mpa
d)
Schweißnahtfaktor 0,8
e)
a1 0,5 Di
f)
L Lmax (mit Lmax aus Bild 16.8-5)
g)
b1 11
, Di e n
Für Sättel mit Verstärkungsblech gelten zusätzlich folgende Bedingungen:
a)
e2 en
b)
b2 K11 ꞏ Di + 1,5 b1
c)
K11 aus Bild 16.8-11 oder Gleichung (16.8-33)
368
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
en =
Legende
durchgehende Linien: Behälter ohne Verstärkungsblech
gestrichelte Linie: Behälter mit Verstärkungsblech
Bild 16.8-5 — Lmax für liegende Behälter auf zwei symmetrisch angeordneten Sätteln
369
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.8.5 Bestimmung der Kräfte, Momente und Schubkräfte
16.8.5.1
Berechnungsmodell
Für die Berechnung der an den Sätteln angreifenden Kräfte Fi müssen die globalen Momente Mi und Mij sowie die
Schubkraft Qi definiert werden. Dazu wird die Zylinderschale als gleichmäßig aufgelagerter Balken mit konstantem
Querschnitt betrachtet, welcher von den Sätteln gestützt wird, ohne dass jedoch Momente auf den Sattel einwirken
(siehe Bild 16.8-6).
F1
F2
F3
Fn-1
Fn
Bild 16.8-6 — Berechnungsmodell
Die Lasten am Balken werden aus den folgenden Gleichungen berechnet.
q
W
L 4 Hi / 3
M0 q
16.8.5.2
WF 2
Di / 16
W
(16.8-1)
(16.8-2)
Kräfte am Sattel
Im allgemeinen ergeben sich die aufgebrachten Kräfte Fi aus den bekannten Regeln des mechanischen
Gleichgewichts. Werden drei oder mehr Sättel verwendet, ist bei der Montage besonders sorgfältig vorzugehen,
um eine nahezu gleiche Verteilung der Lasten auf alle Sättel sicherzustellen.
Für symmetrische Behälter mit Sattelauflagern der Typen A oder B (Bild 16.8-1 oder Bild 16.8-2) kann die folgende
Gleichung verwendet werden:
Fi
W
n
(16.8-3)
16.8.5.3 Momente und Schubkräfte
Dieser Abschnitt enthält die Regeln für die Bestimmung der Biegemomente über den Sätteln (Mi) und zwischen
den Sätteln (Mij) an dem Punkt, an dem das Moment Mij ein Maximum hat. Die Schubkräfte (Qi) sind über den
Sätteln zu berechnen.
a)
Sattelauflager Typ A
Moment am Sattel:
M1 M 2 q a32 / 2 M 0
370
(16.8-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Schubkraft am Sattel:
L 2 a1
L 4 Hi / 3
Qi Fi
(16.8-5)
Moment zwischen Sätteln:
M 12 M 0 F1 . L / 2 a1 q / 2 . L / 2 2 H i / 3
b)
2
(16.8-6)
Sattelauflager Typ B
Moment am Sattel:
Für i = 1 und i = n:
M i max(qa32 / 2M 0 ; ql12 / 8)
(16.8-7)
Für i = 2 bis i = n - 1:
M i ql12 / 8
(16.8-8)
Schubkraft am Sattel:
Qi 0,5 Fi
(16.8-9)
Moment zwischen Sätteln: nicht erforderlich
c)
Sattelauflager Typ C
Mi, Qi und Mij sind nach den Regeln der Theorie für Balken zu berechnen. Für Qi ist der größere der an der
linken und der rechten Seite des Sattels gemessene Wert zu verwenden.
16.8.6 Lastgrenze für den Behälter zwischen den Sätteln
end der Lebensdauer des Druckbehälters gesondert auftreten, s|Betrag des Moments zwischen den Sätteln| >
|Betrag des Moments zwischen den Sätteln| > |Betrag des Moments an den Sätteln|
16.8.6.1
a)
Behälter unter Innendruck oder drucklose Behälter
Festigkeitsberechnung:
P Di 4 M ij K12
fmax
4 ea
Di2 ea
(16.8-10)
Dabei ist fmax = f in Bereichen ohne Rundnähte
fmax = f ꞏ z in Bereichen mit Rundnähten
und
K12 max m ; 10
,
(16.8-11)
371
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1,6 - 0,20924 (x -1) + 0,028702 x (x - 1) + 0,4795.10-3 y (x -1) - 0,2391.10-6 xy (x -1)
m=
- 0,29936.10-2 (x -1) x2 - 0,85692.10-6 (x -1) y2 + 0,88174.10-6 x2 (x -1) y
- 0,75955.10-8 y2 (x -1) x + 0,82748.10-4 (x -1) x3 + 0,48168.10-9 (x -1) y3
(16.8-12)
x = L / Di und y = Di / ea
Dabei ist
oder K12 aus Bild 16.8-12
b)
Prüfung auf Instabilität (mit P = 0)
M ij / Mmax 10
,
16.8.6.2
(16.8-13)
Behälter unter Außendruck
Prüfung auf Instabilität
P / Pmax M ij / Mmax 10
,
(16.8-14)
Dabei ist
Pmax = zulässiger Außendruck (nach Abschnitt 8)
Mmax = zulässiges globales Moment (nach 16.14)
ANMERKUNG
Zur Bestimmung von Pmax und Mmax bei verschiedenen Lastfällen, siehe 3.16, Anmerkung 1, 8.4.4 sowie die
auf die Gleichung (16.14-19) folgende Anmerkung.
16.8.7 Lastgrenze am Sattel (ohne Verstärkungsblech)
Die Lastgrenzen sind an den Positionen 2 (Längsrichtung) und 3 (Umfangsrichtung) in Bild 16.8-4 zu prüfen. Es
sind zwei unterschiedliche Druckzustände zu betrachten: druckloser Zustand und Zustand bei Auslegungsdruck.
Sind die Sättel symmetrisch angeordnet (Typ A und B), ist nur die Position am Sattel n = 1 zu betrachten. Für
Sattelauflager des Typs C sind die Lasten an sämtlichen Sätteln zu prüfen.
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt:
1)
2)
Parameter und berechnen:
2,83 a1 / Di e a / Di
(16.8-15)
0,91 b1 / Di e a
(16.8-16)
Beiwerte K3 bis K10 berechnen.
K 3 max 2,718282 sin / ; 0,25
372
(16.8-17)
K 4 1 2,718282 cos /
(16.8-18)
1,150,0025
K5
sin 0,5
(16.8-19)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
K6
max 17
, 0,011667 ; 0
(16.8-20)
sin 0,5
145
, 0,007505
sin 0,5
(16.8-21)
0,8 6
K 8 min 10
, ;
0,017453
(16.8-22)
K7
K9 1
K 10
ANMERKUNG
0,65
1 6
60
(16.8-23)
2
1
D
1 0,010472 3 i
ea
(16.8-24)
b1
Di
Die Beiwerte K3 bis K9, K11 und K12 können auch aus Bild 16.8-7 bis 16.8-12 abgelesen werden.
3)
Verhältniswerte 1 an den Positionen 2 und 3 berechnen (siehe Tabelle 16.8-1).
4)
Verhältniswerte 2 an den Positionen 2 und 3 und für beide Druckzustände berechnen (siehe Tabelle
16.8-1). Für den drucklosen Zustand ist das Verhältnis 2 gleich 2 ,1 , für den Zustand bei
Auslegungsdruck ist 2 gleich 2 ,2 .
5)
Mit den Werten für 1 und 2 für beide Druckzustände und beide Positionen Beiwert K1 aus Gleichung
16.6-7 berechnen und K2 gemäß 16.6-6 ermitteln.
Tabelle 16.8-1 – Parameter 1 und 2 für Sattelauflager
1
Position
0,23
2
0,53
3
K 6 K8
K5 K3
K4
K 7 K 9 K10 sin 0,5
P=0
P = Auslegungsdruck
2,1
2 ,2
4 Mi
1
Di2 ea K 2 f
0
P Di
4 Mi 1
4e
Di2 ea K 2 f
a
P Di 1
2 ea K 2 f
6)
Aus Gleichung (16.6-6) die Biegespannungsgrenze b,all,2 an Position 2 sowohl für den drucklosen
Zustand als auch für den Zustand bei Auslegungsdruck berechnen. Als Biegespannungsgrenze b,all,2
den kleineren der beiden Werte verwenden.
7)
Aus Gleichung (16.6-6) die Biegespannungsgrenze b,all,3 an Position 3 sowohl für den drucklosen
Zustand als auch für den Zustand bei Auslegungsdruck berechnen. Als Biegespannungsgrenze b,all,3
den kleineren der beiden Werte verwenden.
373
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
8)
Maximal zulässige Sattellast F2,max an Position 2 berechnen.
F2,max
0,7 b,all,2 Di ea .ea
(16.8-25)
K3 K5
Zulässige Sattellast F3,max an Position 3 berechnen.
9)
F3,max
0,9 b,all,3 Di ea .ea
(16.8-26)
K 7 K 9 K10
10) Prüfen, ob die folgende Gleichung erfüllt ist.
Fi min F2,max ; F3,max
(16.8-27)
11) Prüfung auf Instabilität durchführen.
Die Bedingungen der folgenden Gleichung (16.8-28) müssen erfüllt sein.
P / Pmax M i / M max Feq / Fmax Qi /Qmax 1,0
2
(16.8-28)
Dabei sind:
Pmax =
Zulässige Außendruck (entsprechend Abschnitt 8)
Mmax =
Zulässige globale Moment (siehe 16.14)
Fmax =
Zulässige globale Druckkraft (aus 16.14)
Feq =
Äquivalente globale Axialkraft unter Einbeziehung der lokalen Membranspannung nahe beim Sattel,
die aus der folgenden Gleichung (16.8-29) ermittelt wird:
Feq Fi
4
Di
K 6 K8
ea
(16.8-29)
ANMERKUNG
Zur Bestimmung von Pmax, Mmax, Fmax und Qmax bei verschiedenen Lastfällen, siehe 3.16, Anmerkung 1,
8.4.4 sowie die auf die Gleichung (16.14-19) folgende Anmerkung.
Qmax =
Zulässige globale Schubkraft aus den folgenden Gleichungen (siehe L.2, Schrifttum [2]).
Für inneren Überdruck ist in Gleichung (16.8-28) |P| = 0 zu setzen und Pmax wird nicht benötigt.
Für Zylinderschalen mit
Qmax
374
L
8,7
R
e
0,75 R e a E a
R
15
,
R
gilt:
ea
125
,
R
R e
1 42 a
L R
L
3
15
.
(16.8-30)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Für Zylinderschalen mit
L
R
8,7
gilt:
R
ea
e
0,25 R ea E a
R
Qmax
,
15
,
15
(16.8-31)
16.8.8 Lastgrenze an einem Sattel mit zusätzlichem Verstärkungsblech
Bei Verwendung eines zusätzlichen Verstärkungsblechs wird die Lastgrenze wie folgt ermittelt.
1)
Gleichung (16.8-32) berechnen und bewerten:
b2 K11 Di 15
, b1
(16.8-32)
Dabei ist:
K11
5
(16.8-33)
D
0,10472 3 e i
a
2)
Wird die Bedingung in Gleichung (16.8-32) nicht erfüllt, mit Schritt 5) fortfahren.
3)
Die zulässigen Kräfte F2,max und F3,max nach Gleichung (16.8-25) bzw. (16.8-26) berechnen.
4)
Prüfen, ob die folgende Ungleichung erfüllt ist.
Fi 15
, min F2,max ; F3,max
(16.8-34)
Mit Schritt 6) fortfahren.
5)
a)
Die nachstehenden Berechnungen gemäß 16.8.7 mit folgenden Abmessungen durchführen.
Berechnung 1:
Das Verstärkungsblech wird als Sattel der Breite b2 anstelle von b1 und dem Umschlingungswinkel 2 anstelle
von . betrachtet. Die Wanddicke ist ea, wobei die Dicke des Verstärkungsblechs unberücksichtigt bleibt.
b)
b) Berechnung 2:
Das Verstärkungsblech wird als Verstärkung der Schalenwand betrachtet. Die Sattelbreite ist b1, der
Umschlingungswinkel . Für die tatsächliche Wanddicke wird die kombinierte Wanddicke ec verwendet.
ec
6)
f 2
2
e a2 e 22 . min 1;
f
(16.8-35)
Die Prüfung auf Instabilität mit Gleichung (16.8-28) durchführen. Dabei darf die Dicke des
Verstärkungsblechs nicht berücksichtigt werden.
375
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.8-7 ― Beiwerte K3 und K4
Bild 16.8-8 ― Beiwerte K5, K6 und K 7
376
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.8-9 ― Beiwert K 8
Bild 16.8-10 ― Beiwert K 9
377
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.8-11 ― Beiwert K 11
Bild 16.8-12 — Beiwert K 12
378
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.9 Liegende Behälter mit Ringlagerung
16.9.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung liegender zylindrischer Behälter mit Tragringen, die innen oder
außen mit der Schale verschweißt sind (siehe Bild 16.9-1...16.9-3). Die Ringe sind auf Sätteln oder Stützfüßen
gelagert.
FH
FV
Bild 16.9-1 – Tragring mit Sattelauflagerung
FV
FV
FH
FH
H
Bild 16.9-2 – Tragring mit zwei Auflagerpunkten (Stützen oder andere Stützelemente)
379
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.9.2 Zusätzliche besondere Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3.
b2
Gesamtbreite des Ringquerschnitts (siehe Tabelle 16.9-1)
e1
Dicke der Versteifungsrippe des Ringprofils (siehe Tabelle 16.9-1)
e2
Flanschdicke des Ringprofils (siehe Tabelle 16.9-1)
fR
Zulässige Spannung des Rings
h1
Gesamthöhe des Ringprofils
hG
Abstand zwischen Schwerachse des Ringprofils und Schale (siehe Tabelle 16.9-1)
hH
Abstand zwischen Schwerachse des Ringprofils bei rein plastischer Verbiegung und Behälter (bei
= 1 ist hH der Abstand vom Mittelpunkt der Profilfläche)
le
Mittragende Länge der Behälterwand
t
Breite der Kontaktfläche von Ring und Schale
AR
Querschnittsfläche des Rings (ohne Schale)
FH
Horizontalkraft am Ring
FH,max
Höchstzulässige Horizontalkraft am Ring
FV
Vertikalkraft am Ring
FV,max
Höchstzulässige Vertikalkraft am Ring
H
Abstand zwischen Fundament und Ringauflagerpunkten
RR
Radius der Schwerachse des Ringprofils
Wp
Plastischer Biegemodul des Ringprofils
Stützwinkel (Grad)
Relative effektive zulässige Spannung des Behälters (im Verhältnis zum Ring)
16.9.3 Anwendungsbedingungen
Für die Berechnung gelten folgende Einschränkungen:
a)
h1 / Di 0,20
30 o 330o
b)
Die betrachteten Lasten sind die Vertikal- und Horizontalkräfte im Behälterquerschnitt.
c)
Auf den Behälter wirkende Axialkräfte werden nicht berücksichtigt. Treten derartige Kräfte jedoch auf, z. B.
durch axiale Verschiebung aufgrund von Wärmeausdehnung, ist eine besondere Berücksichtigung
erforderlich.
380
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.9.4 Aufgebrachte Lasten
Die Berechnung der Vertikalkraft FV und der Biegemomente in der Schale ist gemäß 16.8.5 durchzuführen; die
Horizontalkraft FH ist durch eine statische Analyse zu ermitteln.
RR
RR
Di
le
t
Di
le
t
ea
ea
Bild 16.9-3 – Zylinderschale mit Tragringen in Sattelauflagern
16.9.5 Grenzlast der Schale
Wenn das absolute größte Biegemoment |Mi| wirkt, muss die folgende Gleichung erfüllt sein:
P / Pmax M i / M max Feq / Fmax Qi /Qmax 1,0
2
(16.9-1)
Die Werte für diese Gleichung (16.9-1) sind aus 16.8.7, Gleichung (16.8-28), abzuleiten.
16.9.6 Grenzlast des Tragrings
Die Grenzlast des Tragrings wird nach dem folgenden Verfahren ermittelt.
1)
Feststellen, ob der Tragring in einem Sattelauflager (Bild 16.9-1) oder in zwei Auflagerpunkten (Bild 16.92) gelagert ist.
2)
Ringprofil ermitteln und Wp (siehe Tabelle 16.9-1) mit nachstehenden Gleichungen berechnen.
f P Di / 4 e a
/ fR
(16.9-2)
l e min t 4 D i e a ; AR / . e a
3)
a)
(16.9-3)
Beiwerte K18 und K19 berechnen.
Für einen Tragring mit Sattelauflager (Bild 16.9-1) gilt:
K18 = 0,1616 x4 - 0,0268 x 6 + 0,0101 x 8
(16.9-4)
K19 = 0,4224 x 3 - 0,0524 x 5 + 0,1297 x 7
(16.9-5)
381
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist:
x = 1 - / 360
b)
(16.9-6)
Für einen Tragring mit zwei Auflagerpunkten (Bild 16.9-2) gilt:
K18 und K19 wie für einen Tragring mit Sattelauflager. Wenn jedoch 150o < < 210o ist, ist K18 gleich:
K18 = 0,0137 + 0,148 (2 x - 1)2
(16.9-7)
Dabei ist:
x = max ( /360; 1 - /360)
4)
5)
(16.9-8)
Die zulässigen Einzellasten berechnen.
FV,max fR Wp / RR K18
(16.9-9)
FH,max fR Wp / RR K19
(16.9-10)
Die zulässigen kombinierten Lasten darauf prüfen, welche die folgende Bedingung erfüllt:
F / F
V
V, max
F / F
2
H
H, max
1,0
(16.9-11)
Bei der Verwendung von Stützfüßen ist zu beachten, dass die Füße dem Biegemoment FHꞏH, standhalten müssen, weil die
Verbindung zum Tragring nahezu momentenfrei sein sollte.
382
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 16.9-1 – Ringprofilparameter
Profil
Gleichungen
e h e l e
hH max 1 1
; 0
2 e1
W
e1 h1 hH hH2
2
p
e l h e
e
2
H
2
e h e b e e l
e
1 1
2 2
1
; 0
hH max
2 e1
W
e1 h1 hH hH2
p
2
e b e h h e e l h e
2
2
2
1
1
H
2
2
e
H
2
2 e1 h1 e 2 b2 2 e1 e l e
; 0
hH max
4 e1
W p e1 h1 hH hH2
2
e b 2 e h h e2 e l h e2
2
2
1
1
H
2
e
H
Willkürlich gewähltes Ringprofil mit Querschnittsfläche AR
Vorausgesetzt, es gilt:
AR e l e
hH = 0
W p AR h G e l e e / 2
383
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.10 Stehende Behälter mit Tragpratzen
16.10.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung stehender zylindrischer oder kegelförmiger Behälter mit
Tragpratzen.
16.10.2 Zusätzliche besondere Symbole und Abkürzungen (siehe Bild 16.10-1)
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3.
a1
Exzentrizität des Lastangriffs auf Schalenwand oder Verstärkungsblech
a1eq
Äquivalenter Hebelarm
b1
Breite des Auflagerblechs
b2
Breite des Verstärkungsblechs
b3
Höhe des Verstärkungsblechs
Deq
Äquivalenter Berechnungsdurchmesser (siehe 16.6.3)
FVi
Vertikalkraft im Stützfuß der Tragpratze i
FH
Horizontalkraft an der Grundfläche der Stützfüße
FHi
Horizontalkraft an der Grundfläche von Stützfuß i
g
Abstand der Stegbleche der Tragpratze
h
Vertikaler Abstand des Schwerpunkts der Pratzenanschlußnaht von der Fußgrundfläche (siehe Bild
16.10-1a)
h1
Höhe der Tragpratze
h2
Tiefe der Tragpratze
MA
Globales Moment am Mittelpunkt der Querschnittsfläche an der Stützfußgrundfläche
n
Anzahl der Tragpratzen
16.10.3 Anwendungsbedingungen
Für die Berechnung gilt folgende Einschränkung:
a)
0,001 en / Deq 0,05 (mit Deq aus 16.6.3);
b)
Für Tragpratzen der Ausführungen A, B und D (Bild 16.10-1) gilt:
0,2 g / h1 1,0
c)
Für Tragpratzen der Ausführung D (Bild 16.10-1) gilt:
0,5 b1 / h1 1,5
384
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
d)
Bei Verwendung eines Verstärkungsblechs gilt:
e2 ≥ en
b3 ≤ 1,5 h1
b2 ≥ 0,6 b3
e)
Die Tragpratze ist an einer Zylinder- oder Kegelschale angebracht.
f)
Die lokale Pratzenkraft Fi wirkt parallel zu Schalenachse.
ANMERKUNG 1 Bei Verwendung mehr als drei Tragpratzen ist bei der Montage besonders darauf zu achten, dass alle
Pratzen nahezu gleichmäßig belastet werden.
ANMERKUNG 2 Die Stabilität des Behälters sollte besondere Beachtung finden, wenn n = 2 ist.
16.10.4 Aufgebrachte Lasten
Die Vertikalkraft Fvi an der Tragpratze wird aus folgender Gleichung ermittelt:
FVi
4 MA
F
n n D 2 a e e
i
a
1
2
(16.10-1)
Die Horizontalkraft an jedem Stützfuß wird aus folgender Gleichung berechnet:
FHi
FH
n
(16.10-2)
ANMERKUNG : Eine bessere Schätzung von FHi
kann aus FHi FH
I xxi
ermittelt werden, wobei Ixxi
das zweite
Flächenträgheitsmoment der Querschnittsfläche des betrachteten Stützfußes um eine Achse senkrecht zu FH und
Ixxi die
I xxi
i
i
Summe für alle Stützfüße ist.
16.10.5 Grenzlast der Schale
Die Grenzlast der Schale wird wie folgt ermittelt.
a)
1)
Feststellen, um welche Pratzenausführung es sich handelt: A, B, C oder D (Bild 16.10-1).
2)
Wird ein Verstärkungsblech verwendet, mit Schritt 6 fortfahren.
3)
Die Beiwerte , K16, 1 und 2 berechnen:
Für Pratzen der Ausführungen A, B und C gilt:
(16.10-3)
h1 / Deq e a
K16
1
0,36 0,40 0,02
1 = min {0,08 ; 0,30}
(16.10-4)
2
(16.10-5)
385
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2 = aus Gleichung (16.6-8) mit m = my aus Gleichung (16.6-11)
b)
Für Pratzen der Ausführung D gilt:
b1 /
K16
Deq ea
(16.10-6)
1
(16.10-7)
0,36 0,86 2
1 = min {0,08 ; 0,30}
(16.10-8)
2 = aus Gleichung (16.6-8) mit m = mx aus Gleichung (16.6-9) bzw. (16.6-10)
4) Mit den Werten für 1 und 2 die zulässige Biegespannungsgrenze b,all aus Gleichung (16.6-6)
berechnen.
5)
Den äquivalenten Hebelarm und die resultierende zulässige Pratzenkraft wie folgt berechnen:
a1,eq a1
FHi . h
FVi
(16.10-9)
b,all . e a2 . h1
.min 1 ; 0,5 g / h
Fi,max
1
K16 . a1,eq
2
b,all e a h1
Fi,max
K a
16 1,eq
für die Ausführungen A, B und C
(16.10-10a)
für Ausführung D
(16.10-10b)
Mit Schritt 9 fortfahren.
6)
Für Pratzen mit Verstärkungsblech die Beiwerte , K17, 1 und 2 berechnen:
b3 /
K17
(16.10-11)
D eq e a
1
(16.10-12)
0,36 0,50 0,50 2
1 = min {0,08 ; 0,40}
(16.10-13)
2 = aus Gleichung (16.6-8) mit m = my aus Gleichung (16.6-11)
7) Mit den Werten für 1 und 2 die zulässige Biegespannungsgrenze b,all aus Gleichung (16.6-6)
berechnen.
8)
Den äquivalenten Hebelarm und die resultierende zulässige Pratzenkraft wie folgt berechnen:
FHi . h
Fvi
(16.10-14)
b,all . e a2 . b3
Fi,max
K17 . a1eq
(16.10-15)
a1,eq a1 e 2
ANMERKUNG Bei der Berechnung wird gewöhnlich davon ausgegangen, dass Schale und Verstärkungsblech aus
demselben Werkstoff bestehen. Andernfalls und unter der Voraussetzung f2 < f, ist die Dicke e2 in Gleichung (16.10-12) um
den Faktor f2 / f zu reduzieren.
386
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
9)
Prüfen, ob folgende Gleichung gilt.
FVi Fi,max
(16.10-16)
Legende
1
Schwerpunkt der Pratzenanschlußnaht
ANMERKUNG Der Schwerpunkt der Pratzenanschlußnaht ist der Schwerpunkt der Anschlußnaht der Pratze an den Mantel
oder, falls vorhanden, an das Verstärkungsblech.
Bild 16.10-1a — Erläuterung von h
387
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.10-1 – Tragpratzen für stehende Behälter
388
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.11 Stehende Behälter auf Stützfüßen
16.11.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung stehender Behälter mit gewölbten Böden auf Stützfüßen.
Di
Di
d4
d3
e2
ea
d3
ea
e2
d2
d2
d1
d4 = d1
Fi
Fi
Bild 16.11-1 – Stützfüße für stehende Behälter
16.11.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen (siehe Bild 16.11-1)
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 sowie 16.3 und 16.6.
d1
Durchmesser des Stützfuß-Teilkreises
d2
Außendurchmesser des Stützfußes
d3
Durchmesser des Verstärkungsblechs
d4
Durchmesser an der Verbindung von Stützfüßen und Behälterboden
deff
Effektiver Durchmesser des Stützfußes
Fi
Kraft am Stützfuß
N
Anzahl der Stützfüße
Winkel der Tangente zum gewölbten Boden an der Verbindung von Boden und Stützfuß
X
Abstand zwischen der Achse des halbelliptischen Bodens und dem Mittelpunkt des Stützfußes
Winkel zwischen Stützfußachse und Behälterachse
Geometrischer Beiwert
389
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.11.3 Anwendungsbedingungen
Für die Berechnung gelten folgende Einschränkungen:
a)
0,001 en / Deq 0,05 (mit Deq aus 16.6.3)
b)
Bei Verwendung eines Verstärkungsblechs gilt:
e2 en
d3 1,6 d2
c)
Außendruck ist ausgeschlossen.
d)
Durch geeignete Vorkehrungen ist sicherzustellen, dass eine Bewegung der Stützfüße nicht zu zusätzlichen
Biegespannungen in der Schale führt.
e)
Bei torisphärischen Böden dürfen die Stützfüße nicht im äußeren Krempenbereich liegen.
f)
Bei elliptischen Böden müssen die Stützfüße innerhalb von 0 x 0,4 Di liegen.
g)
Von der Verwendung von mehr als vier Stützfüßen wird abgeraten.
h)
Ein globales Moment ist nur zulässig, wenn mehr als zwei Stützfüße verwendet werden und diese starr mit
4M
dem Fundament verbunden sind. Darüber hinaus muss folgende Forderung erfüllt sein: F
d4
ANMERKUNG
Bei Verwendung von vier Stützfüßen ist sicherzustellen, dass alle Füße nahezu gleichmäßig belastet werden.
16.11.4 Aufgebrachte Kraft
Die lokale Kraft an den Stützfüßen Fi wird wie folgt berechnet.
Fi
4M
F
n n d4
(16.11-1)
16.11.5 Grenzlast der Schale
Die Grenzlast der Schale, die zulässige Kraft Fi,max und der zulässige Druck Pmax werden wie folgt ermittelt.
1)
Berechnung des Beiwertes
d eff
(16.11-2)
D eq e a
Dabei ist: deff
= d2 bei Stützfüßen ohne Verstärkungsblech
= d3 bei Stützfüßen mit Verstärkungsblech
Die Definition von Deq ist 16.6.3 zu entnehmen.
390
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2)
Ermittlung der zulässsigen Kraft Fi,max
Fi,max f . e a2 .
ANMERKUNG
3)
cos
cos
, 3,6 0,912
182
(16.11-3)
Zur Anwendung dieser Gleichung auf verschiedene Lastfälle, siehe 3.16, Anmerkung 1.
Ermittlung des zulässigen Druckes Pmax
Pmax ist für eine Kugelschale definiert (siehe Abschnitt 7). Für einen elliptischen Boden ist als Durchmesser das
Doppelte des durch Gleichung (16.6-4) für x = d4/2 gegebenen Wertes für Deq zu verwenden.
4)
Prüfung ob folgende Bedingung erfüllt ist
Fi
Fi,max
5)
10
,
(16.11-4)
Prüfung ob folgende Bedingung erfüllt ist
2
Fi P . . d eff
/4
Fi,max
P
10
,
Pmax
(16.11-5)
Die Stützfüße sind auf die Möglichkeit von Knicken zu prüfen. Bei dieser Überprüfung sollten die Stützfüße auf
folgende Weise betrachtet werden:
a)
in der Bodenplatte angebracht, und
b)
freie seitliche Bewegung, aber keine freie Drehung im Behälter.
Die gleichen Ergebnisse können für Füße erreicht werden, die an beiden Seiten eingespannt sind, als Knicklänge
ist das Doppelte der tatsächlichen Stützfußlänge anzunehmen.
16.12 Stehende Behälter auf Standzargen
16.12.1
Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Regeln für die Auslegung von Standzargen an stehenden Behältern. Er behandelt die
Standzarge selbst sowie die lokalen Spannungen im Bereich der Verbindung von Standzarge und Druckbehälterwand sowie die Auslegung des Bodenrings.
16.12.2
Zusätzliche Symbole und Abkürzungen (siehe Bild 16.12-1 bis Bild 16.12-4)
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3:
a
Hebelarm durch Exzentrizität der Schalenwand
eB
Behälterwanddicke
eZ
Dicke der Standzarge
fZ
Zulässige Auslegungsspannung der Standzarge
fT
Zulässige Auslegungsspannung des Tragrings (Konstruktionsform A)
r
Innerer Krempenradius des torisphärischen Bodens
R
Innerer Wölbungsradius des torisphärischen Bodens
DB
Mittlerer Schalendurchmesser
DZ
Mittlerer Standzargendurchmesser
391
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
FZn
Kraft im betrachteten Schnitt (n p oder n q) der Standzarge
FG
Gewicht des Behälters ohne Inhalt
FG
Gewicht des Behälters unterhalb Schnitt 2-2
FF
Gewicht des Behälterinhalts
M
Globales Biegemoment bei betrachteter Höhe
M
Momentenerhöhung durch Schwerpunktänderung im Bereich des Ausschnitts
PH
Hydrostatischer Druck
W
Widerstandsmoment des Tragrings nach Bild 16.12-1
Spannungserhöhungsfaktor (siehe Gleichungen 16.12-33 bis 16.12-36)
a
Anschluss- bzw. Grenzwinkel eines gewölbten Bodens (siehe Bild 16.12-2)
Teil des Anschluss- bzw. Grenzwinkels (siehe Bild 16.12-2)
Spannung
Indizes:
a
Äußere, d. h. der Mittelachse abgewandte Schalenoberfläche
b
Biegespannungsanteil (hochgestellt)
m
Membranspannung (hochgestellt)
i
Innere Schalenoberfläche
o
Äußere Schalenoberfläche
p
Nachweisort, an dem der Momentenanteil mit positiven Vorzeichen in die Schnittkraft eingeht
(z. B. windzugewandte Seite)
q
Nachweisort, an dem der Momentenanteil mit negativen Vorzeichen in die Schnittkraft eingeht
(z. B. windabgewandte Seite)
1
Schnitt 1-1 (siehe Bilder 16.12-1 bis 16.12-4)
2
Schnitt 2-2
3
Schnitt 3-3
4
Schnitt 4-4
5
Schnitt 5-5
16.12.3
Verbindung von Standzarge und Schale
16.12.3.1 Anwendungsbedingungen
a)
Bei hohen stehenden Behältern sind die auf die Standzarge wirkenden Lasten nach Abschnitt 22 zu
bestimmen.
b)
Auf die Notwendigkeit des Vorhandenseins von Besichtigungsöffnungen ist zu achten.
16.12.3.2 Konstruktionsformen
Die in diesem Abschnitt beschriebenen Konstruktionsformen sind:
392
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a)
Konstruktionsform A: Zargenanschluss über Tragring im Zylinderbereich – Bild 16.12-1;
Standzarge zylindrisch oder kegelförmig mit Neigungswinkel 7° zur Achse;
b)
Konstruktionsform B: Zargenanschluss im Krempenbereich – Bild 16.12-2;
Standzarge zylindrisch oder kegelförmig mit Neigungswinkel 7°
zur Achse und im Bereich 0 20° direkt am Boden angeschweißt;
Wanddickenverhältnis 0,5 eB/ez 2,25;
Klöpperboden oder Korbbogenboden (wie in 7.2 definiert) oder elliptischer Boden mit einem Halbachsenverhältnis K 2 [K ist in Gleichung (7.5-18) definiert] und einer Dicke, die mindestens der eines Korbbogenbodens desselben Durchmessers entspricht;
c)
Konstruktionsform C: Übergeschobene Standzarge – Bild 16.12-3;
Über die Behälterschale geschobene und direkt angeschweißte zylindrische Standzarge;
Es wird vorausgesetzt, dass beiderseits der Anschlussnaht jeweils über eine Länge von 3eB keine Störungen
durch Ausschnitte, angeschlossene Böden, Behälterrundnähte usw. vorhanden sind;
Das Risiko von Spaltkorrosion ist zu beachten.
ANMERKUNG Außerhalb der vorstehenden Grenzabweichungen gelten 16.12.3.4.1 und 16.12.3.4.2 nicht. Allerdings ist
16.12.3.4.3 bei der Berechnung der bestehenden Spannungen mittels linearer Schalentheorien anwendbar.
393
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.12-1 — Konstruktionsform A: Zargenanschluss über Tragring
(Membrankräfte aus Eigengewicht und Fluidgewicht)
394
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.12-2 — Konstruktionsform B: Zargenanschluss im Krempenbereich
(Membrankräfte aus Eigengewicht und Fluidgewicht)
395
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.12-3 — Konstruktionsform C: Übergeschobene Standzarge
(Membrankräfte aus Eigengewicht und Fluidgewicht)
396
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(a) Schnitt 1-1 bis 5-5
(b) Schnitt 4-4
Bild 16.12-4 — Schematische Darstellung der Standzarge — Schnitte
16.12.3.3 Kräfte und Momente
Die Werte Fn und Mn am jeweils betrachteten Schnitt n 1 bis n 4 werden als Funktion der Kombination aller in
diesem Lastfall zu betrachtenden Lasten ermittelt (siehe Bild 16.12-4). Bei abgestufter Wanddicke in der Zarge
können weitere Nachweise erforderlich sein.
16.12.3.4 Nachweise in Anschlussbereichen (Schnitte 1-1, 2-2 und 3-3)
Im Anschlussbereich werden die in Bild 16.12-1 bis 16.12-3 festgelegten Schnitte 1 bis 3 nachgewiesen. Der
Nachweis ist für die Membran- und die Gesamtspannungen erforderlich, wobei jeweils nur die Längskomponenten
berücksichtigt werden.
Die Schnittkraft FZ in der Standzarge im Anschlussbereich ist abhängig von der Lage (n), d. h. je nachdem, ob das
Moment die Lastkomponente verstärkt (q) oder abschwächt (p):
FZp F1 FG FF 4
M1
DZ
(16.12-1)
397
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
FZq F1 FG FF 4
M1
DZ
(16.12-2)
Dabei ist
F1 die globale zusätzliche Axialkraft in Schnitt 1-1;
M1 das resultierende Moment aus äußeren Lasten in Schnitt 1-1 oberhalb der Verbindung zwischen druckbeaufschlagter Schale und Standzarge.
16.12.3.4.1 Membranspannungen
Das Nachweisverfahren für Membranspannungen ist für die Konstruktionsformen A, B und C gleich. Die Membranspannungen am Nachweisort in Schnitt 1-1 werden wie folgt berechnet.
m
1p
m
1q
FZp FG FF
DB eB
FZq FG FF
DB e B
P DB
4eB
(16.12-3)
P DB
4eB
(16.12-4)
Folgendes ist nachzuweisen:
m
1p
f
(16.12-5)
m
1q
f
(16.12-6)
Die erforderliche Mindestwanddicke in Schnitt 1-1 wird anhand der folgenden Gleichungen berechnet:
m
e1p
1 FZp FG FF P DB
f
4
DB
(16.12-7)
m
e1q
1 FZq FG FF P DB
f
4
DB
(16.12-8)
Die Berechnung dieser Wanddicke ist für Konstruktionsform A erforderlich.
Ist 1mp oder 1mq eine Druckspannung, muss ein Stabilitätsnachweis nach 16.14 geführt werden. Dieser Nachweis
kann entfallen, wenn die Längsspannungskomponente kleiner ist als der 1,6fache Wert der aus dem Lastfall
Vakuum oder Teilvakuum resultierenden Membran-Druckspannung in Meridianrichtung und dieser Lastfall nach
Abschnitt 8 nachgewiesen wurde. Dies gilt auch für andere Schnitte im zylindrischen Bereich der Schale.
Die Membranspannung in Schnitt 2-2 ist unabhängig vom Nachweisort; sie wird wie folgt berechnet:
m
m
2m 2q
2p
FF FG P DB
4eB
DB eB
(16.12-9)
Folgendes ist nachzuweisen:
2m f
398
(16.12-10)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die rechnerisch erforderliche Wanddicke in Schnitt 2-2 wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:
1 FG ZF P DB
4
f DB
e2m
(16.12-11)
Die Berechnung dieser Wanddicke ist für Konstruktionsform A erforderlich.
Die Membranspannungen in Schnitt 3-3 der Standzarge werden wie folgt berechnet:
m
3p
m
3q
FZp
DZ eZ
FZq
DZ eZ
(16.12-12)
(16.12-13)
Folgendes ist nachzuweisen:
m
3p
fZ
(16.12-14)
m
3q
fZ
(16.12-15)
Die rechnerisch erforderliche Wanddicke in Schnitt 3-3 wird anhand der folgenden Gleichungen berechnet:
e3mp
1 FZp
f Z DZ
(16.12-16)
e3mq
1 FZq
f Z DZ
(16.12-17)
Die Berechnung dieser Wanddicke ist für Konstruktionsform A erforderlich.
m
m
Ist 3p
oder 3q
eine Druckspannung, kann der Stabilitätsnachweis auch nach 16.14 geführt werden.
16.12.3.4.2 Biegespannungen
a)
Konstruktionsform A – Bild 16.12-1
Das lokale Biegemoment an den Nachweisorten p und q wird wie folgt berechnet:
M p 0,5DZ DB FZp
(16.12-18)
M q 0,5DZ DB FZq
(16.12-19)
Das Gesamtwiderstandsmoment des Tragrings am Nachweisort n wird wie folgt berechnet:
Wp
2
2 2
m2
m2
m2
DZ e Z DB eB h 2eB e1p e2 DB 0,5 eZ e3p DZ
4
(16.12-20)
Wq
2
m2
m2
DZ eZ DB eB h2 2eB2 e1q
e2m DB 0,5 eZ2 e3q
DZ
4
(16.12-21)
399
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei berücksichtigt der Faktor 0,5 im dritten Summanden die Art des Übergangs von der Standzarge zum
Tragring nach Bild 16.12-1. Sind die zulässigen Spannungen f der Schale und/oder fZ der Standzarge geringer als
die des Tragrings fT, ist der zweite und/oder dritte Summand in den Gleichungen (16.12-20) und (16.12-21) im
Verhältnis der jeweiligen zulässigen Spannungen f/fT und/oder fZ/fT zu reduzieren.
b)
Konstruktionsform B – Bild 16.12-2
Die Exzentrizität a der Schalenachse verursacht am Nachweisort n folgendes Biegemoment:
M p a FZp
(16.12-22)
M q a FZq
(16.12-23)
a 0,5 eB2 eZ2 2eBeZcos
(16.12-24)
D e DZ eZ
cos 1 B B
2r eB
(16.12-25)
mit
Die entsprechenden Biegespannungen in den Schnitten 1-1 bis 3-3 an der äußeren Oberfläche (a) werden wie folgt
berechnet:
b
b
1p
a 2p
a C
b
b
a 2q
a C
1q
b
a C
3p
b
a C
3q
6M p
(16.12-26)
DBeB2
6M q
(16.12-27)
DBeB2
6M p
(16.12-28)
DZ eZ2
6M q
(16.12-29)
DZ eZ2
Der Korrekturfaktor C kann im Bereich 0,5 eB/eZ 2,25 näherungsweise wie folgt angesetzt werden:
C 0,63 0,057(eB/eZ)2
(16.12-30)
Diese Abhängigkeit wurde anhand numerischer Berechnungen mit dem Finite-Elemente-Verfahren ermittelt.
Aufgrund der großen Anzahl der Parameter wird eine Vereinfachung vorgenommen, die unter bestimmten
Umständen zu einer beträchtlichen Überdimensionierung führen kann, z. B. bei Korbbogenböden.
Diese Biegespannungskomponenten überlagern sich im Bereich der Schnitte 1-1 und 2-2 durch den
Biegespannungsanteil, der durch den Innendruck in der Krempe verursacht und wie folgt berechnet wird.
1b p 2b p
400
P PH DB 1
4eB
a
(16.12-31)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Der Spannungserhöhungsfaktor wird wie folgt ermittelt:
1)
Der Zwischenwert y wird wie folgt berechnet:
y 125eB/DB
2)
(16.12-32)
Für Kloepperböden (mit a 45°)
für eB/DB 0,008:
9,3341 2,2877 y 0,33714 y 2
(16.12-33)
für eB/DB 0,008:
6,37181 2,71828 16,1y 3,6366 2,71828 1,61536 y 6,6736
3)
(16.12-34)
Für Korbbogenböden oder elliptische Böden, die die Anforderungen nach 16.12.3.2 b) erfüllen (mit
a 40°)
für eB/DB 0,008:
4,2 0,2 y
(16.12-35)
für eB/DB 0,008:
1,51861 2,71828 4,2335 y 3,994
c)
(16.12-36)
Konstruktionsform C – Bild 16.12-3
Die Exzentrizität a der Schalenachse verursacht am Nachweisort n folgendes Biegemoment:
M p 0,5DZ DB FZn
(16.12-37)
M q 0,5DZ DB FZq
(16.12-38)
Die resultierenden Biegespannungen werden wie folgt berechnet:
In den Schnitten 1-1 und 2-2:
b
b
2p
1p
b
b
2q
1q
3M p
DB eB2
3M q
DB eB2
(16.12-39)
(16.12-40)
In Schnitt 3-3:
b
3p
b
3q
6M p
DZ eZ2
6M q
DZ eZ2
(16.12-41)
(16.12-42)
401
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die durch den Druck verursachten Biegespannungen werden vernachlässigt, z. B.:
1b p 2b p 0
(16.12-43)
16.12.3.4.3 Gesamtspannungen und Festigkeitsbedingungen
Die Gesamtspannungen werden wie folgt ermittelt:
a)
Konstruktionsform A
An jedem Nachweisort muss die Festigkeitsbedingung wie folgt nachgewiesen werden:
1)
Nachweisort p: mit Mp aus Gleichung (16.12-18) und Wp aus Gleichung (16.12-20)
M p / Wp f T
2)
Nachweisort q: mit Mq aus Gleichung (16.12-19) und Wq aus Gleichung (16.12-21)
M q / Wq f T
b)
(16.12-44)
(16.12-45)
Konstruktionsformen B und C
1)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort p in Schnitt 1-1 werden anhand der folgenden Gleichungen
ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
m
b
b
1tot
pi 1p 1p a 1 p
(16.12-46)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
a 1b p
1po
1p
1p
2)
(16.12-47)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort q in Schnitt 1-1 werden anhand der folgenden Gleichungen
ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
m
b
b
1tot
qi 1q 1q a 1 p
(16.12-48)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
a 1b p
1qo
1q
1q
3)
(16.12-49)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort p in Schnitt 2-2 werden anhand der folgenden Gleichungen
ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
tot
m
b
2pi
2p
2p
a 2b p
(16.12-50)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
a 2b p
2po
2p
2p
402
(16.12-51)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
4)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort q in Schnitt 2-2 werden wie folgt ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
tot
m
b
a 2b p
2qi
2q
2q
(16.12-52)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
a 2b p
2qo
2q
2q
5)
(16.12-53)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort p in Schnitt 3-3 werden wie folgt ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
tot
m
b
3pi
3p
3p
(16.12-54)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
3po
3p
3p
6)
(16.12-55)
Die Gesamtspannungen am Nachweisort q in Schnitt 3-3 werden wie folgt ermittelt.
auf der Innenfaser (i)
tot
m
b
3qi
3q
3q
(16.12-56)
auf der Außenfaser (o)
tot
m
b
3qo
3q
3q
7)
(16.12-57)
Im Fall von zähen Werkstoffen müssen die nach den Gleichungen (16.12-46) bis (16.12-57) berechneten
Gesamtspannungen folgende Gleichungen erfüllen, wobei fs die Auslegungsspannung für jedes Teil ist.
Schnitt 1-1
tot
1pi
f S 3
2
m
1 1p
1,5 f
(16.12-58)
2
m
1 1p
1,5 f
(16.12-59)
2
m
1 1q
1,5 f
(16.12-60)
2
m
1 1q
1,5 f
(16.12-61)
tot
1po
fS 3
tot
f S 3
1qi
tot
f S 3
1qo
403
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Schnitt 2-2
tot
f S 3
2pi
2
m
1 2p
1,5 f
(16.12-62)
2
m
1 2p
1,5 f
(16.12-63)
2
m
1 2q
1,5 f
(16.12-64)
2
m
1 2q
1,5 f
(16.12-65)
2
m
1 3p
1,5 f Z
(16.12-66)
2
m
1 3p
1,5 f Z
(16.12-67)
2
m
1 3q
1,5 f Z
(16.12-68)
2
m
1 3q
1,5 f Z
(16.12-69)
tot
f S 3
2po
tot
fS 3
2qi
tot
f S 3
2qo
Schnitt 3-3
tot
f S 3
3pi
tot
f S 3
3po
tot
f S 3
3qi
tot
fS 3
3qo
16.12.4
Auslegung von Standzargen mit Ausschnitten und ohne
16.12.4.1 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
d
Mittlerer Durchmesser der Ausschnittversteifung (siehe Bild 16.12-5)
ea3
Berechnungswanddicke der Wanddicke der Standzarge e3
eat
Berechnungswanddicke der Versteifungsdicke et (siehe Bild 16.12-5)
ht
Länge des Außenteils der Ausschnittversteifung (siehe Bild 16.12-5)
lt
Gesamtlänge der Ausschnittversteifung (siehe Bild 16.12-5)
(i
Index des Ausschnitts, sofern mehr als ein Ausschnitt vorhanden ist
yG
Abstand zwischen der neutralen Faser und dem Schwerpunkt an Schnitt 4-4
ymax
Größter Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Außenkante an Schnitt 4-4
404
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
A4
Querschnittsfläche mit Ausschnitten an Schnitt 4-4 einschließlich der Berechnungswanddicken
von Standzarge und Stutzen
D3
Innendurchmesser der Standzarge
F4
Vertikal an Schnitt 4-4 wirkende Druckkraft, siehe Bild 16.12-4
Fc,max
Maximale Druckkraft nach Gleichung 16.14-2, wobei c,all Gleichung 16.14-20 entspricht, wie
in Tabelle 22-1 festgelegt
M4
An Schnitt 4-4 wirkendes Biegemoment, siehe Bild 16.12-4
Mmax
Maximales Biegemoment nach Gleichung 16.14-3, wobei c,all Gleichung 16.14-20 entspricht,
wie in Tabelle 22-1 festgelegt
W4
Widerstandsmoment des Querschnitts mit Ausschnitten an Schnitt 4-4, einschließlich der
Berechnungswanddicken von Standzarge und Stutzen
Halber Öffnungswinkel, siehe Bild 16.12-4 (b)
1, 2
Verschwächungsbeiwerte der Fläche und Elastizitätsmodul des Querschnitts 4-4
16.12.4.2 Nachweis der Standzargenbereiche ohne Ausschnitte
Bei Standzargen ohne Ausschnitte und in Standzargenbereichen, in denen keine Ausschnitte vorhanden sind, ist
der Nachweis der Auslegung nach 22.6.3 durchzuführen.
ANMERKUNG Querschnitte unterhalb von Bereichen mit Ausschnitten können bestimmt werden, da die einwirkenden Kräfte
und Momente höher sind.
16.12.4.3 Nachweis der Standzargenbereiche mit Ausschnitten
Zu bestimmen sind die in Querschnitt 4-4 wirkenden Werte für F4 und M4 sowie Fc,max und Mmax mit c,all für alle
Lastfälle nach Tabelle 22-1.
Der Nachweis nach Gleichung 16.12-70 ist für den Querschnitt durchzuführen, der die
Verschwächungswirkung aufweist, z. B. bei dem Höchstwert des linken Terms in Gleichung 16.12-70.
größte
M 4 F4 yG
F4
1,0
Ψ 1 Fc,max
Ψ 2 M max
(16.12-70)
4 W 4
A4
Ψ
min
1;
und
mit: Ψ 1 min 1;
2
2
D3 ea3
D3 ea3
(16.12-71)
405
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.4.4 Querschnittsparameter für Querschnitt mit einem Ausschnitt
Bild 16.12-5 —Querschnitt der Standzarge mit einem Ausschnitt
Der halbe Öffnungswinkel wird in Gleichung 16.12-72 bestimmt, und die Parameter A4, W4 und yG des
Querschnitts sind in den Gleichungen 16.12-73 bis 16.12-75 angegeben.
d
D3
arcsin
(16.12-72)
A4 AS At
(16.12-73)
mit:
AS D3 ea3
und
yG
0,5 D3 ea3 d 2 lt eat yt
A4
(16.12-74)
mit:
yt 0,5 D3 cos ht 0,5 lt
2
I At yt2 lt2 / 12 A4 yG
W4 S
ymax
mit:
I S sin cos ea3 0,5 D3 3
und
ymax max 0,5 D3 cos ht yG ; 0,5 D3 yG
406
(16.12-75)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.4.5 Querschnittsparameter für Querschnitt mit mehr als einem Ausschnitt
In dem allgemeinen (aber seltenen) Fall, dass mehrere vergleichbar große Ausschnitte im Schnitt 4-4 vorhanden
sind (siehe Bild 16.12-6 mit dem Beispiel für zwei Ausschnitte), sind die Parameter A4, W4 und yG des gesamten
Querschnitts entsprechend zu berechnen.
Bild 16.12-6 — Querschnitt der Standzarge mit zwei Ausschnitten
ANMERKUNG Während die Schnittfläche A4 einfach berechnet wird durch Einsetzen von Ati statt At sowie i statt
in der Gleichung für AS, erfordert die Berechnung des elastischen Schnittmoduls W4 die Bestimmung der schwächsten Achse
mit den entsprechenden Abständen yG und ymax sowie der Flächenträgheitsmomente in dieser Richtung unter Verwendung der
Regeln für die Umrechnung der Flächenträgheitsmomente aufgrund von Translation und Rotation.
In dem besonderen (aber üblichen) Fall, dass ein großer sowie ein kleiner oder mehrere kleine Ausschnitt(e) in
Schnitt 4-4 vorhanden sind, ist das folgende Verfahren anwendbar:
1.
Nachweis, dass die Bedingung 16.12-76 für jeden der kleinen Ausschnitte i erfüllt ist:
At,i 2 lt,i eat,i A ,i i D3 ea3
(16.12-76)
Wodurch die Begrenzung: lt,i 8 eat,i eingehalten ist.
2.
Ist Bedingung 16.12-76 nicht erfüllt, ist die Versteifungsfläche At,i des jeweiligen Ausschnitts zu vergrößern.
3.
Die Bedingungen und Gleichungen 16.12-70 bis 16.12-75 sind anzuwenden, wobei nur der eine große
Ausschnitts in Schnitt 4-4 berücksichtigt wird.
16.12.5
Auslegung von Verankerungsschrauben und Bodenring für Standzargen
16.12.5.1 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
b1
Radiale Breite der Auflageplatte
b2
Äußere radiale Breite der Auflageplatte (Außenradius der Auflageplatte abzüglich Außenradius
der Standzarge)
Hebelarm der Schrauben (Lochkreisradius abzüglich Außenradius der Standzarge)
b3
b4
Breite der Deckplatte in Umfangsrichtung für Typ 3 (mindestens der Abstand b6 plus zweimal
en7 und zweimal die Kehlnahtstützfüße (siehe Bild 16.12-9))
407
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b5
b6
b7
b8
dB0
Radiale Breite der Deckplatte oder oberen Ringplatte (Außenradius der Deckplatte abzüglich
Außenradius der Standzarge)
Abstand (gemessen als Bogenlänge des Lochkreisdurchmessers) zwischen Rippen oder
Tragplatten mit zwischenliegenden Schrauben für Typ 2 und Typ 4, Version B sowie Typ 3
(siehe Bild 16.12-8,16.12-9 und 16.12-10)
Abstand (gemessen als Bogenlänge des Lochkreisdurchmessers) zwischen Rippen oder
Tragplatten ohne zwischenliegende Schrauben für Typ 2 und Typ 4, Version B sowie Typ 3
(siehe Bild 16.12-8,16.12-9 und 16.12-10), jedoch mit zwischenliegenden Schrauben für Typ 2
und Typ 4, Version A
Abstand (gemessen als Bogenlänge des Lochkreisdurchmessers) zwischen
Verankerungsschrauben
Nenndurchmesser der Schrauben
fC
Berechnungsnennspannung für die Standzargenwand nach Tabelle 22-1 in Abhängigkeit von
der Lastbedingung
Berechnungsnennspannung für die Auflageplatte nach Tabelle 22-1 in Abhängigkeit von der
Lastbedingung
Berechnungsnennspannung für die Deckplatte oder obere Ringplatte nach Tabelle 22-1 in
Abhängigkeit von der Lastbedingung
Berechnungsnennspannung für die Rippen oder Tragplatte nach Tabelle 22-1 in Abhängigkeit
von der Lastbedingung
Berechnungsnennspannung für die Verankerungsschrauben nach Tabelle 22-1 in Abhängigkeit
von der Lastbedingung
Zulässige Druckspannung für Beton bei Dauereinwirkung
en3
Nennwanddicke der Standzarge
ea3
Berechnungswanddicke der Standzarge
en4
Nennwanddicke der Auflageplatte
ea4
Berechnungswanddicke der Auflageplatte
en5
Nennwanddicke der Deckplatten oder oberen Ringplatte
ea5
Berechnungswanddicke der Deckplatten oder oberen Ringplatte
en7
Nennwanddicke der Rippen oder Tragplatten
ea7
Berechnungswanddicke der Rippen oder Tragplatten
h1
Höhe der Rippen oder Bodenringbaugruppe
h1S
Höhe der Tragplatten (h1S h1 ea4 ea5)
nB
Anzahl der Verankerungsschrauben
AB
Zugspannungsfläche einer Schraube
D3
Innendurchmesser der Standzarge
D4
Innendurchmesser der Tragplatte
DBC
Lochkreisdurchmesser
DCR
Mittlerer Durchmesser der Bodenringplatte (DCR D4 b1)
E7
Elastizitätsmodul der Rippen oder Tragplatten
FB
Schraublast auf einer Schraube nach 16.12.5.2
FB,d
Nennschraublast auf einer Schraube nach 16.12.5.2
FC
Auf den Beton unter der gesamten Auflageplatte wirkende Last nach 16.12.5.2
FC,d
Auf den Beton unter der gesamten Auflageplatte wirkende Auslegungslast nach 16.12.5.2
f3
f4
f5
f7
fB
408
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.2 Auf Verankerungsschrauben und den Beton wirkende Kräfte
Die maximalen auf die Verankerungsschraube wirkenden Kräfte FB und die maximale auf den Beton wirkende Kraft
FC aufgrund der in Schnitt 5-5 wirkenden globalen Axialkraft F5 und des globalen Biegemoments M5 (siehe
Bild 16.12-4) sind durch Gleichung (16.12-77) bzw. (16.12-78) zu berechnen:
1
4 M5
FB
F5
nB
DBC
(16.12-77)
4M5
FC
F5
DCR
(16.12-78)
ANMERKUNG Für hohe stehende Behälter sind F5 und M5 in Tabelle 22-2 als Vertikalkraft FV bzw. als Biegemoment MB für
die unterschiedlichen Lastbedingungen festgelegt.
Der erforderliche Nenndurchmesser der Schraube dB0 kann nach Gleichung (16.12-79) berechnet oder ausgewählt
und anschließend durch Gleichung (16.12-85) nachgewiesen werden. Die Berechnungen gelten nur für
korrosionsgeschützte Verankerungsschrauben.
d B0
4 FB
B
fB
(16.12-79)
wobei
0,9382 P, dabei ist P die Schraubent eilung für metrische Schrauben, siehe ISO 261
0,9743 P, dabei ist P die Schraubent eilung für UN, UNR - Schrauben, siehe ASME B 1.1
B
Die während der Montage auf die Verankerungsschrauben aufgebrachte Vorspannkraft FA und das zugehörige
Drehmoment Mt sind mittels Gleichung (16.12-80) bzw. (16.12-81) zu berechnen:
FA Φ AB fB,op
fB,op
Berechnungsnennspannung von Verankerungsschrauben für Betriebszustand nach 22.3
Montagebeiwert (empfohlener Wert = 0,5)
M t FA dB0
(16.12-80)
(16.12-81)
effektiver Reibungsbeiwert (empfohlener Wert 0,2 als Kombination der Reibung im Gewinde und an
der Mutter bei ungeschmiertem Drehmomentenanzug)
AB
2
dBe
4
(16.12-82)
dBe effektiver Schraubendurchmesser Zugspannungs-Durchmesser der Schraube ( dBe dB0 B )
B siehe oben
Die auf die Verankerungsschrauben aufgebrachte Berechnungskraft FB,d und die auf den Beton wirkende
Berechnungskraft FC,d sind durch Gleichung (16.12-83) bzw. (16.12-84) festgelegt:
FB,d maxFA ; FB
(16.12-83)
FC,d maxnB FA ; FC
(16.12-84)
409
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.3 Spannungsnachweise für Verankerungsschrauben und Beton
Der Nachweis der auf die Verankerungsschrauben aufgebrachten Zugspannung ist in Gleichung (16.12-85)
angegeben:
B
FB,d
AB
ANMERKUNG
fB
(16.12-85)
Eine Überprüfung der Rohrausziehlast in Beton für FB,d ist im Bauwesen erforderlich.
Der Nachweis der auf den Beton unterhalb der Auflageplatte des Bodenrings wirkenden Druckspannung ist in
Gleichung (16.12-86) angegeben:
C
fC
FC,d
DCR b1
f C fcd / 1,35
(16.12-86)
zulässige Beton-Druckspannung für Dauerbeanspruchung
fCd zulässige Beton-Druckfestigkeit nach EN 1992-1-1, 3.16, mit den spezifischen im Nationalen Anhang der
Länder festgelegten Werten
Empfohlene konservative Werte fC nur für vorläufige Auslegung (ingenieurtechnisch nachzuweisen):
Festigkeitsklasse des Betons
Zulässige Beton-Druckspannung fC
C20
C25
C30
C35
5,9 MPa
7,4 MPa
8,9 MPa
10,4 MPa
Die Breite b1 der Auflageplatte des Bodenrings ist unter Einhaltung von Gleichung (16.12-87) auszuwählen:
b1
FC,d
(16.12-87)
DCR f C
16.12.5.4 Auslegung von Bodenringanordnungen
16.12.5.4.1 Typen von Bodenringanordnungen
Vier Typen von Bodenringen werden behandelt:
Typ 1:
Einfache Auflageplatte (siehe Bild 16.12-7), nachzuweisen nach 16.12.5.4.3
Typ 2:
Auflageplatte mit Rippen (siehe Bild 16.12-8), nachzuweisen nach 16.12.5.4.4
Typ 3:
Auflageplatte mit Sitzen (siehe Bild 16.12-9), nachzuweisen nach 16.12.5.4.5
Typ 4:
Auflageplatte mit oberer Ringplatte (siehe Bild 16.12-10), nachzuweisen nach 16.12.5.4.6
16.12.5.4.2 Allgemeine Anwendungsbedingung für die Typen
für Typ 1 und Typ 2
2dB0 30 mm b2
410
2
b1
3
(16.12-88a)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
und für Typ 3 und Typ 4
2dB0 30 mm b5
2
b1
3
und
b2 b5
(16.12-88b)
mindB0 45 mm;1,5 dB0 10 mm b3 max b2 ; b5 (dB0 10 mm)
(16.12-89)
ANMERKUNG
Gleichung (16.12-89) stellt ausreichend Platz für die Montage der Muttern sicher.
Die Schweißverbindungen zwischen den verschiedenen Platten und zwischen den Platten und der Standzarge
müssen als beidseitige Kehlnähte ausgeführt sein. Die minimale Kehlnahtdicke sollte der Hälfte der Dicke der
dünneren der verbundenen Teile entsprechen.
Legende
1 Auflageplatte
2 Standzarge
Bild 16.12-7 — Typ 1 – Einfache Auflageplatte
411
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1 Auflageplatte
2 Rippen
3 Standzarge
Bild 16.12-8— Typ 2 – Auflageplatte mit Rippen
412
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1 Auflageplatte
2 Tragplatten
3 Deckplatten
4 Standzarge
Bild 16.12-9 — Typ 3 – Auflageplatte mit Sitzen
413
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1 Auflageplatte
2 Tragplatten
3 obere Ringplatte
4 Standzarge
Bild 16.12-10 — Typ 4 – Auflageplatte mit oberer Ringplatte
414
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.4.3 Nachweise für Typ 1 – Einfache Auflageplatte
Die Nenndicke en4 der Auflageplatte muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Berechnungsdicke ea4 der Auflageplatte:
3 C 4 nB FB b3
ea 4 max b2
;
für FB 0
D3 f 4
f4
ea 4 b2
3 C
für FB 0
f4
(16.12-90a)
(16.12-90b)
Wenn die Dicke e4 der Auflageplatte ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Auflageplatte die
Bedingung (16.12-91) erfüllen:
3 b 2 4 n F b
B B 3 f für F 0
max c 22 ;
4
B
D3 ea4 2
ea 4
3 c b2 2
ea 4 2
f 4 für FB 0
(16.12-91a)
(16.12-91b)
FB Schraubenkraft nach (16.12-77)
C Betonspannung nach (16.12-86)
Ergibt Typ 1 keine geeigneten Ergebnisse, stehen die anderen drei Typen (2 oder 3 oder 4) mit höherer
Tragfähigkeit zu Verfügung.
16.12.5.4.4 Nachweise für Typ 2 – Auflageplatte mit Rippen
Die Anzahl der Rippen entspricht der Anzahl von Schrauben (Version A nach Bild 16.12-8) oder dem 2fachen der
Anzahl von Schrauben (Version B nach Bild 16.12-8); die Rippen sind symmetrisch um die Schrauben angeordnet,
und ihre Höhe h1 muss mindestens dem 2fachen der Breite entsprechen b2(h1 2b2).
16.12.5.4.4.1 Nachweise der Auflageplatte
Die Nenndicke en4 der Auflageplatte muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Erforderliche Berechnungsdicke ea4 der Auflageplatte:
3 C
F
ea4 max 1 b2
; 2 B für FB 0
f4
f 4
(16.12-92a)
415
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ea 4 1 b2
3 C
für FB 0
f4
(16.12-92b)
Wenn die Dicke e4 der Auflageplatte ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Auflageplatte
Bedingung (16.12-93) erfüllen:
3 b 2
F
max C 2 12 ; B 22 f 4 für FB 0
2
2
ea4
ea4
3 Cb22
ea4 2
(16.12-93a)
12 f 4 für FB 0
(16.12-93b)
FB Schraubenkraft nach (16.12-77)
C Betonspannung nach (16.12-86)
mit
3
b2
1
1
,
81
bχ
1
3
1 2,97 b2
bχ
2
(16.12-94)
für Version A
b
b 7
max b6 ; b7 für Version B
2
(16.12-95)
b
e
3 Z 1 s
b
b
Y
Y
e b
1 s Z
bY bY
b
bY 7
b6
(16.12-96)
2
für Version A
für Version B
(16.12-97a)
bZ b2
es
(16.12-97b)
Breite über den Ecken der Verankerungsmuttern
Für metrische Muttern sind die folgenden Werte für es anwendbar:
Größe
M16
M20
M24
M30
M36
M42
M48
M56
M64
M72
M80
M90
M100
M110
M120
es in mm
26
34
40
51
61
72
84
94
105
117
128
145
162
173
190
416
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.4.4.2
Nachweise der Rippen
Berechnungsdicke ea7 der Rippenplatte:
ea7 b2 max C 3 4 ; 3 C 3 5
f7
f 7
(16.12-98)
Wenn die Dicke e7 der Rippenplatten ausgewählt wird, muss der Nachweis der Rippenplatte Bedingung (16.12-99)
erfüllen:
2
b2
b2
C
3 max 4 ;
f7
5
ea7
e
a7
(16.12-99)
C Betonspannung nach (16.12-86)
2
für Version A
1 2 b / b
2 8
mit: 3
1
1
für Version B
1 2 b2 / b6 1 2 b2 / b7
(16.12-100)
2
2
2
b
b
4 1 3 2 3 2
h1
h1
2
2
f h b
5 1,8 7 1 1 2
E7 b2 h1
(16.12-101)
2
(16.12-102)
ANMERKUNG Die ersten Terme des Maximums in Gleichung (16.12-98) und (16.12-99) ergeben sich aus dem Schutz
gegen dauerhaftes Versagen, und die zweiten Terme ergeben sich aus dem Schutz gegen Stabilitätsverlust mit einem
Sicherheitsbeiwert von 3.
16.12.5.4.4.3
Nachweis der Standzarge an den Rippen
Der Nachweis der Standzarge unter Beanspruchung mit Streckenlasten (in Längsrichtung) durch die Rippen ist
übernommen aus 16.6.6 bis 16.6.8.
2
b2 b2
6 K13 K14
3
f3
4 K1 K 2
ea3 h1
C
(16.12-103)
mit:
C Betonspannung nach (16.12-86)
3 geometrische Parameter nach Gleichung (16.12-100)
h1
D3 ea3
(16.12-104)
417
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
K13
1
1,2 1 0,062
K 14
1
0 ,6 1 0 ,03 2
v1 min0,08;0,20
K1
3
1 1 9 v12
1,25
K2
1,05
für Bedingungen bei Betrieb und Abschaltung
für Bedingungen bei Prüfung und Aufstellung
(16.12-105)
(16.12-106)
(16.12-107)
(16.12-108)
(16.12-109)
ANMERKUNG 1 Gleichung (16.12-108) folgt aus (16.6-7) bei v2 0, da keine Membranspannung in Umfangsrichtung aufgrund
von Druck in der Standzarge auftritt.
ANMERKUNG 2 Ergibt Typ 2 keine geeigneten Ergebnisse, stehen die beiden anderen Typen (3 oder 4) mit höherer
Tragfähigkeit zu Verfügung.
16.12.5.4.5 Nachweise für Typ 3 – Auflageplatte mit Sitzen
Die Anzahl von Sitzen muss der Anzahl der Schrauben entsprechen. Die Sitze müssen symmetrisch um die
Schrauben angeordnet sein, und ihre Höhe h1 muss mindestens dem 2fachen der Breite entsprechen b2(h1 > 2b2).
16.12.5.4.5.1
Nachweis der Auflageplatte
Die Nenndicke en4 der Auflageplatte muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Berechnungsdicke ea4 der Auflageplatte:
ea 4 1 b2
3 C
f4
(16.12-110)
Wenn die Dicke en4 der Auflageplatte ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Auflageplatte
Bedingung (16.12-111) erfüllen:
3 Cb22
ea 4 2
12 f 4
mit:
C Betonspannung nach (16.12-86)
1 geometrische Parameter nach Gleichung (16.12-94)
mit b max b6 ; b7
418
(16.12-111)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.4.5.2
Nachweis der Deckplatten
Die Nenndicke en5 der Deckplatten muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Berechnungsdicke ea5 der Deckplatten:
ea5 2
FB,d
f5
(16.12-112)
Wenn die Dicke e5 der Deckplatten ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Deckplatten
Bedingung (16.12-113) erfüllen:
FB,d
ea5
2
22 f5
(16.12-113)
FB,d
Berechnungsschraubenkraft nach (16.12-83)
C
Betonspannung nach (16.12-86)
2
geometrische Parameter nach Gleichung (16.12-96), mit bY b6 und bZ b5
16.12.5.4.5.3
Nachweis der Tragplatten
Die Berechnungsdicke ea5 der Tragplatten kann durch Iteration unter Verwendung von Gleichung (16.12-114) und
(16.12-116) berechnet werden. Die Iteration kann beginnen mit 6 0:
ea7
FB,d
2 b2 f7
1 62
(16.12-114)
Wenn die Dicke e7 der Tragplatten ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Tragplatten
Bedingung (16.12-115) erfüllen:
FB,d
2 b2 ea7
6 2,5
FB,d
1 62 f7
f 7 b2
E 7 ea7
(16.12-115)
2
(16.12-116)
Berechnungsschraubenkraft nach (16.12-83)
ANMERKUNG Die ersten Terme unter der Quadratwurzel in Gleichung (16.12-114) und (16.12-115) ergeben sich aus dem
Schutz gegen dauerhaftes Versagen, und die zweiten Terme ergeben sich aus dem Schutz gegen Stabilitätsverlust mit einem
Sicherheitsbeiwert von 3.
16.12.5.4.5.4
Nachweis der Standzarge an den Deckplatten
Der Nachweis der Standzarge unter Beanspruchung mit Streckenlasten (in Umfangsrichtung) durch die Deckplatte
ist übernommen aus 16.6.6 bis 16.6.8.
419
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
FB b3 K13
f3
ea23 h1 K1 K 2
(16.12-117)
mit:
FB die Schraubenkraft nach (16.12-77).
b4
(16.12-118)
D3 ea3
K13
1
(16.12-119)
1,2 1 0,602
v1 min0,08 ;0,30
2
(16.12-120)
nB FB
D3 ea3 f 3 K 2
(16.12-121)
K2 nach Gleichung (16.12-109)
K1
1 22
2
(16.12-122)
1
1
2 2
1 2 1 2 (1 2 ) 1
3
3
16.12.5.4.5.5
Nachweise für Typ 4 – Auflageplatte mit oberer Ringplatte
Die Anzahl der Seitenplatten muss der Anzahl von Schrauben (Version A nach Bild 16.12-8) oder dem 2fachen der
Anzahl von Schrauben (Version B nach Bild 16.12-8) entsprechen. Die Tragplatten müssen symmetrisch um die
Schrauben angeordnet sein, und ihre Höhe h1S muss mindestens dem 2fachen der Breite entsprechen
b2(h1S 2b2).
Nachweis der Auflageplatte:
Die Nenndicke en4 der Auflageplatte muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Berechnungsdicke ea4 der Auflageplatte:
ea 4 1 b2
3 C
f4
(16.12-123)
Wenn die Dicke e4 der Auflageplatte ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Auflageplatte
Bedingung (16.12-124) erfüllen:
3 c b2 2
ea 4
2
12 f 4
mit:
C Betonspannung nach (16.12-86)
420
(16.12-124)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1 geometrische Parameter nach Gleichung (16.12-94), wobei b Gleichung (16.12-95) entspricht
Nachweis der Deckplatten:
Die Nenndicke en5 der Deckplatten muss mindestens der Nennwanddicke en3 der Standzarge entsprechen.
Berechnungsdicke ea5 der Deckplatten:
ea5 2
FB,d
f5
(16.12-125)
Wenn die Dicke e5 der Deckplatten ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Deckplatten
Bedingung (16.12-126) erfüllen:
FB,d
ea5
2
22 f 5
(16.12-126)
FB,d
Berechnungsschraubenkraft nach (16.12-83)
C
Betonspannung nach (16.12-86)
2
geometrische Parameter nach Gleichung (16.12-96),
wobei bY Gleichung (16.12-97a) entspricht und bZ b5
Nachweis der Tragplatten:
Die Berechnungsdicke ea7 der Tragplatten kann durch Iteration unter Verwendung von Gleichung (16.12-127) und
(16.12-129) berechnet werden. Die Iteration kann beginnen mit 6 0:
ea7
FB,d
nS b2 f 7
1 62
(16.12-127)
Wenn die Dicke e7 der Tragplatten ausgewählt wird, muss der Spannungsnachweis der Tragplatten
Bedingung (16.12-128) erfüllen:
FB,d
nS b2 ea7
1 62 f 7
(16.12-128)
mit:
6 2,5
f 7 b2
E7 ea7
2
1 für Version A
nS
2 für Version B
FB,d
(16.12-129)
(16.12-130)
Berechnungsschraubenkraft nach (16.12-83)
ANMERKUNG Die ersten Terme unter der Quadratwurzel in Gleichung (16.12-127) und (16.12-128) ergeben sich aus dem
Schutz gegen dauerhaftes Versagen, und die zweiten Terme ergeben sich aus dem Schutz gegen Stabilitätsverlust mit einem
Sicherheitsbeiwert von 3.
421
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.12.5.4.5.6
Nachweis der Standzarge an der oberen Ringplatte
Der Nachweis der Standzarge unter Beanspruchung mit Streckenlasten (in Umfangsrichtung) durch die obere
Ringplatte ist übernommen aus 16.6.6 bis 16.6.8.
FB b3 K13
f3
ea23 h1 K1 K 2
(16.12-131)
mit:
Schraubenkraft nach (16.12-77)
FB
K1, K2, K13 nach Gleichungen (16.12-119) bis (16.12-122)
aber:
b8
D3 ea3
(16.12-132)
16.13 Stehende Behälter mit Ringlagerung
16.13.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen an die Auslegung von Tragringen und Ringträgern. Der Ring wird von
mehreren gleichmäßig verteilten Stützen oder einer einzigen, über den gesamten Umfang des Rings laufenden
Stütze getragen.
16.13.2 Definitionen
16.13.2.1
Tragring:
Tragringe sind mit dem Behälter fest verschweißt, so dass die Behälterwand einen Teil der Belastung übernimmt.
(siehe Bild 16.13-1(a))
16.13.2.2
Ringträger:
Ringträger sind mit dem Behälter nicht fest verbunden (siehe Bild 16.13-1(b))
16.13.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen (siehe Bilder 16.13-1 und 16.13-2)
Folgende Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3.
b
Ringbreite (siehe Bild 16.13-2);
d1
Innendurchmesser des Behälters;
d2
Außendurchmesser des Behälters;
d3
Innendurchmesser des Rings;
d4
Außendurchmesser des Rings;
d5
Durchmesser zum Querkraftmittelpunkt;
d6
Durchmesser zur Streckenlast;
d7
Durchmesser zur Stützenkraft;
422
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
e1
Behälterwanddicke;
e3
Dicke des Rings (siehe Tabelle 16.13-2);
e4
Dicke des Rings (siehe Tabelle 16.13-2);
e5
Dicke des Rings (siehe Tabelle 16.13-2);
fT
zulässige Spannung des Ringwerkstoffs;
f *T
reduzierte zulässige Spannung des Ringwerkstoffs;
h
Höhe des Rings (siehe Bild 16.13-2);
mb
Zulässiges Einheitsbiegemoment (siehe Tabelle 16.13-1);
mt
Zulässiges Einheitstorsionsmoment (siehe Tabelle 16.13-1);
ns
Anzahl lokaler Stützen des Rings;
q
Streckenlast;
qt
Zulässige Einheitsquerkraft (siehe Tabelle 16.13-2);
t0
Abstand;
AT
Querschnittsfläche des Rings (siehe Bild 16.13-1);
F
entsprechende vertikale Gesamtkraft je nach Lastfall (siehe 16.13.6) ;
FS,max
Zulässige Kraft je nach Lastfall;
G
Gewicht des Behälters mit Inhalt;
M
Biegemoment im Behälter aufgrund äußerer Lasten auf Ringhöhe je nach Lastfall;
Mt
Torsionsmoment im Ringquerschnitt je nach Lastfall;
Mt,max
Zulässiges Torsionsmoment (nur für Ringquerschnitt unter Torsionsbeanspruchung);
Mb
Biegemoment im Ringquerschnitt;
Mb,max
zulässiges Biegemoment (nur für Ringquerschnitt unter Biegebeanspruchung);
Q
Querkraft im Ringquerschnitt;
Qmax
Zulässige Querkraft (nur für Ringquerschnitt unter Querkraftbeanspruchung);
Wb
Widerstandsmoment;
WT
Torsionswiderstandsmoment;
Z0
Beiwert;
423
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Z1
Beiwert;
Hebelarm der Stützenkraft, dimensionslos;
Hebelarm der Streckenlast, dimensionslos;
16.13.4 Anwendungsbedingungen
Die Berechnungen in diesem Abschnitt beruhen auf den folgenden Annahmen:
a)
Das Ringprofil ist über den gesamten Umfang des Rings konstant;
b)
Bei offenen Profilen sind Rippen eingesetzt, um die Querschnittsform zu erhalten;
c)
Bei dünnwandigen Profilen: b / e3 > 5 and h / e4 > 5 ;
d)
Bei Ringträgern (siehe Bild 16.13-1b) darf sich zwischen dem Träger und dem am Behälter angebrachten Ring
keine flexible Schicht befinden.
ANMERKUNG Die Erfüllung dieser Bedingung ist notwendig, da die Berechnung nur auf günstige uneinheitliche
Lastenverteilung über den Umfang des Rings anwendbar ist.
e)
Die Stützen sind gleichmäßig verteilt und tragen eine gleichförmige Last;
f)
Die Konstruktionsformen entsprechen Bild 16.13-2
a)
Die bezogenen Hebelarme und sind | 0,2 |; siehe Gleichungen (16.13-9) und (16.13-10 );
16.13.5 Berechnungen
16.13.5.1 Festigkeit des Rings
Für das gewählte Profil ist für alle relevanten Lastfälle nachzuweisen, dass die fiktive Gesamtkraft F gemäß
16.13.6 kleiner ist als die zulässige Kraft gemäß Gleichung (16.13-7) oder (16.13-8).
16.13.5.2 Lokale Berechnungen
Schweißnähte, Rippen und Schraubverbindungen sind durch allgemein anerkannte Verfahren berechnen.
16.13.6 Äquivalente Gesamtkraft F
Die äquivalente Kraft F entspricht
F
1 M
G
4
ns d7
(16.13-1)
Bei gleichmäßiger Lagerung entspricht F
F
424
4M
G
d7
(16.13-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.13.7 Zulässige Schnittgrößen des Rings
Für Ringträger und Tragringe der Konstruktionsform I ist die zulässige Spannung fT; für Tragringe der
Konstruktionsform II wird die zulässige reduzierte Spannung wie folgt berechnet:
P h d1
fT* fT 1
2 AT fT
(16.13-3)
ANMERKUNG Ringe mit Kastenprofil oder U-Profil gehören zur Konstruktionsform II, wenn die Breite b größer ist als die
Höhe h (siehe Tabelle 16.13-2).
Die zulässigen Schnittgrößen im Ring ergeben sich durch Multiplikation der zulässigen Einheitsgrößen gemäß
Tabelle 16.13-2 mit der zulässigen Spannung bzw. der zulässigen reduzierten Spannung.
M t,max fT mt
oder
fT* mt
(16.13-4)
Mb,max fT mb
oder
fT* mb
(16.13-5)
fT* q t
(16.13-6)
Qmax fT q t
oder
16.13.8 Globaler Tragfähigkeitsnachweis des Rings
Die zulässige Kraft als Einzellast auf die Stütze wird als das Minimum aus der zulässigen Biegemomentbelastung
und der zulässigen Querkraftbelastung wie folgt berechnet:
FS,max min
d4
4 M b,max
; 2 Qmax
2
2
2 M b,max
Z 0 Z1
M
T,max
(16.13-7)
Bei gleichmäßiger Lagerung gilt:
FS,max
4 M b,max
(16.13-8)
d4
Die Werte für Z0 und Z1 können der folgenden Tabelle entnommen werden. Diese Werte führen jedoch zu
konservativen Ergebnissen. Eine genauere Ermittlung der zulässigen Kräfte wird erreicht, wenn die Beiwerte Z0
und Z1 den Bildern 16.13-3 bis 16.13.6 entnommen werden.
Tabelle 16.13-1 – Werte für Z0 und Z1
nS
Z0
Z1
2
1,8
1,1
3
1,9
0,7
4
2,1
0,7
6
2,7
0,7
8
3,5
0,7
425
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die bezogenen Hebelarme und werden mit den Durchmessern aus Bild 16.13-1 wie folgt berechnet.
0,2 d 7 d 5 / d 4 0,2
(16.13-9)
0,2 d 6 d 5 / d 4 0,2
(16.13-10)
Für außenliegende Ringe gilt:
d 5 d 3 e4 2 t 0
(16.13-11)
Für innenliegende Ringe gilt:
d 5 d 3 e4 2 t 0
Für geschlossene Querschnitte ist t0 Tabelle 16.13-2 zu entnehmen;
Für offene Ringquerschnitte gilt: t0 = 0.
426
(16.13-12)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 16.13-2 – Zulässige Einheitsschnittgrößen
mt
mb
qt
t0
falls h b
b h2
4
bh
2
b
2
h2
e3 bhe 4 e5
4
e4 e5 2h
b e5
e4 e5
e32 b e42 h
2
4
e h2
e3 b h 4
4
e4 h
2
0
e32 b e42 h
4
4
2 2
e 4 h 2 4 e3 b e3 b e 4 h e 4 h
4
e 3 b e 4 h 2
e4 h
2
0
h b2 b3
4
12
falls h b
b h 2 h3
4
12
b.h. min {e3;e4;e5}
e3. e4. e5 0
427
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(a) Tragring
(b) Ringträger
Bild 16.13-1 – Prinzipdarstellung
Bild 16.13-2 – Konstruktionsformen für Tragringe
(die schraffierte Fläche entspricht der Querschnittsfläche AT des Rings)
428
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.13-3 – Beiwert Z0 für ns = 2, 3 oder 4
429
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 16.13-4 – Beiwert Z0 für ns = 6 oder 8
430
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Abbildungen 16.13-5 – Beiwert Z1 für ns = 2, 3 oder 4
431
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Abbildung 16.13-6 – Beiwert Z1 für ns = 6 oder 8
432
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.14 Globale Lasten
16.14.1 Zweck
Dieser Abschnitt enthält Anforderungen für die Ermittlung der Mindestwanddicke drucktragender Zylinderschalen
unter zusätzlichen kombinierten Lasten in Schnitten außerhalb der Angriffsfläche lokaler Lasten und struktureller
Störstellen.
16.14.2 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 16.3.
D
Mittlerer Schalendurchmesser;
F
Gesamtaxialkraft in einer Schale am betrachteten Querschnitt einschließlich Druckwirkungen; der Wert
der Kraft ist positiv, wenn sie Zugspannungen verursacht;
l
Länge der Schablone zur Prüfung auf Formabweichungen;
K
Beiwert, der durch Gleichung (16.14-15) gegeben ist;
M
Biegemoment in einer Schale am betrachteten Querschnitt; der Wert ist stets positiv;
Pe
(Äußerer) Berechnungsdruck;
σe
Elastizitätsgrenze gemäß Definition in 8.4;
w
Abweichung von der idealen Form;
Beiwert, der durch Gleichung (16.14-16) oder (16.14-17) gegeben ist;
Beiwert, der durch Gleichung (16.14-18) oder (16.14-19) gegeben ist;
P
Durch Druck verursachte Spannung;
c
Maximale Druckspannung in Längsrichtung;
c,all
Maximale zulässige Druckspannung in Längsrichtung (siehe 16.14.8.1);
max
Maximale Spannung in Längsrichtung bei Berücksichtigung aller Lasten (bei Zugspannung positiver
Wert);
min
Minimale Spannung in Längsrichtung bei Berücksichtigung aller Lasten (bei Zugspannung positiver
Wert);
16.14.3 Allgemeines
Die betrachteten Lasten sind die Axialkraft (F) und das Biegemoment (M). Bei den Druckspannungen müssen auch
die drucklosen Lastfälle in die Betrachtung einbezogen werden, um mögliche Druckverluste während des Betriebes
mit abzudecken.
Zur Ermittlung der Geamtxialkraft (F) müssen zwei Fälle unterschieden werden:
1)
Das Ende der zylinderförmigen Schale ist ein freies Ende, Bewegungen sind nicht eingeschränkt. In
diesem Fall die Gesamtaxialkraft F definiert als:
F Fadd
4
D2 P
433
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist
Fadd = zusätzliche Axialkraft ohne Druckeinwirkung (Fadd> 0 für Zugkraft, Fadd < 0 für Druckkraft)
P
= Berechnungsdruck (P > 0 Innendruck, P < 0 Außendruck)
Die Druckkomponente der Axialkraft wird mit dem mittleren Durchschnitt D errechnet, um den Einfluss der
Radialspannung zu berücksichtigen
2)
Die Bewegung am Ende der zylinderförmigen Schale ist eingeschränkt (z. B. Rohrböden,
Doppelmantelbehälter). In diesem Fall die Gesamtaxialkraft durch eine beliebige statisch anwendbare
Annahme errechnet (Berechnung mit Hilfe der Elastizitätstheorie ist möglich, aber nicht die beste Lösung).
Bei stehenden Behältern schließt (F) auch die Eigenlast des Behälters und seines Inhalts (einschließlich
Flüssigkeit) oberhalb (oder unterhalb) des Betrachtungspunkts, je nachdem, ob die Behälterauflagerung
unterhalb (oder oberhalb) dieses Punkts liegt.
Das Biegemoment M umfasst die Windlast bei einem stehenden Behälter und die Eigenlast (Masse) bei einem
liegenden Behälter. Ist ein signifikantes Drehmoments (Verdrehmoment) an der Zylinderschale ist dieses
besonders zu berücksichtigen.
16.14.4 Zulässige Einzellasten
Die zulässige Zugkraft wird wie folgt berechnet:
Ft,max D ea f
(16.14-1)
Die zulässige Druckkraft wird wie folgt berechnet:
Fc,max D ea c,all
(16.14-2)
Das zulässige Biegemoment wird wie folgt berechnet:
M max D 2 ea c,all
4
(16.14-3)
16.14.5 Längsspannungen
Die größte Längsspannung wird wie folgt berechnet:
max
F D 4M
D 2 ea
(16.14-4)
Die kleinste Längsspannung wird wie folgt berechnet:
min
Ist
F D 4 M
D 2 ea
min < 0 , dann ist die Druckspannung in Längsrichtung:
c min
434
(16.14-5)
(16.14-6)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
16.14.6 Zylindrische Behälter unter Innendruck (P > 0)
Die Druckspannung in Umfangsrichtung wird wie folgt berechnet:
P
PD
2 ea
(16.14-7)
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt:
1)
Einen Wert für ea wählen, der die Forderung in 7.4.2 erfüllt;
2)
Sicherstellen, dass:
max f
(16.14-8)
3)
ist min > 0 mit Schritt 7 fortfahren);
4)
Aus 16.14.8.1den Wert für die zulässige Druckspannung in Längsrichtung im Zylinder c,all ermitteln;
5)
Sicherstellen, dass
c c,all
6)
Sicherstellen, dass
P c f
7)
(16.14-9)
(16.14-10)
Werden die vorstehenden Gleichungen erfüllt, ist die Berechnung ausreichend; andernfalls muss die
Berechnung mit einem höheren Wert für ea wiederholt werden;
16.14.7 Zylindrische Behälter unter Außendruck (P < 0)
Der Außendruck ist:
Pe = - P
(16.14-11)
Die Druckspannung in Umfangsrichtung ist:
P D
2 ea
P e
(16.14-12)
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt:
1)
Einen Wert für ea wählen, der die Forderungen in Abschnitt 8 erfüllt;
2)
Sicherstellen, dass
max P f
(16.14-13)
3)
Ist min > 0, mit Schritt 6) fortfahren;
4)
Aus Abschnitt 8 den Wert für den zulässigen Außendruck Pe,max in Abwesenheit anderer Belastungen
und aus 16.14.8.1 den Wert für c,all ermitteln.;
435
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5)
Sicherstellen, dass
Pe
Pe,max
6)
c
Pe D
4ea
c,all
1
(16.14-14)
Werden die vorstehenden Gleichungen erfüllt, ist die Berechnung ausreichend; andernfalls muss die
Berechnung mit einem höheren Wert für ea wiederholt werden;
16.14.8 Druckspannungsgrenzen
16.14.8.1 Berechnung
Die zulässigen Druckspannungen in Längsrichtung in einem zylindrischen Behälter sind nach folgendem Verfahren
zu berechnen.
Das Verfahren zur Ermittlung der Toleranzen ist in 16.14.8.2 dargestellt. Der Höchstwert von
w
darf 0,02 nicht
I
überschreiten.
1)
Den Wert von K berechnen:
1,21E ea
K
e D
2)
Ist D/ea 424, gilt
0,83
(16.14-15)
(16.14-16)
10
, 0,005 D / e a
Ist D/ea > 424, gilt
3)
0,7
(16.14-17)
0,1 0,005 D / e a
Liegt der Höchstwert von
w
w
zwischen 0,01 und 0,02, wird der Wert für um den Faktor (1,5 - 50
)
I
I
reduziert.
4)
Ist K < 0,5, gilt
0,75 K
15
,
(16.14-18)
Ist K 0,5, gilt
1,0
0,4123
K 0,6
1,5
ANMERKUNG
Der Sicherheitsfaktor 1.5 im Nenner gilt für Betriebsbedingungen und sollte für
außergewöhnliche Bedingungen entsprechend Abschnitt 6 angepasst werden.
436
(16.14-19)
Prüfbedingungen oder
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
5)
Die höchstzulässige Druckspannung wird wie folgt berechnet:
c,all e
(16.14-20)
16.14.8.2 Toleranzen
Die Toleranzen sind mit drei Schablonen zu prüfen (siehe auch Abbildung 16.14-1):
a)
Ein gerader Stab mit der Länge l 4
D . en
2
aber nicht länger als 95% des Abstands zwischen den
Rundnähten;
b)
eine kreisförmige, im Radius der Zylinderaußenseite gebogene Schablone, jeweils mit der Länge I wie in a),
aber nicht länger als 95 % des Abstandes zwischen den Längsnähten;
c)
ein gerader Stab der Länge 25 en
Zur Messung von Unrundheit siehe Anhang E.
16.14.9 Wind- und Erdbebenlasten
Die Berechnung der Windlasten ist in der Art und Weise vorzunehmen, wie sie für Bauten in der entsprechenden
geographischen Region empfohlen wird.
Diese Verfahren können auch auf Erdbebenlasten angewandt werden, wenn festgelegt wird, dass derartige Lasten
als äquivalente statische Lasten behandelt werden können.
Windinduzierte Schwingungen sind bei stehenden Behältern mit einem Verhältnis Höhe zu Durchmesser von 10:1 und darüber
und einem Verhältnis von Durchmesser zu Wanddicke von 100 : 1 zu berücksichtigen.
Abbildung 16.14-1 – Schablonen zur Toleranzprüfung
437
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17 Vereinfachte Berechnung der Ermüdungslebensdauer
17.1 Zweck
17.1.1 Dieser Abschnitt enthält Regeln für eine vereinfachte Berechnung der Ermüdungsschädigung durch
Druckschwankungen.
ANMERKUNG Diese Regeln beruhen auf konservativen Annahmen. Genauere, weniger konservative Ergebnisse werden
gewöhnlich bei Anwendung der Regeln in Abschnitt 18 erzielt.
17.1.2 Andere Wechselbeanspruchungen, z. B. durch Temperaturänderungen im Betrieb oder Änderung äußerer
Lasten, sind normalerweise gemäß Abschnitt 18 zu berechnen. Es ist jedoch zulässig, in diesem Abschnitt
zyklische Belastungen, welche keine Druckbelastungen darstellen, zu berücksichtigen, und zwar:
— durch Addieren der Spannungsschwingbreiten, die aus solchen Wechselbeanspruchungen resultieren, zu der
aus Druckzyklen resultierenden Spannungsschwingbreite gemäß Gleichung (17.6-1), wenn die keine
Druckbelastungen darstellenden zyklischen Belastungen gleichzeitig mit den Druckzyklen auftreten,
— oder durch Addieren der aus solchen Zyklen resultierenden Ermüdungsschäden zu den aus Druckzyklen
resultierenden Schäden gemäß Gleichung (17.7-1), wenn die keine Druckbelastungen darstellenden
Belastungszyklen und die Druckzyklen unabhängig wirken.
Für keine Druckbelastungen darstellenden Belastungen, die auf eine komplexere Weise in Kombination mit Druck
wirken, müssen diese Belastungen gemäß einem der beiden vorgenannten Fälle behandelt werden, und zwar auf
eine Weise, dass die Ergebnisse auf der sicheren Seite liegen.
ANMERKUNG Dieser Abschnitt enthält keine Informationen zur Schätzung der Spannungsschwingbreiten infolge von
Belastungen, bei denen es sich nicht um Druckbelastungen handelt. Wenn solche Belastungen berücksichtigt werden, ist für die
Bestimmung der entsprechenden Spannungsschwingbreiten der Hersteller verantwortlich.
17.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
17.2.1
unterer Grenzwert der Spannungsschwingbreite
Spannungsschwingbreite, unterhalb derer Ermüdungsschäden vernachlässigt werden
17.2.2
Berechnungsspektrum der Spannungsschwingbreiten
Histogramm der Häufigkeit des in der rechnerischen Lebensdauer erwarteten Auftretens aller Lastzyklen der
verschiedenen Spannungsschwingbreiten
17.2.3
effektive Kerbspannung
die Spannung, die das Ermüdungsverhalten an einer Kerbe bestimmt
17.2.4
effektive Formzahl (effektiver Kerbfaktor)
Verhältnis der effektiven Kerbspannung (Gesamtspannung), zur Strukturspannung an demselben Punkt
17.2.5
Dauerwechselfestigkeit
Spannungsschwingbreite, unterhalb derer bei Belastung mit konstanter Amplitude keine Ermüdungsschädigung
eintritt
17.2.6
Anzahl voller Druckzyklen
Druckzyklen über die Schwingbreite P Pmax
438
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Siehe auch 5.4.2.
17.2.7
äquivalente Anzahl voller Druckzyklen
Anzahl neq von Druckzyklen über die volle Schwingbreite, die dieselben Schäden verursacht wie n Zyklen über die
Schwingbreite P gemäß Gleichung (5.4-1)
17.2.8
Berechnungsermüdungskurven
in diesem Abschnitt dargestellte Kurven der Spannungsschwingbreite R als Funktion von N für geschweißte
und ungeschweißte Werkstoffe
17.2.9
Spannungsschwingbreite
Wertebereich vom Maximum bis zum Minimum eines Zyklus (das Doppelte der Spannungsamplitude)
17.2.10
Pseudoelastische Spannungsschwingbreite
unter der Annahme rein linearelastischen Werkstoffverhaltens berechnete Spannungsschwingbreite
17.2.11
Strukturspannung
Spannungsverteilung in einem von Spannungskonzentrationen freien Modell der Struktur, einem Modell, welches
die globale geometrische Konfiguration der Struktur widerspiegelt, jedoch lokale Unstetigkeiten der Struktur nicht
berücksichtigt (z. B. Schweißnahtübergang, kleine Radien)
In den Behälterbereichen vom Platten- oder Schalentyp ist die durch den Druck verursachte Strukturspannung
linear über die Dicke verteilt.
ANMERKUNG
Nähere Angaben zur Strukturspannung sind in Abschnitt 18 enthalten.
17.2.12
Kerbspannung (Gesamtspannung)
lokale Spannung an der Wurzel einer Kerbe der Struktur, auf einer elastischen Basis berechnet
ANMERKUNG
Nähere Angaben zur Kerbspannung sind in Abschnitt 18 enthalten.
17.2.13
Spannungsfaktor
Faktor zur Bestimmung der maximalen Strukturspannung, die in einem Einzelteil eines Behälters aufgrund der
geometrischen Konfiguration eines Bauteils (von Bauteilen) auftreten kann
17.2.14
Theoretische Formzahl (theoretischer Kerbfaktor)
Verhältnis der auf Grundlage rein elastischen Verhaltens berechneten Kerbspannung zur Strukturspannung in
diesem Punkt
17.2.15
Gesamtermüdungsschädigungskennzahl
Wert, welcher das Ausmaß des durch das Berechnungsspektrum der Spannungsschwingbreiten verursachten
rechnerischen Ermüdungsschadens charakterisiert.
ANMERKUNG
Es wird angenommen, dass Versagen eintritt, wenn dieser Wert 1 erreicht.
17.2.16
Kritischer Bereich
ein Bereich, in dem die Gesamtermüdungsschädigungskennzahl den maximalen Wert Dmax übersteigt, der wie
folgt definiert ist:
Dmax 0,8 für 500 < neq 1000
Dmax 0,5 für 1000 < neq 10000
Dmax 0,3 für neq > 10000
439
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17.2.17
Ermüdungsklasse einer Schweißnaht
Die Ermüdungsklasse C ist der aus Tabelle 17-4, Spalte „Klasse“ entnommene Wert, in MPa, in Abhängigkeit vom
geschweißten Bauteil und von der Prüfgruppe.
17.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4:
Symbol
Beschreibung
Maßeinheit
C
Ermüdungsklasse C (siehe Tabelle 17-4)
MPa
Cmin
Niedrigste Ermüdungsklasse C (siehe 17.5.4.1)
MPa
Neq
Zulässige Anzahl voller Druckzyklen
D
Gesamtermüdungsschädigungskennzahl, siehe Gleichung 17.7-1
Dmax
maximal zulässiger Wert der Gesamtermüdungsschädigungskennzahl in nicht kritischen
Bereichen
Ce
Korrekturfaktor zur
Ermüdungsfestigkeit
Berücksichtigung
des
Einflusses
der
Wanddicke
auf
die
CT
Korrekturfaktor zur
Ermüdungsfestigkeit
Berücksichtigung
des
Einflusses
der
Temperatur
auf
die
Kf
Effektiver Kerbfaktor
Kt
Theoretischer Kerbfaktor
k
Anzahl der Druckschwankungsbreiten, die zusammen die Belastungsspezifikation bilden
N
Zulässige Lastzyklenanzahl aus der zugehörigen Berechnungsermüdungskurve (Index i
bezeichnet die Anzahl für die i -te Spannungsschwingbreite, i 1,... k)
n
Tatsächliche Anzahl der Spannungszyklen (Index i bezeichnet die Anzahl für die i -te
Spannungsschwingbreite, i 1,...k)
r
Übergangsradius an der Verbindung zweier Wände
mm
Tmin
Mindestbetriebstemperatur während eines Zyklus
°C
Tmax
Maximale Betriebstemperatur während eines Zyklus
°C
T*
Angenommene mittlere Temperatur während eines Zyklus
°C
u
Unrundheit (Abweichung vom kreisrunden Querschnitt eines Behälters)
Parameter für Größe des Versatzes, der Aufdachung oder Abflachung
mm
Spannungsfaktor eines Bauteils gemäß Tabelle 17–1
Druckschwankungsbreite, berechnet als algebraische Differenz zwischen Höchst- und
Mindestdruck innerhalb des betrachteten Lastzyklus. Vakuum und andere Außendrücke,
die Druckmembranspannungen hervorrufen, sind als negative Werte zu betrachten.
MPa
P
ANMERKUNG Dies kann dazu führen, dass in einigen Lastzyklen P größer ist als der maximale
Berechnungsdruck Pmax des Behälters oder Teils desselben.
Pseudoelastische Spannungsschwingbreite
N/mm2
*
Fiktive Spannungsschwingbreite zum Einsetzen in die Berechnungsermüdungskurven
N/mm2
R
Bezugsspannungsschwingbreite in den Berechnungsermüdungskurven
N/mm2
D
Dauerwechselfestigkeit bei konstanter Spannungsschwingbreite
N/mm2
Cut
Unterer Grenzwert der Spannungsschwingbreite
N/mm2
ANMERKUNG
440
Pmax in Abschnitt 17 ist in 3.16, Anmerkung 3 festgelegt.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17.4 Bedingungen für die Anwendbarkeit
17.4.1 Dieser Abschnitt gilt für drucktragende Teile und Verbindungen von Druckbehältern, die gemäß den
Abschnitten 7 bis 16 ausgelegt wurden (d. h. diejenigen, deren Auslegung nach Bemessungsformeln erfolgt), mit
Ausnahme von Kompensatoren. Es wird angenommen, dass die Behälter in Übereinstimmung mit allen anderen
Anforderungen dieser Norm ausgelegt, hergestellt und geprüft wurden.
Für die Ermüdungsfestigkeitsbewertung von Teilen, die nach Anhang B oder C berechnet wurden, ist die
Anwendung des vorliegenden Abschnitts unter der Bedingung zulässig, dass die berücksichtigten
Spannungsschwingbreiten nicht nach Gleichung 17.6-1 bestimmt wurden, sondern im Ergebnis einer detaillierten
Spannungsanalyse erhalten wurden.
17.4.2 Die Regeln dieses Abschnitts gelten nicht für Behälter der Prüfgruppe 4.
17.4.3 Diese Regeln gelten nur für ferritische und austenitische Stähle (Walz-, Schmiede- und Gussstähle).
17.4.4 Diese Regeln gelten nur für Bauteile, die außerhalb des Fließbereiches betrieben werden.
17.4.5 Was Schweißnahtfehler anbelangt:
Für die Anwendung dieser Regeln müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein (wie nach EN 13445-5:2014,
Anhang G gefordert), zusätzlich zu den allgemeinen Annahmekriterien für Schweißfehler, die in Teil 5 angegeben
sind:
— keine Einbrandkerbe,
— keine Schweißnahtwurzel-Konkavität,
— keine nicht vollständig durchgeschweißten Stellen bei durchgeschweißten Nähten,
— 100% Prüfung, mittels Sichtprüfung und zerstörungsfreier Prüfung, mit Annahmekriterien wie in
EN 13445- 5:2014, Anhang G angegeben, für alle kritischen Bereiche.
17.4.6 Was Toleranzen anbelangt:
— Die Fertigungstoleranzen dürfen nicht die in EN 13445-4:2014 angegebenen Werte übersteigen;
— Für Rollennahtschweißungen muss der Hersteller gewisse Toleranzen annehmen und daraus die
entsprechenden Spannungsfaktoren ableiten, die für die Ermüdungsfestigkeitsbewertung zu verwenden sind (siehe
Tabelle 17-1, Fälle S1.2 bis S1.5, S2.2 bis S2.4 und S5.2 bis S5.4). Danach müssen die angenommenen
Toleranzen nach der Fertigung geprüft und garantiert werden.
17.4.7 Die Daten, auf denen diese Anforderungen beruhen, gelten für die Ermüdung an trockener Luft. Es wird
vorausgesetzt, dass keine Umwelteinflüsse vorhanden sind, welche die Ermüdungslebensdauer zusätzlich
verringern könnten. Auslegungen, bei denen solche Wirkungen berücksichtigt werden, siehe 18.4.5.
ANMERKUNG
Bei Behälterteilen aus nicht-austenitischen Stählen, die mit Wasser in Berührung kommen und bei denen
die Betriebstemperatur 200 °C überschreitet, kann die durch Druckschwankungen um den Betriebsdruck herum verursachte
Spannungsänderung bei der Bildung der Magnetitschutzschicht zu einer Rissebildung in dieser Schicht führen. Betreffs der
Beurteilung dieses Risikos wird auf EN 12952-3:2001, 13.4.3 verwiesen.
17.4.8 Zur Anwendung dieses Abschnitts müssen in den Betriebsanleitungen Anweisungen für eine geeignete
Wartung enthalten sein.
ANMERKUNG: Empfehlungen zu einer geeigneten Wartung sind in Anhang M enthalten.
441
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17.5 Allgemeines
17.5.1 Der Wert von P wird entweder durch Anwendung des vereinfachten Lastzyklenzählverfahrens nach
18.9.2 oder des sog. „Reservoir“-Lastzyklenzählverfahrens nach 18.9.3 und Betrachtung der Druckschwankungen
anstelle der Spannungsschwankungen ermittelt.
17.5.2 Die Berechnungen gemäß 17.6 müssen für jedes Bauteil des Druckbehälters durchgeführt werden. Die
dabei ermittelte niedrigste Lebensdauer ist die Ermüdungslebensdauer des Behälters.
17.5.3 Wenn die Konstruktion die Forderungen
3,
f 195 Ce C T MPa,
Ermüdungsklasse 63
erfüllt, gelten unabhängig voneinander die nachstehenden zwei Kriterien für die Vernachlässigung von
Druckschwankungen:
Druckschwankungen können unabhängig von der Anzahl der Lastzyklen vernachlässigt werden, wenn P
einen Wert von 5,0 % von Pmax nicht überschreitet;
Sind die Druckzyklen im Hauptbetriebsbereich nicht zu mehr als 500 vollen Druckzyklen äquivalent, können
zusätzliche kleine Druckschwankungen vernachlässigt werden, sofern ihre Schwankungsbreite P nicht
größer ist als:
12,5 % von Pmax für n oder n eq 1 10 6
oder
10,0 % von Pmax für n oder n eq 2 10 6
oder
7,5 % von Pmax für n oder n eq 5 10 6
Dabei ist n bzw. n eq die Anzahl dieser kleinen Druckschwankungen.
17.5.4 Alternative zur 500-Zyklen-Regel nach 5.4.2
Die in 5.4.2, Gleichung (5.4-1) angegebene Bedingung für die einheitliche 500-Zyklen-Grenze als maximale Anzahl
voller Druckzyklen (oder äquivalenter voller Druckzyklen), die für alle nach EN 13445-3 ausgelegten Behälter gilt,
kann vernachlässigt und durch Gleichung (17.5-1) mit dem variablen Grenzwert Neq nach 17.5.4.1 ersetzt werden,
sofern der Behälter allen in 17.5.4.2 aufgeführten Bedingungen entspricht.
neq N eq
(17.5-1)
Bei der Überprüfung dieser Bedingung ist neq unter Verwendung des Wertes Pmax zu berechnen, der dem Wert f
bei der Berechnung von Neq entspricht (siehe 17.5.4.1).
Ist Gleichung (17.5-1) nicht anwendbar, weil eine (oder mehrere) Bedingungen in 17.5.4.2 nicht erfüllt werden, so
ist die zulässige Anzahl voller Druckzyklen zur Erfüllung der Bedingungen für ruhende Beanspruchung von 500
beizubehalten, und das im Rest von Abschnitt 17 festgelegte vereinfachte Berechnungsverfahren für die
Ermüdungslebensdauer oder ein ausführliches Berechnungsverfahren der Ermüdungslebensdauer nach Abschnitt
18 sind erforderlich.
17.5.4.1
Zulässige Anzahl voller Druckzyklen beruhend auf Berechnungsnennspannung und Arten von
Schweißnähten
Die zulässige Anzahl voller Druckzyklen für Behälter, die allen in 17.5.4.2 aufgeführten Bedingungen entsprechen,
wird angegeben durch:
442
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EN 13445-3:2014 (D)
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Ce CT
C
N eq 2 10 6 min
3f
3
(17.5-2)
Dabei ist:
Cmin
die niedrigste Ermüdungsklasse C unter allen Schweißnähten des Behälters oder alternativ
Cmin = 40 MPa als konservative Annahme;
Ce
die Wanddickenkorrektur für e > 25 mm nach 17.6.2.1;
CT
die Temperaturkorrektur für T > 100 °C nach 17.6.2.2;
f
die Berechnungsnennspannung bei Berechnungstemperatur des Lastfalls, für den Pmax berechnet wird.
Wird zur Vereinfachung neq unter Verwendung des Berechnungsdruckes P statt Pmax berechnet, wie nach 5.4.2
zulässig, ist f die Berechnungsnennspannung bei Berechnungstemperatur des Lastfalls bei maximalem Druck.
Bei Anwendung dieser Gleichung:
die für die Berechnung von Ce zu berücksichtigende Wanddicke muss dem Höchstwert aller Bauteile mit
Schweißnähten der Ermüdungsklasse Cmin entsprechen;
die zu berücksichtigende Berechnungsnennspannung f muss dem Höchstwert aller Werkstoffe mit Schweißnähten der Ermüdungsklasse Cmin entsprechen. Im Zweifelsfall ist der Höchstwert aller Behälterbauteile zu
verwenden.
Beträgt die zulässige Anzahl voller Druckzyklen Neq nach Gleichung (17.5-2) weniger als 500, sollte die Auslegung
geändert werden, bis diese Anzahl erreicht wird.
Die Kurven, die eine Anzahl der Zyklen Neq darstellen, die nach Gleichung (17.5-2) 500 beträgt, sind in Bild 17.54 für den Fall dargestellt, dass keine Korrektur erforderlich ist (d. h. bei Ce = 1 und CT = 1).
17.5.4.2
Anwendungsbedingungen für Gleichung (17.5-2)
Bei Längsnähten dürfen die Formabweichungen (hauptsächlich Aufdachung) nicht zu einem Spannungsfaktor
von mehr als 3 führen. Die zulässigen Kombinationen von Toleranzen, die sicherstellen, dass diese Grenze
nicht überschritten wird, sind in den Bildern 17.5-1 bis 17.5-3 dargestellt.
Bei Kegel-Zylinder-Verbindungen mit einer Krempe am größeren Ende muss der Krempenradius innerhalb der
Grenzen 0,01 r/Dc 0,3 liegen.
Kein Ausschnitt darf mit einer Verstärkungsplatte verstärkt werden.
Ausschnitte ohne Stutzen müssen ein Durchmesserverhältnis d / D 0,6 aufweisen.
Für Ausschnitte mit Stutzen gilt 0,7 en/ es 1,5 und d / D 0,6.
Kein verschweißter ebener Boden darf unter Verwendung der alternativen Regel nach 10.4.4.4 ausgelegt
werden.
Kein ebener Boden darf paarweise angeordnete Ausschnitte aufweisen, die unter Verwendung des am Ende
von 10.6.2.1 angegebenen alternativen Berechnungsverfahrens als fiktiver Einzelausschnitt ausgelegt sind.
Der Behälter darf nur geschweißte Bauteile beinhalten, für die aus Tabelle 17-4 eine Ermüdungsklasse (direkt
oder durch Näherung) entnommen werden kann.
443
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EN 13445-3:2014 (D)
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Legende
Unrundheit (uꞏD/e)
Versatz (1/e)
Aufdachung (4/e)
Bild 17.5-1 — Maximale Aufdachung in Abhängigkeit vom Versatz bei konstanter Unrundheit,
um 3 zu erzielen
z=1
Legende
Unrundheit (uꞏD/e)
Versatz (1/e)
Aufdachung (4/e)
Bild 17.5-2 — Maximale Aufdachung in Abhängigkeit vom Versatz bei konstanter Unrundheit,
um 3 zu erzielen
z=0,85
444
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
Unrundheit (uꞏD/e)
Versatz (1/e)
Aufdachung (4/e)
Bild 17.5-3 — Maximale Aufdachung in Abhängigkeit vom Versatz bei konstanter Unrundheit,
um 3 zu erzielen
z=0,7
445
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EN 13445-3:2014 (D)
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Legende
1 = Klasse 90
2 = Klasse 80
3 = Klasse 71
4 = Klasse 63
5 = Klasse 56
6 = Klasse 40
7 = 500 Zyklen
Bild 17.5-4 — Zulässige Anzahl äquivalenter voller Druckzyklen (unter Annahme von Ce = CT = 1)
446
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17.6 Ermittlung der zulässigen Anzahl von Druckzyklen
17.6.1 Pseudoelastische Spannungsschwingbreite
Der Wert von ist wie folgt aus P zu berechnen:
17.6.1.1
P
f
Pmax
(17.6-1)
Dabei gilt:
Pmax ist der maximale zulässige Druck des betrachteten Bauteils oder Druckbehälterteils, wie in Abschnitt 4
definiert, außer bei nach innen gewölbten Böden, bei denen eine spezielle Definition von Pmax zur Anwendung
kommt (siehe Anmerkung 7 von Tabelle 17-1);
f ist die Auslegungsnennspannung
Berechnungstemperatur.
des
betrachteten
Bauteils
oder
Druckbehälterteils
bei
Bei Druckbehälterteilen, die einen maximalen zulässigen Druck aufweisen, der von mehr als einem Wert von f
abhängt (z. B. an Öffnungen mit unterschiedlichen Werkstoffen in Stutzen und Schale), ist es zulässig, einen
fiktiven
Wert von Pmax abzuleiten, der berechnet wird, indem ein einziger und willkürlich festgelegter Wert von f für das
gesamte Teil angenommen wird und dieser dann verwendet wird, um gemäß Gleichung 17.6-1 zu bestimmen,
sofern derselbe Wert von f auch in dieser Gleichung verwendet wird. Wird der wahre Wert von Pmax verwendet, so
muss der in Gleichung 17.6-1 zu verwendende Wert von f die höchste der Auslegungsnennspannungen der
verschiedenen Werkstoffe sein, welche in dem betrachteten Teil einen Einfluss auf Pmax haben.
Zur Vereinfachung kann entweder der höchstzulässige Druck des gesamten Behälters anstelle des
höchstzulässigen Druckes des Bauteils oder Druckbehälterteils verwendet werden ( Pmax ), oder es kann der
Berechnungsdruck P verwendet werden, zusammen mit den höchsten Auslegungsnennspannungen, die bei allen
Durckbehälterteilen auftreten.
ANMERKUNG 1
Diese Vereinfachungen führen zu konservativeren Ergebnissen.
ANMERKUNG 2 Da der Wert für f in Gleichung (17.6-1) für die Berechnungstemperatur gilt, ist das Verhältnis Pmax /f
temperaturunabhängig.
17.6.1.2 Der Wert von wird Tabelle 17-1 für jedes einzelne Druckbehälterteil entnommen. Er ist ein oberer
Grenzwert für das folgende Verhältnis:
Maximale Struktursp annung in dem betrachtet en Teil unter Druck Pmax
Auslegungs nennspannu ng bei Berechnung stemperatu r
Zur Berechnung der Ermüdungslebensdauer eines nicht in Tabelle 17-1 enthaltenen Teils muss der Wert von
durch eine Schätzung der maximalen Strukturspannung in dem betreffenden Bauteil unter dem Druck Pmax ermittelt
werden.
Zur Vereinfachung kann für ein beliebiges Teil der maximale Wert von für den gesamten Druckbehälter
verwendet werden.
ANMERKUNG In bestimmten Fällen kann eine detaillierte Berechnung nach Abschnitt 18 genauer sein als das Schätzen
eines Wertes von . Dies gilt insbesondere Knaggenverschlüssen, selbstdichtenden Verschlüssen, Gewindeverschlüssen und
Klammerverbindungen.
17.6.1.3 Ist > 3 f, muss gemäß der Regel in 18.8 erhöht werden, um die elastisch-plastische
Wechselbeanspruchung zu berücksichtigen.
447
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EN 13445-3:2014 (D)
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Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke
Detailbeschreibung
Lfd.
Nr..
Höchstzulässiger Druck Pmax
S1.1
1,0z 1)
mit Versatz 2) , ohne Unrundheit
und Aufdachung oder Abflachung
S1.2
(1+1)z 1), 1 3 /e
S1.3
e1 e2
( e)
Längsstumpfnaht
mit Aufdachung oder Abflachung
2), ohne Versatz und Unrundheit
S1.4
Allgemeiner Fall (Kombination von
Versatz, Unrundheit und
Aufdachung oder Abflachung )
S1.5
mit gleichen Wanddicken, ohne
Versatz
S2.1
mit ungleichen Wanddicken, ohne
Versatz
S2.2
mit Versatz 2) und mit gleichen
Wanddicken
Allgemeiner Fall (Kombination von
Versatz und ungleichen
Wanddicken)
Zylinderschale:
Gleichung
(7.4-3)4)
Kegelschale:
Gleichung
(7.6-4) 4)
alle u
(1+2)z 1), 2 1,5uD/e
oberer
Grenzwert für
1,5z 1)
alle
(1+4)z 1), 4 6 /e
für e / 3
3,0z 1)
u 2%
Zugeordnete
Nr. in
Tab. 17-4
1.1 bis 1.3,
1.5
(1+1+2+4)z 1)
D1 D2 und e1 e2
1,0z 1)
1.1 und 1.2,
1.5 und 1.6
D1 D2
(1+0)z 1), 0 0,1
1.2
S2.3
e1 e2 ( e)
(1+1)z 1), 1 /2e
1.3, 1.5
und 1.6
S2.4
e1 e2
(1+0+1)z 1), 1 /2e2
1.1 bis 1.3,
1.5 und 1.6
Rundsickennaht
S3
e1 e2
1,8z 5)
1.7
Versteifungsring (mit Abstand b zwischen den
Versteifungen)
S4
b D.e
1,0z 5)
b D.e
1,8z 5)
Rundstumpfnaht
448
ohne Formabweichungen
mit Unrundheit u3), ohne Versatz
und Aufdachung oder Abflachung
Zylinderoder
Kegelschalen
Bedingungen
5.3
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke
Detailbeschreibung
Kugelschalen
Alle
Stumpfnähte
Lfd.
Nr..
Höchstzulässi-ger
Druck Pmax
Bedingungen
Zugeordnete
Nr. in
Tab. 17-4
ohne Formabweichungen
S5.1
1,0z 1)
mit Versatz 2), ohne
Winkelfehlausrichtung
S5.2
(1+1)z 1) , 1 3 /e
mit Winkelfehlausrichtung 6),
ohne Versatz
S5.3
Gleichung (7.4-6) 4)
Dm
(1+3)z 1) , 3
50 2e
Allgemeiner Fall (Kombination von
S5.4
Versatz und Winkelfehlausrichtung)
Gewölbte
Krempenbereich
Böden
DE1
1.1 bis 1.3,
1.5
(1+1+3)z 1)
Gleichung (7.5-7) 7)
R Di 0,8 und
r De 0,15
2,0
Andere Parameterwerte
2,5
1.1 bis 1.3,
1.5, oder
ungeschweißt
CE1.1
siehe Berechnung in
7.6.6.3
Alle Parameter
3,0
1.4
Konische
Große Grundfläche mit Krempe
Böden
CE1.2
siehe Berechnung in
7.6.7.3
0,01 r / Dc 0,3
MAX1; 3,0 9 r / Dc
1.1 bis 1.3,
1.5
Kleine Grundfläche
CE2
Gleichung (7.6-27)
2,5
1.1 bis 1.3,
1.4 und 1.5
Große Grundfläche ohne Krempe
449
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke (Fortsetzung)
Detailbeschreibung
ohne Stutzen
Öffnungen in
der Schale
(mit Dicke es)
450
Höchstzulässiger Druck Pmax
Bedingungen
Zugeordnete Nr. in
Tab. 17-4
OS1
Gleichung (9.5-10)
oder (9.5-12)
d i / Di 0,6
3,0
ungeschweißt
3,0
3 a)
mit durchgeschweißten
Nähten
OS2.1
mit Kehlnaht oder
versenkten Kehlnähten
mit Nahtdicke 0,8emin
OS2.3
Stutzen
(mit Dicke en),
ohne
Verstärkungsplatte mit Kehlnaht oder
versenkten Kehlnähten
mit Nahtdicke < 0,8emin 8)
Stutzen
(mit Dicke en) mit
Verstärkungsplatte
(mit Dicke ep)
Lfd.
Nr..
Gleichung (9.5-10)
oder (9.5-12)
OS2.4
3,0
0,7 en / es 1,5
und d i / Di 0,6
Pmax von Bauteil
mit Dicke emin
OS3.1
mit Kehlnaht oder
versenkten Kehlnähten
mit Nahtdicke 0,8emin
OS3.2
4,0
Gleichung (9.5-10)
oder (9.5-12)
Gleichung (9.5-10)
oder (9.5-12)
OS3.3
3,0 mit Klasse gemäß Tabelle
17-4
Pmax von Bauteil
mit Dicke emin
(Schale oder Stutzen
ohne Öffnung)
3 b)
1,8 mit Klasse 32
(Schale oder Stutzen
ohne Öffnung)
mit durchgeschweißten
Nähten
mit Kehlnaht oder
versenkten Kehlnähten
mit Nahtdicke < 0,8emin 8)
Gleichung (9.5-10)
oder (9.5-12)
0,7 en / es 1,5
d i / Di 0,6
und ep / es 1,0
3 a)
4,0
4,0 mit Klasse nach Tabelle
17-4
2,4 mit Klasse 32
3 b)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke (Fortsetzung)
Detailbeschreibung
mit durchgeschweißten Nähten
Eingesetztes oder mit Kehlnaht oder versenkten Kehlnähten
aufgesetztes
mit Nahtdicke 0,8es
Verstärkungs-blech
(in Schale mit
Dicke es)
mit Kehlnaht oder versenkten Kehlnähten
mit Nahtdicke < 0,8es 8)
mit durchgeschweißten Nähten
Geschweißte
flache Böden
(Verbindung mit
Schale)
Verschraubte
flache Böden
(Mittenbereich des
Bodens)
Auf- oder
eingeschweißter
flacher
Boden
Zugeordnete Nr.
in
Tab. 17-4
Gleichung (9.514) oder (9.5-17)
3,0 5)
7.1 b) und 7.3 a)
Gleichung (9.514) oder (9.5-17)
3,0 5)
Gleichung (9.514) oder (9.5-17)
3,0 mit Klasse nach Tab. 17-4
Pmax der Schale
ohne Öffnung
1,8 mit Klasse 32
Lfd.
Nr..
Höchstzulässiger Druck Pmax
P1
P2
P3
FE1.1
mit Kehlnaht oder versenkten
FE1.2
Kehlnähten mit Nahtdicke 0,8es
mit Kehlnaht oder versenkten
Kehlnähten mit Nahtdicke < 0,8es FE1.3
8)
Boden durch Stumpfschweißung mit Schale
verbunden, mit Entlastungsnut
FE2
Boden durch Stumpfschweißung mit Schale
verbunden, mit Übergangsradius oder Krempe
FE3
FE4
Bedingung
en
3,0
siehe Abschnitt
10 9)
2.1 a) und 2.1 c)
2.3 a) und 2.3 c)
3,0
siehe Abschnitt
10 9)
3,0 mit Klasse nach Tab. 17-4
Pmax der Schale
1,8 mit Klasse 32
siehe Abschnitt
10 9)
siehe Abschnitt
10 9)
7.3 b) und 7.4
Kein mittiger
Ausschnitt
2.1 b) und 2.3 b)
3,0
2.2
1,5
1.1 bis 1.3
1.5 und 1.6
1,0
ungeschweißt
451
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke (Fortsetzung)
Detailbeschreibung
Vorschweißflansch (durch
Stumpfschweißung mit der Schale
verbunden)
Verbindung mit
der Schale
Flansche (mit Dicke es)
mittels durchgeschweißter
Naht an die Schale
angeschweißt
Glatter
Flansch
Lfd.
Nr..
Höchstzulässiger
Druck Pmax
F1
siehe Abschnitt 11 10)
oder Anhang G 10)
F2.1
Zugeordnete
Nr. in
Tab. 17-4
1,5
7.1 a)
1,5
7.2 a)
10)
an die Schale angeschweißt
mit Kehlnaht oder versenkter F2.2
Kehlnaht mit Nahtdicke 0,8es
an die Schale angeschweißt
mit Kehlnaht oder versenkter F2.3
Kehlnaht mit Nahtdicke < 0,8es 8)
Verbindung Buchse zu Platte
Bedingungen
F3
siehe Abschnitt 11
oder Anhang G 10)
1,5
siehe Abschnitt 11 10)
oder Anhang G 10)
1,5 mit Klasse
nach Tabelle 17-4
Pmax der Schale
0,9 mit Klasse 32
siehe Abschnitt 11 10)
oder Annex G 10)
1,5
7.2 b)
ungeschweißt
-ringförmige Verbindung:
Gleichung 7.4-3
Ring- oder kegelförmige Verbindung des Mantels an
beiden Enden mit der Zylinderschale
J1
Mäntel
Kegelförmige Verbindung 11) des Mantels an einem Ende mit
der Zylinderschale und am anderen Ende mit dem gewölbten
Boden
J2
Verstärkungsplatte (mit Dicke ep)
W1
Anschweiß- Rippe, Klammer oder Tragöse
teile
Pratze oder Auflager
452
W2
W3
-kegelförmige
Verbindung:
siehe Berechnung
in 7.6.6.3 oder 7.6.7.3
siehe Berechnung in
7.6.6.3 oder 7.6.7.3
siehe Schalen
(Lfd. Nr. S.1 bis S.3)
D2 / D1 1,2
2,0z 1)
4
Ohne Krempe
3,0
Mit Krempe
2,5
ep 1,5 es
2,0z 12)
5.2
Ohne äußere Kraft
2,0z 12)
5.1
Mit konstanter
Auflagerlast
2,0z 12)
6.1 bis 6.5
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-1 — Spannungsfaktoren und zugehörige höchstzulässige Drücke (Fortsetzung)
Anmerkungen zu Tabelle 17-1:
1)
Der zur Bestimmung von zu verwendende Schweißnahtfaktor z ist der Wert, der für die Berechnung der Wanddicke der betrachteten Schale verwendet wird.
2)
In Bild 17-1 ist dargestellt, wie zu messen ist.
3)
u 2Dmax Dmin Dmax Dmin
4)
Wenn e 1 e 2 ist, ist Pmax mit der kleinen Wanddicke zu berechnen.
5)
In Ermangelung einer genaueren Schätzung wird vorläufig dieser Wert für angenommen.
6)
ist der Winkel zwischen den Tangenten an die aneinanderstoßenden Platten in Grad.
7)
Für diesen Abschnitt ist Pmax gleich Py aus Gleichung (7.5-7) zu verwenden. Die anderen möglichen Bestimmungen von PS und Pb (aus den Gleichungen (7.5-6) bzw.
(7.5-8)) sind an dieser Stelle nicht von Bedeutung.
8)
Für ein solches Teil muss eine zweifache Berechnung durchgeführt werden:
-
eine Berechnung mit der in Tabelle 17-4 für das betreffende Teil angegebenen Klasse,
-
eine Berechnung mit Klasse 32,
wobei für jede Berechnung der jeweils zutreffende Wert von Pmax zu verwenden ist, der in der zugehörigen Zeile von Tabelle 17-1 angegeben ist, zusammen mit dem
entsprechenden Wert von f.
ANMERKUNG: Die erste Berechnung soll dazu dienen, die Gefahr einer Rissbildung vom Nahtübergang her abzudecken, während die zweite die Gefahr einer Rissbildung von der Nahtwurzel her abdecken soll.
9)
Der höchstzulässige Berechnungsdruck ist der für den ebenen Boden (nicht der für die angrenzende Zylinderschale). In Formel 17.6-1, ist der einzuführende Wert f der
niedrigste der Druckwerte von Boden und Schale.
Da in Abschnitt 10 keine explizite Formel für Pmax angegeben ist, ist Pmax als derjenige Druck zu berechnen, welcher eine erforderliche Enddicke ergibt, die gleich der
Berechnungsdicke ist. Als konservative Vereinfachung kann Pmax = PAuslegung verwendet werden.
10)
Der höchstzulässige Berechnungsdruck ist in Abschnitt 1 nicht explizit angegeben. Er ist als derjenige Druck zu berechnen, bei dem die Spannungen ihre zulässigen
Grenzwerte erreichen, oder in Anhang G ein Lastverhältnis von 1,0. Als konservative Vereinfachung kann Pmax = PAuslegung verwendet werden.
11)
Nach derzeitigem Wissensstand gibt es keinen Wert von für Ringverbindungen in diesem Fall. Es sollte eine ausführliche Berechnung der Ermüdungslebensdauer
nach Abschnitt 18 durchgeführt werden.
12)
Der zur Bestimmung von zu verwendende Schweißnahtfaktor z ist der Wert, der für die Berechnung der Wanddicke der Schale verwendet wird, an welche das
betrachtete Teil angeschweißt ist.
453
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(a) Längsschweißnaht in einer Zylinderschale
(b) Schweißnaht in einer Kugelschale
Bild 17-1 — Definition der Parameter für Formabweichungen bei Stumpfschweißungen
17.6.2 Korrekturfaktoren für die Spannungsschwingbreite
17.6.2.1 Wanddicke
Der Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Wanddicke wird wie folgt berechnet:
Für 25 mm < en < 150 mm :
25
C e
en
0,25
(17.6-2)
Der Korrekturfaktor C e ist in Bild 17–2als Funktion der Wanddicke dargestellt
Der Korrekturfaktor ist bei allen Schweißverbindungen mit Ausnahme von Verbindungen der Klasse 32 und
glattgeschliffenen Stumpfnähten anzuwenden.
An der Verbindung von Bauteilen unterschiedlicher Wanddicke ist der Wert von en für das Teil mit der geringeren
Wanddicke zu verwenden.
ANMERKUNG
höchsten.
In dem Teil mit der geringeren Wanddicke ist die Wahrscheinlichkeit einer Ermüdungsrissbildung am
Für en < 25 mm gilt C e = 1.
Für en > 150 mm gilt der Korrekturfaktor für en = 150 mm.
454
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1
0,9
0,8
Ce
0,7
0,6
0,5
0
25
50
75
100
125
150
e (mm)
Bild 17-2 — Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Wanddicke
17.6.2.2 Temperatur
Der Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Temperatur wird wie folgt berechnet:
Für T * 100 C :
— bei ferritischen Werkstoffen:
C T 1,03 1,5 10 4 T* 1,5 10 6 T* 2
(17.6-3)
— bei austenitischen Werkstoffen:
C T 1,043 4,3 10 4 T*
(17.6-4)
Dabei ist T* (in °C) die angenommene mittlere Zyklustemperatur, die wie folgt definiert ist:
T* 0,75 T max 0,25 T min
(17.6-5)
Für T * 100 C gilt C T = 1.
Dieser Korrekturfaktor ist in Bild 18-10 dargestellt.
17.6.2.3 Kerbwirkung
In einem ungeschweißten Bereich ist der effektive Kerbfaktor (die effektive Formzahl) K f wie folgt zu berechnen:
K f 1
1,5 K t 1
1 0,5 MAX1; K t
D
(17.6-6)
455
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist K t der theoretische Kerbfaktor im betrachteten Punkt und D die Dauerwechselfestigkeit der Klasse UW
(siehe Tabelle 17.6.4.3).
Dieser Faktor ist auf die Strukturspannung anzuwenden, um die Kerbspannung zu erhalten, welche der für die
Berechnung von ungeschweißten Bereichen verwendete Spannungstyp ist (siehe Gleichung 17.6-9).
ANMERKUNG
Kf ist nur an Punkten von Bedeutung, an denen eine nennenswerte Kerbwirkung vorhanden ist.
An Ecken mit kleinen Übergangsradien r (z. B. am Fuß von geschmiedeten/bearbeiteten Stutzen, siehe Bild 17-3)
können die folgenden Schätzungen für K t verwendet werden:
für r e/4 :
K t 1,4
(17.6-7)
für r e/8 :
K t 1,8
(17.6-8)
Dabei ist e die Dicke der jeweils dünneren Wand an der Verbindungsstelle.
Bild 17-3 — Typische Ecken mit kleinen Übergangsradien (ungeschweißte Bereiche)
17.6.3 Fiktive Spannungsschwingbreite
17.6.3.1 An einer geschweißten Verbindung:
*
Ce CT
(17.6-9)
ANMERKUNG Dies ist die Schwingbreite der Strukturspannung (wie in 17.2.11 definiert), die in Verbindung mit den
Berechnungsermüdungskurven von Schweißnähten zu verwenden ist, bei denen die Kerbwirkung mit berücksichtigt wird.
17.6.3.2 In einem ungeschweißten Bereich:
Kf
*
Ce CT
(17.6-10)
ANMERKUNG Dies ist die Schwingbreite der effektiven Kerbspannung (wie in 17.2.3 definiert), die in Verbindung mit der
Berechnungsermüdungskurve von ungeschweißten Bereichen zu verwenden ist, bei der Keine Kerbwirkung berücksichtigt wird.
456
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17.6.4 Berechnungsermüdungskurven
17.6.4.1 Die Berechnungsermüdungskurven sind durch die nachstehenden Gleichungen gegeben und in Bild 17-4
dargestellt.
Die Kurven sind nach Klassen gekennzeichnet. Die im Bild mit UW gekennzeichnete einzelne Kurve gilt für
ungeschweißte Bereiche. Die anderen Kurven gelten für geschweißte Verbindungen.
Die "Klassen"-Kennzahl entspricht der zulässigen Spannungsschwingbreite bei N 2 10 6 Lastzyklen.
ANMERKUNG
Bei jeder Kurve gibt es zwei Bereiche, die der Dauerwechselfestigkeit unterhalb bzw. oberhalb der Lastzyklenanzahl
entsprechen, welche dem Grenzwert der Dauerwechselfestigkeit bei konstanter Amplitude D entspricht, d. h.
5 10 6 Lastzyklen für geschweißte Verbindungen und 2 10 6 Lastzyklen für ungeschweißte Bereiche.
Die punktierten Linien in Bild 17-4 gelten nur bei Belastung mit veränderlicher Amplitude, was auch
Spannungsschwingbreiten einschließt, die größer sind als D .
Die Kurven enden bei N 1 108 Zyklen. Die diesem Wert entsprechende Spannungsschwingbreite ist der untere
Grenzwert Cut . Es wird angenommen, dass Spannungsschwingbreiten unter diesem Grenzwert keine
Ermüdungsschädigung hervorrufen und deshalb nicht berücksichtigt werden müssen.
10 000
R
MPa
1 000
32
40
UW
56 63 71 80 90
100
10
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
1,0E+07
1,0E+08
N
Bild 17-4 – Berechnungsermüdungskurven
17.6.4.2 Die in Bild 17-4 dargestellten Berechnungsermüdungskurven für geschweißte Verbindungen werden durch
die folgenden Gleichungen beschrieben:
für N 5 10 6 Lastzyklen:
1
5 10 6 3
R 0,737 C
N
(17.6-11)
für N 5 10 6 Lastzyklen:
Für die Berechnung einer Belastung mit veränderlicher Amplitude gilt:
457
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1
5 10 6 5
R 0,737 C
N
(17.6-12)
Für die Berechnung einer Belastung mit konstanter Amplitude gilt:
R D
(17.6-13)
Dabei ist
R 0,737 C
cut 0,405 C
ANMERKUNG Bei der Erstellung der Berechnungsermüdungskurven wurden die Kerbwirkungen von Schweißnähten und der
größtmögliche Einfluss von Eigenspannungen berücksichtigt.
17.6.4.3 Für ungeschweißte Bereiche wird die in Bild 17-4 dargestellte Berechnungsermüdungskurve der Klasse
UW durch die folgenden Gleichungen beschrieben:
— für N 2 10 6 Lastzyklen:
R
46000
N
140
(17.6-14)
— für N 2 10 6 Lastzyklen:
Für die Berechnung einer Belastung mit veränderlicher Amplitude gilt:
1
2 10 6 10
R 172,5
N
(17.6-15)
Für die Berechnung einer Belastung mit konstanter Amplitude gilt:
R D
Dabei ist
D 172,5 MPa
cut 116,7 MPa
458
(17.6-16)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 1
Die Klasse UW wurde für ungekerbte Bereiche abgeleitet. Kerbwirkungen (falls vorhanden) werden durch Kf in
der Berechnung von * berücksichtigt.
ANMERKUNG 2 Die Ermüdungskurve für Klasse UW berücksichtigt Oberflächenrauheiten bis zu Werten gewalzter oder
stranggepresster Oberflächen und erfasst auch die maximal mögliche Wirkung von Mittel- oder Eigenspannungen.
17.6.5 Klassifizierung von Schweißverbindungen
Die Schweißverbindungen sind den in Tabelle 17-4 angegebenen, prüfgruppenabhängigen Klassen zuzuordnen.
Zur Vereinfachung kann die Klasse für das ungünstigste Schweißdetail, das in dem gesamten Behälter vorhanden ist,
für alle Schweißverbindungen verwendet werden.
ANMERKUNG 1
angegeben.
Die für die verschiedenen Prüfgruppen geltenden Forderungen sind in Anhang A und in EN 13445-5:2014
ANMERKUNG 2 Schweißverbindungen der Prüfgruppe 3 sind in den meisten Fällen niedrigeren Klassen zugeordnet als solche
der Prüfgruppen 1 und 2. Die Wahl einer höheren Prüfgruppe als ursprünglich gefordert ist somit in bestimmten Fällen ein
mögliches Verfahren, um die Anwendung einer höheren Ermüdungsklasse zu rechtfertigen.
ANMERKUNG 3 Die Klasse 32, welche die Ermüdungsbeständigkeit von Kehlnähten gegen Rissbildung durch die Nahthöhe
hindurch repräsentiert, ist in Tabelle 17-4 nicht erwähnt. Der Grund besteht darin, dass diese Klasse niemals für eine
Schweißverbindung allein verwendet wird, sondern nur in Verbindung mit der in Tabelle 17-4 angegebenen relevanten Klasse für
die Beurteilung der Rissbildung vom Nahtübergang aus (siehe Anmerkung 12 zu Tabelle 17-1).
17.6.6 Zulässige Lastzyklenanzahl
17.6.6.1 Wenn * D ist, gilt:
— für geschweißte Verbindungen:
0,737 C
N 5 10 6
*
3
(17.6-17)
— für ungeschweißte Bereiche:
46000
N
* 140
2
(17.6-18)
17.6.6.2 Wenn Cut * D ist, gilt:
In Fällen mit sämtlichen Spannungsschwingbreiten D :
N unbegrenzt (unendlich)
459
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
In allen anderen Fällen:
— für geschweißte Verbindungen:
0,737 C
N 5 10
*
6
5
(17.6-19)
— für ungeschweißte Bereiche:
10
172,5
N 2 10 6
*
17.6.6.3 Wenn * Cut ist,
ist die Ermüdungswirkung der Wechselbeanspruchung zu vernachlässigen.
460
(17.6-20)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen
(a) Nahtschweißverbindungen
Lfd.
Nr.
1.1
1.2
Art der Verbindung
Detailskizze
Durchgeschweißte
Stumpfnaht, bündig
geschliffen,
einschließlich
Reparaturschweißung
Durchgeschweißte
Stumpfnaht, beidseitig geschweißt oder
einseitig bis zur
abschmelzenden
Einlage oder zur
temporären nichtschmelzenden Unterlage geschweißt
Klasse
PrüfPrüfBemerkungen
gruppe gruppe
1 oder 2
3
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
90
71
Oberflächenfehlern und größeren oberflächennahen Fehlern
(siehe 17.4.5)
Ce 1
80
63
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
größeren Fehlern (siehe 17.4.5)
80
63
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
größeren Fehlern (siehe 17.4.5)
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
S1.1 bis
S2.4, S5.1
bis S5.4,
DE1, CE1.2,
FE3
S1.1 bis
S2.4, S5.1
bis S5.4,
DE1, CE1.2,
FE3
1:3
1.3
1:3
1.4
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
größeren Fehlern (siehe 17.4.5)
80
71
63
56
S1.2 und
S1.5, S2.3
und S2.4,
S5.2 und
S5.4, DE1,
CE1.2, FE3
CE1.1, CE2
Falls 30°
Falls > 30°
461
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(a) Nahtschweißverbindungen (Fortsetzung)
Klasse
Lfd.
Nr.
1.5
Art der Verbindung
Durchgeschweißte
Stumpfnaht, einseitig
geschweißt, ohne
Unterlage
Detailskizze
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
größeren Fehlern (siehe 17.4.5)
63
40
40
1.6
Durchgeschweißte
Stumpfnaht, einseitig
geschweißt, mit
bleibender Unterlage
56
40
Sickennaht
40
40
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
S1.1 bis
S2.4, S5.1
bis S5.4,
DE1, CE1.2,
FE3
S2.1 bis S2.4
Mehrlagenschweißnaht, Nahtwurzel auf vollständige
Verschmelzung mit Unterlage geprüft
Einlagenschweißnaht
In allen Fällen
Nur Rundnähte (siehe 5.7)
Mindestnahtdicke = Schalenwanddicke
56
462
Wenn Durchschweißung sichergestellt werden kann
Wenn Innenseite für Sichtprüfung nicht zugänglich ist und
vollständige Durchschweißung nicht sichergestellt werden kann
In allen Fällen
Nur Rundnähte (siehe 5.7)
Mindestnahtdicke = Schalenwanddicke
40
1.7
Bemerkungen
Mehrlagenschweißnaht, Nahtwurzel auf vollständige
Verschmelzung mit Unterlage geprüft
Einlagenschweißnaht
In allen Fällen
S3
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(b) Verbindung Schale/Boden oder Schale/Rohrboden
Lfd.
Nr.
2.1
Art der Verbindung
Aufgeschweißter
Boden
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
(a)
(b)
Bemerkungen
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
Boden muss ausreichende Festigkeitseigenschaften über die
Dicke aufweisen, um Lamellenrissbildung zu vermeiden
FE1.1 bis
FE1.3
71
80
63
63
Beidseitig durchgeschweißt:
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
63
63
Beidseitig mit versenkter Kehlnaht geschweißt
Einseitig durchgeschweißt, ohne Gegennaht:
— Innenseite sichtgeprüft und frei von Schweißgutüberlauf
oder Wurzelrückfall.
— Wenn Innenseite für Sichtprüfung nicht zugänglich ist und
vollständige Durchschweißung nicht sichergestellt werden kann
— In allen Fällen
(c)
63
40
40
2.2
Aufgeschweißter
Boden mit
Entlastungsnut
Durchgeschweißte Naht erwies sich bei zerstörungsfreier
Prüfung als frei von größeren Fehlern (siehe 17.4.5).
Boden muss ausreichende Festigkeitseigenschaften über die
Dicke aufweisen, um Lamellenrissbildung zu vermeiden
80
63
FE2
Beidseitig geschweißt, oder einseitig geschweißt und
Wurzellage bündig geschliffen
Einseitig geschweißt, wie geschweißt:
— Innenseite sichtgeprüft und erwies sich als frei von
63
Schweißgutüberlauf oder Wurzelrückfall
40
40
— Wenn Innenseite für Sichtprüfung nicht zugänglich ist
— In allen Fällen
463
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(b) Verbindung Schale/Boden oder Schale/Rohrboden (Fortsetzung)
Lfd.
Nr.
Art der Verbindung
2.3
Eingeschweißter Boden
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
Bemerkungen
71
80
63
63
Beidseitig durchgeschweißt (bezieht sich auf
Ermüdungsrissbildung vom Nahtübergang aus in die Schale):
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
63
63
Beidseitig mit versenkter Kehlnaht geschweißt
40
Einseitig durchgeschweißt ohne Gegennaht:
— Innenseite sichtgeprüft und erwies sich als frei von
Schweißgutüberlauf oder Wurzelrückfall.
— Wenn Innenseite für Sichtprüfung nicht zugänglich
— In allen Fällen
(a)
(b)
63
40
(c)
464
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
FE1.1 bis
FE1.3
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(c) Verbindungen an Abzweigen
Lfd.
Nr.
3
Art der
Verbindung
Alle Nahttypen
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
Bemerkungen
63
Durchgeschweißt::
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
— In allen Fällen
63
Mit versenkter Kehlnaht geschweißt, Schweißnahtdicke 0,8 x
kleinere Wanddicke der verbundenen Wände:
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
— In allen Fällen
(a)
71
80
63
71
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
OS2.1 bis
OS3.3
(b)
465
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(d) Doppelmäntel
Lfd.
Nr.
4
Art der Verbindung
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
DoppelmantelVerbindungsnaht mit
Formdichtungsring
Durchschweißung erforderlich, Naht erwies sich bei
zerstörungsfreier Prüfung als frei von größeren Fehlern (siehe
17.4.5)
Einseitig geschweißt:
— Mehrlagenschweißnaht, Nahtwurzel auf vollständige
63
Verschmelzung geprüft
40
40
71
466
Bemerkungen
56
— Einlagenschweißnaht
— In allen Fällen
Beidseitig geschweißt oder einseitig geschweißt mit
Gegennaht
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
J1 und J2
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(e) Anbauteile, die mit nicht drucktragenden Schweißnähten befestigt sind
Lfd.
Nr.
5.1
5.2
5.3
Art der Verbindung
Anbauteil beliebiger
Form mit Randkehle
oder Randabschrägung, mit der
Oberfläche eines spannungsbeanspruchten
Bauteils stumpfverschweißt, Nähte um die
Enden herumgeführt
oder nicht
Anbauteil beliebiger
Form, Oberfläche an
einem spannungsbeanspruchten Bauteil
anliegend, Nähte um
die Enden herumgeführt oder nicht
Durchgehende
Versteifung
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfBemerkungen
gruppe gruppe
1 oder 2
3
Wie geschweißt
71
71
Bei Teilen mit um die Enden herumgeführten Schweißnähten,
80
80
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
W2
wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
71
80
71
80
Wie geschweißt
Bei Teilen mit um die Enden herumgeführten Schweißnähten,
wenn Nahtübergänge nachbearbeitet
W1
71
80
71
71
Wie geschweißt
Bei durchgeschweißten Nähten, wenn Nahtübergänge
nachbearbeitet
S4
467
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(f)
Lfd.
Nr.
Auflagerungen ohne Belastung durch zusätzliche äußere Wechselbeanspruchung, Bewertung der Behälterwand
Art der Verbindung
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfBemerkungen
gruppe gruppe
1 oder 2
3
Wie geschweißt
71
71
Wenn Nahtübergang in die Schale nachbearbeitet
80
80
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
W3
6.1
Auflagerung eines
liegenden oder
stehenden Behälters,
mit durchgehender
Kehlnaht rundum mit
dem Behälter
verschweißt
6.2
Zapfenlagerung, mit
durchgehender
Kehlnaht rundum mit
dem Behälter
verschweißt
71
80
71
80
Wie geschweißt
Wenn Nahtübergang in die Schale nachbearbeitet
W3
6.3
Sattelauflager, mit
durchgehender
Kehlnaht rundum mit
dem Behälter
verschweißt
71
80
71
80
Wie geschweißt
Wenn Nahtübergang in die Schale nachbearbeitet
W3
468
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(f)
Lfd.
Nr.
6.4
6.5
Auflagerungen ohne Belastung durch zusätzliche äußere Wechselbeanspruchung, Bewertung der Behälterwand (Fortsetzung)
Art der Verbindung
Standzarge, mit
durchgehender
Kehlnaht rundum mit
dem Behälter
verschweißt
Tragpratzen (mit oder
ohne
Verstärkungsblech), mit
durchgehender
Kehlnaht rundum mit
dem Behälter
verschweißt
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
71
80
71
80
71
71
Bemerkungen
Durchgeschweißt oder mit versenkter Kehlnaht geschweißt:
— Wie geschweißt
— Wenn beidseitig geschweißt und Nahtübergänge in die
Schale nachbearbeitet
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
W3
W3
469
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(g) Flansche und Verstärkungsringe
Lfd.
Nr.
7.1
Art der Verbindung
Mit Stumpfnaht
durchgeschweißter
Vorschweißflansch
oder Ausgleichsflansch
mit Schweißansatz
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
Naht erwies sich bei zerstörungsfreier Prüfung als frei von
größeren Fehlern (siehe 17.4.5)
a)
80
63
b)
40
40
Vorschweißflansch
a)
b)
470
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
F1 oder P1
Naht beidseitig geschweißt, oder einseitig geschweißt mit
wurzelseitiger Stützraupe, oder durchgeschweißt bis zur
aufschmelzenden Einlage oder zur temporären
nichtschmelzenden Unterlage
Einseitig geschweißt:
— Wenn vollständige Durchschweißung sichergestellt werden
63
7.2
Bemerkungen
kann
— Wenn Innenseite für Sichtprüfung nicht zugänglich ist und
vollständige Durchschweißung nicht sichergestellt werden kann
— In allen Fällen
71
80
63
63
Durchgeschweißt:
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergang nachbearbeitet
63
63
Mit versenkter Kehlnaht geschweißt
F2.1 bis F2.3
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 17-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen (Fortsetzung)
(g) Flansche und Verstärkungsringe (Fortsetzung)
Lfd.
Nr.
7.3
Art der Verbindung
Eingeschweißter
Flansch oder
Verstärkungsring
Detailskizze
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 oder 2
3
a)
Bemerkungen
71
80
63
63
Durchgeschweißt:
— Wie geschweißt
— Wenn Nahtübergang nachbearbeitet
63
63
Kehlnaht auf beiden Seiten:
63
63
Zugeordnete Nr. in
Tabelle 17-1
P1 bis P3
b)
7.4
Aufgeschweißter
Flansch oder
Verstärkungsring,
beidseitig geschweißt
P2 und P3
471
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
17.7 Berechnungsregel
17.7.1 Beanspruchung mit variabler Amplitude (allgemeiner Fall)
17.7.1.1 Die Gesamtermüdungsschädigungskennzahl infolge der kumulativen Wirkung der Lastzyklen, die das
Berechnungsspektrum der Spannungsschwingbreiten bilden, wird wie folgt berechnet:
D
k
n
n1
n
ni
2 3 etc
N1 N 2 N 3
N
i
1
(17.7-1)
Dabei ist n i die Anzahl der während der erwarteten Lebensdauer des Behälters auftretenden Lastzyklen der
* i und N i die zulässige Lastzyklenanzahl der betreffenden
Spannungsschwingbreite
Spannungsschwingbreite * i , die gemäß 17.6.6 aus den jeweils zutreffenden Berechnungsermüdungskurven
zu entnehmen ist.
ANMERKUNG
Die Berechnung der Akkumulation der Schädigungen infolge der einzelnen Lastzyklustypen erfolgt gemäß
der Miner’schen Regel (lineare Summation).
17.7.1.2 Die Konstruktion ist annehmbar, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
D 1
(17.7-2)
Wird diese Bedingung nicht erfüllt, muss entweder die Konstruktion geändert oder eine ausführliche Berechnung
der Ermüdungslebensdauer nach Abschnitt 18 durchgeführt werden.
17.7.2 Beanspruchung mit konstanter Amplitude (Spezialfall)
Die Konstruktion ist annehmbar, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
* R
(17.7-3)
Dabei wird R gemäß 17.6.4.2 oder 17.6.4.3 für die einwirkende Anzahl von Druckzyklen n anstelle von N
berechnet.
17.8 Konstruktion und Fertigung
ANMERKUNG 1
Anzahl und Größe der Druckschwankungen, denen ein Behälter während seiner Lebensdauer standhalten
kann, werden von seiner Konstruktion, seinem Werkstoff und seinem Fertigungsverfahren bestimmt.
ANMERKUNG 2
Hohe Spannungsspitzen sind möglichst zu vermeiden. Als Hilfe bei der Auswahl der geeigneten
Konstruktion, insbesondere an den Verbindungsstellen von Bauteilen, können die Beiwerte für verschiedene konstruktive
Einzelheiten des Behälters (siehe Tabelle 17-1) oder die Ermüdungsklassen verschiedener Schweißverbindungen (siehe
Tabelle 17-2) verglichen werden.
ANMERKUNG 3
Allgemein niedrige Spannungswerte sind von Vorteil. Eine Überdimensionierung der Wanddicke bei der
Auslegung für ruhende Beanspruchung trägt zur Reduzierung der Spannungen bei Wechselbeanspruchung bei. Dieser Vorteil
kann jedoch aufgrund der nachteiligen Auswirkung der erhöhten Wanddicke auf die Ermüdungsfestigkeit (ausgedrückt durch
den Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Wanddicke
C e ) teilweise wieder verloren gehen.
ANMERKUNG 4
Werkstoffe.
Für ungeschweißte Bereiche sind weichere Stähle sind im allgemeinen weniger kerbempfindlich als andere
ANMERKUNG 5
höher sein.
In Schweißverbindungen sollte Festigkeit des Schweißguts gleich der des Grundwerkstoffs oder geringfügig
ANMERKUNG 6
Eigenspannungen
und
Schweißfehler
sollten
möglichst
gering
gehalten
werden.
Bei
Wechselbeanspruchung wirken sich Fertigungsfehler stärker aus als bei ruhender Beanspruchung. Es sollten die Forderungen
für die Auslegung drucktragender Schweißnähte in Anhang A eingehalten werden.
472
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 7
Ein Glätten der Oberflächen (durch Nachbearbeiten, Schleifen von Schweißnähten) trägt zur Erhöhung der
Ermüdungslebensdauer bei.
17.9 Prüfung
Zusätzlich zu den Forderungen in Teil 5 dieser Norm sind bei der Prüfung vor, während und nach der Fertigung die
folgenden Bestimmungen einzuhalten.
17.9.1 Erstmalige Überprüfung der Prüfbedingungen
In der Konstruktionsphase ist eine erste Überprüfung vorzunehmen, um die kritischen Bereiche der Behälter (siehe
Definition in 17.2.16) eindeutig zu bestimmen und zu benennen.
17.9.2 Prüfung während der Fertigung und Bauprüfung
Für zerstörungsfreie Prüfungen sind in allen kritischen Bereichen, zusätzlich zu den allgemeinen Forderungen von
EN 13445-5:2014, die Bestimmungen von EN 13445-5:2014, Anhang G einzuhalten.
ANMERKUNG
Ist kein bestimmtes Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung vorgeschrieben, sollte dem Ultraschall- oder
dem Magnetpulverprüfverfahren der Vorzug gegeben werden.
17.9.3 Prüfung während des Betriebs
ANMERKUNG
Empfehlungen betreffs der Prüfung während des Betriebs und zu Maßnahmen, die während des Betriebs
ergriffen werden sollten, werden in Anhang M gegeben.
473
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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18 Ausführliche Berechnung der Ermüdungslebensdauer
18.1 Zweck
18.1.1 Dieser Abschnitt enthält Regeln für die ausführliche Berechnung der Ermüdungslebensdauer von
Druckbehältern und Druckbehälterbauteilen unter Wechselbeanspruchung.
18.1.2 Bei den Berechnungsregeln wird davon ausgegangen, dass der Behälter gemäß den Forderungen dieser
Norm hergestellt ist.
18.1.3 Die Regeln gelten nur für ferritische und austenitische Stähle gemäß EN 13445-2:2014.
ANMERKUNG
Diese Bedingungen dürfen auch für Stahlguß angewendet werden. Im Fall von Fertigungsschweißungen an
Stahlgußteilen sind jedoch die Bedingungen für geschweißte Bereiche anzuwenden.
18.1.4 Die Regeln gelten nicht für Druckbehälter der Prüfgruppe 4. Für Schweißnähte der Prüfgruppe 3 gelten die
besonderen Bestimmungen in 18.10.2.1.
18.1.5 Das hier beschriebene Verfahren dient nicht für die Konstruktion im elastoplastisch beanspruchten Bereich
(siehe Referenz [1] in Anhang N).
18.2 Zusätzliche Definitionen
Folgende Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
18.2.1
Ermüdungskurven
in diesem Abschnitt enthaltene Kurven der Funktionen ΔσR gegen N für geschweißte und ungeschweißte
Werkstoffe sowie der Funktionen ΔσR/Rm gegen N für Schrauben.
18.2.2
Störstelle
Unstetigkeit in Form oder Werkstoff, die die Spannungsverteilung beeinflusst.
18.2.3
Globale Störstelle
Unstetigkeit in Form oder Werkstoff, die die Spannungs- oder Dehnungsverteilung über die gesamte Wanddicke
beeinflusst.
18.2.4
Lokale Störstelle
Unstetigkeit in Form oder Werkstoff, die die Spannungs- oder Dehnungsverteilung örtlich begrenzt über einen Teil
der Wanddicke beeinflusst.
18.2.5
Nennspannung
Spannung in Abwesenheit von Störstellen.
ANMERKUNG 1 Die Nennspannung ist eine Bezugsspannung, die nach der grundlegenden Strukturtheorie berechnet wird und
die Einflüsse struktureller Störstellen (z. B. Schweißnähte, Ausschnitte und Änderungen der Dicke) ausschließt (siehe Bild 181).
ANMERKUNG 2 Die Verwendung der Nennspannung ist für einige bestimmte Schweißnähte zulässig, bei denen die Ermittlung
der Strukturspannung unnötig kompliziert wäre. Sie wird auch auf Schrauben angewandt.
ANMERKUNG 3 Die Nennspannung wird gewöhnlich verwendet, um die Ergebnisse von Ermüdungsversuchen an
Laborproben unter einfacher einachsiger Axial- oder Biegebeanspruchung auszudrücken. Die aus diesen Ergebnissen
abgeleiteten Ermüdungskurven berücksichtigen somit auch die Einflüsse von ggf. in den Proben vorhandenen Kerben und
Störstellen (z.B. Schweißnähten).
474
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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18.2.6
Kerbspannung
Gesamtspannung am Kerbgrund einschließlich des nichtlinearen Teils der Spannungsverteilung.
ANMERKUNG 1 In Bild 18-1 ist die Kerbspannung am Beispiel eines geschweißten Bauteils dargestellt; Kerbspannungen
treten aber ebenso an lokalen Störstellen in ungeschweißten Bauteilen auf.
ANMERKUNG 2 Kerbspannungen werden gewöhnlich mit einer numerischen Analyse berechnet. Alternativ kann die Nennoder Strukturspannung in Verbindung mit der effektiven Formzahl Kf verwendet werden.
Legende
1 Nennspannung
2 Strukturspannung
3 Kerbspannung
4 Extrapolation zur Ermittlung der Strukturspannung am möglichen Risseinleitungspunkt
Bild 18-1 — Verteilung der Nenn-, Struktur- und Kerbspannung an einer Störstelle
18.2.7
Vergleichsspannung
einachsige Spannung, die die gleiche Ermüdungsschädigung verursacht wie die tatsächlichen mehrachsigen
Spannungen
ANMERKUNG 1 Das Kriterium nach der Tresca-Hypothese wird hier verwendet, die Verwendung der von-Mises-Hypothese ist
ebenfalls zulässig.
ANMERKUNG 2 Die Regel zur Berechnung der Vergleichsspannung sind in C.4.1 angegeben. Die Regeln zur Berechnung des
Vergleichsspannungsbereiches zwischen zwei unabhängigen Lastfällen sind in C.4.2 angegeben. In diesem Abschnitt müssen
gleiche Spannungsbereiche für volle Lastzyklen definiert werden, d. h. für Unterschiede zur Abdeckung unterschiedlicher
Lastbedingungen. Die entsprechenden Vorgaben sind für geschweißte Komponenten in 18.6.2.2 enthalten und für
ungeschweißte in 18.7.1.2. Diese Bedingungen sind unterschiedlich, abhängig davon, ob die grundlegenden
Spannungsrichtungen während eines Zyklus konstant bleiben oder nicht.
18.2.8
Schweißnahtspannung
mittlere Spannung an der Schweißnahtdicke einer Kehlnaht oder versenkten Kehlnaht
ANMERKUNG 1 Im allgemeinen Fall einer nicht gleichmäßig belasteten Schweißnaht wird die Schweißnahtspannung als
Quotient der Höchstbelastung je Längeneinheit der Schweißnaht und der Schweißnahtdicke berechnet; dabei wird
angenommen, dass keine Lastkomponente durch Stützwirkungen zwischen den verbundenen Teilen aufgenommen wird.
ANMERKUNG 2 Bei starker Verkrümmung an der Schweißnaht ist der maximale Wert der Linearspannung anzuwenden.
475
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 3 Die Schweißnahtspannung wird ausschließlich für die Berechnung des Ermüdungsversagens durch
Rissbildung im Schweißgut von Kehlnähten oder versenkten Kehlnähten verwendet.
18.2.9
Spannungsschwingbreite (Δσ)
Wert vom Minimum zum Maximum eines Zyklus (siehe Bild 18-2) einer Nennspannung, einer Hauptspannung oder
einer Spannungskomponente, je nach angewendeter Methode
Legende
1 = ein Lastzyklus; Spannungsschwingbreite
Bild 18-2 — Spannungsschwingbreite
18.2.10
Strukturspannung
linear über die Dicke verteilte Spannung durch die von außen einwirkenden Lastgrößen (Kräfte, Momente, Drücke
usw.) und die entsprechende Reaktion der betreffenden Strukturteile
ANMERKUNG 1 Die Strukturspannung schließt die Wirkungen globaler Störstellen (z. B. Abzweige, Kegel-ZylinderVerbindungen, Schale-Boden-Verbindungen, Dickenänderungen, Abweichungen von der Konstruktionsform, Anbauteile) ein,
nicht aber die Kerbwirkungen lokaler Störstellen (z. B. Schweißnahtübergang), die zu nichtlinearer Spannungsverteilung über
die Dicke führen (siehe Bild 18-1).
ANMERKUNG 2 Bei der Berechnung der Ermüdungslebensdauer ist die Strukturspannung am möglichen Risseinleitungspunkt
zu ermitteln.
ANMERKUNG 3 Strukturspannungen können nach einem der folgenden Verfahren bestimmt werden: Numerische Analyse (z.
B. Finite-Elemente-Verfahren), Dehnungsmessung oder Anwendung von Formzahlen auf die analytisch ermittelten
Nennspannungen. Referenz [2] in Anhang N enthält Hinweise zur Anwendung der numerischen Analyse.
ANMERKUNG 4 Bei hohen Wärmespannungen ist anstelle der linear verteilten Spannung die Spannungsspitze zu betrachten.
18.2.11
Schweißnahtdicke
Mindestdicke im Nahtquerschnitt
18.2.12
Dauerwechselfestigkeit
Spannungsschwingbreite, unterhalb derer bei Belastung mit konstanter Amplitude keine Ermüdungsschädigung
eintritt
476
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
18.2.13
Unterer Grenzwert der Spannungsschwingbreite
Spannungsschwingbreite, unterhalb derer Ermüdungsschäden vernachlässigt werden
18.2.14
Theoretische Formzahl (theoretischer Kerbfaktor)
Verhältnis der auf Grundlage rein elastischen Verhaltens berechneten Kerbspannung zur Strukturspannung in
diesem Punkt
18.2.15
Effektive Kerbspannung
die Spannung, die das Ermüdungsverhalten an einer Kerbe bestimmt
18.2.16
Effektive Formzahl
Verhältnis der effektiven Gesamtspannung (einschließlich Kerbeffekt) zur Strukturspannung in demselben Punkt
18.2.17
Kritischer Bereich
ein Bereich, in dem die Gesamtermüdungsschädigungskennzahl den maximalen Wert Dmax übersteigt, der wie
folgt definiert ist:
Dmax 0,8 für 500 < neq 1000
Dmax 0,5 für 1000 < neq 10000
Dmax 0,3 für neq > 10000
18.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4.
C, C1, C2
Konstanten in der Gleichung für Ermüdungskurven geschweißter Bauteile
D
Schädigungskennzahl
E
Elastizitätsmodul bei zulässiger Betriebstemperatur
Fe, Fs
Beiwerte
fb
Gesamtkorrekturfaktor für Schrauben
fc
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Spannungen durch Druck
fe
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Wanddickeneinflusses bei ungeschweißten Bauteilen
few
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Wanddickeneinflusses bei geschweißten Bauteilen und
Schrauben
fm
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Mittelspannungseinflusses
fs
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Oberflächenrauheit
fT*
Temperatureinflussfaktor
fu
Gesamtkorrekturfaktor für ungeschweißte Bauteile
fw
Gesamtkorrekturfaktor für geschweißte Bauteile
g
Tiefe der durch Schleifen des Nahtrands verursachten Nut
477
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Kf
Effektive Formzahl nach Gleichung (18.7-3)
Km
Vergrößerungsfaktor für Spannungen aufgrund von Formabweichungen
Kt
Theoretische Formzahl
ke
Vergrößerungsfaktor für mechanische Spannungen im überelastisch beanspruchten Bereich
k
Vergrößerungsfaktor für Wärmespannungen im überelastisch beanspruchten Bereich
M
Mittlerer Spannungsempfindlichkeitsfaktor
m, m1, m2
Exponenten in den Gleichungen der Ermüdungskurven für geschweißte Bauteile
N
Zulässige Lastzyklenanzahl aus den Ermüdungskurven (Index i bezeichnet die zulässige
Lastzyklenanzahl für die i-te Spannungsschwingbreite)
n
Tatsächliche Lastzyklenanzahl
Spannungsschwingbreite)
R
Mittlerer Radius des Behälters im betrachteten Punkt
Rmin
Kleinster Innenradius eines zylindrischen Behälters einschließlich Korrosionszuschlag
Rmax
Größter Innenradius eines zylindrischen Behälters einschließlich Korrosionszuschlag
Rz
Rauhtiefe
r
Radius der durch Schleifen des Nahtrands verursachten Nut
Sij
Differenz zwischen den Hauptspannungen (i und j) bzw. den Strukturspannungen (struc,i und
struc,j)
Tmax
Höchstbetriebstemperatur
Tmin
Mindestbetriebstemperatur
T*
Angenommene mittlere Temperatur während eines Lastzyklus
T
Gesamtdehnungsschwingbreite
Maximale Hauptspannungsschwingbreite (Index i bezeichnet die i-te Spannungsschwingbreite; Index
w bezieht sich auf Schweißung)
eq
Vergleichsspannungsschwingbreite (Index i bezeichnet die i-te Spannungsschwingbreite)
R
Spannungsschwingbreite aus den Ermüdungskurven
D
Dauerwechselfestigkeit
cut
Unterer Grenzwert der Spannungsschwingbreite
struc
Strukturspannungsschwingbreite
f
Spannungsschwingbreite der Gesamtvergleichsspannung
478
(Index
i
bezeichnet
die
Lastzyklenanzahl
für
die
i-te
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
eq,l
Vergleichsspannungsschwingbreite
Spannungsverteilung
eq,t
Kerbvergleichsspannungsschwingbreite (oder Gesamtvergleichsspannungsschwingbreite)
eq,nl
Spannungsschwingbreite
Spannungsverteilung
Gesamtabweichung von der mittleren Kreisform einer Schale an der Schweißnaht (Unrundheit)
1
Mittellinienversatz stoßgeschweißter Platten
Winkel zwischen den Tangenten stoßgeschweißter Platten an einer Naht
Normalspannung bzw. Normalspannungsschwingbreite (Index w bezeichnet Schweißnähte)
(eq, t)op
entsprechend
entsprechend
der
der
Schwankung
Schwankung
im
im
linearen
nichtlinearen
Teil
der
Teil
der
gesamte Vergleichsspannung durch Betriebsdruck (zur besonderen Verwendung in 18.4.6)
(eq, t)max
gesamte maximale Vergleichsspannung
(eq, t)min
gesamte minimale Vergleichsspannung
eq
Vergleichsmittelspannung
eq, r
Reduzierte Vergleichsmittelspannung für elastisch-plastische Bedingungen
struc1
Strukturhauptspannung (Indizes 1, 2 und 3 bezeichnen die Hauptachsen) zu einem gegebenen
Zeitpunkt
total
Gesamtspannung
1
Hauptspannung (Indizes 1, 2 und 3 bezeichnen die Hauptachsen) zu einem gegebenen Zeitpunkt
V1, V2
Spannungsschwingbreiten im Beispiel für das „Reservoir”-Lastzyklenzählverfahren in 18.9.3
Schubspannung bzw. Schubspannungsschwingbreite (Index w bezeichnet Schweißnähte)
18.4 Geltungsbereich
18.4.1 Bei auf Ermüdung ausgelegten Behältern sind die Fertigungsverfahren aller Bauteile, einschließlich
vorübergehend angebrachter Teile und Ersatzteile, vom Hersteller festzulegen.
18.4.2 Es gibt keine Einschränkungen hinsichtlich der Verwendung von Ermüdungskurven für Behälter mit
Betriebstemperaturen unter 0 °C, sofern der Werkstoff, durch den sich ein Ermüdungsriss fortpflanzen könnte,
nachgewiesenermaßen so zäh ist, dass ausgehend von einem Ermüdungsriss kein Bruch verursacht werden kann.
18.4.3 Diese Regeln gelten nur für Behälter mit Betriebstemperaturen unterhalb des Zeitstandbereichs des
Werkstoffs, d. h. die Ermüdungskurven gelten für Temperaturen bis 380 °C bei ferritischen Stählen bzw. bis 500 °C
bei austenitischen Stählen.
479
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
18.4.4 Voraussetzung für die Anwendung dieser Regeln ist die Zugänglichkeit aller ermüdungskritischen Bereiche
(siehe 18.10.5) für Sichtprüfungen und zerstörungsfreie Prüfungen. Außerdem müssen Anweisungen für die
geeignete Wartungvorgesehen und in die Betriebsweisung aufgenommen werden.
ANMERKUNG
Empfehlungen für eine geeignete Wartung sind in Anhang M enthalten.
Was Schweißnahtfehler anbelangt:
Für die Anwendung dieser Regeln müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein (wie nach EN 13445-5:2014,
Anhang G gefordert), zusätzlich zu den allgemeinen Annahmekriterien für Schweißfehler, die in Teil 5 angegeben
sind:
keine Einbrandkerbe,
keine Schweißnahtwurzel-Konkavität,
keine nicht vollständig durchgeschweißten Stellen bei durchgeschweißten Nähten,
100 % Prüfung, mittels Sichtprüfung und zerstörungsfreier Prüfung, mit Annahmekriterien wie in
EN 13445-5:2014, Anhang G angegeben, für alle kritischen Bereiche.
18.4.5 Korrosive Bedingungen beeinträchtigen die Ermüdungslebensdauer von Stahl erheblich. Durch
entsprechende
Umgebungsbedingungen
verursachte
Ermüdungsrisse
können
bei
niedrigeren
Wechselbeanspruchungen auftreten als in Luft und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit kann höher sein. In den
angegebenen
Dauerfestigkeitswerten
sind
keine
Korrosionszuschläge
berücksichtigt.
Wenn
mit
Korrosionsermüdung zu rechnen ist und wirksamer Schutz gegen das korrosive Medium nicht gewährleistet
werden kann, sollte deshalb auf der Grundlage von Erfahrungen oder Prüfungen ein Korrekturfaktor zur
Berücksichtigung der Korrosionswirkung gewählt werden, um den die angegebenen Dauerfestigkeitswerte
reduziert werden. Besteht aufgrund mangelnder Erfahrung keine Sicherheit, dass die gewählten
Dauerfestigkeitswerte niedrig genug angesetzt sind, ist die Prüfhäufigkeit zu erhöhen, bis genügend
Erfahrungswerte für eine Rechtfertigung des gewählten Faktors vorliegen.
Was Toleranzen anbelangt:
Die Fertigungstoleranzen dürfen nicht die in EN 13445-4:2014 angegebenen Werte übersteigen;
Für Rollennahtschweißungen muss der Hersteller gewisse Toleranzen annehmen und daraus die
entsprechenden Spannungsfaktoren ableiten, die für die Ermüdungsfestigkeitsbewertung zu verwenden sind.
Danach müssen die angenommenen Toleranzen nach der Fertigung geprüft und garantiert werden.
18.4.6 Bei wasserbeaufschlagten Teilen aus nicht austenitischen Stählen, die mit Temperaturen über 200 °C
betrieben werden, ist auf Erhaltung der Magnetitschutzschicht zu achten. Dies ist gewährleistet, wenn die
Spannungsschwingbreite an der wasserbeaufschlagten Oberfläche stets die folgenden Gleichungen erfüllt:
eq, t max eq, t op 200MPa
(18.4-1)
eq, t min eq, t op 600MPa
(18.4-2)
ANMERKUNG
Es wird vorausgesetzt, dass unter den Betriebsbedingungen, bei denen sich die Magnetitschutzschicht bildet,
die Schutzschicht spannungsfrei ist.
18.4.7 Lassen sich Schwingungen (z. B. durch Maschinen, Druckschwankungen oder Wind) durch entsprechende
Versteifungen, Abstützung oder Dämpfung nicht unterdrücken, so sind sie gemäß den Verfahren dieses Abschnitts
zu berechnen.
480
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
18.5 Allgemeines
18.5.1 Eine Berechnung der Ermüdungslebensdauer ist an allen Stellen durchzuführen, an denen die Gefahr von
Ermüdungsrissbildung besteht.
ANMERKUNG
Es wird empfohlen, bei der Berechnung der Ermüdungslebensdauer die tatsächlichen Betriebslasten anstelle
der Nennlasten zu verwenden.
18.5.2 Da sich geschweißte Teile in Bezug auf Ermüdung anders verhalten als ungeschweißte, unterscheiden
sich auch die Verfahren zu Berechnung ihrer Lebensdauer.
18.5.3 Ungeschweißte Teile können Reparaturen mit beschliffenen Schweißnähten aufweisen, deren
Vorhandensein zu einer Reduzierung der Dauerfestigkeit des Werkstoffs führen kann. Als ungeschweißt sind daher
nur solche Bauteile anzusehen, die definitiv schweißnahtfrei sind.
18.5.4 In Tabelle 18-1 ist der typische Ablauf bei der Auslegung eines Behälters auf Ermüdungsfestigkeit
zusammengefasst.
18.5.5 Die aus den entsprechenden Ermüdungskurven (für geschweißte und ungeschweißte Bauteile sowie
Schrauben) ermittelte Ermüdungslebensdauer bei konstanter Spannungsschwingbreite ist die zulässige
Lastzyklenanzahl.
18.5.6 Zur Ermittlung der Schädigungsakkumulation bei veränderlichen Spannungsschwingbreiten wird die
Schädigungskennzahl D wie folgt berechnet:
D
n1 n2
......
N1 N2
n
Nii
(18.5-1)
Die folgende Bedingung muss erfüllt sein:
D 1
(18.5-2)
481
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18–1: Zusammenfassung des Verfahrens zur Berechnung der Ermüdungslebensdauer
Aufgabe
Bemerkung
Bezug
1.
Auslegung des Behälters auf
ruhende Beanspruchung
Konstruktion, Schweißnähte und Maße
Teil 3
2.
Festlegen
der
Wechselbeanspruchung
auf Grundlage von Betriebsmerkmalen
und
vom
Hersteller
ermittelten
Zusatzbeanspruchungen, etc.
18.5, 18.9.1
3.
Auswahl
der
zu
berechnenden Stellen des
Behälters
Störstellen, Ausschnitte, Verbindungen
(geschweißt,
geschraubt),
Ecken,
Reparaturen usw.
18.5
4.
Ermitteln der Spannungsschwingbreite
an
jeder
gewählten Stelle
a) Berechnung der (Kerb- oder Nenn-)
Spannungsschwingbreite
b)
Ggf.
Anwendung
von
Korrekturfaktoren
für
plastische
Verformung
geschweißte Bauteile:
18.6, 18.8 und 18.10.4;
ungeschweißte
Bauteile:
18.7, 18.8 und18.10.4;
Schrauben: 18.7.2,
5.
Ermitteln
der
Vergleichsspannungsschwingbreite
an
jeder
gewählten Stelle
a) Lastzyklenzählverfahren
18.9
b) Anwendung des
Gesamtkorrekturfaktors
18.8
6.
7.
Ermitteln
Wechselfestigkeit
der
Angabe
besonderer
Anforderungen
und
Benachrichtigung
von
betroffenem Fertigungs- und
Prüfpersonal
c)
ungeschweißtes
Schwingbreiten
der
Kerbspannung ermitteln
Material:
effektiven
a)
geschweißte
Bauteile
b)
ungeschweißte
c) Schrauben
Bauteile
18.7
18.10, Tabellen 18-4
und
Anhang
P
18.11
18.12
a) Forderungen für die Prüfung von
Schweißnähten
b) Überwachung von oder Annahmen
bezüglich
Fluchtfehlern
c) Annahmegrenzen für Schweißfehler
Tabellen
Anhang
18-4
bzw.
P
18.10.4
18.10.5
8.
482
Ermittlung
der
Dauerfestigkeit
auf
Grundlage der Auslegung
auf Ermüdung und Prüfung
a)
geschweißte
b)
ungeschweißte
c)
d) Berechnungsverfahren
Bauteile
Bauteile
Schrauben
18.10, Tabelle 18-7
18.11, Tabelle 18-10
18.12
18.5.5, 18.5.6
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18–1: Zusammenfassung des Verfahrens zur Berechnung der Ermüdungslebensdauer
9.
Weitere Maßnahmen bei
Versagen einer Stelle nach
Prüfung
a) Neuberechnung anhand genauerer
Spannungsanalyse
b)
Spannungsreduzierung
durch
Wanddickenerhöhung*
c)
Änderung
der
Schweißnaht
d) Beschleifen des Nahtübergangs, falls
zutreffend
18.6
(geschweißte
Bauteile),
18.7 (ungeschweißte
Bauteile)
Tabelle
18-4
Anhang
18.10.2.2.
bzw.
P
* - für mechanische Einwirkungen kann dies zumeist durch eine Erhöhung der Wanddicke erreicht
werden, aber in manchen Fällen kann eine Spannungsverringerung auch durch günstigere
Wanddickenverhältnisse erreicht werden.
- für thermische Einwirkungen sind besser angepasste Maßnahmen erforderlich, z.B.
Steifigkeitsreduktionen an geeigneten Stellen des Bauteils bzw. Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit
schwacher Bereiche.
18.6 Geschweißte Bauteile
18.6.1 Spannungen
Für die Berechnung einfacher Anbauteile und fluchtender Schweißnähte können die Nennspannungen auf
elastischer Basis angewendet werden.
Im Ermüdungsnachweis des Nahtwurzelbereiches direkt belasteter Kehlnähte oder nicht durchgeschweißter Nähte,
wie in 18.6.3 beschrieben, ist die Spannungsschwingbreite aus der Spannung im Kehlschnitt zu ermitteln, siehe
18.2.8.
In allen anderen Fällen sind Strukturspannungen zu bestimmen, und zwar:
durch Berechnung nach der Elastizitätstheorie aus den Strukturspannungen am
Risseinleitungspunkt unter Berücksichtigung aller Membran-, Biege- und Schubspannungen oder
möglichen
durch Ableitung aus den am Behälter gemessenen und in linearelastische Werte umgerechneten Dehnungen.
Wird die Hauptspannung durch eine detaillierte Spannungsanalyse (z. B. Finite-Elemente-Methode) oder durch
Messungen bestimmt, ist sie durch Extrapolation aus der Hauptspannung zu ermitteln, die am nächsten an der
Senkrechten zur Schweißnaht wirkt (siehe Extrapolationsverfahren in Bild 18-3).
ANMERKUNG 1 Bei der Hauptspannung müssen sämtliche Störstellen (z. B. Stutzen) und Spannungsursachen in vollem
Umfang berücksichtigt werden. Spannungsursachen sind u. a. globale Formabweichungen wie Verbindungen zwischen Schale
und Boden, Wanddickenänderungen und aufgeschweißte Ringe sowie Abweichungen von der Nennform wie Unrundheit,
Temperaturgradienten, Aufdachungen und Schweißnahtversatz. (Dabei ist zu beachten, dass in einigen der Ermüdungskurven
Fluchtfehler teilweise bereits berücksichtigt sind.) Die in diesem Abschnitt und dem angegebenen Referenz [3]...[7] in Anhang N
beschriebenen Verfahren liefern entweder Schätzwerte dieser Spannungen für viele Behältergeometrien oder ermöglichen
zumindest eine konservative Schätzung.
ANMERKUNG 2 Da die maximale Spannungsschwingbreite an der Nahtdicke als Vektorsumme ausgedrückt werden kann, ist
der skalare Wert der größten Vektordifferenz zwischen den verschiedenen Spannungszuständen im Verlauf des Zyklus.
483
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Bild 18-3 — Extrapolation zur Ermittlung der Strukturspannung aus Ergebnissen des Finite-ElementeVerfahrens oder der Dehnungsmessung ([2] in Anhang N)
Punkte zu Ermittlung der Strukturspannung durch Extrapolation auf den Punkt der Spannungskonzentration (im
dargestellten Fall der Nahtübergang):
a)
Geringe Biegespannungskomponente, Messlänge ≤ 0,2e, lineare Extrapolation
b)
Hohe Biegespannungskomponente, steife elastische Bettung, Messlänge ≤ 0,2e, quadratische Extrapolation
c)
Messlänge > 0,2e, lineare Extrapolation
Der Begriff „Messlänge” bezieht sich auf die Abmessung des Dehnungsmessstreifens bzw. die Teilung des
FE-Netzes.
18.6.2 Spannungsschwingbreite in Grundwerkstoff und Stumpfnähten
18.6.2.1
Optionen
Für die Berechnung einfacher Anbauteile und fluchtender Schweißnähte kann (sofern sie sich nicht in Bereichen
befinden, die von quer hindurch verlaufenden Unstetigkeiten der Struktur betroffen sind) entweder die
Nennvergleichsspannungsschwingbreite (Tabelle 18-4a) und 18-4e)) oder die Nennhauptspannungsschwingbreite
(Anhang P) verwendet werden. Diese wird auf gleiche Weise berechnet wie die Strukturspannungsschwingbreite
(siehe Gleichung (18.6-4), (18.6-5), (18.6-6) und (18.6-7)), wobei anstelle der Hauptspannungen die
Nennhauptspannungen verwendet werden.
Je nach Berechnungsverfahren wird bei allen anderen geschweißten Bauteilen
entweder die Hauptspannungsschwingbreite aus der Schwingbreite der Hauptspannungen berechnet und mit
Anhang P verwendet
oder die Vergleichsspannungsschwingbreite aus der anhand der Hauptspannungen
Vergleichsspannungsschwingbreiten berechnet und mit Tabelle 18-4 verwendet.
ermittelten
Zugspannungen werden mit positivem, Druckspannungen mit negativem Vorzeichen versehen. In beiden Fällen ist
ein wesentlicher Aspekt, ob die Richtungen der Hauptspannungen bei kombinierter Lasteinwirkung konstant
bleiben oder nicht.
Ggf. sind in die elastisch berechneten Haupt- oder Vergleichsspannungsschwingbreiten um die Korrekturfaktoren
für Spannungen im überelastisch beanspruchten Bereich gemäß 18.8 zu berichtigen.
ANMERKUNG
Bei geschweißten Bauteilen wird die gesamte Spannungsschwingbreite ungeachtet der aufgebrachten oder
effektiven Mittelspannung verwendet. In den Ermüdungskurven ist die Wirkung von Restzugspannungen berücksichtigt.
Wärmebehandlung nach dem Schweißen bleibt in der Ermüdungsanalyse unberücksichtigt.
484
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18.6.2.2
Vergleichsspannungsschwingbreite eq
18.6.2.2.1 Konstante Hauptspannungsrichtungen
Sind die Hauptspannungsrichtungen konstant, wird eq wie folgt berechnet.
Die zeitlichen Verläufe der drei Hauptspannungen sind zu bestimmen. Die zeitlichen Verläufe der drei
Hauptspannungsdifferenzen werden wie folgt berechnet:
S12 struc1 struc2
(18.6-1)
S23 struc2 struc3
(18.6-2)
S31 struc3 struc1
(18.6-3)
Durch Anwendung der Tresca-Hypothese ergibt sich:
eq max S12 max S12 min ; S23 max S23 min ; S31max S31min
(18.6-4)
ANMERKUNG
Ein typisches Beispiel ist in Bild 18-4(a) und (b) dargestellt. eq ist das Doppelte der größten
Schubspannungsschwingbreite und tritt in einer der drei Ebenen maximaler Schubspannung auf.
485
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(a) Typischer Verlauf der Hauptspannungen
(b) Verlauf der Hauptspannungsdifferenzen und daraus resultierender Wert von eq
Bild 18-4 — Typischer Spannungsverlauf bei konstanten Hauptspannungsrichtungen
486
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18.6.2.2.2 Veränderliche Hauptspannungsrichtungen
Sind die Hauptspannungsrichtungen nicht konstant zwischen zwei Lastbedingungen, wird eq wie folgt berechnet.
Die sechs Spannungskomponenten (drei Normal- und drei Schubspannungskomponenten) bei jeder
Lastbedingung bezogen auf geeignete feste Achsen zu ermitteln. Für jede Spannungskomponente die Differenz
zwischen den beiden Bedingungen berechnen. Die Hauptspannungen aus den resultierenden
Spannungsveränderungen berechnen und mit ()1, ()2, ()3 bezeichnen. Dann gilt
eq max 1 2 ; 2 3 ; 3 1
(18.6-5)
Sofern die zyklische Einwirkung so komplex ist, dass nicht klar erkennbar ist, welche zwei Einwirkungszustände
den größten Wert von eq ergeben, so ist dies durch Anwendung obigen Verfahrens für alle Paare von
Einwirkungszuständen zu ermitteln.
Die zwei Einwirkungszustände die den größten Wert von eq ergeben, sind als "min" und "max"
Einwirkungszustände für die Berechnung der mittleren Vergleichsspannung zu verwenden, entsprechend
18.7.1.2.2 und Verwendung von Gleichung (18.7-7).
ANMERKUNG
Dieses Verfahren ist das
Vergleichsspannungshypothese verwendete.
18.6.2.3
gleiche
wie
das
in
C.4.2
für
den
Fall
der
Trescaschen
Hauptspannungsschwingbreite
18.6.2.3.1 Anwendung
Liegt der mögliche Risseinleitungspunkt am Nahtübergang oder auf der Nahtoberfläche, ist für die Berechnung der
Ermüdungslebensdauer die Spannungsschwingbreite im Werkstoff neben der Naht erforderlich. Da struc3 = 0 ist,
Für die maximale Hauptspannungsermittlung werden nur die beiden Hauptspannungen struc1 und struc2
verwendet, die im wesentlichen (d. h. innerhalb von 45°) parallel bzw. senkrecht zum Nahtverlauf an den
Werkstoffoberflächen wirken.
18.6.2.3.2 Konstante Hauptspannungsrichtungen
Sind Hauptspannungsrichtungen konstant, wird wie folgt berechnet:
struc1 = struc1max - struc1min
(18.6-6)
struc2 = struc2max - struc2min
(18.6-7)
ANMERKUNG
Ggf. müssen beide Hauptspannungsschwingbreiten in Abhängigkeit von ihrer Richtung betrachtet werden.
18.6.2.3.3 Veränderliche Hauptspannungsrichtungen
Ändern sich die Hauptspannungsrichtungen zwischen zwei Belastungszuständen, wird wie folgt berechnet.
Die drei Spannungskomponenten (zwei Normal- und eine Schubspannungskomponente) in jedem
Beanspruchungszustand bezogen auf geeignete feste Achsen ermitteln. Für jede Spannungskomponente dann die
jeweilige Spannungsdifferenz dieser beiden Bedingungen und daraus wiederum die Hauptspannungen berechnen.
ANMERKUNG
Ggf. müssen beide Hauptspannungsschwingbreiten in Abhängigkeit von ihrer Richtung und die für jede
Richtung zutreffende Ermüdungsklassen betrachtet werden.
487
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Ist der Beanspruchungszyklus so komplex, dass nicht sofort ersichtlich ist, zwischen welchen beiden
ein Maximum hat, ist das beschriebene Verfahren auf alle Paare von
Beanspruchungszuständen
Beanspruchungszuständen anzuwenden. Alternativ kann als konservativer Ansatz angenommen werden, dass
die Differenz zwischen der algebraisch größten und kleinsten Hauptspannung während eines vollständigen Zyklus
ungeachtet ihrer jeweiligen Richtung ist, hierbei ist die niedrigere der Klassen für die beiden
Hauptspannungsrichtungen anzunehmen (siehe Tabellen P.1 - P.7).
18.6.3 Spannungsschwingbreite im Kehlschnitt direkt belasteter Kehlnähte oder nicht durchgeschweißter
Nähte
Der Wert ist die größte Spannungsschwingbreite in der Kehlschnittfläche, wie in 18.2.8 definiert.
Ist die Wechselbeanspruchung durch den Wechsel zwischen Einwirken und Nichteinwirken einer einzigen Last
bedingt, gilt:
= w 2 w 2
1/ 2
(18.6-8)
Dabei
ist
w
die
Normalspannungsschwingbreite
Schubspannungsschwingbreite in der Kehlschnittfläche.
in
der
Kehlschnittfläche
und
w
die
Resultiert die Wechselbeanspruchung aus mehr als einer Last, und bleiben die Richtungen der Spannungen
konstant, wird aus der größten Lastdifferenz je Längeneinheit der Schweißnaht ermittelt.
Ändert sich die Richtung des Spannungsvektors an der Nahtdicke während des Zyklus zwischen zwei extremen
Belastungszuständen, ist der Wert der Vektordifferenz zwischen beiden Spannungsvektoren.
Ist der Beanspruchungszyklus so komplex, dass nicht sofort ersichtlich ist, welche beiden
Beanspruchungszustände zum höchsten Wert von führen, muss die Vektordifferenz für alle Paare extremer
Beanspruchungszustände ermittelt werden. Alternativ gilt die folgende konservative Annahme:
= [( max - min )2 + ( 1max - 1min )2 + ( 2 max - 2 min )2 ]1 / 2
(18.6-9)
Dabei sind 1 und 2 die beiden Schubspannungskomponenten an der Nahtdicke.
18.7 Ungeschweißte Bauteile und Schrauben
18.7.1 Ungeschweißte Bauteile
18.7.1.1
Spannungen
Der Bewertung von ungeschweißten Bereichen sind effektive Gesamtvergleichsspannungen zugrunde zu legen.
Diese effektiven Gesamtvergleichsspannungen können entweder von Strukturspannungen oder von
Gesamtspannungen ausgehend berechnet werden.
Sofern
sie
von
Strukturspannungen
Gesamtspannungsschwingbreite durch
ausgehend
berechnet
werden,
ist
f K f eq, struc
die
effektive
(18.7-1)
gegeben.
Die in dieser Berechnung verwendete Strukturspannung ist mittels eines Modells zu bestimmen, welches den
vollen Effekt von globalen Störstellen erfasst, nicht jedoch den von lokalen.
Sofern
sie
von
Gesamtspannungen
Gesamtspannungsschwingbreite gegeben durch
488
ausgehend
berechnet
werden,
ist
die
effektive
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Kf
eq , total
Kt
(18.7-2)
Die in dieser Berechnung verwendete Gesamtspannung ist mittels eines Modells zu bestimmen, welches den
vollen Effekt aller Störstellen, einschließlich der lokalen (d. h. der Kerbeffekte) erfasst.
In diesem Fall ist es zulässig, die Berechnung der theoretischen Formzahl wegzulassen, sofern, als konservative
Vereinfachung, K f / K t 1 in Gleichung (18.7-2) verwendet wird.
Die effektive Formzahl K f ist gegeben durch
K f 1
mit
1,5 K t 1
struc, eq
1 0,5max{1; K t
}
D
(18.7-3)
D R für N 2 x 10 6 Zyklen und ungeschweißten Bereich;
struc, eq ist die Schwingbreite der Strukturvergleichsspannung, korrigiert zur Berücksichtigung von
plastischer Beanspruchung (siehe 18.8).
ANMERKUNG
Diese Faktoren berücksichtigen den effektiven Einfluß einer Kerbe auf die Ermüdungslebensdauer,
entsprechend Ermüdungsversuchen.
Die theoretische Formzahl K t ist definiert durch
Kt
total
struc
(18.7-4)
und mit dieser Gleichung zu bestimmen. Sofern die theoretische Formzahl durch eine in der Literatur angegebene
analytische Formel bestimmt wird, so muß sie dieser Definition entsprechen.
Sofern die Gesamtspannung direkt bestimmt wird, mittels numerischer Verfahren (z. B. FEA) oder experimentell (z.
B. Spannungs-Dehnungs-Messungen), so kann die Gesamtspannung in Struktur- und Spitzenspannungsanteil
aufgeteilt werden, (wie in Anhang C beschrieben):
total struc peak
(18.7-5)
Dann ist
Kt 1
peak
struc
(18.7-6)
ANMERKUNG
Die Gleichungen (18.7-4) bis (18.7-6) sind für den einfachen Fall eines einachsigen Spannungszustands
angegeben, um das Prinzip zu verdeutlichen. Im allgemeinen Fall von mehrachsigen Spannungszuständen muss die Gleichung
(18.7-5) für die Spannungskomponenten verwendet werden (siehe C.4.4), und die Gleichung (18.7-4) ist für die Berechnung der
theoretischen Spannungskonzentration unter Verwendung der Vergleichsspannungsschwingbreiten zu verwenden (siehe
18.7.1.2.1). Wird die Gesamtspannung direkt durch Analyse ermittelt (z. B. mit dem Finite-Elemente-Verfahren), muss das
Modell die Kerbe in ausreichend feiner Netzteilung wiedergeben. Werden die Gesamtvergleichsspannungen direkt durch
Analyse ermittelt (z. B. mit dem Finite-Elemente-Verfahren), muss das Modell die Kerbe in ausreichend feiner Netzteilung
wiedergeben. Werden sie experimentell (z. B. mit Dehnungsmessstreifen) ermittelt, müssen die Messungen direkt innerhalb der
Kerbe oder so nah an der Kerbe vorgenommen werden, dass die Kerbspannung durch Extrapolation bestimmt werden kann
(siehe Referenz [2] in Anhang N). Dehnungen sind unter Zugrundelegen linearelastischer Bedingungen in Spannungen
umzurechnen. Eine Korrektur zur Berücksichtigung von Spannungen im überelastischen Bereich ist in diesem Fall nicht
erforderlich.
489
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Ausgabe 5 (2018-07)
Die Vergleichsspannungsschwingbreite eq,l und die Vergleichsmittelspannung eq sind zu ermitteln. Welches
der beiden beschriebenen Verfahren anzuwenden ist, hängt davon ab, ob unter kombinierter Beanspruchung die
Hauptspannungsrichtungen konstant sind oder nicht. Zugspannungen erhalten ein positives, Druckspannungen ein
negatives Vorzeichen.
18.7.1.2
Vergleichsspannungsschwingbreite und Vergleichsmittelspannung
18.7.1.2.1 Konstante Hauptspannungsrichtungen
Sind die Hauptspannungsrichtungen konstant, wird eq gemäß 18.6.2.2.1 und Gleichung (18.6-4) ermittelt.
ANMERKUNG 1 Es ist zu beachten, dass bei mehrachsigen Spannungszuständen die Vergleichsspannungsschwingbreite als
Vergleichsspannung der Schwingbreite (Differenzen zwischen den beiden Zuständen) der Spannungskomponenten berechnet
wird und nicht als die Schwingbreite (Differenz) zwischen den Vergleichsspannungen in den beiden Zuständen (vgl. Anhang
C.4.2).
Die zugehörige Vergleichsmittelspannung eq ist der Mittelwert der größten und kleinsten Hauptspannungswerte
in einem Zyklus als Summe der beiden Hauptspannungen tt, i und t, ,j, die eq ergeben, also:
eq =
1
2
total, i
+ total, j
max + total, i + total, jmin
(18.7-7)
ANMERKUNG 2 In Bild 18-5 ist ein typisches Beispiel dargestellt. Die Vergleichsmittelspannung eq ist das Zweifache der
über die Zeit gemittelten direkten Spannung senkrecht zur Ebene der größten Schubspannungsschwingbreite.
σ total
(σ + σ ) max
1
3
σ1
_
σ2
σ eq
(σ + σ ) min
1
3
t
σ3
Bild 18-5 — Beispiel für die zeitliche Abweichung der Gesamthauptspannungsrichtung eq
(d.h. in diesem Fall total, 1 und total, 3) und dem resultierenden Mittel eq
18.7.1.2.2 Veränderliche Hauptspannungsrichtungen
Sofern die Hauptspannungsrichtungen ihre Lage ändern,
ist die Schwingbreite der Vergleichsspannung eq wie in 18.6.2.2.2 zu bestimmen
490
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ist die mittlere Vergleichsspannung eq nach Gleichung (18.7-7) zu bestimmen; in dieser Gleichung
sind als Einwirkungszustände "min" und "max" die in 18.6.2.2.2 definierten zu verwenden
ist ( total, i total, j )max die Summe der zwei Hauptspannungen (Indizes i und j) deren Differenz
betragsmäßig im Zustand "max" am größten ist
ist ( total, i total, j )min die Summe der zwei Hauptspannungen deren Differenz betragsmäßig im Zustand
"min" am größten ist.
ANMERKUNG
Da in den Einwirkungszuständen "max" und "min" die Hauptspannungen verschieden sein können, können
auch die für jeden der beiden Zustände festgelegten Indizes verschieden sein.
18.7.2 Schrauben
Bei Schrauben ist die maximale Nennspannungsschwingbreite aus direkten Zug- und Biegebeanspruchungen
am Querschnitt des Schraubenkerns, der aus dem kleineren Durchmesser ermittelt wird. Bei vorgespannten
Schrauben kann die Vorspannung mitberücksichtigt werden, wobei für die Gesamtschraubenkraft und nicht der
veränderliche Anteil dieser Kraft zugrunde gelegt wird. Für eine auf ihre Mindestprüflast vorgespannte Schraube
kann für die tatsächlichen Veränderungen der Schraubenlast zugrundegelegt werden.
ANMERKUNG
In den Ermüdungskurven für Schrauben
Spannungskonzentrationen am Gewindekern berücksichtigt.
werden
für
alle
beliebigen
Gewindeformen
die
18.8 Korrekturfaktoren zur Berücksichtigung von Spannungen im überelastischen Bereich
18.8.1 Elastisch-plastische Bedingungen
Übersteigt bei einem Bauteil die berechnete Schwingbreite der pseudoelastischen Strukturspannung für
geschweißte und ungeschweißte Bauteile das Doppelte der Dehngrenze des betrachteten Werkstoffs, d. h. wenn
eq,l > 2Rp0,2/T* ist (siehe Anmerkung), muss sie mit einem entsprechenden Korrekturfaktor multipliziert werden.
Der anzuwendende Korrekturfaktor für die Schwingbreite der Spannung ist für Anteile mechanischer Einwirkungen
ke, für Anteile thermischer Einwirkungen k.
ANMERKUNG
18.8.1.1
Dies gilt für ferritische Stähle; für austenitische Stähle ist R p1,0/T * zu verwenden.
Mechanische Beanspruchung
Bei mechanischer Beanspruchung ist die korrigierte Spannungsschwingbreite struc, eq = ke eq, l. Dabei ist:
eq,l
1
k e 1 A0
2R p0,2/T*
(18.8-1)
Dabei ist: A0 = 0,5 für ferritische Stähle mit 800 R m 1000(MPa)
= 0,4 für ferritische Stähle mit R m 500(MPa) und für alle austenitischen Stähle (siehe Anmerkung in
18.8.1);
= 0,4
Rm 500 für ferritische Stähle mit 500 R
3000
m 800 (MPa)
Das Verfahren zur Ermittlung der Vergleichsmittelspannung zur
Bedingungen ist in Bild 18-6 dargestellt und wird in 18.11 angewandt.
Berücksichtigung elastisch-plastischer
491
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(*) Bei ungeschweißten Bauteilen sind und Kerbspannungen bzw. Kerbspannungsschwingbreiten.
(**) Dies gilt für ferritische Stähle; für austenitische Stähle ist R p1,0/T * zu verwenden.
Bild 18-6 — Korrektur der Vergleichsmittelspannung zur Berücksichtigung mechanischer Spannungen im überelastischen Bereich
492
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18.8.1.2
Beanspruchung durch Wärmespannungen
Ist die Wärmespannungsverteilung über die Werkstoffdicke nicht linear, müssen sowohl die nichtlinearen als auch
die äquivalenten linearen Spannungsverteilungen für jede Spannungskomponente ermittelt werden. Der
Korrekturfaktor k wird durch Einsetzen der linearisierten Spannungsschwingbreite Δσeq,l in die nachstehende
Gleichung berechnet.
0,7
; 1,0
k = max
0,4
0,5 +
eq,l / R p0,2/T*
(18.8-2)
Die korrigierte Spannungsschwingbreite ist dann Δσeq = k ꞏ Δσeq,l für geschweißte Bauteile und
Δσef = k ꞏ Δσeq,t für ungeschweißte Bereiche.
18.8.1.3
Analyse des elastisch-plastischen Bereichs
Ist die Gesamtdehnungsschwingbreite T (elastisch und plastisch) infolge jeder Art von Beanspruchung aus
rechnerischen oder experimentellen Spannungsanalysen bekannt, ist eine Korrektur für Spannungen im
überelastischen Bereich nicht erforderlich und es gilt:
= E . T
(18.8-3)
18.9 Ermüdung
18.9.1 Wechselbeanspruchung
18.9.1.1
Es müssen sämtliche Ursachen für die am Behälter oder Bauteil wirkenden Wechselbeanspruchungen
ermittelt werden.
ANMERKUNG
Wechselbeanspruchungen
sind
Druckschwankungen,
Veränderungen
der
Füllmenge,
Temperaturschwankungen, Ausdehnungs- oder Schrumpfungsbeschränkungen bei Temperaturveränderungen, erzwungene
Schwingungen und Änderungen der äußeren Lasten.
Darüber hinaus müssen sämtliche in der Spezifikation
umgebungsbedingten Einflüsse berücksichtigt werden.
des
Betreibers
festgelegten
betriebs-
oder
18.9.2 Vereinfachtes Lastzyklenzählverfahren
18.9.2.1
Die Beanspruchungen sind in spezifischen Lastkollektiven zusammenzufassen. Diese müssen
voneinander unabhängig sein und getrennt betrachtet werden.
18.9.2.2
In einer zu erstellenden Lastspezifikation müssen für jedes Lastkollektiv die Spannungsschwingbreite
(je nach Bauteil und Beanspruchung berechnet nach 18.5, 18.6, 18.7 bzw. 18.8) und die Anzahl der Zyklen jeder
Beanspruchung angegeben sein.
Wie aus Bild 18-7 und Tabelle 18-3 zu ersehen ist, werden die Spannungsschwingbreiten gegen die Anzahl von
Zyklen aufgetragen bzw. ihnen tabellarisch gegenübergestellt. Die Beanspruchung mit der kleinsten
Lastzyklenanzahl muss dabei ganz oben eingetragen werden, und die Lastzyklenanzahlen sind wie dargestellt zu
addieren.
493
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Δσ
Δσ
A
4
Δσ
3
B
Δσ2
Δσ
C
1
D
0
c4
n4
c3
n3
c2
n2
c1
kombinierte Spannungsschwingbreite
n
c4
c3
c2
c1
Anzahl Zyklen
Zyklen mit 4 + 3 + 2 + 1
Zyklen mit 3 + 2 + 1
Zyklen mit 2 + 1
Zyklen mit 1
Bild 18-7 — Vereinfachtes Lastzyklenzählverfahren
ANMERKUNG
494
Tabelle 18-3 enthält ein Beispiel.
n1
n
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Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-3 — Beispiel für die Ermittlung der Lastzyklenanzahl
nach dem vereinfachten Lastzyklenzählverfahren
Einzelbeanspruchung
Lastkollektiv
Last
Spannungsschwingbreite
Zyklenanzahl
Beispiel
Nummer
Spannungsschwingbreite
Zyklenanzahl
4
4
n4
Gesamtdruckschw
ankungsbereich
A
4 + 3+ 2+
1
c 4 = n4
3
3
n3
Temperaturänder
ung
B
3+ 2+ 1
c3 = n3 - n4
2
2
n2
Druckschwankung
C
2 + 1
c2 = n2 -n3 -n4
1
1
n1
Mechanische
Beanspruchung
D
1
c1 = n1 -n2 -n3 n4
18.9.3 „Reservoir”-Lastzyklenzählverfahren
18.9.3.1
Als eine Alternative zu dem in 18.9.2 beschriebenen Vereinfachten Zählverfahren darf das genauere
Reservoir–Lastzyklenzählverfahren verwendet werden, vorausgesetzt, dass sich die Hauptspannungsrichtungen
über die Zeit nicht ändern.
ANMERKUNG 1 Dieses Verfahren beruht auf einer Analyse des Spannungsverlaufs über der „Zeit“. Daher ist es erforderlich,
dass der Einwirkungsverlauf in der Spezifikation festgelegt ist, oder im Berechnungsstadium konservativ angenommen werden
kann. Ist der exakte Verlauf nicht bekannt, sind alternative Reihenfolgen zu untersuchen, um die für Ermüdung kritischste zu
bestimmen, die mit dem größten Wert von D in Gleichung (18.5-1)
ANMERKUNG 2 Sofern die Hauptspannungen ihre Richtung im Verlauf der „Zeit“ ändern, z. B. mehrere Einwirkungen
phasenverschoben sind, gibt es keine spezielle Spannung, die im Zählverfahren verwendet werden kann. In solchen Fällen
sollten konservative Vereinfachungen in der Spannungsgeschichte vorgenommen werden, so dass sich konstante
Hauptspannungsrichtungen ergeben, oder es sollte das Vereinfachte Zählverfahren nach 18.9.2 verwendet werden.
18.9.3.2
Der Spannungsverlauf über der „Zeit“ ist zu bestimmen, d. h. der Verlauf der Spannungskomponenten
entsprechend allen Einwirkungen zu jedem „Zeitpunkt“ des Einwirkungsverlaufs.
18.9.3.3
Für einen Nachweis mittels Hauptspannungen nach Anhang P (siehe Bild 18-4a) ist der „zeitliche“
Verlauf der Hauptstrukturspannungen struc,1 und struc,2 zu ermitteln. Für einen Nachweis mittels
Vergleichsspannungen (siehe Bild 18-4b) ist der Verlauf der Hauptspannungsdifferenzen S12, S23 und S31 zu
ermitteln.
Die im Nachweis verwendeten Hauptspannungen oder Hauptspannungsdifferenzen müssen die sein, die den
größten Wert für D in Gleichung (18.5-1) für die gefundenen Zyklenzahlen ergeben.
ANMERKUNG 1 Die Konservativität dieses Verfahrens ist für die Einwirkungsverläufe gegeben, die im wesentlichen die
gleichen Hauptspannungen und Hauptspannungsdifferenzen ergeben. Für allgemeine Fälle ist sie nicht nachgewiesen. Für
wesentlich abweichende Fälle empfiehlt sich das Vereinfachte Zählverfahren anzuwenden, um nicht-konservative Ergebnisse
zu vermeiden.
ANMERKUNG 2 Sofern nur eine Einwirkung sich ändert, darf das Zyklenzählverfahren auch auf der Grundlage des zeitlichen
Verlaufs dieser Einwirkung direkt durchgeführt werden, und die Schwingbreite jedes Zyklusses darf dann mit der Schwingbreite
des entsprechenden Einwirkungszyklusses ermittelt werden.
18.9.3.4
Die Spitzen- und die Tiefstwerte sind für zwei Verläufe darzustellen, wie in Bild 18-8 wiedergegeben.
18.9.3.5
Die höchste Spannungsspitze in jedem Zyklus markieren und beide Punkte mit einer Geraden
verbinden. Gibt es mehrere gleich hohe Spitzen in einem Zyklus, ist jeweils nur der erste Spitzenwert zu markieren.
495
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die markierten Punkte verbinden und nur den Bereich unterhalb dieser Verbindungslinie betrachten
18.9.3.6
(quasi wie ein Querschnitt durch eine gefüllte Talsperre (Reservoir)).
18.9.3.7
Den Inhalt der Talsperre am untersten Punkt ablassen, wobei das Wasser, das nicht abfließen kann, in
der Talsperre verbleibt. Gibt es zwei gleich tief liegende Punkte, kann das Entleeren an einem von beiden erfolgen.
18.9.3.8
Einen Zyklus mit der Spannungsschwingbreite V1 entsprechend der Höhe des abgelassenen
Wassers notieren.
18.9.3.9
Die beiden Schritte 18.9.3.7 und 18.9.3.8 für jede verbleibende Flüssigkeitsteilmenge wiederholen, bis
die Talsperre vollständig entleert ist. Dabei entspricht ein Ablassvorgang einem Zyklus.
18.9.3.10 Die einzelnen Spannungsschwingbreiten in absteigender Folge auflisten, also V1, V2, V3, V4 usw.
Zyklen mit gleicher Spannungsschwingbreite getrennt vermerken. Daraus ergibt sich das Berechnungsspektrum
zulässigen Spannungsschwingbreiten.
Bild 18-8 — „Reservoir”-Lastzyklenzählverfahren
18.10 Ermüdungsfestigkeit geschweißter Bauteile
18.10.1 Klassifizierung von Schweißnähten
18.10.1.1 Verwendung der Tabellen
Schweißnähte werden anhand der Tabellen 18-4 oder Anhang P klassifiziert, je nachdem, ob zur Berechnung der
Spannungsschwingbreite die Vergleichs- oder die Hauptspannungen verwendet wurden. Die Detaildarstellungen in
den Tabellen zeigen die möglichen Rissarten in Abhängigkeit von der Lage und Richtung der dargestellten
Spannungsverläufe.
Bei der Ermittlung der Spannungen sind sämtliche Abweichungen von der Idealform (Fluchtfehler, Aufdachung,
Unrundheit usw.) zu berücksichtigen.
496
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 1 Im allgemeinen hängt die Dauerfestigkeit von folgenden Faktoren ab: Richtung der Wechselspannung
bezogen auf die Naht; Lage der möglichen Risseinleitung in der Naht; geometrische Anordnung und Proportionen der Naht;
Fertigungs- und Prüfverfahren. Eine Schweißnahtart kann daher in den Tabellen mehrfach erscheinen, da sie bei
verschiedenen Verbindungen zutreffend sein kann.
ANMERKUNG 2 Ein bestimmtes Detail einer Schweißnaht muss ggf. von verschiedenen Punkten und unter Anwendung
verschiedener Klassifikationen und entsprechenden Berechnungskurven auf Ermüdungsbruch geprüft werden.
ANMERKUNG 3 Die Ermüdungslebensdauer eines Behälters oder eines Bauteils kann von einer einzigen Schweißnaht
bestimmt werden. Daher müssen alle anderen Nähte, die den gleichen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, nicht höher
eingestuft sein. So ist z. B. die durch fluchtfehlerfreie Ausrichtung von Nähten erreichbare hohe Nahtklasse nicht erforderlich,
wenn die Ermüdungslebensdauer insgesamt durch die Festigkeit von Kehlnähten bestimmt wird.
18.10.1.2 Klassifizierung von Schweißnähten mit Spannungsnachweis auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite
Tabelle 18-4 enthält Schweißnähte und die zugehörigen Klassen, bei denen die Spannungsberechnung auf der
Vergleichsspannungsschwingbreite beruht. Die Klassifizierung bezieht sich entweder auf Ermüdungsrisse im
Grundwerkstoff ausgehend vom Nahtübergang oder Anschweißende, für die eq in dem der Risseinleitung
benachbarten Grundwerkstoff maßgeblich ist, oder auf Ermüdungsrisse in der Naht selbst, ausgehend von der
Nahtwurzel oder -oberfläche, für die in der Naht maßgeblich ist mit wie in 18.6.3 definiert.
Da eq keine Richtung aufweist, ist bei der angegebenen Klasse die ungünstigste Spannungsrichtung für die
jeweilige Schweißnaht mit der dargestellten Rissbildungsart zugrunde gelegt.
497
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18.4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite
18.4(a): Nahtschweißverbindungen
Lfd.
Nr.
1.1
Klasse
Art der Verbindung
Durchgeschweißte
Stumpfnaht, bündig
geschliffen,
einschließlich
Reparaturschweißu
ng
Darstellung
Prüfgruppe
1 und 2
Prüfgruppe
3
90
71
Naht zerstörungsfrei geprüft
und nachweislich frei von
größeren Fehlern (siehe
EN 13445-5:2014);
bei
einseitig
geschweißten
Nähten Durchschweißung*
80
63
Naht zerstörungsfrei geprüft
und nachweislich frei von
größeren Fehlern (siehe
EN 13445-5:2014)
80
63
80
63
71
56
Bemerkungen
Ermüdungsanriss
gewöhnlich an Nahtfehlern
Naht zerstörungsfrei geprüft
und nachweislich frei von
Oberflächenfehlern
und
größeren
oberflächennahen Fehlern
(siehe EN 13445-5:2014)
An Stelle von few ist fe zu
verwenden.
1.2
Durchgeschweißte
Stumpfnaht,
beidseitig
geschweißt
oder
einseitig bis zum
(unlösbare) Beilage
oder zur temporären
nichtschmelzenden
Unterlage
geschweißt
1:3
1.3
e
1:3
1.4
e
Einfluss
von
Mittellinienversatz bei der
Spannungsberechnung
berücksichtigt*
Naht zerstörungsfrei geprüft
und nachweislich frei von
größeren Fehlern (siehe
EN 13445-5:2014).
30°
> 30°
*Bei Nahtversatz siehe 18.10.4
498
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18.4(a): Nahtschweißverbindung (Fortsetzung)
Lfd.
Nr.
1.5
1.6
Klasse
Art der Verbindung
Darstellung
Bemerkungen
Prüfgruppe
1 und 2
63
Prüfgruppe
3
40
Durchgeschweißte
Stumpfnaht,
einseitig
geschweißt,
ohne
Unterlage
Wenn
vollständige
Durchschweißung
sichergestellt*
Wenn
Innenseite
für
Sichtprüfung
nicht
zugänglich
und
vollständige
Durchschweißung
nicht
sichergestellt*
40
40
Durchgeschweißte
Stumpfnaht,
einseitig
geschweißt,
mit
bleibender
Unterlage
Nur Rundnähte (siehe 5.7)
Mindestnahtdicke
=
Wanddicke
56
40
Wurzellage
auf
vollständige
Verschmelzung geprüft
40
40
Wurzellage
auf
vollständige
Verschmelzung geprüft
56
40
Einlagenschweißnaht
40
40
Einlagenschweißnaht
1.7
Sickennaht
Nur Rundnähte (siehe 5.7)
Mindestnahtdicke
=
Wanddicke
*Bei Nahtversatz siehe 18.10.4.
499
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18-4(b) — Verbindung Schale-Boden bzw. Schale-Rohrboden
Lfd.
Nr.
2.1
Art der Verbindung
Darstellung
Aufgeschweißter
Boden
(a)
(b)
(c)
2.2
Aufgeschweißter
Boden
mit
Entlastungsnut
Bemerkungen
Boden muss ausreichende
Festigkeitseigenschaften über
die Dicke aufweisen, um
Lamellenrissbildung
zu
vermeiden
Beidseitig durchgeschweißt
(Bild a):
- wie geschweißt
- Übergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2)
Beidseitig mit versenkter
Kehlnaht geschweißt (Bild b):
- Ermüdungsrisse in der
Schweißnaht*
- Ermüdungsrisse in der
Schale vom Nahtübergang
Einseitig
durchgeschweißt,
ohne Gegennaht (Bild c):
wenn
Innenseite
sichtgeprüft und frei von
Schweißgutüberlauf
oder
Wurzelrückfall.
wenn
Innenseite
für
Sichtprüfung nicht zugänglich
und
vollständige
Durchschweißung
nicht
sichergestellt
Naht zerstörungsfrei geprüft
und nachweislich frei von
größeren
Fehlern
(siehe
EN 13445-5:2014 vom NDT).
Beidseitig
oder
einseitig
geschweißt und erste Lage
bündig geschliffen
Einseitig geschweißt:
wenn
Innenseite
sichtgeprüft und frei von
Schweißgutüberlauf
oder
Wurzelrückfall
wenn
Innenseite
für
Sichtprüfung nicht zugänglich
* für Nahtdicke 0,8 x Schalenwanddicke
500
Klasse
PrüfPrüfgruppe gruppe
1 und 2
3
71
80
63
63
32
32
63
63
63
40
40
40
80
63
63
40
40
40
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18-4(b) — Verbindung Schale-Boden bzw. Schale-Rohrboden (Fortsetzung)
Lfd.
Nr.
2.3
Klasse
Art der Verbindung
Darstellung
Eingeschweißter
Boden
(a)
(b)
(c)
Prüfgruppe
1 und 2
Prüfgruppe
3
- wie geschweißt
71
63
- Übergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2).
80
63
bezogen
auf
Ermüdungsrisse in der
Naht, auf Grundlage der
Spannungsschwingbreite
an der Nahtdicke
32
32
- Mindestnahtdicke 0,8 x
Bodendicke
63
63
wenn
Innenseite
sichtgeprüft und frei von
Schweißgutüberlauf oder
Wurzelrückfall
63
40
- wenn Innenseite für
Sichtprüfung
nicht
zugänglich
40
40
Bemerkungen
Beidseitig durchgeschweißt
oder
mit
versenkter
Kehlnaht geschweißt (Bild
a);
bezogen
auf
Ermüdungsrisse in der
Schale
Beidseitig mit versenkter
Kehlnaht geschweißt (Bild
b):
Einseitig durchgeschweißt,
ohne Gegennaht (Bild c):
501
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18-4(c) — Verbindungen an Abzweigen
Lfd. Nr.
Art der Verbindung
3.1
Lochrand
(an
Ausschnittinnensei
te)
Darstellung
Bemerkungen
Berechnung
gewöhnlich
wie bei ungeschweißten
Bauteilen.
Vereinfachte
Berechnung
gemäß
Anhang Q mit Werten für
Klasse 100 zulässig.
Klasse
PrüfPrüfgruppe
gruppe
1 und 2
3
100
100
An Stelle von few ist fe zu
verwenden.
1
1 Rissverlauf von der Ecke
ausgehend in das Bauteil;
Rissebene dargestellt.
3.2
Nahtübergang
Schalenwand
3.3
Schweißgut
Spannung
3.4
Übergang
Abzweig
502
in
unter
in
Durchgeschweißt
- wie geschweißt
- Übergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2)
Mit versenkter Kehlnaht
geschweißt:
- Mindestnahtdicke 0,8 x
kleinere
Dicke
der
verbundenen Wände, wie
geschweißt
- Nahtdicke 0,8 x
kleinere
Dicke
der
verbundenen Wände
- Übergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2)
Mit
Kehlnaht
oder
versenkter
Kehlnaht
geschweißt
Wie geschweißt
Übergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2).
en
= Wanddicke des
Abzweigs in Gleichung
(18.10-6)
71
80
63
63
63
63
32
32
71
63
32
32
71
80
63
63
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18-4(d) Doppelmäntel
Lfd.
Nr.
4.1
Klasse
Art der Verbindung
Verbindungsnaht
mit Formdichtung
Darstellung
Bemerkungen
Prüfgruppe
1 und 2
Prüfgruppe
3
63
40
40
40
71
56
Durchgeschweißt,
Naht
zerstörungsfrei geprüft und
nachweislich
frei
von
größeren Fehlern (siehe
EN 13445-5:2014)
Einseitig geschweißt:
- Mehrlagenschweißnaht;
Wurzellage auf vollständige
Verschmelzung geprüft.
- Einlagenschweißnaht
Beidseitig geschweißt oder
einseitig geschweißt
Gegennaht
mit
503
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18.4(e): Anbauteile
Klasse
Lfd. Nr.
5.1
5.2
5.3
504
Art der Verbindung
Darstellung
Anbauteil beliebiger
Form
mit
Randkehle
oder
Randabschrägung,
mit der Oberfläche
eines
spannungsbeanspr
uchten
Bauteils
stumpfverschweißt,
Nähte ggf. um die
Enden
herumgeführt
Anbauteil beliebiger
Form, Oberfläche
am
spannungsbeanspr
uchten
Bauteil
anliegend,
Nähte
ggf. um die Enden
herumgeführt
Durchgehende
Versteifung
Bemerkungen
Strukturver
gleichsspannung
Nennverg
leichsspannung
Prüfgruppe
1, 2, 3
Prüfgrupp
e 1, 2, 3
71
56
71
50
Bei
um
die
Enden
herumgeführten
Nähten
eine Klasse höher, wenn
Nahtübergang
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2)
t
L
L 160 mm, t 55 mm
L > 160 mm
W
L
W
Bei
um
die
Enden
herumgeführten
Nähten
eine Klasse höher, wenn
Nahtübergang
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2)
L 160 mm, W 55 mm
71
L > 160 mm, W 55 mm
71
L > 160 mm, W 55 mm
71
56
50
45
Bei
durchgeschweißten
Nähten eine Klasse höher,
wenn
Nahtübergang
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2).
t 55mm
71
56
t > 55mm
71
50
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18.4(f): Auflagerungen
Lfd.
Nr.
6.1
Klasse
Art der Verbindung
Auflagerung
liegenden
stehenden
Behälters
Darstellung
eines
oder
Prüfgruppe
1 und 2
71
Prüfgruppe
3
71
Nahtübergang zur Schale
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2)
80
80
Wie geschweißt
Nahtübergang zur Schale
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2)
71
80
71
80
Wie geschweißt
Nahtübergang zur Schale
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2)
71
80
71
80
71
80
71
80
56
56
71
71
Bemerkungen
Wie geschweißt
1
2
1 mit
durchgehender
Kehlnaht rundum verschweit
2 Unterlegblech
6.2
Zapfenlagerung
1
1
6.3
Unterlegblech
Sattelauflager
1
1 mit
durchgehender
Kehlnaht rundum verschweit
6.4
6.5
Standzarge
Tragpratzen
(mit
oder
ohne
Verstärkungsblech)
mit
umlaufender
Kehlnaht mit dem
Behälter
verschweißt
Beidseitige geschweißt:
- wie geschweißt
- Nahtübergang zur Schale
nachbearbeitet
(siehe
18.10.2.2).
Einseitig geschweißt
505
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Fortsetzung)
18.4(g): Flansche und Verstärkungsscheiben
Lfd.
Nr.
7.1
7.2
Klasse
Art der Verbindung
Vorschweißflansch
oder
Ausgleichsflansch,
durchgeschweißt,
mit Schweißansatz
Vorschweißflansch
Darstellung
Bemerkungen
Naht zerstörungsfrei geprüft und
nachweislich
frei
von
Oberflächenfehlern
und
größeren
oberflächennahen
Fehlern (siehe EN 134455:2014)
Beidseitig
durchgeschweißt
oder einseitig mit Gegennaht
oder bis zum aufschmelzenden
Einlegering
oder
zur
temporären
Unterlage
geschweißt
Einseitig geschweißt:
- wenn vollständige
Durchschweißung sichergestellt
wenn
Innenseite
für
Sichtprüfung nicht zugänglich
Durchgeschweißt
- wie geschweißt
- Nahtübergang nachbearbeitet
(siehe 18.10.2.2)
Mit
versenkter
geschweißt:
Nahtdicke
Schalenwanddicke;
Nahtdicke
Schalenwanddicke
7.3
Einschweißflansch
oder
Verstärkungsring
Prüfgruppe
3
80
63
63
40
40
40
71
80
63
63
63
32
63
32
71
80
63
63
63
40
40
40
63
32
32
32
Kehlnaht
0,8
x
0,8
x
Durchgeschweißt
- wie geschweißt
- Nahtübergang nachbearbeitet
(siehe18.10.2.2)
Einseitig geschweißt:
- wenn vollständige
Durchschweißung sichergestellt
wenn
Innenseite
für
Sichtprüfung nicht zugänglich
Mit
versenkter
Kehlnaht
geschweißt:
Nahtdicke
0,8
x
Schalenwanddicke;
Nahtdicke
0,8
x
Schalenwanddicke
506
Prüfgruppe
1 und 2
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-4 — Klassifizierung von Schweißverbindungen auf Grundlage der
Vergleichsspannungsschwingbreite (Schluss)
18.4(g): Flansche und Verstärkungsscheiben (Schluss)
Lfd.
Nr.
7.4
Klasse
Art der Verbindung
Darstellung
Einschweißflansch
oder
Verstärkungsring,
beidseitig
geschweißt
Bemerkungen
Nahtdicke
0,8
Schalenwanddicke
x
Nahtdicke
<
0,8
Schalenwanddicke
x
Prüfgruppe
1 und 2
63
Prüfgruppe
3
63
32
32
18.10.1.3 Klassifizierung von Schweißnähten auf Grundlage der Hauptspannungsschwingbreite
Die Einzelheiten von Schweißnähten und die entsprechenden Klassen zur Verwendung bei der Beurteilung auf
Grundlage der Hauptspannungsschwingbreite sind in Anhang P dargestellt.
18.10.1.4 Ausnahmen
Geschweißte Schrauben sind in den Klassifizierungstabellen nicht erfasst. Das Berechnungsverfahren dieses
Abschnitts gilt nicht für derartige Schrauben.
18.10.2 Änderung der Klassifizierung
18.10.2.1 Schweißnähte in Prüfgruppe 3
Schweißnähte der Prüfgruppe 3 sind gemäß de entsprechenden Spalte „Prüfgruppe 3“ in den Tabellen 18-4 oder
den Tabellen P–1 bis P–7 einzustufen.
18.10.2.2 Nachbearbeiten des Nahtübergangs
Ermüdungsrisse bilden sich an spannungsbeanspruchten Teilen leicht an den Nahtübergängen. Ursache dafür
sind, neben Spannungskonzentrationen aufgrund der Nahtform, hauptsächlich Schweißnahtfehler. Die
Ermüdungslebensdauer von Schweißnähten, bei denen Übergangsrisse zum Versagen führen können, lässt sich
erhöhen, indem durch Nachbearbeiten und/oder Beschleifen der Übergänge Spannungskonzentrationen
vermindert und Nahtfehler beseitigt werden.
Sofern in den Tabellen 18-4 und Anhang P angegeben, können Kehlnähte (einschließlich durchgeschweißter
Nähte mit Nahtüberhöhung) höher klassifiziert werden, wenn der Nahtübergang nach dem folgenden Verfahren
nachbearbeitet wird. In den Tabellen 18-4 und Anhang P sind die höheren Klassen angegeben.
507
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
g = 0,5 mm tiefer als die Einbrandkerbe
r 4g
Bild 18-9 — Nachbearbeiten des Nahtübergangs
Zum Nachbearbeiten wird ein rotierender kegelförmiger Wolframkarbid-Entgrater verwendet. Um sicherzustellen,
dass die Übergangsfehler beseitigt werden, muss 0,5 mm tiefer als eine ggf. vorhandene Einbrandkerbe (siehe Bild
18-9) nachgearbeitet werden. Anschließend ist der Bereich einer Eindring- oder Magnetpulverprüfung zu
unterziehen. Diese Prüfung wird erleichtert, wenn der nachbearbeitete Übergang beschliffen wird, was gleichzeitig
auch die Ermüdungslebensdauer erhöht. Das Ergebnis sollte ein sanfter Übergang zwischen
Grundwerkstoffoberfläche und Naht sein (wie in Bild 18-9 dargestellt), wobei die Bearbeitungsspuren quer zum
Übergang verlaufen sollen.
Das Nachbearbeiten des Nahtübergangs erhöht lediglich die Wechselfestigkeit einer Schweißverbindung im
Hinblick auf Versagen am Übergang. Die Möglichkeit der Ermüdungsrisseinleitung aufgrund anderer
Nahtmerkmale (z. B. Nahtwurzel bei Kehlnähten) darf deshalb nicht außer Acht gelassen werden.
Unter korrosiven Umgebungsbedingungen, die Lochfraß (Pitting) an der bearbeiteten Fläche auslösen können, ist
das Nachbearbeiten als nicht zweckmäßig anzusehen.
18.10.2.3 Nachbearbeiten von Verbindungsnähten
Nachbearbeiten oder Bündigschleifen von Verbindungsnähten rechtfertigt eine Höherklassifizierung von Klasse 80
in Klasse 90. Eine noch höhere Klasse ist nicht vertretbar, da Nahtfehler vorhanden sein können, die für eine
zuverlässige Feststellung durch zerstörungsfreie Prüfverfahren zu klein, für eine Verringerung der
Ermüdungsfestigkeit der Verbindung jedoch groß genug sind.
Der schädigenden Wirkung eines Nahtversatzes kann bis zu einem gewissen Grad durch Nachbearbeiten des
Nahtübergangs entgegengewirkt werden (siehe 18.10.2.2).
Durch das Nachbearbeiten sichtbar gewordene verdeckte Nahtfehler, die die Ermüdungsfestigkeit beeinträchtigen
könnten, sind zu berücksichtigen (siehe 18.10.5).
18.10.3 Nicht klassifizierte Schweißnähte
In den Tabellen 18-4 und Anhang P nicht erfasste Schweißnähte sind als der Klasse 32 zugehörig zu betrachten,
sofern eine höhere Ermüdungsfestigkeit nicht durch besondere Prüfungen oder bereits vorliegende Ergebnisse von
Ermüdungsfestigkeitsprüfungen nachgewiesen ist. Um die Zuordnung zu einer bestimmten R-N-Kurve zu
rechtfertigen, müssen mindestens zwei Prüfungen mit Probekörpern durchgeführt werden, die hinsichtlich
Konstruktion, Fertigung und Güte repräsentativ für die tatsächlich ausgeführte Behälternaht sind. Die
Prüfspannungen sind so zu wählen, dass die Lebensdauer 2 × 106 Zyklen nicht übersteigt. Die geometrisch
gemittelte Ermüdungslebensdauer, die in Prüfungen mit einer bestimmten Spannungsschwingbreite ermittelt
wurde, darf nicht unter der Lebensdauer liegen, die sich aus der R-N-Kurve für diese Spannung multipliziert mit
dem Faktor F aus Tabelle 18-6 ergibt.
508
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-6 — Werte für den Faktor F
Anzahl der Prüfungen
F
2
15,1
3
13,1
4
12,1
5
11,4
6
11,0
7
10,6
8
10,3
9
10,1
10
9,9
ANMERKUNG
F basiert auf der angenommenen Standardabweichung log N von 0,283, dem größten bei
Ermüdungsprüfungen an Druckbehältern für Schweißnähte festgestellten Wert. Falls ein niedrigerer Wert vorliegt, der
eingesetzt werden kann, kann dies in Verbindung mit den in 20.6.3 angegebenen Prüffaktoren erfolgen.
18.10.4 Abweichungen von der Konstruktionsform
Störstellen und Abweichungen von der vorgesehenen Behälterform (d. h. “Fluchtfehler”) führen als Folge
sekundärer Biegung zu lokalen Erhöhungen der druckinduzierten Spannungen in der Schale und damit zu einer
Verringerung der Ermüdungslebensdauer. Dies ist auch der Fall, selbst wenn die in Abschnitt 4 dieser Norm
angegebenen Toleranzen eingehalten werden.
Diese Formabweichungen umfassen Versatz an Stoßverbindungen, Winkel zwischen Stoßflächen, Aufdachung an
ebenen Flächen von Plattenenden, Aufdachung an Schweißnähten und Unrundheit (siehe Bild 18-10). In den
meisten Fällen führen diese Abweichungen zu einem lokalen Anstieg der Umfangsspannung in der Schale;
Formabweichungen im Zusammenhang mit Umfangsnähten führen dagegen zu einem Anstieg der Spannung in
Schalenlängsrichtung.
509
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
(a) Axialer Versatz
(b) Unrundheit
(c) Winkelfehler
Bild 18-10 — Formabweichungen an Längsnähten
ANMERKUNG
Entstehen als Folge der Formabweichungen Spannungen oberhalb der Fließgrenze, führt die Druckprüfung
durch plastische Verformung zu einer Verbesserung der Behälterform. Bei Behältern aus Werkstoffen mit einer Fließgrenze
erheblich über dem Mindestwert ist dieser vorteilhafte Effekt jedoch weit weniger wahrscheinlich. Die positive Wirkung der
Druckprüfung auf die Form des Behälters lässt sich nicht vorhersagen. Wird dieser positive Effekt in gewissem Umfang benötigt,
um die Bedingungen der Ermüdungsanalyse zu erfüllen, muss die tatsächliche Behälterform nach der Druckprüfung gemessen
werden. Ebenso sind Dehnungsmessungen zur Ermittlung der tatsächlichen Formzahl erst nach der Druckprüfung
durchzuführen.
Der Einfluss von Versatz muss in der Konstruktionsphase nach einem der folgenden Verfahren berücksichtigt
werden. Ziel beider Verfahren ist es, Ausrichtungstoleranzen für den Zusammenbau zu ermitteln, die mit der
erforderlichen Ermüdungslebensdauer vereinbar sind.
a)
Werte für den Versatz annehmen, die daraus resultierenden sekundären Biegespannungen berechnen und
diese in die Berechnung der Strukturspannung der betrachteten Schweißnaht einfließen lassen. Die
entsprechende Klasse der Tabelle 18-4 oder der Tabelle in Anhang P entnehmen und die
Ermüdungslebensdauer ermitteln. Ist der ermittelte Wert nicht annehmbar, einige oder alle Toleranzen
verringern, bis die geforderte Lebensdauer erzielt wird.
b)
Für eine Naht der Nennklasse Ccla 1 die für die geforderte Lebensdauer tatsächlich erforderliche Klasse Ccla 2
ermitteln. Die zulässige Spannungszunahme durch Versatz beträgt dann Km = Ccla 1/Ccla 2. Anschließend die
Ausrichtungstoleranzen für den Zusammenbau ableiten, für die gilt Km ≤ Ccla1/Ccla2.
Eine konservative Schätzung von Km ist:
510
Km 1 A1 A2 A3 A4 für Zylinder
(18.10-1)
K m 1 A1 A3 A4 für Spheren
(18.10-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei steht
A1 für den Versatz und wird wie folgt berechnet:
6 enx1
A1 1
en1 enx1 enx2
(18.10-3)
Dabei ist:
1 der Versatz der Mittellinien der stoßverbundenen Platten
en1 ≤ en2; en1 und en2 sind die Nenndicken der beiden Platten
x = 1,5 für die Umfangsnaht und 0,6 für die Längsnaht einer Zylinderschale
A2 steht für die Unrundheit einer Zylinderschale und wird wie folgt berechnet:
A2
3Rmax Rmin
P 1 2 2 R 3
e 1
2E en
(18.10-4)
Dabei ist R der mittlere Radius.
A3 steht für den Winkelversatz der Platten von Kugelschalen und wird wie folgt berechnet:
R
en
0,5
A3
49
(18.10-5)
Dabei ist θ der Winkel zwischen den Tangenten zu den Platten an der Naht (in Grad) (siehe Bild 18-10(c).
A4 steht für die örtliche Aufdachung und wird wie folgt berechnet:
A4
6
en
(18.10-6)
Dabei ist δ die Abweichung von der wahren Form, die nicht von den vorstehenden Parametern erfasst wird; die
anderen Parameter sind Bild 18-10 zu entnehmen.
ANMERKUNG
Der Schätzwert von A4 berücksichtigt nicht die vorteilhafte Verringerung der Aufdachung durch Druck und
ist daher konservativ. Korrekturen aufgrund von nichtlinearen Effekten, die zu einer Verringerung von A4 führen, sind zulässig
(siehe [11] in Anhang N).
Bei Verbindungsnähten hat ein Übergangskegel am Ort der Dickenänderung keinen Einfluss auf den Wert von A1.
Gleichung 18.10-1 führt zu einem überhöhten Schätzwert von Km für den Fall, dass die örtliche Biegung begrenzt
ist, z. B. bei kurzen Formfehlern, wenn sich eine Neuverteilung der Spannung um den Formfehler ergibt, bei
Formfehlern in kurzen zylindrischen Behältern mit Stützwirkung durch die Böden oder im Bereich um Anbauteile,
die die Schale versteifen. Ein niedrigerer Km-Wert ist jedoch nur nach besonderer Analyse gerechtfertigt.
511
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
18.10.5 Schweißfehler
Da Ermüdungsrisse von Schweißfehlern ausgehen können, hängt es von der erforderlichen
Ermüdungslebensdauer ab, ob die in EN 13445-4:2014 und EN 13445-5:2014 angeführten Schweißfehler zulässig
sind. Für Behälter unter Dauerschwingbeanspruchung gilt:
a)
Flächenfehler sind nicht annehmbar.
b)
Grenzen zulässiger innenliegender Fehler und Formfehler in kritischen Bereichen sind in EN 13445-5:2014,
Anhang G gegeben. Ermüdungskritische Bereiche sind solche mit einer akkumulierten Schädigungskennzahl
D (siehe 18.5.6) größer als Dmax.
DDmax
(18.10-7)
D max = 0,8 für 500 < neq 1000
(18.10-8)
D max = 0,5 für 1000 < neq 10000
(18.10-9)
D max = 0,3 für neq > 10000
(18.10-10)
mit
ANMERKUNG
Alle übrigen Fehler lassen sich nach einem eingeführten Verfahren zur Bewertung ihrer Zulässigkeit
(Referenz [8] in Anhang N) berechnen. Die Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten mit Fehlern lässt sich durch das
Klassifizierungssystem gemäß 18.10.1.3 ausdrücken und so einfach mit Werten anderer Schweißnähte vergleichen.
18.10.6 Korrekturfaktoren
18.10.6.1 Der Korrekturfaktor few zur Berücksichtigung des Einflusses von Wanddicken en > 25 mm wird wie
folgt berechnet:
f ew
25
=
en
0,25
(18.10-11)
hierin ist en die Dicke des betrachteten beanspruchten Teiles oder, sofern dies nicht eindeutig ist, der dickste Teil
des Details.
Für en 25 mm ist few = 1.
Für en >150 mm ist few = 0,6389, einer Wert von en = 150 mm entsprechend.
ANMERKUNG 1
In allen Fällen werden Ermüdungsrisse betrachtet, die vom Übergang der Naht im beanspruchten Bauteil
ausgehen. Daher ist für einige Details keine Korrektur erforderlich (d.h. few = 1), siehe Tabelle 18-4 und Annhang P, oder es ist
fe zu verwenden.
18.10.6.2
Für Temperaturen T* über 100 °C ist fT* gegeben durch:
bei ferritischen Werkstoffen:
fT * 1,03 1,5 10 4T * 1,5 10 6T *2
(18.10-12)
bei austenitischen Werkstoffen
fT * 1,043 4,3 10 4T *
512
(18.10-13)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist:
T * 0,75 T max 0,25 T min
(18.10-14)
Für Temperaturen T* höchstens nicht über 100 °C ist fT* = 1.
ANMERKUNG 2
Alle Temperaturen in 18.10.6.2 sind in Grad Celsius (°C) einzusetzen.
Der Parameter fT* ist in Bild 18-11 dargestellt.
18.10.6.3
Der Gesamtkorrekturfaktor fw, für geschweißte Bauteile wird wie folgt berechnet:
f w f ew fT *
(18.10-15)
1.0
2
0.9
0.8
1
f T*
0.7
0.6
0.5
100
150
200
250
300
350
400
450
500
T*
Legend
1)
2)
T*
ferritische Stähle
austenitische Stähle
mittlere Zyklustemperatur (in °C)
Bild 18-10 — Korrekturfaktor fT*
18.10.7 Ermüdungskurven
Die Ermüdungsfestigkeit wird durch eine Reihe von R-N- Kurven in Bild 18-12 ausgedrückt, von denen jede für
ein bestimmtes Konstruktionsdetail gilt. Die Kurven werden durch die betreffenden Ermüdungsfestigkeitswerte
R (MPa) bei einer Lastzyklenanzahl N = 2 x 106 gekennzeichnet.
ANMERKUNG 1
Die Kurven wurden anhand von Daten abgeleitet, die an Laborproben in lastgesteuerten oder, bei
Dehnungen über die Fließgrenze hinaus (Ermüdung im Niedrig-Lastwechselbereich) in dehnungsgesteuerten
Schwingversuchen ermittelt wurden. Kontinuität vom Niedrig- zum Hoch-Lastwechselbereich wird dadurch gewährleistet, dass
die Daten im Niedrig-Lastwechselbereich durch die pseudoelastische Spannungsschwingbreite (d. h. Produkt aus Dehnung und
Elastizitätsmodul, ggf. korrigiert um den Faktor zur Berücksichtigung von Spannungen im überelastischen Bereich (siehe 18.8))
ausgedrückt werden. Diese Kurven beruhen auf einem Durchriß als Versagensbedingung, einem Durchriß durch das
Schweißgut oder das Grundmaterial (in einem Ausmaß sodaß in der druckbeaufschlagten Komponente eine meßbare Leckage
auftritt). Diese Daten sind mit Ergebnissen von Druckwechselprüfungen an ausgeführten Behältern kompatibel.
ANMERKUNG 2
Die für die Auslegung verwendeten Ermüdungskurven liegen etwa drei Standardabweichungen von log N
unter der mittleren Kurve, die durch Regressionsanalyse an die ursprünglichen Prüfdaten angepasst wurde. Damit
repräsentieren sie eine Versagenswahrscheinlichkeit von 0,14 % .
513
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Ermüdungskurven haben den in Bild 18-13 dargestellten Verlauf und erfüllen die folgende Gleichung:
C
N =
(18.10-16)
Rm
Dabei sind m und C Konstanten, deren Werte Tabelle 18-7 zu entnehmen sind.
Für Zyklenanzahlen bis 5 x 106 und über 5 x 106 gelten unterschiedliche Werte. Bei konstanter
Amplitudenbelastung entspricht die Ermüdungsfestigkeit (siehe Definition in 18.2.12) der Spannungsschwingbreite
bei 5 x 106 Zyklen. Bei veränderlicher Amplitudenbelastung entspricht die untere Grenze der
Spannungsschwingbreite cut derjenigen bei 108 Zyklen (siehe Definition in 18.2.3). Die Werte für D und cut
für jede Ermüdungskurve sind in der Tabelle 18.7 enthalten.
ANMERKUNG 3
Die Verwendung alternativer Kurven und Ermüdungsfestigkeitswerte bei konstanter Amplitudenbelastung ist
zulässig, sofern ihre Eignung nachgewiesen werden kann. Bei Zyklenanzahlen über 2 x 106 ergeben die Kurven gemäß
Referenz [9] in Anhang N konservative Ergebnisse.
Die zulässige Zyklenanzahl N bei festgelegter Spannungsschwingbreite eq oder wird wie folgt berechnet:
wenn
N
eq
D oder
fw
D dann
fw
C1
(18.10-17)
m
eq 1
f
w
oder
N
C1
f
w
(18.10-18)
m1
wobei C1 und m1 die Werte sind entsprechend dem Bereich N ≤ 5 x 106 Zyklen.
Wenn Cut
eq
fw
D oder Cut
D :
fw
In Fällen in denen die angewendeten Spannungsschwingbreiten kleiner als D sind ist N = Unendlich (d.h. der
Anteil an der Ermüdungsschädigung n/N in Gleichung 18.5-1 ist Null).
In allen anderen Fällen wird N angegeben durch:
N
N
514
C2
m
eq 2
fw
C2
fw
m2
(18.10-19)
(18.10-20)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
wobei C2 und m2 die Werte sind entsprechend einem Bereich N > 5 x 106 Zyklen.
Wenn
eq
fw
Cut oder
Cut sind ist N = Unendlich (d. h. n/N in Gleichung 18.5-1 ist Null).
fw
Alternativ gilt folgende Gleichung zur Verwendung als Ermüdungskurve, nach
Spannungsschwingbreite bei einer festgelegten Zyklenanzahl n ermittelt werden kann:
der
die
zulässige
1
C m1
eq ou R f w 1 f w
n
(18.10-21)
für n ≤ 5 x 106 Zyklen.
Für n > 5 x 106 Zyklen ist die zulässige Spannungsschwingbreite) D.
ANMERKUNG 4 Die Bestimmung der zulässigen Spannungsschwingbreite für eine vorgegebene Anzahl von Belastungszyklen
n ist nur im Falle einer konstanten Amplitude der Wechselbeanspruchung von Interesse. Im Falle einer variablen Amplitude
erfordert die Beurteilung der Ermüdung die Berechnung der kumulativen Schädigung infolge aller Typen von
Wechselbeanspruchungen, welche nur durchgeführt werden kann, indem die zulässige Anzahl N für die einzelnen Typen von
Wechselbeanspruchungen verwendet wird und nicht deren zulässige Spannungsschwingbreiten.
10 000
R
MPa
1 000
32
2
40 45 50 56 63 71 80 90 100
100
10
1,0E+02
1
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
1,0E+07
1,0E+08
N
Legend
(1) Kurven bei veränderlicher Amplitudenbelastung
(2) Bei konstanter Amplitudenbelastung ist die Ermüdungsfestigkeit = D bei 5 x 106 Zyklen
ANMERKUNG
18.10.7.
Bei N > 2 x 106 ist die Verwendung alternativer Kurven und R- Werte zulässig; siehe ANMERKUNG 3 in
Bild 18-12— Ermüdungskurven für geschweißte Bauteile
515
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1
m
R
R
m
N=C
1
m+2
N
Bild 18-13— Verlauf der Ermüdungskurven für geschweißte Bauteile
Tabelle 18-7 — Beiwerte der Ermüdungskurven für geschweißte Bauteile
Klasse
Konstanten der R-N-Kurve*
Spannungsschwingbreiten
bei N Zyklen (MPa)
Bei 102 < N < 5x106
Bei 5x106 < N < 108
N = 5 x 106
N = 108
m1
C1
m2
C2
D
Cut
100
3,0
2,00 x 1012
5,0
1,09 x 1016
74
40
90
3,0
1,46 x 1012
5,0
6,41 x 1015
66
36
80
3,0
1,02 x 1012
5,0
3,56 x 1015
58
32
71
3,0
7,16 x 1011
5,0
1,96 x 1015
52
29
63
3,0
5,00 x 1011
5,0
1,08 x 1015
46
26
56
3,0
3,51 x 1011
5,0
5,98 x 1014
41
23
50
3,0
2,50 x 1011
5,0
3,39 x 1014
37
20
45
3,0
1,82 x 1011
5,0
2,00 x 1014
33
18
40
3,0
1,28 x 1011
5,0
1,11 x 1014
29,5
16
3,0
32
* E = 2,09x105 MPa
6,55 x 1010
5,0
3,64 x 1013
24
13
516
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
18.11 Ermüdungsfestigkeit ungeschweißter Bauteile
18.11.1 Korrekturfaktoren
18.11.1.1 Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Oberflächenrauheit
Die Oberflächenrauheit wird durch den Korrekturfaktor fs berücksichtigt, der wie folgt berechnet wird:
f s Fs( 0,1 ln N 0,465 )
(18.11-1)
= Fs wenn N ≥ 2 x 106 Zyklen
Dabei ist:
Fs 1 0,056 ln R z
0,64
ln Rm 0,289 ln R z
0,53
(18.11-2)
Der Parameter Rz ist die Rauhtiefe (μm).
ANMERKUNG
Der Wert Fs in Gleichung 18.1-2 gilt nicht für tiefgezogene Teile und für Schmiedeteile.
Sofern nicht anders festgelegt, sind die in Tabelle 18-8 angegebenen Werte für die herstellungsbedingte Rauhtiefe
in Gleichung (18.11-2) zu verwenden.
Bei polierten Oberflächen mit Rz < 6 μm ist fs = 1 anzunehmen. Werte von fs für walzrauhe Oberflächen sind in Bild
18-14angegeben.
Tabelle 18-8 — Grundlegende Rauhtiefenwerte
Oberflächenzustand
RZ (m)
Gewalzt oder stranggepresst
200
Bearbeitet
50
Beschliffen, kerbfrei
10
517
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1.0
0.9
Rm
MP a
0.8
fs
400
0.7
600
800
0.6
1 000
0.5
3
2
10
10
5
4
10
10
6
10
7
10
N
Legend
N
Lastzyklenanzahl
Bild 18-14— Korrekturfaktor fs für gewalzte Bleche
18.11.1.2 Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Wanddickeneinflusses
Für Wanddicken 25 mm < en 150 mm wird fe wie folgt berechnet:
f e Fe(0,1lnN 0, 465 )
Fe
wenn N 2 x10 6 Zyklen
(18.11-3)
Dabei ist
25
F e =
en
0,182
(18.11-4)
Für Wanddicken en > 150 mm gilt für fe stets der Wert von e = 150 mm.
18.11.1.3 Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Mittelspannungseinflusses
18.11.1.3.1 Volle Mittelspannungskorrektur (rein elastisches Verhalten)
Für eq 2R p0,2/T * und eq max < Rp0,2/T* ist der Mittelspannungskorrekturfaktor fm für N 2x106 bei Walz- und
Schmiedestahl in Abhängigkeit von der Mittelspannungsempfindlichkeit M wie folgt zu berechnen:
0,5
M 2 M 2 eq
fm 1
1 M R
für R p0,2/T * eq
bzw.
518
R
2(1 M )
(18.11.5)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
fm
für
1 M / 3 M 2 eq
1 M
3 R
(18.11-6)
R
eq R p0,2/T *
2(1 M )
Dabei gilt für Walz- und Schmiedestahl:
M = 0,000 35 Rm - 0,1
(18.11-7)
Für N > 2x106 ist der Wert von fm aus Bild 18-15 zu entnehmen.
ANMERKUNG In diesem Fall ist fm unabhängig von der Spannungsschwingsbreite.
18.11.1.3.2 Verminderte Mittelspannungskorrektur (teilweise plastisches Verhalten)
Für eq 2R p0,2/T * und eq max > Rp0,2/T*
wird fm ebenfalls nach Gleichung (18.11-5) bzw. (18.11-6)
berechnet. Dabei ist jedoch anstelle eq die reduzierte Vergleichsmittelspannung nach Gleichung (18.11-8) bzw.
(18.11-9) zu verwenden (siehe Bild 18-6).
Für eq 0 gilt:
eq
2
(18.11-8)
eq
R p 0.2 /T *
2
(18.11-9)
eq,r = R p 0.2 /T * Für eq 0 gilt:
eq,r =
18.11.1.3.3 Ohne Mittelspannungskorrektur (Alternierende Plastizität)
Für eq 2R p0,2/T * , dann eq 0 und fm=1. In diesem Fall ist eine Korrektur der Spannungsschwingbreite für
Beanspruchung im überelastischen Bereich erforderlich (siehe 18.8).
519
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Legend
eq
Vergleichsmittelspannung (MPa)
Bild 18-15 — Korrekturfaktor fm zur Berücksichtigung des Vergleichsmittelspannungeinflusses in
ungeschweißten Bauteilen bei N > 2 x 106 Zyklen
18.11.2 Gesamtkorrekturfaktor für ungeschweißte Bauteile
Der Gesamtkorrekturfaktor fu für ungeschweißte Bauteile wie folgt berechnet:
fu f s f e fm f T *
(18.11-10)
Dabei sind fs, fe, und fm aus 18.11.1.1 bis 18.11.1.3 und fT* aus 18.10.6.2 zu entnehmen.
18.11.3 Auslegungswerte
Die Ermüdungsfestigkeitswerte ungeschweißter Bauteile werden durch eine Reihe von ΔσR-N-Kurven ausgedrückt,
von denen jede einzelne für eine bestimmte Zugfestigkeit von Stahl gilt (siehe Bild 18-16).
ANMERKUNG 1 Die Kurven wurden von Daten für ungekerbte, polierte Probestäbe aus ferritischen und austenitischen Walzund Schmiedestählen bei Raumtemperatur in lastgesteuerten Schwingversuchen (Mittelspannung = 0) bzw. - bei Dehnungen
über die Fließgrenze hinaus (Ermüdung im Niedrig-Lastwechselbereich) - in dehnungsgesteuerten Schwingversuchen
abgeleitet. Diese Kurven beruhen auf der Entstehung eines Makrorisses (mit Rißtiefe von 0,5 bis 1,0 mm) als
Versagensbedingung.
ANMERKUNG 2
Verglichen mit den Mittelkurven nach den ursprünglichen Ergebnissen ist in diese Kurven ein
Sicherheitsfaktor von 10 auf die Ermüdungslebensdauer und von 1,5 auf die Spannungsschwingbreite eingerechnet.
In Bild 18-16 sind die Ermüdungskurven für Zyklenzahlen bis 2 x 106 gegeben durch:
4,6. 104
N =
,
R - 0,63 Rm + 115
2
(18.11-11)
Für Schadensakkumulationsberechnungen nach Gleichung (18.5-1) sind die Kurven für N = 2 x 106 bis 108 Zyklen
linear und gegeben durch
520
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
2,69Rm 89,72
N
R
10
(18.11-12)
Werte der Dauerfestigkeit D und der Grenzwerte cut sind für einige Werte der Zugfestigkeit in Tabelle 18-10
angegeben.
Zur Bestimmung der für eine bestimmte Spannungsschwingbreite zulässigen Zyklenzahl, N, ist wie folgt
vorzugehen:
Für
f
D :
fu
46000
N
f
0,63Rm 11,5
fu
Für cut
2
(18.11-13)
f
D :
fn
im Fall einer Einwirkung mit konstanter Amplitude bei dem nur die betrachtete Spannungsschwingbreite
f / fu D ist, und im Fall einer Einwirkung mit variabler Amplitude (Schadensakkumulation) bei dem
alle betrachteten Spannungsschwingbreiten
f / fu D sind ist N = Unendlich (d. h. der
Schadensbeitrag n/N in Gleichung (18.5-1) ist Null);
in allen anderen Fällen von Einwirkungen mit variabler Amplitude (Schadensakkumulation):
2,69R 89,72
m
N
f
fu
Für
f
cut
fn
10
(18.11-14)
: N Unendlich (d. h. der Schadensbeitrag n/N in Gleichung (18.5-1) ist Null).
Alternativ, zur Verwendung als Ermüdungskurve zur Ermittlung der zulässigen Spannungsschwingbreite für eine
bestimmte Zyklenzahl, n, gleich der oberen Grenze der einwirkenden Spannungsschwingbreite f :
Für n 2 x 106 :
46000
0,63R m 11,5 fu
f,all R fu
n
(18.11-15)
Für n > 2 x 106 wird die zulässige Spannungsschwingbreite nach Formel 18.11-15 für n = 2 x 106 berechnet.
ANMERKUNG 3 Die Bestimmung der zulässigen Spannungsschwingbreite für eine vorgegebene Anzahl von Belastungszyklen
n ist nur im Falle einer konstanten Amplitude der Wechselbeanspruchung von Interesse. Im Falle einer variablen Amplitude
erfordert die Beurteilung der Ermüdung die Berechnung der kumulativen Schädigung infolge aller Typen von
Wechselbeanspruchungen, welche nur durchgeführt werden kann, indem die zulässige Anzahl N für die einzelnen Typen von
Wechselbeanspruchungen verwendet wird und nicht deren zulässige Spannungsschwingbreiten.
521
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 18-10 — Spannungsschwingbreite ΔσR bei N ≥ 2x106 im Ermüdungsfestigkeitsbereich für
ungekerbte, polierte Probestäbe aus ferritischen und austenitischen Walz- und Schmiedestählen bei
Raumtemperatur und Mittelspannung = 0
Zugfestigkeit Rm (MPa)
Spannungsbereich bei N Zyklen; (MPa)
N = 2x106
N = 108
D
Cut
400
273
185
600
399
270
800
525
355
1000
651
440
10 000
R
MPa
R m MP a
1 000
800
600
400
1 000
100
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
1,0E+07
1,0E+08
N
Legend
N
Lastzyklenanzahl
Bild 18-16 — Ermüdungskurven für ungeschweißte Probestäbe aus ferritischen und austenitischen
Schmiede- und Walzstählen (Mittelspannung = 0)
18.12 Ermüdungsfestigkeit von Stahlschrauben
18.12.1 Allgemeines
Die Anforderungen dieses Abschnitts gelten nur für axial belastete Stahlschrauben. Sie gelten nicht für andere
Gewindeteile wie Flansche, Böden und Ventile.
522
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
18.12.2 Korrekturfaktoren
18.12.2.1 Der Korrekturfaktor fe für Schrauben mit einem Durchmesser > 25 mm wird mit Gleichung (18.11-3)
berechnet. Dabei wird für en der Schraubendurchmesser eingesetzt. Für Schrauben mit einem Durchmesser ≤ 25
mm gilt fe = 1.
18.12.2.2
Gesamtkorrekturfaktor für Schrauben
Der Gesamtkorrekturfaktor fb wird wie folgt berechnet:
fb f e f T *
(18.12-1)
Die Werte für fe und fT* sind aus 18.12.2.1 bzw. 18.10.6.2 zu entnehmen.
18.12.3 Auslegungsdaten
Die Ermüdungsfestigkeit axial belasteter Schrauben wird durch das folgende Verhältnis ausgedrückt:
Maximale Nennspannungsschwingbreite
=
Nominelle maximale Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffs R m
In Bild 18-16 ist die Ermüdungskurve für Schrauben mit einer Ermüdungsfestigkeit von 2 x 106 Lastzyklen nach der
folgenden Gleichung dargestellt:
3
R
N 285
Rm
(18.12-2)
D
= 0,0522 bei 2 x 106 Zyklen, siehe Bild 18-17, wird für alle Gewindeformen
Rm
(geschnitten, geschliffen oder gewalzt) und Kerndurchmesser bis 25 mm verwendet. Unabhängig von der
tatsächlichen Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffs sollte für Rm keinesfalls ein Wert über 785 MPa bei
Berechnungen angenommen werden.
mit einer Dauerwechselfestigkeit
523
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1.0
0.8
/R m )
0.6
0.5
0.4
R meff = min (Rm , 785)
R
0.3
(
0.3
3
(
/Rm ) N = 285
0.1
0.05
0.04
2
3
10
10
4
5
10
10
6
10
7
2
10
N
Legend
N
Lastzyklenanzahl
Bild 18-17 — Ermüdungskurve für Schrauben
ANMERKUNG
Die Ermüdungskurve wurde aus Ergebnissen von Schwingversuchen mit axial belasteten
Schraubverbindungen abgeleitet. Sie liegt drei Standardabweichungen von log N unter der mittleren Kurve, die durch
Regressionsanalyse
an
die
ursprünglichen
Prüfdaten
angepasst
wurde.
Damit
repräsentiert
sie
eine
Versagenswahrscheinlichkeit von ca. 0,1 %.
Die zulässige Zyklenanzahl N bei festgelegter Spannungsschwingbreite Δσ: wird wie folgt berechnet:
Wenn
0,0522 :
Rm
R f
N 285 m b
Wenn
3
(18.12-3)
0,0522 : N = Infinit (d. h. n/N in Gleichung 18.5-1 ist Null)
Rm
Alternativ gilt folgende Gleichung zur Verwendung als Ermüdungskurve,
Spannungsschwingbreite Δσ bei einer festgelegten Zyklenanzahl n ermittelt wird:
nach
der
die
zulässige
1
285 3
R fb R m
n
für n 2106.
Für n > 2106 ist der zulässige Spannungsbereich gleich der Spannungsschwingbreite:
= D = 0,0522Rm
524
(18.12-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
19 Auslegung im Zeitstandbereich
19.1 Zweck
Dieser Abschnitt behandelt die Auslegung von Behältern oder Behälterteilen, wenn die Berechnungstemperatur im
Zeitstandbereich liegt. Er kann sowohl für Druck- als auch für mechanische Belastungen angewendet werden.
ANMERKUNG 1
Eine Definition des Begriffes Zeitstandbereich ist in 3.8 festgelegt. Siehe auch 5.1.b.
ANMERKUNG 2 Eine Voraussetzung für die Anforderungen in diesem Abschnitt ist die Verwendung von Werkstoffen mit
ausreichender Duktilität. Die in EN 13445-2:2014, Tabelle E.2-1, aufgeführten Stähle und Stahlgusssorten, für die in den
entsprechenden Werkstoffnormen die Zeitstandfestigkeiten für den jeweiligen Temperaturbereich angegeben sind, gelten als
Werkstoffe mit ausreichend hoher Duktilität im Zeitstandbereich.
19.2 Zusätzliche Begriffe
Periode
Dauer eines Lastfalles bei konstanter Belastung und konstanter Temperatur im Zeitstandbereich.
ANMERKUNG
Alle einzelnen Zeitintervalle mit identischen Zeitstandbedingungen (gleiche Temperatur und gleiche
Belastung), die während der Lebensdauer des Druckbehälters gesondert auftreten, sollten zu einer einzigen Periode
zusammengefasst werden.
Einfachlastfall im Zeitstandbereich
Lastfall, der in der gesamten Lebensdauer des Druckbehälters nur über eine Periode auftritt
Mehrfachlastfall im Zeitstandbereich
Lastfall, der in der gesamten Lebensdauer des Druckbehälters über mehrere Perioden auftritt
Lebensdauerüberwachung
Kontrolle und Prüfung nach den Festlegungen in den Betriebsanleitungen mit der Mindestanforderung der
ständigen Aufzeichnung von Druck und Temperatur und der Aufbewahrung von Berichten.
ANMERKUNG
Maßnahmen siehe Anhang M.
19.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
n
Gesamtanzahl der Perioden von fFi, Ti
SFc
Sicherheitsbeiwert für den Mittelwert der Zeitstandfestigkeit (siehe 19.5.1 und 19.5.2)
RP1,0/T/t
Mittelwert der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung bei Berechnungstemperatur T und Lebensdauer t
Rm/T/t
Mittelwert der Zeitstandfestigkeit bei Berechnungstemperatur T und Lebensdauer t
ANMERKUNG
Die in harmonisierten Werkstoffnormen angegebenen Werte für die Zeitstandfestigkeit sind immer Mittelwerte.
T
Berechnungstemperatur in °C
t
festgelegte Lebensdauer des Druckbehälters in Stunden (h) (siehe 19.4)
ti
Dauer (h) der i. Periode, während
Berechnungstemperatur Ti wirkt
der
die
fiktive
Berechnungsspannung fFi
bei
der
525
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
tD, fFi, Ti
zulässige Zeit (h) bis zum Schadensfall (verursacht durch Kriechbruch oder Kriechdehnung) des
Werkstoffs bei fiktiver Berechnungsspannung fFi und Temperatur Ti, entnommen aus der Kurve bzw.
Formel (19-11) für die Auslegung im Zeitstandbereich
tP, fFi, Ti
zulässige Zeit (h) bis zum Erreichen der 1%-Zeitdehngrenze des Werkstoffs durch Kriechen bei fiktiver
Berechnungsspannung fFi und Temperatur Ti, errechnet nach Gleichung (19-20)
tR, fFi, Ti
zulässige Zeit (h) bis zum Kriechbruch des Werkstoffs bei fiktiver Berechnungsspannung fFi und
Temperatur Ti, errechnet nach Gleichung (19-12) bzw. (19-17)
fFi
fiktive Berechnungsnennspannung für die Auslegung im Zeitstandbereich der i. Periode nach 19.8.2
fnc
Berechnungsnennspannung ausschließlich auf der Grundlage des zeitunabhängigen Materialverhaltens
nach den Festlegungen in 19.5.1
zc
Abminderungsfaktor für die Zeitstandfestigkeit der Schweißverbindung, nach 19.6
19.4 Auslegung im Zeitstandbereich
Dieser Unterabschnitt gilt für die Auslegung nach Formeln, Abschnitte 7, 9, 10, 11, 12, 15 und 16, ausgenommen
Schrauben, Abschnitte 11 und 12, sowie Druckspannungen, 16.14.
In den Abschnitten 8, 13, 16.14 und den Anhängen G und J ist die Auslegung im Zeitstandbereich nur bei
bekanntem Elastizitätsmodul im Zeitstandbereich anzuwenden. In diesem Fall muss die Mindest-Streckgrenze
Rp1,0 / T / t
.
RP0,2/T in Abschnitt 8 ersetzt werden durch
1,3
Bei Auslegung des Behälters für einen Einfachlastfall im Zeitstandbereich: das in 19.8.1 beschriebene
Auslegungsverfahren ist anzuwenden. Nach diesem Verfahren wird die in 19.5 festgelegte
Berechnungsnennspannung zugrunde gelegt. Für die Ermittlung dieser Berechnungsnennspannung ist für die
Lebensdauer der Wert t = 100 000 h einzusetzen, sofern keine andere Lebensdauer t festgelegt ist.
Bei Auslegung des Behälters für Mehrfachlastfälle im Zeitstandbereich: das in 19.8.2 beschriebene Verfahren
auf der Grundlage der Schädigungsakkumulation ist anzuwenden. Wahlweise kann auch eine vereinfachte
und konservative Auslegung nach dem in 19.8.1 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, indem die
verschiedenen Lastfälle im Zeitstandbereich durch einen einzigen Lastfall ersetzt werden, dessen Temperatur
der höchsten und dessen Dauer der Gesamtdauer aller Einzellastfälle im Zeitstandbereich entsprechen muss.
In beiden Verfahren ist der Schweißnahtfaktor um den Abminderungsfaktor für die Zeitstandfestigkeit der
Schweißverbindung nach 19.6 abzuändern.
19.5 Berechnungsnennspannung im Zeitstandbereich
19.5.1 Lastfall ohne Überwachung der Lebensdauer
19.5.1.1
Allgemeines
R
f min f nc ; m / T/t ; R p1,0 / T/t
SFc
526
(19-1)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist:
SFc 1,5
Der Wert für fnc muss nach Abschnitt 6 wie folgt bestimmt werden:
Für Berechnungstemperaturen T, die die höchste Temperatur TH, für die in der Werkstoffnorm
Werkstoffeigenschaften festgelegt sind, um nicht mehr als 200 °C überschreiten, können extrapolierte Werte
für fnc eingesetzt werden, wie in Anhang S festgelegt.
Für Berechnungstemperaturen T TH 200 °C ist die Berechnungsnennspannung fnc in Gleichung (19-1) zu
ignorieren und die weiteren Terme in dieser Gleichung sind für eine Lebensdauer zu bestimmen, die
mindestens der kürzesten Lebensdauer entsprechen muss, für die in der Werkstoffnorm Werkstoffeigenschaften im Zeitstandbereich festgelegt sind.
ANMERKUNG
Die in Anhang S für T TH 200 °C angegebenen extrapolierten Werte dienen nur zur Bestimmung des
Drucks für die Wasserdruckprüfung (siehe EN 13445-5:2014, 10.5.3.3).
19.5.1.2 Lastfall mit gegebenen Zeitstandeigenschaften des Werkstoffes für die festgelegte Lebensdauer, jedoch
nicht für die Berechnungstemperatur
19.5.1.2.1 Allgemeines
Wenn für die Berechnungstemperatur T in der harmonisierten Werkstoffnorm kein Mittelwert der Zeitstandfestigkeit
bzw. der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung gegeben ist, dürfen zur Bestimmung der entsprechenden
Zeitstandeigenschaften die Interpolationsgleichungen (19-2), (19-3) bzw. (19-5), (19-6) verwendet werden (oder es
kann als konservativer Wert der in der harmonisierten Werkstoffnorm für die höhere Temperatur festgelegte Wert
eingesetzt werden).
Wenn die Berechnungstemperatur höher ist als die höchste Temperatur, für die eine mittlere Zeitstandfestigkeit
bzw. eine mittlere Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung gegeben ist, ist die Anwendung von Abschnitt 19 nicht
zulässig.
19.5.1.2.2 Mittelwert der Zeitstandfestigkeit
Rm / T / t
Rm / T / t (T2 T ) Rm / T / t (T T1)
1
2
(T2 T1)
Z
Rm / T / t R
2
Rm / T / t Rm / T / t
1
Rm / T / t
1
für T2 T1 20 °C
(19-2)
für T2 T1 20 °C
(19-3)
mit: lg = log10
(19-4)
Dabei ist
ZR
lg T lg T1
lg T2 lg T1
T1
die nächste Temperatur unterhalb T, für die in der harmonisierten Werkstoffnorm ein Mittelwert der
Zeitstandfestigkeit gegeben ist;
T2
die nächste Temperatur oberhalb T, für die in der harmonisierten Werkstoffnorm ein Mittelwert der
Zeitstandfestigkeit gegeben ist.
527
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
19.5.1.2.3 Mittelwert der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung
Rp1,0 / T / t
Rp1,0 / T / t (T2 T ) Rp1,0 / T / t (T T1)
1
2
(T2 T1)
Z
R 1,0 / T / t P
p
2
Rp1,0 / T / t Rp1,0 / T / t
1
Rp1,0 / T / t
1
für T2 T1 20 °C
(19-5)
für T2 T1 20 °C
(19-6)
Dabei ist
ZP
lg T lg T1
lg T2 lg T1
mit: lg = log10
T1
die nächste Temperatur unterhalb T, für die in der harmonisierten Werkstoffnorm ein Mittelwert der
1%-Zeitdehngrenze gegeben ist
T2
die nächste Temperatur oberhalb T, für die in der harmonisierten Werkstoffnorm ein Mittelwert der
1%- Zeitdehngrenze gegeben ist.
19.5.1.3
Lastfall mit gegebenen Zeitstandeigenschaften des Werkstoffes für die Berechnungstemperatur
(einschließlich der Fälle, in denen diese Werte nach 19.5.1.2 berechnet werden), jedoch nicht für die
festgelegte Lebensdauer t
19.5.1.3.1 Allgemeines
Wenn für die festgelegte Lebensdauer t in der harmonisierten Werkstoffnorm kein Mittelwert der Zeitstandfestigkeit
bzw. der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung gegeben ist, dürfen zur Bestimmung der entsprechenden
Zeitstandeigenschaften die Interpolationsgleichungen (19-7) bzw. (19-9) verwendet werden (oder es kann als
konservativer Wert der in der harmonisierten Werkstoffnorm für eine längere als die festgelegte Lebensdauer
angegebene Wert eingesetzt werden).
Wenn die festgelegte Lebensdauer t länger ist als die längste Lebensdauer, für die in der harmonisierten
Werkstoffnorm eine mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist, darf das im informativen Anhang R angegebene
Extrapolationsverfahren angewendet werden.
Wenn die festgelegte Lebensdauer t länger ist als die längste Lebensdauer, für die in der harmonisierten
Werkstoffnorm eine mittlere 1%-Zeitdehngrenze gegeben ist, dann ist der Wert für die längste Lebensdauer, für
die eine mittlere 1%-Zeitdehngrenze gegeben ist, in die Gleichung (19-1) einzusetzen.
ANMERKUNG
überschreiten.
In letzterem Fall darf die kumulierte Kriechdehnung die 1%-Zeitdehngrenze vor dem Ende der Lebensdauer
19.5.1.3.2 Mittelwert der Zeitstandfestigkeit
X
R
R
m / T / tB
Rm / T / t Rm / T / t
A R
m / T / tA
(19-7)
Dabei ist
XR
528
lg t lg tA
lg tB lg tA
mit: lg = log10
(19-8)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Rm/T/tA
ist der Mittelwert der Zeitstandfestigkeit für die nächste Lebensdauer tA unterhalb t, für die eine
mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist
Rm/T/tB
ist der Mittelwert der Zeitstandfestigkeit für die nächste Lebensdauer tB unterhalb t, für die eine
mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist
Wenn die festgelegte Lebensdauer t kürzer ist als die kürzeste Lebensdauer, für die in der Werkstoffnorm eine
mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist, dann dürfen die folgenden Terme in die Formel (19-7) bzw. (19-8)
eingesetzt werden:
Rm/T/tA und Rm/T/tB
sind die Mittelwerte der Zeitstandfestigkeit für die beiden kürzesten Lebensdauern tA und tB,
für die eine mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist
Ein alternatives Verfahren für die Extrapolation im Hinblick auf eine kürzere Zeit ist in Anhang R angegeben.
19.5.1.3.3 Mittelwert der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung
X
R
P
p1,0 / T / tB
Rp1,0 / T / t Rp1,0 / T / t
A R
p1,0 / T / tA
(19-9)
Dabei ist
XP
lg t lg tA
lg tB lg tA
mit: lg = log10
RP1,0 / T / t
A
der Mittelwert der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung für die nächste Lebensdauer tA
RP1,0 / T / t
B
der Mittelwert der Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung für die nächste Lebensdauer tB
unterhalb t, für die eine mittlere 1%-Zeitdehngrenze gegeben ist
oberhalb t, für die eine mittlere 1%-Zeitdehngrenze gegeben ist
Wenn die festgelegte Lebensdauer t kürzer ist als die kürzeste Lebensdauer, für die in der Werkstoffnorm eine
mittlere Zeitdehngrenze für 1 % Dehnung gegeben ist, dann gilt der dritte Term (Kriechdehnung) im Minimum in
Gleichung (19-1) nicht.
ANMERKUNG
überschreiten.
In letzterem Fall darf die kumulierte Kriechdehnung die 1%-Zeitdehngrenze vor dem Ende der Lebensdauer
19.5.1.4
Lastfall, für den Zeitstandeigenschaften des Werkstoffes weder für die Berechnungstemperatur noch
für die festgelegte Lebensdauer gegeben sind:
Wenn weder für die Berechnungstemperatur T noch für die festgelegte Lebensdauer t in der Werkstoffnorm Werte
für die Zeitstandeigenschaften gegeben sind, muss die Berechnungsnennspannung zuerst nach 19.5.1.2 und
danach nach 19.5.1.3 bestimmt werden.
Eine typische Kurvenform für die Auslegung im Zeitstandbereich, die die Berechnungsspannung f in Abhängigkeit
von der Lebensdauer t und der Berechnungstemperatur T darstellt, ist in Bild 19-1 enthalten.
529
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
500ºC
a)
550ºC
a)
600ºC
a)
500ºC
b)
550ºC
b)
600ºC
b)
Legende
1) maximale Zeit tR, Ti, max = 2 tB bis zu der auf der doppeltlogarithmischen Skala eine Extrapolation gegen die Zeit
zulässig ist
2) längste Zeit tB, für die in der Werkstoffnorm Zeitstandfestigkeitswerte in Abhängigkeit von der Zeit gegeben sind
a) Kurve zeitabhängiger Werkstoffeigenschaften
b) Kurve kurzzeitiger (zeitunabhängiger) Werkstoffeigenschaften
Bild 19.1 — Typische Kurven für die Auslegung im Zeitstandbereich zur Erläuterung des Verfahrens
19.5.2 Lastfall mit Überwachung der Lebensdauer
Die Berechnungsnennspannung im Zeitstandbereich ist mit Gleichung (19-10) zu berechnen:
R
f min f nc ; m / T / t
SFc
Dabei ist
SFc 1,25
ANMERKUNG
530
Überwachung siehe informativen Anhang M.
(19-10)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
19.6 Schweißnahtfaktor im Zeitstandbereich
Im Zeitstandbereich ist für den Schweißnahtfaktor z in die Berechnungsformel der in Tabelle 5.6-1 festgelegte Wert,
multipliziert mit dem Abminderungsfaktor für die Zeitstandfestigkeit der Schweißverbindung zc, einzusetzen.
ANMERKUNG
Für im Zeitstandbereich betriebene Behälter sind nur die Prüfgruppen 1 c und 3 c zulässig, siehe
EN 13445-5:2014.
Die Werte für den Abminderungsfaktor für die Zeitstandfestigkeit der Schweißverbindung betragen:
zc =
1,0 bestimmt durch Prüfungen nach Anhang C in EN 13445-2:2014, wenn die Bedingungen für den
Wert 1 erfüllt sind;
zc
1,0 bestimmt durch Prüfungen nach Anhang C in EN 13445-2:2014, wenn die Bedingungen für den
Wert 1 nicht erfüllt sind;
zc =
0,8 in allen anderen Fällen, ausgenommen Sonderfälle, für die in der Literatur oder nach
Rückmeldungen aus der Industrie ein niedrigerer Wert angegeben ist.
19.7 Überwiegend ruhende Druckbelastungen im Zeitstandbereich
Die in 5.4.2 festgelegte Anforderung für ruhende Druckbelastungen gilt als erfüllt (d. h. die Anzahl der Druckzyklen
über die volle Schwingbreite bzw. die Anzahl der äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite liegt unter
500), wenn die Auslegung des Behälters unter Zugrundelegung der nach 19.5 bestimmten
Berechnungsnennspannung allen Formeln entspricht, die in den in 19.4 angegebenen Abschnitten in Teil 3
festgelegt sind.
ANMERKUNG
Die vorliegende Fassung der Norm enthält in diesem Abschnitt keine Festlegungen für die Kriech-ErmüdungsWechselwirkung. Falls diese Wechselwirkung zu berücksichtigen ist, können die in Anhang B festgelegten
Berechnungsmethoden angewendet werden.
19.8 Auslegung nach Formeln DBF
19.8.1 Bei Auslegung des Behälters für einen Einfachlastfall im Zeitstandbereich ist f nach 19.5 zu bestimmen und
die erforderliche Wanddicke des Bauteils ist nach den in 19.4 angegebenen Abschnitten zu ermitteln bzw. zu
prüfen.
19.8.2 Bei Auslegung des Behälters für Mehrfachlastfälle im Zeitstandbereich ist eine Bewertung der
Schädigungsakkumulation im Zeitstandbereich, die sich aus allen während der Behälterlebensdauer auftretenden
Lastfällen im Zeitstandbereich ergibt, nach folgendem Verfahren durchzuführen:
a)
Es ist eine berechnete Wanddicke ea des Bauteils anzunehmen.
ANMERKUNG 1 Die angenommene Wanddicke ea muss mindestens der größten Dicke entsprechen, die aufgrund der
Berechnungen nach 19.8.1 für die wichtigsten Lastfälle als erforderlich gilt. Bei der Anwendung des angegebenen Verfahrens
wird dieser Ausgangswert, soweit erforderlich erhöht.
b)
Für jeden Lastfall wird ea in die entsprechende DBF-Gleichung (in den in 19.4 angegebenen Abschnitten)
eingesetzt und die Gleichung für die fiktive Berechnungsspannung für die Auslegung im Zeitstandbereich fFi
gelöst, die genau die Wanddicke ea ergibt. Diese fiktive Spannung fFi ist der Mindestwert für die
Berechnungsspannung f, der alle Auslegungsbedingungen des entsprechenden Abschnitts dieses Teils,
bezogen auf die Berechnungswanddicke ea und den betrachteten Lastfall i erfüllt.
ANMERKUNG 2 Dies kann eine Berechnung nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“ erfordern.
c)
Für jeden Lastfall ist die zulässige Zeit bis zum Eintreten des Schadensfalles, tD, f , T nach folgendem
Fi i
Verfahren zu berechnen:
531
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1)
Wenn f Fi fnc dann ist ea zu erhöhen ( tD, f , T 0 )
Fi i
2)
Wenn f Fi fnc dann gilt:
tD, f , T min tR, f , T ; tP, f , T
Fi i
Fi i
Fi i
3)
(19-11)
Zulässige Zeit bis zum Kriechbruch:
Y
t R
tR, f , T tA B
t
Fi i
A
(19-12)
Dabei ist
y
R
) lg( f Rt )
A
lg( f Rt ) lg( f Rt )
B
A
lg( f
Fi
mit: lg = log10
(19-13)
mit
f Rt
A
Rm/T/t
A
Rm/T/t
B
(19-14)
SFc
und
f Rt
B
(19-15)
SFc
f Rt
und f Rt sind die nächsten Werte an f Fi mit den entsprechenden Lebensdauern tA und tB ,
A
B
wie in 19.5.1.3 festgelegt, die die nachfolgende Bedingung erfüllen:
f Rt
A
f Fi f Rt
(19-16)
B
Wenn f Fi kleiner ist als der kleinste gegebene Wert f Rt
(dies ist der Wert der längsten Lebensdauer,
B
für den in der Werkstoffnorm die mittlere Zeitstandfestigkeit gegeben ist), dann ist anstelle der
Gleichung (19-12) die nachfolgende Gleichung anzuwenden:
tR, f , T mintR, f , T , ex ; t R, T , max
1
Fi i
Fi i
(19-17)
Dabei ist
tR, f , T , ex die zulässige Zeit (h) bis zum Eintreten des
Fi i
Kriechbruch) für den Werkstoff bei fiktiver
Schadensfalles
(verursacht
Berechnungsspannung
f Fi
durch
und
Temperatur Ti , die nach dem informativen Anhang R errechnet werden kann;
t R, T
die maximale Zeit, für die das angewendete Extrapolationsverfahren gilt (der informative
i, max
Anhang R kann angewendet werden).
532
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Alternativ können die folgenden Gleichungen angewendet werden:
tR, T , max 2 tB
i
(19-18)
Y
t R
B
tR, f , T , ex tA
t
Fi i
A
(19-19)
Dabei ist
tB die längste Lebensdauer, für die in der Werkstoffnorm ein Mittelwert für die Zeitstandfestigkeit
gegeben ist;
tA
die nächstkürzere Lebensdauer, für die in der Werkstoffnorm ein Mittelwert für die Zeitstand-festigkeit gegeben ist;
YR
nach den Gleichungen (19-13) bis (19-15), errechnet für die hier festgelegten Lebensdauern tA und tB.
ANMERKUNG 3
die Extrapolation basiert nicht auf einer experimentellen Nachweisführung. Mögliche Änderungen
der Langzeit-Kriechfestigkeit durch mikrostrukturelle Änderungen sind nicht berücksichtigt.
ANMERKUNG 4
Es ist zweckmäßig, möglichst die vollständige Kurve der Auslegung im Zeitstandbereich/Lebensdauer für die benötigten Berechnungstemperaturen (siehe Bild 19-1) zu ermitteln, um mit deren Hilfe die entsprechenden Lebensdauern tA und tB besser zu finden, für die die Bedingung (19-16) bzw. (19-24) erfüllt ist.
4)
Zulässige Zeit bis zum Erreichen der 1%-Zeitdehngrenze.
Diese zulässige Zeit muss nur errechnet werden, wenn kein Überwachungssystem vorhanden ist. Steht
ein Überwachungssystem zur Verfügung, ist tP, f , T in (19-11) wegzulassen.
Fi i
Y
t P
tP, f , T tA B
t
Fi i
A
(19-20)
Dabei ist
y
P
lg( f Fi ) lg( f Pt )
A
lg( f Pt ) lg( f Pt )
B
A
mit: lg = log10
(19-21)
mit
f Pt
A
Rp1,0 /T/t
A
(19-22)
und
f Pt
B
Rp1,0 /T/t
B
(19-23)
und f Pt sind die nächsten Werte an f Fi mit den entsprechenden Lebensdauerzeiten tA und tB , wie
B
A
in 19.5.1.3 festgelegt, die die nachfolgende Bedingung erfüllen:
f Pt
f Pt
A
f Fi f Pt
B
(19-24)
533
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Wenn f Fi kleiner ist als der kleinste gegebene Wert f Pt
(dies ist der Wert der längsten Lebensdauer, für
B
den in der Werkstoffnorm die mittlere 1%-Zeitdehngrenze gegeben ist) dann kann tP, f , T in Gleichung
Fi i
(19-11) weggelassen werden.
ANMERKUNG 5
Wird in dem betreffenden Teil oder Bauteil mehr als ein Werkstoff im Zeitstandbereich verwendet, dann ist
ein allgemeineres Verfahren anzuwenden. Dieses Verfahren hat den Zweck, die zulässige Zeit bis zum Eintreten des
Schadensfalles tD, f , T zu finden, für die (unter Verwendung der verschiedenen f-Werte nach 19.5 für die
Fi i
Werkstoffe
t tD, f , T ) alle Auslegungsbedingungen
Fi i
Berechnungswanddicke ea und den betrachteten Lastfall i erfüllt werden.
verschiedenen
d)
und
Gleichungen
für
die
Die Schädigungsakkumulation im Zeitstandbereich, die sich aus allen auftretenden Lastfällen ergibt, ist nach
folgender Regel zu bestimmen:
n
ti
1,0
i 1 tD, f Fi , Ti
e)
bei
(19-25)
Wird die Bedingung (19-25) nicht erfüllt, muss die angenommene Wanddicke erhöht werden und das
Verfahren ist ab b) zu wiederholen.
Wenn die Größe auf der linken Seite der Bedingung (19-25) den Wert 1,0 nicht erreicht, darf die
angenommene Wanddicke reduziert werden und das Verfahren ist ab b) zu wiederholen.
534
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
20 Regeln für die Auslegung von verstärkten ebenen Wänden
20.1 Allgemeines
Ebene Wände dürfen durch Anker und Stehbolzen verstärkt werden, die die auf die Wandung (verankerte ebene
Wände) einwirkende Drucklast anteilig aufnehmen sollen, oder durch an die Wände angeschweißte Versteifungen,
um so deren Widerstandsmoment und Trägheitsmoment zu erhöhen (versteifte ebene Wände).
20.2 Verankerte ebene Wände
Anforderungen an die Auslegung von verankerten ebenen Wänden sind in 20.1 bis 20.8 festgelegt. Anforderungen
an die Plattendicke sowie Anforderungen an die Stehbolzen- bzw. Ankergeometrie einschließlich Größe, Teilung
und Angaben zur Anbringung sind enthalten.
20.3 Zusätzliche Symbole für verankerte ebene Wände
C
Spannungsfaktor für ausgesteifte und verankerte Oberflächen (siehe Tabelle 20.8-1)
p
maximale Teilung. Die maximale Teilung ist der größte Abstand zwischen beliebigen Gruppen parallel gerader
Linien, die durch die Mittelpunkte von Stehbolzen in benachbarten Reihen verlaufen. Jede der drei in
horizontaler, vertikaler und geneigter Ebene verlaufende Gruppe paralleler gerader Linien ist zu
berücksichtigen.
20.4 Erforderliche Wanddicke für verankerte ebene Wände
20.4.1 Die Mindestdicke für verankerte ebene Wände und die Teile, die nach diesen Regeln als ebene Platten
eine Verankerung mit Aussteifungen oder Stehbolzen mit gleichem Durchmesser und symmetrischem Abstand
erfordern, ist nach folgender Gleichung zu berechnen.
e p
P
fC
(20.4.1)
20.4.2 Werden zur Verbindung zweier Platten Anker verwendet und erfordert nur eine dieser Platten eine
Verankerung, muss sich der Wert C nach der Dicke der Platte richten, die eine Verankerung erfordert.
20.5 Erforderliche Maße und Anordnung von Stehbolzen und Ankern
20.5.1 Die erforderliche Fläche eines Stehbolzens oder Ankers an seinem Mindestquerschnitt, der üblicherweise
im Gewindegrund liegt, ohne jeden Korrosionszuschlag, erhält man, indem man die nach 20.5.2 errechnete Last
auf den Stehanker durch die Berechnungsnennspannung des Stehbolzenwerkstoffes dividiert und das Ergebnis mit
1,10 multipliziert.
20.5.2 Die durch einen Stehbolzen oder Anker abgestützte Fläche ist auf der Grundlage der vollen Teilungsmaße
zu berechnen, wobei die durch den Anker eingenommene Fläche abgezogen wird. Die durch einen Anker
getragene Last ist das Produkt aus der durch den Anker abgestützten Fläche und dem Auslegungsdruck. Wenn ein
Stehbolzen oder Anker durch konstruktionsbedingte Einschränkungen nicht symmetrisch ist, ist die durch den
Stehbolzen oder Anker abgestützte Fläche zu berechnen, indem der Abstand zwischen der Mitte der Teilung auf
der einen Seite des Stehbolzen oder Ankers und der Mitte der Teilung auf der anderen Seite gemessen wird.
20.5.3 Ist die Kante einer ebenen verankerten Platte angeflanscht, darf der Abstand von der Mitte der äußersten
Anker bis zur Innenseite des Stützflansches nicht größer sein als die Teilung der Anker plus dem Innenradius des
Flansches.
535
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
20.6 Anforderungen für Stehbolzen mit Gewinde
20.6.1 Die Mindestdicke der Platten, an denen Anker angebracht werden dürfen, muss 8 mm betragen.
20.6.2 Die maximale Teilung muss 220 mm betragen.
20.6.3 Zulässige Abmessungen und Abstände für die Enden von durchgehenden Ankern mit Unterlegscheiben
sind in Bild 20.9-1 dargestellt. Die Löcher für Anker mit Schrauben müssen voll durchgebohrt sein oder so
gestanzt, dass sie den vollen Bohrungsdurchmesser um 6 mm unterschreiten. Das Loch muss dann auf den
Kerndurchmesser des Gewindes gebohrt oder ausgefräst werden und an ein Gewindeteil mit vollem Profil
angepasst werden.
20.6.4 Die Enden der durch die Platte geschraubten Anker und Stehbolzen müssen nach dem Einbau mindestens
zwei Gewindegänge überstehen und danach mit einem geeigneten Verfahren vernietet oder angestaucht werden,
so dass keine übermäßigen Riefen oder Kerben auf den Platten entstehen. Wahlweise sind die Enden der durch
die Platte geschraubten Anker oder Stehbolzen mit Gewindemuttern über den Bolzen bzw. Stehbolzen zu
befestigen.
20.6.5 Die Enden von Ankern und Stehbolzen mit Gewinde aus Stahl, die vernietet werden müssen, müssen
hochgeglüht sein.
20.7 Anforderungen für eingeschweißte Stehbolzen und geschweißte Anker
20.7.1 Eingeschweißte Stehbolzen dürfen verwendet werden, wenn die folgenden Anforderungen erfüllt sind.
a)
Die Anordnung entspricht den in Bild 20.9-2 dargestellten typischen Anordnungen.
b)
Die erforderliche Dicke der Platte beträgt nicht mehr als 35 mm.
c)
Die maximale Teilung darf den 15fachen Durchmesser des Stehbolzens nicht überschreiten; wenn die
erforderliche Plattendicke jedoch mehr als 20 mm beträgt, darf die Teilung des Stehbolzens 500 mm nicht
überschreiten.
d)
Die Größe der Anschweißnähte muss mindestens Bild 20.9-2 entsprechen.
e)
Die zulässige Belastung der Schweißnähte muss dem Produkt aus Schweißnahtbereich (basierend auf dem
Maß der Schweißnaht parallel zum Stehbolzen), Berechnungsnennspannung des zu schweißenden
Werkstoffes und einem Schweißnahtfaktor von 60 % entsprechen.
20.7.2 Geschweißte Anker dürfen verwendet werden, wenn die folgenden Anforderungen erfüllt sind.
a)
Der Druck beträgt nicht mehr als 2 MPa.
b)
Die Anordnung entspricht den in 20.9-2 (Bilder a, b, e, f, g und h) dargestellten typischen Anordnungen.
c)
Die erforderliche Dicke der Platte beträgt nicht mehr als 13 mm.
d)
Die maximale Teilung p wird bestimmt durch Gleichung (20.4.1) mit C = 2,1, wenn die Plattendicke kleiner oder
gleich 11 mm ist und mit C = 2,2 bei allen anderen Plattendicken.
e)
Die Größe der Kehlnähte muss der Plattendicke entsprechen. Die zulässige Belastung der Kehlnähte muss
dem Produkt aus Schweißnahtbereich (basierend auf dem kleinsten Maß des Ankerfußes),
Berechnungsnennspannung des zu schweißenden Werkstoffes und einem Schweißnahtfaktor von 55 %
entsprechen.
f)
Der maximale Durchmesser bzw. die Breite des Loches in der Platte darf 30 mm nicht überschreiten.
g)
Vor Anbringung der Abschlussplatten werden die Schweißnähte auf der Innenseite eingehend überprüft.
536
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
20.8 Tabellen für verankerte ebene Wände
Tabelle 20.8-1 — Spannungsfaktoren für ausgesteifte und verankerte Flächen
Ausgesteifte und verankerte Flächenkonstruktionen
Stress
Faktor
Geschweißte Anker oder Anker mit Gewinde durch Platten mit höchstens 11 mm Dicke, Enden
vernietet (z. B. Bild 20.9-2 a und b)
2,1
Geschweißte Anker oder Anker mit Gewinde durch Platten mit über 11 mm Dicke, Enden
vernietet (z. B. Bild 20.9-2 a und b)
2,2
Anker mit Gewinde durch Platten mit einer Mutter auf der Außenseite der Platte, Anker mit
Gewinde durch Platten mit Muttern innen und außen, ohne Unterlegscheiben, und in Platten
eingeschraubte Anker, siehe Bild 20.9-1 b
2,5
Anker mit Kopf von mindestens dem 1,3fachen Ankerdurchmesser, durch die Platte geschraubt
oder mit konischer Passung und auf den Ankern umgeformten Köpfen (vor dem Einbau), und
nicht vernietet, wobei die Köpfe vollständig auf der Platte aufliegen (z. B. Bild 20.9-1 a)
2,8
Innen und außen mit Muttern versehene Anker und Unterlegscheiben außen, mit einem
Durchmesser der Unterlegscheiben von mindestens 0,4 p und einer Dicke von mindestens e
(z. B. Bild 20.9-1 a)
3,2
537
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
20.9 Bilder/Verankerte ebene Wandungen
DW = mindestens 2,5 Nenn-Bolzendurchmesser, jedoch mindestens 0,4 Ankerteilung, wenn C = 3,2.
eW = mindestens e/2, wenn C = 2,8 oder weniger und mindestens e, wenn C = 3,2.
k = mindestens 1,5 Bolzenaußendurchmesser, gemessen auf der Außenseite des Gewindeteils
Bild 20.9-1 — Anker mit Gewindeende
538
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
(1) Vollständige Durchschweißung
(2) (c) und (d) zeigen einen runden Ankerblock, der zwischen Stehbolzen und Wand anzubringen ist
(3) In (g) und (h) ist Ds der in die Berechnungen nach 20.5 einzusetzende Ankerdurchmesser, unter Berücksichtigung der
Korrosion und möglicher Minustoleranzen des Werkstoffes
Bild 20.9-2 — Typische Formen von geschweißten Stehbolzen
539
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Mindestbreite des Stehbolzens = d
Bild 20.9-3 — Loch- und Hohlnähte für Ankerplatten
540
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
21 Runde ebene Böden mit radialen Verstärkungsrippen
21.1 Zweck
Die Festlegungen in diesem Abschnitt ermöglichen die Konstruktion von runden ebenen Böden, die durch
radiale Rippen verstärkt werden, mit gleichmäßig über den Umfang verteiltem Biegemoment oder ohne.
Die in diesem Abschnitt behandelten Bauteile bestehen aus einem ebenen runden Boden, verstärkt mit radial
in gleichmäßigem Abstand angeordneten Rippen; die Höhe der Rippen ist im allgemeinen konstant, ihr Profil
kann jedoch an den Innen- und Außenkanten eine leichte Neigung aufweisen (siehe Bilder 21.2-1, 21.2-2,
21.2-3 und 21.2-4).
Die Rippen müssen in der Mitte des Bodens miteinander verbunden sein; sie können entweder zusammengeschweißt oder an einen Zentrierring bzw. eine starre Steckverbindung angeschweißt werden. Die Anzahl
der Rippen sollte mindestens 3 und höchstens 24 betragen.
Diese Festlegungen beinhalten nicht die Berechnung im Hinblick auf die Dichtheit der Verbindung zwischen
dem Boden und dem entsprechenden Flansch am Behälter; in Fällen, in denen die Dichtheit sichergestellt
sein muss, kann die erforderliche Dicke des Bodens größer sein als die nach der statischen Berechnung
geforderte Dicke, zumindest im Bereich der Dichtungen und zugehörigen Verschraubung. Diese Art
Konstruktion ist bei Wechselbeanspruchungen oder bei äußerer Korrosion nicht zu empfehlen.
21.2 Zusätzliche Begriffe
Die folgenden Begriffe gelten zusätzlich zu den in Abschnitt 3 festgelegten Begriffen.
21.2.1
Verstärkungsrippe
rechteckige Platte am Radius eines runden ebenen Bodens und senkrecht zu dessen Ebene, die beidseitig
mit dem Boden verschweißt ist
21.2.2
nicht unterbrochene Naht
durchlaufende Naht
Schweißnaht zwischen Rippe und Boden, die beidseitig der Rippe über die gesamte Länge verläuft
21.2.3
unterbrochene Naht
Schweißnaht zwischen Rippe und Boden, die beidseitig der Rippe verläuft und sich aus verschiedenen
Segmenten zusammensetzt, die nur einen Teil der Länge abdecken
541
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
d1
d1
I
e
e
h
h
I
d2
d2
d4
d4
(a)
(b)
Bild 21.2-1 — Verschweißte Böden mit Rippen
d1
d1
e
e
h
h
I
d2
d2
d3
d4 = d2
Bild 21.2-2 — Verschweißte Böden mit Rippen
(an eine überstehende Schale angeschweißte
Rippen)
542
d4
Bild 21.2-3 — Verschraubter Boden mit Rippen
und zusätzlichem Umfangsmoment
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ec
d3
d4
e
A
eR
h
d1
d2
A
d4
d1
l
(Schnitt AA)
Draufsicht
Bild 21.2-4 — Verschraubter Boden mit Rippen ohne zusätzliches Umfangsmoment
21.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu den in Abschnitt 4 festgelegten Symbolen und
Abkürzungen.
d1
Durchmesser des Zentrierzapfens bzw. des Zentrierringes
d2
druckbeaufschlagter Durchmesser
d3
Lochkreisdurchmesser
d4
Außendurchmesser des Bodens
e
Dicke des Bodens
eR
Dicke der Verstärkungsrippen
eC
Dicke des runden Zentrierringes
f
Berechnungsnennspannung des Bodens bei Auslegungstemperatur
fR
Berechnungsnennspannung der Rippe bei Auslegungstemperatur
fB
Berechnungsnennspannung der Schrauben bei Auslegungstemperatur
fC
Berechnungsnennspannung des Zentrierringes bei Auslegungstemperatur
ANMERKUNG Auslegungstemperatur bedeutet die Temperatur des zu bewertenden Zustandes (Einbauzustand,
Betriebszustand oder Prüfung).
go
erforderliche Mindestdicke der Kehlnaht zwischen Boden und Verstärkungsrippe
543
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
g1…gi
Kehlnahtdicken der unterbrochenen Nähte zwischen Boden und Verstärkungsrippen (Bild 21.7-1)
h
Höhe der Verstärkungsrippen
l
Länge der Verstärkungsrippen
lo
bei unterbrochenen Nähten die Länge der äußersten Naht zwischen Boden und Verstärkungsrippe
l1…li
Länge der unterbrochenen Nähte zwischen Boden und Verstärkungsrippen
nV
Anzahl der Verstärkungsrippen
pA
maximal zulässiger Druck unter Betriebs- oder Prüfbedingungen
t
Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Rippen, errechnet am Durchmesser d2
W
Gesamtschraubenkraft unter den verschiedenen Bedingungen (Einbauzustand, Betriebszustand
und Prüfung) nach den Festlegungen in Abschnitt 11
zR
Schweißnahtfaktor zwischen Boden und Verstärkungsrippen
zC
Schweißnahtfaktor im Zentrierring
Winkel der runden Querschnitte, in denen sich keine Ausschnitte befinden
21.4 Böden ohne zusätzliches Umfangsmoment
21.4.1 Maximal zulässiger Druck
Der maximal zulässige Druck muss dem kleineren der nach den folgenden Gleichungen errechneten Werte
entsprechen:
2
e
f
Pmax
C d2
2
0,25 h
u
Pmax
K l
(21.4-1)
2
2
h 2
h eR
u 4 f R
l
l d2
(21.4-2)
Dabei sind C und K aus den Bildern 21.4-1 bzw. 21.4-2 entnommen, wobei u = 0,5 bei nicht unterbrochenen
Schweißnähten zwischen dem Boden und den Rippen ist; wenn diese Schweißnähte, wie in Bild 21.7-1
dargestellt, unterbrochen sind und aus m Segmenten von jeweils der Länge li bestehen, muss u nach
folgender Gleichung errechnet werden:
u 0,9
1
2l
im
i 1 li
(21.4-3)
ANMERKUNG 1
Die Länge l der Verstärkungsrippen muss, soweit möglich, bis auf den Außendurchmesser d4
erweitert werden, in jedem Fall mindestens bis zum Durchmesser d3.
ANMERKUNG 2
544
Ist ein Zentrierring nach Bild 21.2-4 vorgesehen, muss dieser den Festlegungen in 7.4.2 entsprechen.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0,24
0,30
C
K
0,20
0,25
0,18
0,20
0,15
0,14
0,15
0,12
0,10
0,10
0,08
0,06
0,05
0,04
0,02
0
0
0
4
8
12
16
nV
24
Bild 21.4-1 — Faktor C
für Böden ohne Umfangsmoment
0
4
8
12
16
nV
24
Bild 21.4-2 — Faktor K
für Böden ohne Umfangsmoment
21.4.2 Mindestmaße
Die Mindestmaße des Bodens e und die Mindesthöhe h der Rippen muss nach den folgenden Gleichungen
errechnet werden:
e C d2
P
f
h 0,5 d 2 Z
(21.4-4)
Z u
Z 1
(21.4-5)
Dabei ergibt sich Z aus:
Z
2 K d2 P
f R eR
(21.4-6)
C, K und u in den vorstehenden Gleichungen müssen nach dem vorherigen Abschnitt ermittelt werden.
545
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
21.5 Böden mit zusätzlichem Umfangsmoment
Bild 21.5-1 — Faktor Co für Böden mit Umfangsmoment
Die Mindestdicke des Bodens e und die Mindesthöhe h der Rippen muss nach den folgenden Gleichungen
errechnet werden:
e Co d 2
P
f
h 0,5 d 2 Z o
(21.5-1)
Zo u
Zo 1
(21.5-2)
Dabei ergibt sich Zo aus:
Zo
2 Ko d2 P
f R eR
(21.5-3)
In den vorstehenden Gleichungen muss u nach Gleichung (21.4-3) ermittelt werden, während Co und Ko den
Bildern 21.5-1 und 21.5-2 zu entnehmen sind, nachdem der Kennwert x wie folgt ermittelt wurde:
x
546
4W d3 d2
P d 22 d 2
(21.5-4)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1,2
K
nv
1,0
=3
4
0,8
0,6
6
8
0,4
12
0,2
24
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
x
0,6
Bild 21.5-2 — Faktor Ko für Böden mit Umfangsmoment
Anhand der graphischen Darstellung in Bild 21.5-1 kann festgestellt werden, ob eine höhere Anzahl Rippen
von Vorteil ist: für hohe Werte von x bleibt der Koeffizient Co konstant (er darf die nach der „S“-Kurve
ermittelten Mindestwerte nicht unterschreiten); daher ist bei x 0,25 eine Rippenanzahl von mehr als 5 nicht
sinnvoll, mehr als 4 Rippen sind nicht sinnvoll bei x 0,37 und mehr als 3 Rippen sind nicht sinnvoll bei
x 0,55.
ANMERKUNG 1 Der erste Term der Gleichung 21.5-4 ist das Verhältnis zwischen Gesamt-Schraubenkraft und GesamtDrucklast auf den Boden, das in der Regel unter Betriebs- und Prüfbedingungen höher als 1 ist (da die Schrauben eine
höhere Reaktion als die Drucklast erzeugen müssen, um die Dichtung unter Druckspannung zu halten); da der zweite
Term in der Regel viel kleiner als 1 ist, sind die sich ergebenden Werte für x unter diesen Bedingungen im allgemeinen
niedriger als 0,6; bei höheren Werten für x sind die Rippen nicht effektiv und es würde ein normaler ebener Boden ohne
Verankerung empfohlen.
ANMERKUNG 2 Ferner ist zu beachten, dass das vorstehende Verfahren für den Einbauzustand mit einem Druck von 0
und einem unendlichen Wert für x nicht geeignet ist; um den Boden auch unter diesen Bedingungen zu verifizieren, muss
eine äquivalente Plattendicke nach folgender Formel errechnet werden:
e3
eEQ
eR2 h 4
2
t e
eR h
4e 2 4h 2 6eh
t
eh
(21.5-5)
Dabei ergibt sich t aus:
t
d2
nV
(21.5-6)
Bei der Berechnung von eEQ müssen alle Minustoleranzen für Korrosion und Fertigung berücksichtigt werden.
547
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Der verstärkte Boden kann der Einbaukraft W standhalten, wenn
3d 3 d 2 W
d2
f MIN
eEQ
(21.5-7)
In vorstehender Gleichung ist fMIN der geringere Wert der Berechnungsnennspannung des Bodens und der
Berechnungsnennspannung der Rippen.
21.6 Ausschnitte
Die Ausschnitte müssen in angemessenem Abstand von den Rippen, den Schweißnähten, dem Mittenradius
jedes Abschnitts und dem Umfang des Bodens angeordnet sein; diese Bedingung ist erfüllt, wenn der
Winkel in Bild 21.6-1 den Angaben in (21.6-1) entspricht.
Legende
1 Mittelachse eines Abschnitts
Bild 21.6-1 — Verstärkter Boden mit Ausschnitten
360
8n V
(21.6-1)
Bei Bestätigung der vorstehenden Bedingung ist keine zusätzliche Berechnung der Ausschnittverstärkung
erforderlich; ansonsten ist ein alternatives Auslegungsverfahren zu wählen (z. B. Auslegung nach dem
Analyseverfahren).
21.7 Schweißnähte
Nicht unterbrochene Schweißnähte zwischen Boden und Verstärkungsrippen müssen mit Gleichung 21.7-1
berechnet werden; wenn die Schweißnähte unterbrochen sind, müssen auch die Bedingungen nach 21.7-2,
21.7-3 und 21.7-4 erfüllt sein.
go
0,3 2l d 1
2
n v 1 h 0,6 h
2l d 1
2l d 1
P
f MIN z R
(21.7-1)
In vorstehender Gleichung ist fMIN der geringere Wert der Berechnungsnennspannung des Bodens und der
Berechnungsnennspannung der Rippen.
lo 0,2 l
548
(21.7-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
m
l g 2 l g
i 1
i
i
o
ANMERKUNG
Mindestdicke.
lo
(21.7-3)
o
Die in vorstehender Gleichung einzusetzende Kehlnahtdicke ist die nach (21.7-1) errechnete
m
li 0,8l
(21.7-4)
i 1
d
gi
g1
go
eR
Wenn die nach Gleichung 21.7-1 für eine nicht unterbrochene Naht erreichten Kehlnahtdicken sehr gering
sind, können unterbrochene Schweißnähte gewählt werden, sofern dies nicht aus anderen Gründen (z. B.
Wechselbeanspruchungen) vermieden werden sollte. Bei Kehlnähten oder teilweise durchschweißten Nähten
ohne NDT darf der für zR angenommene Wert nicht mehr als 0,7 betragen.
1
li
l1
lo
l
Bild 21.7-1 — Unterbrochene Nähte zwischen Boden und Verstärkungsrippe
21.8 Zentrierring
Der Zentrierring muss der folgenden Gleichung entsprechen:
P Pmax
4 ec h 2
K nV d 3
2
zc f c
h
1
nv ec
2
(21.8-1)
Dabei muss K für Böden ohne Umfangsmoment Bild 21.4-2 entnommen werden; bei Böden mit Umfangsmoment muss K durch Ko aus Bild 21.5-2 ersetzt werden.
2d 4
muss der Mittelteil des Bodens (mit Durchmesser d1 2ec) nach folgender Gleichung
nV
verifiziert werden:
Bei d1 2ec
e 0,41d1 2ec
P
f
(21.8-2)
Bei Kehlnähten oder teilweise durchschweißten Nähten ohne NDT darf der für zC angenommene Wert nicht
mehr als 0,7 betragen.
549
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
22 Statische Berechnung hoher stehender Behälter auf Standzargen
22.1 Allgemeines
Dieser Abschnitt enthält die Regeln für die Auslegung von hohen stehenden Behältern unter Druck und
zusätzlichen Lasten, wie z. B. durch Gewicht, Nutzlasten, Wind- und Erdbebenlasten sowie äußere Krafteinwirkung aufgrund außen angebrachter Rohrleitungen.
Die Auslegung der Säulenbauteile für Innen- und Außendrücke und für andere lokale Lasten als Drücke
(sofern zutreffend) entsprechend der Auslegung durch Berechnung oder der Auslegung durch
Analysemethoden muss vor dieser Analyse erfolgen.
Dieser Abschnitt enthält die zusätzlichen Berechnungen für globale Lasten nur in Kombination mit
Drucklasten.
22.2 Zusätzliche Begriffe
Zusätzlich zu den Begriffen in den Abschnitt 3 und Abschnitt 16 gelten die Folgenden.
22.2.1 Hohe stehende Behälter
Hohe stehende Behälter (in diesem Abschnitt als Säulen bezeichnet) sind Behälter mit einer Gesamthöhe
h 10 m und mit einem Verhältnis Gesamthöhe/Außendurchmesser h/d 6,5 sowie Behälter mit h 10 m und
mit einem Verhältnis h/d 4
22.2.2 Eigenlasten
Die maximale Eigenlast (Dmax) ist das Gewicht der gesamten unkorrodierten Säule, einschließlich aller
Einbauten (Böden, Dichtung usw.), Befestigungen, Dämmung, Brandschutz, Rohrleitungen, Laufstegen und
Leitern.
Die korrodierte Eigenlast (Dcorr) ist als Dmax definiert, allerdings mit dem Gewicht der korrodierten Säule.
Die minimale Eigenlast (Dmin) ist das Gewicht der unkorrodierten Säule während der Aufstellungsphase,
abzüglich des Gewichts von Bauteilen, die nicht bereits vor der Aufstellung an der Säule angebracht sind
(z. B. abnehmbare Einbauten, Laufstege, Leitern, angebrachte Rohrleitungen, Dämmung und Brandschutz).
ANMERKUNG
Ein Gerüst ist gewöhnlich selbsttragend. In diesem Fall beinhaltet das Gewicht der Säule nicht das
Gewicht des Gerüstes.
22.2.3 Nutzlasten
Die in diesem Abschnitt verwendeten Nutzlasten (L) sind Gewichtslasten des Inhalts (Flüssigkeiten oder Feststoffe im Boden von Behältern, auf Einbauten und Packungen) sowie Verkehrslasten auf Laufstegen und
Leitern durch Personal und Maschinen.
22.2.4 Auf Säulen einwirkende Windlasten
Windlasten (W) sind horizontale globale Druckbeanspruchungen durch Wind, die auf die Projektionsfläche der
Säule und deren Befestigungen einwirken, beeinflusst durch die Kraftbeiwerte (siehe 22.4.4).
550
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
22.2.5 Auf Säulen einwirkende Erdbebenlasten
Erdbebenlasten (E) sind quasistatische auf die Säulenabschnitte wirkende Horizontalkräfte aufgrund von
seismischen Beschleunigungen am Boden der Säule, berechnet durch das „Verfahren der
Lateralkraftanalyse“ (siehe 22.4.5).
22.2.6 Kräfte aufgrund von außen an Säulen angebrachten Rohrleitungen
Reaktionskräfte von außen angebrachten Rohrleitungen sind Kräfte, die aus Kräften aufgrund von Gewicht
(D), Wind (W), Erdbeben (E) und anderen zusätzlichen Kräften (F) resultieren, soweit sie das globale Gleichgewicht der Säule beeinflussen (siehe 22.4.6).
ANMERKUNG
Auf Stutzen und Auflagerungen der Säule einwirkende Kräfte und Momente aufgrund außen
angebrachter Rohrleitungen können als innere und/oder äußere Beanspruchungen wirken. Innere Beanspruchungen sind
jene, die nur lokale Lasten verursachen und das globale Gleichgewicht nicht beeinflussen, da sie selbstausgleichend sind.
Darüber hinaus können angebrachte Rohrleitungen in Abhängigkeit von ihrer Gestaltung die Säule entweder belasten
oder sichern. Diese Aspekte sind in den Empfehlungen in 22.4.6 behandelt.
22.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Zusätzlich zu Abschnitt 4 gelten die folgenden Symbole, Indizes und Abkürzungen.
cf
Kraftbeiwert
Dmax
Maximale Eigenlasten (siehe 22.2.2 und 22.4.2)
Dcorr
Korrodierte Eigenlasten (siehe 22.2.2 und 22.4.2)
Dmin
Minimale Eigenlasten (siehe 22.2.2 und 22.4.2)
Dc
Außendurchmesser der Dämmung der Säule
Dp
Außendurchmesser der Dämmung des Rohrs
d
Außendurchmesser der Säule ohne Dämmung (in Meter)
dc
Außendurchmesser der Säule ohne Dämmung
dp
Außendurchmesser des Rohrs ohne Dämmung
E
Erdbebenlasten (siehe 22.2.5 und 22.4.5)
F
Zusätzliche Kräfte aufgrund angebrachter Rohrleitungen (siehe 22.2.6 und 22.4.6)
fB,op
Berechnungsnennspannung für Verankerungsschrauben unter Betriebsbedingungen, siehe
Gleichung (22.8-1)
G
Böenfaktor
h
Gesamthöhe der Säule über dem Boden (in Meter)
L
Nutzlasten (siehe 22.2.3 und 22.4.3)
Pi
Berechnungsinnendruck nach 5.3.10 für P 0 (einschließlich hydrostatischem Druck)
551
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Pe
Berechnungsaußendruck nach 5.3.10 für P 0
Rp0,2/TB
0,2-%-Dehngrenze bei Temperatur TB
TB
Berechnungstemperatur für Verankerungsschrauben
W
Windlasten (siehe 22.2.4 und 22.4.4)
c,all
Maximal zulässige Druckspannung unter Betriebsbedingungen nach 16.14.8, mit e nach 8.4
und einem Sicherheitsbeiwert von 1,5 in Gleichung (16.14-19)
c,all,test
Maximal zulässige Druckspannung unter Prüfbedingungen nach 16.14.8, mit e nach 8.4 und
mit einem Sicherheitsbeiwert von 1,05 in Gleichung (16.14-19)
Operator, d. h.: Überlagerung der unterschiedlichen Lastarten für die Axial- und Lateralkräfte,
die Biegemomente und die resultierenden Scher- und Längsspannungen unter Verwendung
der Balkentheorie für andere Einwirkungen als Druck und der Membrantheorie für Druckbeanspruchungen
22.4 Lasten
22.1.1 Drücke
Alle Kombinationen des Berechnungsdrucks P und der zugehörigen Berechnungstemperatur T nach 5.3.10
und 5.3.11 sind zu betrachten. Da eine Überlagerung des Drucks mit anderen globalen Lasten erfolgen muss,
ist nicht sicher, dass die vorherrschende Bedingung von Temperatur und zugehörigem Druck auch die Lastkombinationen beherrscht (siehe Bemerkung zu LC1 und LC2, unterhalb Tabelle 22-1).
22.4.2 Eigenlasten
Das Gewicht der unkorrodierten Säule muss das jeweilige Gewicht aller Mäntel und Böden, aller Stutzen mit
Flanschen und Blindflanschen, der Standzarge mit Bodenring, der Aufhängeösen und anderer Klemmen, der
Versteifungsringe, der Tragringe und aller anderen festen Einbauten einschließen. Dieses Gewicht ist als das
„Herstellungsgewicht“ zu bezeichnen und auf der Zeichnung anzugeben.
Ist die Säule bereits werkseitig mit abnehmbaren Einbauten und Dämmung versehen, ist dieses zusammengesetzte Gewicht als das „Transportgewicht“ zu bezeichnen und auf der Zeichnung anzugeben.
Wurden vor der Aufstellung vor Ort abnehmbare Einbauten, Dämmung, Brandschutz, Leitern, Laufstege und
andere äußere Anbauten an der Säule angebracht, ist dieses zusammengesetzte Gewicht als das „Hebegewicht“ zu bezeichnen und auf der Zeichnung anzugeben.
Wurde das Hebeverfahren festgelegt, ist die minimale Eigenlast Dmin das Hebegewicht, andernfalls ist das
Transportgewicht oder das Herstellungsgewicht zu verwenden.
Die maximale Eigenlast Dmax beinhaltet alle vorstehend angegebenen Gewichte sowie das Gewicht zusätzlicher, fest angebrachter Ausrüstung und äußerer Rohrleitungen, wie nachstehend festgelegt.
Die korrodierte Eigenlast Dcorr berücksichtigt den Verlust beim Herstellungsgewicht aufgrund des festgelegten Korrosionszuschlags aller Teile.
Last aufgrund von Rohrleitungsgewicht (muss in Dmax und Dcorr einbezogen sein für Rohrleitungen, die
von der Säule getragen werden – siehe 22.2.2):
Senkrechte Rohrleitungen:
552
Gewicht des gesamten Rohrs zwischen den unteren und oberen Abzweigen
(Bögen)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Waagerechte Rohrleitungen: Gewicht des gesamten Rohrs zwischen Stutzen und Auflagern an der Säule
Gewicht des Rohrs zwischen der Schweißnaht an der Säule und einem Punkt
auf halber Strecke zum nächstliegenden äußeren Rohrauflager
Gewichte von Rohren mit dp 0,04dc dürfen vernachlässigt werden.
22.4.3 Nutzlasten
Das Gewicht des flüssigen oder festen Inhalts während des Betriebs ist für die größtmöglichen Höhen auf
dem Behälterboden, auf den Böden und in den Packungen sowie unter Verwendung der höchsten
festgelegten Dichte zu berechnen. Die Höchstwerte müssen sichergestellt werden.
Das Gewicht des Inhalts während der Druckprüfung ist für das gesamte innere Volumen der Säule zu
berechnen.
ANMERKUNG
Da die Packungen während der Druckprüfung entfernt werden, darf deren Gewicht von Dmax abgezogen
werden. Zur Vereinfachung darf es vom Gewicht des Wasserinhalts subtrahiert werden.
Die maximale Eigenlast zuzüglich des Gewichts des Inhalts bei Betrieb ist als das Betriebsgewicht, und die
maximale Eigenlast zuzüglich des Gewichts des Inhalts bei Prüfung ist als das Vor-Ort-Prüfgewicht zu
bezeichnen. Beide sind auf der Zeichnung anzugeben.
Sind keine speziellen Werte festgelegt, ist eine gleichmäßig auf die Laufstege einwirkende Last von 2,5 kN/m2
als Verkehrslast anzunehmen. Dies schließt Lasteinwirkung durch Personal, Schnee oder Eis sowie leichte
Maschinen (Wartungsgeräte) ein. Verkehrslasten auf Laufstegen aufgrund von schweren Maschinen sind
nach deren Gewicht zu berücksichtigen und als eine gleichmäßig einwirkende Last von 2 kN/m2 anzunehmen.
Sind mehr als zwei Laufstege vorhanden, sind nur die auf die drei größten Laufstege einwirkenden Verkehrslasten zu berücksichtigen.
22.4.4 Windlasten
Die in diesem Abschnitt verwendeten Windlasten W (siehe 22.2.4) sind Kennwerte nach EN 1991-1-4. Bei der
Berechnung der Windlast W darf kein Teilsicherheitsbeiwert verwendet werden.
Die Kennwerte sind nach EN 1991-1-4 und dem maßgebenden Nationalen Anhang zu berechnen, unter
Berücksichtigung der örtlichen Bedingungen (Einwirkungen und Bodenprofil) sowie der folgenden
spezifischen Parameter für Säulen:
Bei Windlasten, die nicht auf EN 1991-1-4 beruhen, sind die Windlasten auf eine Weise zu bestimmen, die
weitestmöglich den in EN 1991-1-4 und der vorliegenden Norm angegebenen Festlegungen und
Anforderungen entspricht.
Kraftbeiwert cf für Säulen und Anbauten:
cf 0,7
für Säulenkörper und Standzarge (Projektionsfläche beruht auf dem Außendurchmesser der
Isolierung. Ausgenommen sind die Flächen, bei denen der Beiwert cf für Bühnen benutzt wird).
Das ist der Mindestwert. Falls lokale Vorschriften einen höheren Wert erfordern, ist dieser zu
verwenden. Bei Säulen mit gewellten Abdeckplatten zur Isolierung ist cf nach EN 1991-1-4 zu
berechnen (Mindestwert weiterhin 0,7). Ein konservativer Wert von cf = 1,1 kann ebenfalls
genutzt werden.
cf 1,4
für Laufstege (mit einer minimalen Projektionsfläche beruhend auf der Hälfte der totalen
Laufsteghöhe, multipliziert mit dem:
Außendurchmesser des Laufstegs
100° in Umfangsrichtung
Außendurchmesser der Säule 1 Breite des Laufstegs
100° in Umfangsrichtung)
553
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EN 13445-3:2014 (D)
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cf 1,2
für Leitern (Projektionsfläche beruht auf der Leiterhöhe 0,33 m)
cf 1,2
für Gerüste (Projektionsfläche beruht auf Höhe Außendurchmesser oder ist diagonal)
Kraftbeiwert cf für angebrachte Rohrleitungen:
Senkrechte Rohrleitungen:
(Projektionsfläche beruht auf der Höhe der Rohrleitung Außendurchmesser
der Rohrdämmung)
cf 1,5
für parallel angebrachte Rohre
bei w 0,7(Dc Dp)
cf 0,7
für parallel angebrachte Rohre
bei w 0,7(Dc Dp)
(dabei ist w die Breite des Abstands zwischen dem Außendurchmesser der Dämmung auf der Säule Dc und
dem der Rohrleitung Dp)
Waagerechte Rohrleitungen: (Projektionsfläche beruht auf dem halben Abstand zwischen der Schweißnaht
an der Säule und dem nächstliegenden äußeren Rohrauflager Außendurchmesser der Rohrdämmung)
cf 0,7
für waagerecht angebrachte Rohre
Sind mehrere Rohrleitungen um die Säule herum angeordnet, ist die Summe der Fläche dieser Rohre zu
bestimmen, wobei ausschließlich die Rohre zu berücksichtigen sind, die in der Projektionsebene liegen, die
die höchste Summe ergibt.
Auf Rohre einwirkende Windlasten mit Dp 0,04Dc dürfen vernachlässigt werden.
Böenfaktor G für Säulen (in EN 1991-1-4 bezeichnet als Strukturbeiwert cscd):
Bei steifen (schwingungsunempfindlichen) Säulen darf eine vereinfachte Konstante nach dem Eurocode zu
Windlasten verwendet werden (G cscd 1,0 nach EN 1991-1-4).
Andernfalls (bei flexiblen oder schwingungsempfindlichen Säulen) muss der Böenfaktor nach den im
Eurocode zu Windlasten angegebenen Regeln berechnet werden.
Säulen dürfen als steif angenommen werden, wenn sie eine der drei folgenden Bedingungen erfüllen:
Säulen mit einer Höhe h 10d
Säulen mit einer Höhe h min {60 m; 6,5d}
Säulen, die die folgende Bedingung erfüllen:
xS xmax
32 h
h 200 h (h d )
h
d
2
mit xmax, h und d in m
(22.4-1)
Dabei ist xs die Verformung an der Spitze der Säule unter Einwirkung einer virtuellen Last, die dem eigenen
horizontal einwirkenden Gewicht entspricht, und xmax ist die Grenze der Verformung an der Oberseite der
Säule, damit die Säule als steif gilt.
ANMERKUNG
h 12d.
554
Bei Säulen mit konstanten Querschnitten wird die vorstehende Bedingung (22.4-1) niemals erfüllt bei
DIN EN 13445-3:2018-12
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22.4.5 Erdbebenlasten
Die in diesem Abschnitt verwendeten Erdbebenlasten E (siehe 22.2.5) sind Berechnungswerte nach EN 1990
und EN 1998-1. Bei der Berechnung von E ist der Bedeutungsbeiwert zu berücksichtigen, ohne Teilsicherheitsbeiwerte. Für Säulen aus Stahl ist das Verfahren der Lateralkraftanalyse unter Verwendung der
Grundscherkraft auf der Grundlage des Berechnungsspektrums für elastische Analyse mit Verhaltensfaktor
q 2 anzuwenden.
ANMERKUNG 1 Das Berechnungsspektrum ist von der seismischen Zone, vom Bedeutungsbeiwert (einschließlich
Gefährdungen und dadurch verursachter Verlust menschlichen Lebens) und vom Bodentyp abhängig. Diese Einflüsse
sind im maßgebenden Nationalen Anhang der EN 1998-1 angegeben oder für den Aufstellungsort der Säule festgelegt.
ANMERKUNG 2 Die vertikalen Erdbebenlasten dürfen bei Säulen vernachlässigt werden, da es sich um stehende
Konstruktionen handelt, die durch Standzargen gestützt sind (siehe EN 1998-1:2004, 4.3.3.5.2).
Im Fall von Erdbebenkennwerten, die nicht auf EN 1998-1 beruhen, sind die Erdbebenlasten auf eine Weise
zu bestimmen, die weitestmöglich den in EN 1998-1 und in der vorliegenden Norm angegebenen
Festlegungen und Anforderungen entspricht.
Erdbebenlasten aufgrund von senkrecht und waagerecht angebrachten Rohrleitungen und anderen
Anbauten an der Säule werden unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Gewichts und des Eigengewichts der
Säule nach 22.4.2 sowie unter Verwendung dieses Gesamtgewichts und der Gewichtsverteilung in die
Berechnung der Erdbebenlasten einbezogen.
Auf Rohre wirkende Erdbebenlasten mit dp 0,04dc dürfen vernachlässigt werden.
22.4.6 Zusätzliche Lasten an Stutzen und Auflagern aufgrund von außen angebrachten Rohrleitungen
Andere zusätzliche Kräfte aufgrund von angebrachten Rohrleitungen als Gewichts-, Wind- und Erdbebenlasten sind zu berücksichtigen, siehe 22.2.6.
Die Entscheidung darüber, in welchem Maß die zusätzlichen Lasten aufgrund von angebrachten Rohrleitungen bei der statischen Berechnung der Säule berücksichtigt werden, unterliegt der Verantwortung des
Konstrukteurs, da deren Einfluss vom Gesamtverhalten der Säule und der Rohrkonfiguration abhängig ist
(siehe Anmerkung in 22.2.6).
Anwendungsleitlinien bei Betrachtung zusätzlicher Kräfte:
Nur horizontale und vertikale Reaktionskräfte sind zu berücksichtigen, Biegemomente sollten vernachlässigt
werden.
Horizontale und vertikale Reaktionskräfte wirken in der Höhe des Ein- oder Austritts der waagerechten
äußeren Rohrstränge an der Säule, daher sind sie bei der Berechnung dieser Höhe zu berücksichtigen. In
anderen Höhen sind die Kräfte innen wirkende Kräfte ohne Einfluss auf das globale Gleichgewicht, da diese
aus der Auflagerung zwischen Stutzen und Auflagern der Säule resultieren (siehe Anmerkung in 22.2.6).
Bei der Berechnung der Rohrleitungen sollte die lokale Elastizität der Säulenwand berücksichtigt werden. Die
globale Elastizität der gesamten Säule kann berücksichtigt werden, sofern alle wesentlichen, an der Säule
angebrachten Rohre in die Berechnung der Rohrleitungen einbezogen werden.
Sind mehrere Rohrleitungen an der Säule angebracht, müssen die resultierenden horizontalen
Reaktionskräfte auf jeder Höhe kombiniert werden. Dabei ist die Richtung jeder der einzelnen
Rohrleitungskräfte zu berücksichtigen. Soweit die tatsächlichen Kräfte und deren Richtungen nicht verfügbar
sind, muss nicht angenommen werden, dass alle Horizontalkräfte in dieselbe Richtung wirken. Die maximal
resultierende Scherkraft am Boden der Säule ergibt sich aus der Kombination aller horizontalen Kräften und
deren Richtungen. Das resultierende Biegemoment am Boden der Säule ergibt sich aus den Einzelmomenten
der horizontalen Kräfte multipliziert mit ihrer Höhe. Die Einzelmomente müssen dabei gemäß ihrer Richtung
kombiniert werden.
555
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EN 13445-3:2014 (D)
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22.5 Lastkombinationen
Tabelle 22-1 enthält die erforderlichen Lastkombinationen der unterschiedlichen Lastarten und die zugehörigen zulässigen Spannungen der Schalen und Verankerungsschrauben. Die Symbole nach 22.3 werden
angewendet:
556
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle 22-1 — Lastkombinationen für Säulen
Lastfall
Einbezogene
Lastarten
Lastkombination einschließlich
Gewichtungsfaktoren
Zulässige
Zugspannung
für Schalen
Zulässige
Druckspannung
für Schalen
Zulässige
Zugspannung für
Verankerungsschrauben
LC1
Pi, Dmax, L, F, W
0,9 Pi & Dmax & L & F & 1,1 W
fd
c,all
f B,op
Betrieb bei Innendruck und Wind
LC2
Pe, Dmax, L, F, W
Pe & Dmax & L & F & 1,1 W
fd
c,all
fB,op
Betrieb bei Außendruck und Wind
LC3
Dmax, L, F, W
Dmax & L & F & 1,1 W
fd
c,all
fB,op
Betrieb ohne Druck, aber mit Wind
LC4
Dcorr, W
Dcorr & 1,1 W
fd
c,all
fB,op
Abschaltung (ohne Druck, Inhalt und thermische Reaktionen)
LC5
Dmin, W
Dmin & 0,7 W
fd
c,all
fB,op
Aufstellung
LC6
Pi, Dmax, L, E
0,9ꞏPi & Dmax & L & E
ftest
c,all,test
1,2fB,op
Betrieb bei Innendruck und Erdbeben
LC7
Pe, Dmax, L, E
Pe & Dmax & L & E
ftest
c,all,test
1,2fB,op
Betrieb bei Außendruck und Erdbeben
LC8
Dmax, L, E
Dmax & L & E
ftest
c,all,test
1,2fB,op
Betrieb ohne Druck, aber mit Erdbeben
LC9
Ptest, Dmax, Ltest, W
Ptest & Dmax & Ltest & 0,6 W
ftest
c,all,test
fB,op
Prüfung mit Prüfdruck, Prüfinhalt und Wind
Erläuterungen
Bemerkungen:
Für LC1 und LC2:
Für LC1 und LC6:
Für LC3 und LC8:
Für LC5:
Für LC9:
Ist mehr als eine zusammengehörige Kombination für Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur vorhanden, müssen alle Kombinationen
untersucht werden. Alternativ kann eine einzelne Kombination mit Höchstdruck und Höchsttemperatur verwendet werden. Das vorherrschende
Druck/Temperatur-Wertepaar für die Druckberechnung ist nicht notwendigerweise auch das für die vorherrschenden Lastkombinationen.
Der Faktor 0,9 wird für die Berechnung des Innendrucks Pi angewendet, da der Betriebsinnendruck aufgrund der Druckbegrenzungseinrichtung
gewöhnlich 10 % unterhalb PS liegt.
Diese Lastfälle sind nicht erforderlich, wenn LC1 und LC2 bzw. LC6 und LC7 vorliegen, z. B. Auftreten von Innen- und Außendruck.
Die Windlast ist in diesem Fall abhängig von der Konfiguration zu diesem Zeitpunkt (mit oder ohne Gerüst, Laufstege, Dämmung). Der reduzierte
Faktor 0,7 ergibt sich nach EN 1991-1-6 für Zeiträume 12 Monate.
Der reduzierte Faktor für die Windlast ergibt sich nach EN 1991-1-6 für Zeiträume 3 Tage.
557
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07))
22.6 Spannungsberechnung für Druckbehälterschalen und Standzargen
22.6.1 Zylindrische Druckbehälterschalen
Die Spannungen in der zylindrischen Schale des Druckbehälters sind nach 16.14 an jedem kritischen Querschnitt
für die Vertikalkraft und das Biegemoment nachzuweisen, die Berechnung erfolgt in Höhe des betrachteten
Querschnitts.
Diese Nachweise sind für jeden zutreffenden Lastfall und die zutreffenden zulässigen Spannungen nach
Tabelle 22-1 erforderlich. Die Vertikalkraft und das Biegemoment sind nach den Gleichungen 16.14-4 und 16.14-5
anzuwenden, um den Höchst- und den Mindestwert der Längsspannung zu bestimmen.
Die Berechnung der Gesamt-Axialkräfte in 16.14.3 ist unter Verwendung des Lastfalls (1) und des
Berechnungsinnendrucks ohne hydrostatischen Druck durchzuführen. Für die Berechnung der Umfangsdruckspannung nach Gleichung 16.14-7 ist der Berechnungsinnendruck einschließlich des hydrostatischen Drucks zu
verwenden.
22.6.2 Kegelförmige Druckbehälterabschnitte
Bei kegelförmigen Abschnitten mit einem Halbwinkel am Kegelscheitelpunkt 7° müssen die Spannungsnachweise unter Anwendung des Verfahrens für zylindrische Schalen sowohl am kleinen als auch am großen Ende
des Kegels sowie unter Verwendung der jeweils zutreffenden Werte für Wanddicke und Durchmesser erfolgen.
ANMERKUNG
Für kegelförmige Abschnitte mit einem Halbwinkel am Kegelscheitelpunkt 7° enthält EN 13455-3 derzeit
kein Verfahren zur Berechnung der globalen Kräfte und Momente, weder für die kegelförmige Schale selbst, noch für den
Übergang zwischen Kegel- und Zylinderform.
22.6.3
Standzargenschale
Bei Standzargen aus einer zylindrischen Schale oder einer kegelförmigen Schale mit einem Halbwinkel am
Kegelscheitelpunkt 7° muss der Spannungsnachweis nach 22.6.1 und 22.6.2 erfolgen, mit der Vereinfachung
P 0.
Bei Standzargen mit verschwächenden Ausschnitten sind die zusätzlichen Berechnungen nach 16.12.4
erforderlich.
22.7 Auslegung der Schweißnaht zwischen Standzarge und Druckbehälter (an gewölbtem Boden
oder zylindrischer Schale)
Der Spannungsnachweis für die Schweißnaht zwischen der Standzarge und dem Behälter ist 16.12.3 zu
entnehmen, wobei die Anmerkung in 16.12.3.2 zu beachten ist.
22.8 Auslegung von Verankerungsschrauben und der Bodenringanordnung
Die Auslegung von Verankerungsschrauben und der Bodenringanordnung muss nach 16.12.5 erfolgen.
Die Berechnungen sind für jeden zutreffenden Lastfall mit den zulässigen Spannungen nach Tabelle 22-1
durchzuführen.
Die Berechnungsnennspannung von Verankerungsschrauben im Betriebszustand ist wie folgt zu bestimmen:
Rp0,2/TB Rm/ 20
f B,op min
;
2,062 5
1,65
(22.8-1)
ANMERKUNG 1
Die Berechnungstemperatur TB der Verankerungsschrauben beträgt in den meisten Fällen 20 °C und ist
gewöhnlich erheblich niedriger als die Berechnungstemperatur des Druckbehälters.
Die resultierenden Verankerungsschraubenkräfte (einschließlich der Einwirkungen der Vorbeanspruchung) sind in
Tabelle 22-2 anzugeben.
558
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 2
Das Verfahren für die Auslegung von Verankerungsschrauben nach 16.12.5 ist ein konservatives
Verfahren, einschließlich Vorbeanspruchung der Schrauben mit quasistatischen Lasten. Empfehlungen für die Vorbeanspruchung von Verankerungsschrauben sind ebenfalls angegeben. Berechnungen für die durch den Bodenring auf die
Betonoberfläche des Fundaments einwirkenden Druckspannungen sind ebenfalls in 16.12.5 angegeben.
22.9
Fundamentlasten
Auf Fundamente und Verankerungsschrauben einwirkende Lasten sind für die Auslegung des Fundaments
erforderlich. Die festgelegten Fundamentlasten entsprechen den in EN 1990 festgelegten Kennwerten ohne
Berücksichtigung der Windlasten bei Aufstellung und Prüfung, für die bereits verringerte Werte angegeben sind
(siehe Bemerkung zu LC5 und LC9 in Tabelle 22-1). Die folgenden Fundamentlasten sind für die unterschiedlichen
Lastbedingungen während der Lebensdauer der Säule anzugeben:
Mindest- und Höchstwert der Vertikalkräfte;
Höchstwert der Lateralkräfte (aufgrund von Wind, Rohrleitungskräften, Erdbeben);
Höchstwert des Biegemoments (aufgrund von Wind, Rohrleitungskräften und exzentrischen Gewichten,
Erdbeben);
Höchstwert der Verankerungsschraubenlast;
Drehmoment für die Vorbeanspruchung der Verankerungsschrauben.
Tabelle 22-2 enthält die erforderlichen Lasten und zugehörigen Lastfälle nach Tabelle 22-1 für die Bereitstellung
der zutreffenden Werte. Werte oder Zeilen der Tabelle dürfen vernachlässigt oder mit null gleichgesetzt werden,
wenn die Lastart nicht zutrifft.
Tabelle 22-2 — Daten für die Auslegung des Fundaments
Lastart
Symbol für
die Last
Lastbedingung
Aufstellung
Prüfung
Betrieb
Abschaltung
Max. Vertikalkraft
Fvmax
–
LC9
LC1 oder LC2 oder LC3
–
Min. Vertikalkraft
Fvmin
LC5
–
–
LC4
Lateralkraft aufgrund von Wind
FH,W
LC5
LC9
(LC1 oder LC2 oder LC3)/1,1
LC4/1.1
Lateralkraft aufgrund zusätzlicher
Rohrleitungskräfte
FH,F
–
–
LC1 oder LC2 oder LC3
–
Lateralkraft aufgrund von Erdbeben
FH,E
–
–
LC6 oder LC7 oder LC8
–
Biegemoment aufgrund von Wind
MB,W
LC5
LC9
(LC1 oder LC2 oder LC3)/1,1
LC4/1,1
Biegemoment aufgrund zusätzlicher
Rohrleitungskräfte und exzentrischer
Gewichte
MB,F
–
–
LC1 oder LC2 oder LC3
–
Biegemoment aufgrund von
Erdbeben
MB,E
–
–
LC6 oder LC7 oder LC8
–
Verankerungsschraubenkraft einschl.
Wind- & Zusatzkräften
FA,WF
LC5
LC9
LC1 oder LC2 oder LC3
LC4
Verankerungsschraubenkraft
einschließlich Erdbeben
FA,E
–
–
LC6 oder LC7 oder LC8
–
Drehmoment für die Vorbeanspruchung der Verankerungsschrauben
Mt
nach Gleichung (16.12-81)
559
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang A
(normativ)
Anforderungen an die Ausführung von drucktragenden
Schweißverbindungen
Dieser Anhang legt die Ausführungsforderungen für dauerhafte Schweißnähte für die Konstruktion von
Druckbehältern fest.
ANMERKUNG
Siehe auch EN 13445-4:2014 und EN 13445-5:2014 für weitere Bedingungen für Schweißnähte.
Die Forderungen umfassen folgende Angaben:
eine Zeichnung jeder Schweißverbindung in fertigem Zustand;
Ausführungsforderungen im wesentlichen für die geometrische Form;
Angabe der jeweiligen Prüfgruppen (EN 13445-5:2014);
Angabe der jeweiligen Ermüdungsklasse (siehe Teil 3, Abschnitte 17und 18) (dies gilt nicht für Behälter der
Prüfgruppe 4);
Empfehlungen zur Verhinderung von Lamellenrissbildung;
Empfehlungen zur Korrosionsverhinderung;
Verweisung auf die empfohlenen schweißtechnischen Einzelheiten in EN 1708-1:2010;
Folgende Schweißnahtgruppen sind enthalten:
Gruppe M: Längsnähte an Zylindern und Kegeln, Nähte an Kugeln und gewölbten Böden (Tabelle A-1);
Gruppe C: Rundnähte in Zylindern und Kegeln, Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale
(Tabelle A-2);
Gruppe E: Schweißverbindungen von ebenen Böden und Schalen (Tabelle A-3);
Gruppe TS: Schweißverbindungen von Rohrböden und Schalen (Tabelle A-4);
Gruppe T: Schweißverbindungen von Rohren und Rohrböden (Tabelle A-5);
Gruppe S: Schweißverbindungen an Muffen (Tabelle A-6);
Gruppe F: Schweißverbindungen an Flanschen und Bunden (Tabelle A-7);
Gruppe N: Schweißverbindungen an Stutzen (Tabelle A-8);
Gruppe B: Rundnähte an Kompensatoren (Tabelle A-9).
Für jede Gruppe sind die bevorzugt anzuwendenden Schweißverbindungen zuerst angegeben.
560
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-1 — Drucktragende Schweißverbindungen - Längsnähte an Zylindern und Kegeln,
Nähte an Kugeln und gewölbten Böden
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
M1
M2
e 2 e1 Min 0,3e1 ; 6
Prüfgruppe
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
Korrosion
EN 17081:2010
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.6
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.6
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.4
a2 3 mm
M3
l3 2 e1
l1 / l2 1 / 4
M4
l3 2 e1
l1 / l2 1 / 4
M5
e 2 e1 Min 0,15e1 ; 3
l1 / l2 1 / 4
M6
Steigungsverhältnis: siehe
M3
mit glattem Übergang
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.5
M7
Steigungsverhältnis: siehe
M3
mit glattem Übergang
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.4
M8
l1/l2 1/4
1, 2, 3, 4
siehe
Tabelle
18-4
lfd. Nr.
1.3
A
N
1.1.5
A
N
1.1.5
mit glattem Übergang und
> 150° Achse
M9
l1 / l2 1 / 4
4
mit glattem Übergang
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS –
DIREKTES VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
561
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-1 — Drucktragende Schweißverbindungen - Längsnähte an Zylindern und Kegeln,
Nähte an Kugeln und gewölbten Böden (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Ermüdungs
klasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
Korrosion
EN 17081:2010
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1 und
1.5
A
N
1.1.1
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1 und
1.5
A
N
1.1.1
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1 und
1.5
A
N
1.1.3
Prüfgruppe
M 10
Ermüdungsbeanspruchun 1, 2, 3, 4
g nur zulässig, wenn
mindestens Sichtprüfung
auf volle
Durchschweißung
möglich
M 11
e 2 e1 Min 0,3e1 ; 6
a 3 Min 0,1e1 ; 2
siehe M 10 bei
Ermüdungsbeanspruchung
M 12
siehe M 4
siehe M 11
M 13
UNZULÄSSIG
M 14
UNZULÄSSIG
M 15
UNZULÄSSIG
M 16
UNZULÄSSIG
1)
2)
Ermüdungsklasse: siehe Abschnitt 17 und 18.
Laminarrissanfälligkeit: A = kein Risiko, B = mögliches Risiko.
3)
Korrosion: N = normale Bedingungen, S = unzulässig.
562
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-2 — Drucktragende Schweißverbindungen - Rundnähte an Zylindern und Kegeln,
Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
C1
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
Korrosion
EN 17081:2010
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.6
1, 2, 3, 4
C2
e2 e1 Min 0,15e1 ; 3
C3
e2 e1 Min 0,3e1 ; 6
Prüfgruppe
a2 3 mm
C4
l3 2 e1
l1 / l2 1 / 3
C5
l1 / l2 1 / 3
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.4
C6
siehe C 4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.1
und 1.2
A
N
1.1.6
C7
l1 / l2 1 / 3
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.5
mit glattem Übergang
C8
siehe C 5
1, 2, 3, 4
s. Tab. 1
8-4, lfd.
Nr. 1.3
A
N
1.1.4
C9
l1/l2 1/3
1, 2, 3, 4
siehe
Tabelle
18-4
lfd. Nr. 1.3
A
N
1.1.5
3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.3 für
Prüfgrupp
e3
A
N
1.1.5
mit glattem Übergang und
> 150° Achse
C 10
l1 / l2 1 / 3
mit glattem Übergang
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
563
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-2 — Drucktragende Schweißverbindungen - Rundnähte an Zylindern und Kegeln,
Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale (Forts.)
3)
Korrosion
EN 17081:2010
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.1 und 1.5
N
1.1.1
1, 2, 3, 4
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.1 und 1.5
N
1.1.1
siehe C 4
1, 2, 3, 4
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.1 und 1.5
N
1.1.3
C 14
siehe C 10
mit glattem Übergang
1, 2, 3, 4
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.3 und 1.5
N
1.1.2
C 15
UNZULÄSSIG
1, 2, 3, 4
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.4
N
-
1, 2, 3, 4
s. Tab.
A
18-4, lfd. Nr.
1.4
N
-
Bez.
Nr.
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungsklasse 1)
C 11
Nur zulässig, wenn
Prüfung auf volle
Durchschweißung möglich
1, 2, 3, 4
C 12
siehe C 3
C 13
C 16
Schweißverbindung
30
Bei unterschiedlichen
Wanddicken begrenzt auf:
e2 e1 Min 0,3e1 ; 4
C 17
30
Bei unterschiedlichen
Wanddicken begrenzt auf:
e2 e1 Min 0,3e1 ; 4
— Berechnung der
Spannungen
— Schweißnaht an der
Innenseite rundschleifen
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
564
Laminarrissanfälligkeit 2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-2 — Drucktragende Schweißverbindungen - Rundnähte an Zylindern und Kegeln,
Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungs
klasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Korrosion
3)
EN 17081:2010
C 18
30°
Bei unterschiedlichen
Wanddicken begrenzt auf:
1, 2, 3, 4
63 bei 100%-ZfP der
Oberfläche
A
N
-
A
N
-
e2 e1 Min 0,3e1 ; 4
C 19
> 30°
Bei unterschiedlichen
Wanddicken begrenzt auf:
e2 e1 Min 0,3e1 ; 4
80 bei bündig geschliffener
Nahtwurzel
1, 2, 3, 4
71 bei bündig geschliffener
Nahtwurzel
d o 600 mm
C 20
C 21
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
siehe 5.7.4.2
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.6
A
S
-
siehe 5.7.4.1
siehe 5.7.4.1
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.7
A
S
-
siehe 5.7.4.1
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.7
A
S
-
siehe 5.7.4.2
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.6
A
S
-
siehe 5.7.4.2
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.6
A
S
-
siehe 5.7.4.2
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.6
A
S
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 22
siehe 5.7.4.1
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 23
l ist die erforderliche
Mindestdicke
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 24
siehe C 2
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 25
50 bei 100%-ZfP der
Oberfläche
siehe C 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
565
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-2 — Drucktragende Schweißverbindungen - Rundnähte an Zylindern und Kegeln,
Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
C 26
C 27
C 28
C 29
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
siehe C 10
siehe 5.7.4.2
Prüfgruppe 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
Ermüdungs
klasse 1)
-
Laminarrissanfälligkeit 2)
A
S
EN 17081:2010
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 1.6
A
S
-
siehe 5.7.4.2 unzulässig
Prüfgruppe 4
A
S
-
Korrosion
3)
UNZULÄSSIG
siehe C 4
siehe 5.7.4.2
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
siehe C 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 30
UNZULÄSSIG
C 31
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
4
-
B
N
-
C 32
A = Rundnaht
4
-
B
S auf
Seite L
N auf
Seite R
9.1.2
4
-
B
S auf
Seite L
N auf
Seite R
9.1.2
l 2 min ( e1 , e2 ) siehe C
35
L linke Seite
R rechte Seite
Druck auf beiden Seiten
einwirkend
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 33
A = Lochnaht
l 2 min ( e1 , e2 ) siehe C
35
L linke Seite
R rechte Seite
Druck auf beiden Seiten
einwirkend
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
566
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-2 — Drucktragende Schweißverbindungen - Rundnähte an Zylindern und Kegeln,
Verbindungsnaht zwischen gewölbtem Boden und Schale (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
C 34
Laminarrissanfälligkeit 2)
4
Ermüdungsklasse 1)
-
4
-
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
l 2 min ( e1 , e2 )
Korrosion
EN 17081:2010
B
N
-
B
S auf
Seite L
N auf
Seite R
9.1.1
3)
siehe C 35
L linke Seite
R rechte Seite
Druck auf beiden Seiten
einwirkend
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 35
l 2 min ( e1 , e2 )
Liegt die Naht am Ende
einer Schale, muss der
Abstand zwischen Naht
und Schalenende min.
5 mm betragen.
L linke Seite
R rechte Seite
Druck auf beiden Seiten
einwirkend
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
C 36
UNZULÄSSIG
C 37
UNZULÄSSIG
C 38
UNZULÄSSIG
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
567
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
E1
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Alle Rundnahtformen sind 1, 2, 3, 4
zulässig
r 1,3 e
E2
Alle Rundnahtformen sind 1, 2, 3, 4
zulässig
r 1,3 e
und r 8 mm
E3
Alle Rundnahtformen sind 1, 2, 3, 4
zulässig
r 0,2 er
E4
Alle Rundnahtformen sind 1, 2, 3, 4
zulässig
r e/ 3
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
568
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
siehe
entsprechende
lfd. Nr. in
Tab. A-2
A
siehe
entsprechende
lfd. Nr. in
Tab. A-2
A
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.2
B
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.2
A, falls geschmiedet,
B, falls aus
einem
Schmiedestück
ausgedreht
Korrosion
3)
N
N
N
N
EN 17081:2010
siehe
entsprechende
lfd. Nr. in
Tab. A-2
siehe
entsprechende
lfd. Nr. in
Tab. A-2
8.1.9
-
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden (Forts.)
Bez. Nr.
Schweißverbindung
E5
E6
E7
E8
E9
Ausführungsforderung
en
Prüfgruppe
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHW
EIS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
3, 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHW
EIS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
3, 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHW
EIS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHW
EIS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
3, 4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHW
EIS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.1
für
Prüfgrup
pe 3
A, falls
15°
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.1
für
Prüfgrup
pe 3
A, falls
15°
-
A, falls
15°
Korrosion EN 17081:2010
3)
N
8.1.2
N
8.1.3
S
-
N
8.1.8
S
8.1.7
B, falls
15°
B, falls
15°
B, falls
15°
1, 2, falls
beschliffen
und mit
Gegenlage
geschweißt
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.1 a
oder b
für Prüfgruppen
1, 2 und
3
A, falls
15°
4
-
A, falls
15°
B, falls
15°
B, falls
15°
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
569
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungs
klasse 1)
Laminarriss
anfälligkeit
Korrosion
3)
EN 17081:2010
2)
E 10
a es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 11
a es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 12
Unzulässig
E 13
Unzulässig
3, 4
falls a 16 mm
4
falls
a 16 mm
3, 4
falls a 16 mm
4
falls
a 16 mm
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.1 b
für
Prüfgruppe
3
B
N
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.1 b
für
Prüfgruppe
3
B
N
8.1.1
E 14
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.3 a
B
N
8.1.5
E 15
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.3 c
B
N
8.1.5
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
570
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungs
klasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Korrosion
3)
EN 17081:2010
E 16
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
4
-
B
S
-
E 17
b es
3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.3 b
B
N
8.1.5
4
-
B
N
8.1.6
3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.3 b
für
Prüfgruppe
3
B
N
8.1.5
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 18
a 1,4 es
falls
b 16 mm
1, 2, 3, 4
falls
b 16 mm
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 19
a 0,7 es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEIS
– DIREKTES VERFAHREN
UND AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
falls
a 16 mm
4
falls
a 16 mm
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
571
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden (Forts.)
Bez. Nr.
Schweißverbindung
E 20
Ausführungsforderungen
a 1,4 es
Korrosion
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
EN 17081:2010
4
-
B
S
-
4
-
B
S
-
4
-
B
S
-
Prüfgruppe
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 21
a 1,4 es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 22
a 0,7 es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 23
UNZULÄSSIG
A.1
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
572
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-3 — Drucktragende Schweißverbindungen – Ebene Böden (Forts.)
Bez. Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
a 0,7 es
E 24
A.2
Korrosion
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
EN 17081:2010
4
-
B
N
-
4
-
B
N
-
Prüfgruppe
b es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 25
a es
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
E 26
UNZULÄSSIG
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
573
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-4 — Rohrböden - Schweißverbindungen von Rohrböden und Schalen
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Korrosion
3)
EN 17081:2010
N
8.1.9
S
8.1.7
Siehe Schweißverbindungen von ebenen Böden und Schalen mit folgenden zusätzlichen Ausführungen
TS 1
TS 2
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH, es
sei denn der Rohrboden ist
eine Platte oder ein
Schmiedestück mit
Qualitäsprüfung Z. Es ist
mindestens eine
Zugfestigkeitsprüfung
entsprechend dem unten
angegebenen Bild
durchzuführen. Der
Probekörper (Teilgröe
sofern notwendig) ist dem
tatsächlichen Rohrboden zu
entnehmen, wobei die
Mittellinie der des
Rohrbodens entsprechen
muss. Die Prüfstücke dürfen
nicht von einem getrennten
Schmiedestück nach EN
10222-1:1998, 12.2.2,
stammen.
1, 2, 3, 4
b 2 es
4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
574
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 2.2
A, falls geschmiedet
B, falls aus
einem
Schmiedestück
ausgedreht
-
A
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-5 — Rohrböden - Schweißverbindung von Rohren und Rohrböden
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderunge
n
T1
Korrosion
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
EN 17081:2010
1, 2, 3, 4
s. Tab. 184, lfd. Nr.
1.5
A
N
-
Prüfgruppe
T2
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig A
N
-
T3
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig A
N
-
T4
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig A
N
7.1.8
T5
w et
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig A
N
-
T6
w et
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig A
N
7.1.7
T7
et l 1,4 et
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWE
IS – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1, 2, 3, 4
Unzulässig B
S
7.1.6
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
575
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-5 — Rohrböden - Schweißverbindung von Rohren und Rohrböden (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
et l 1,4 et
T8
Prüfgruppe
l1 1,4 et
Laminarrissanfälligkeit 2)
Korrosion
3)
EN 17081:2010
1, 2, 3, 4
Unzulässi B
g
S
7.1.5
1, 2, 3, 4
40
A
S
-
1, 2, 3, 4
40
A
S
-
1, 2, 3, 4
40
B
S
-
1, 2, 3, 4
40
B
S
-
1, 2, 3, 4
40
B
S
-
1, 2, 3, 4
40
B
S
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
T9
Ermüdungsklasse 1)
l2 4 et
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
T 10
l2 4 et
l1 et 3 mm
bei Ankerrohren
l1 et 2 mm
bei anderen Rohren
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
l et
T 11
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
l 1,4 et
T 12
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
l et
T 13
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
T 14
l 0,7 et
max 2et
l
et
kein Abstand
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
576
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-5 — Rohrböden - Schweißverbindung von Rohren und Rohrböden (Forts.)
Korrosion
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
EN 17081:2010
T 15
l et
1, 2, 3, 4
40
B
S
-
T 16
et l 1,4 et
1, 2, 3, 4
40
A
S
7.1.1
T 17
l 1,4 et
1, 2, 3, 4
32
B
S
-
1, 2, 3, 4
40
B
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
a et
T 18
l 1,4 et
T 19
UNZULÄSSIG
S
7.1.2
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
577
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-6 — Schweißmuffenverbindungen
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
3)
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.1
-
N
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.1
-
N
-
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.1
-
N
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
3, 4
falls
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.1
-
N
-
a 0,7 emin für jede
3, 4
falls
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.2
-
N
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.2
-
N
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.4
-
N
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.4
-
N
2.1.8
S1
S2
Ermüdungsbeanspruchung nur zulässig, wenn
volle Durchschweißung
geprüft werden kann
S3
S4
S5
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
S6
a 0,7 emin für jede
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
S7
a 0,7 emin für jede
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
S8
a 0,7 emin für jede
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
578
Korrosion
Prüfgruppe
Ausführungsforderungen
d 150 mm
EN 17081:2010
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-7 — Flansche und Bunde
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
EN 17081:2010
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.1
A
N
5.1.2
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.2
A
N
5.1.1
3, 4
falls
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.4
A
B, falls
Werkstoff St1
oder St2
N
-
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.4
A
B, falls
Werkstoff St1
oder St2
N
5.1.8
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.2
A
N
5.1.1
63
50, falls
keine
Sichtprüfung
der
Innenseite
A
N
-
F1
Alle Rundnahtformen
zulässig
1, 2, 3, 4
F2
Volle Durchschweißung
F3
g1 g2 1,4 e
F4
g1 g2 1,4 e
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
F5
g1 g2 2 e
g1 g2 0,25 e
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
F6
Volle Durchschweißung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
Korrosion
3)
Prüfgruppe
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Ausführungsforderungen
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
3, 4
falls
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
579
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-7 — Flansche und Bunde (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
F7
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
g1 g2 2 e
3, 4
falls
g1 g2 0,25 e
1, 2, 3, 4
falls
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 7.2
A
1, 2, 3, 4
siehe F 1
A
3, 4
falls
32
A
d 150 mm
d 150 mm
Korrosion
3)
N
EN 17081:2010
5.1.5
B, falls
Werkstoff St1
oder St2
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
F8
Alle Rundnahtformen
zulässig
N
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
F9
a 0,7 emin
d 150 mm
für jede
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
F 10
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
580
UNZULÄSSIG
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
B, falls
Werkstoff St1
oder St2
N
5.1.4
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-8 — Stutzen
Ermüdungsklas
se 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Korrosion
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
B
N
2.2.6
2.3.3
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
B
N
2.2.6
Volle Durchschweißung
1, 2, 3, 4
siehe
Tabelle
18-4
lfd. Nr. 3.2
B
N
2.2.6
N4
Volle Durchschweißung
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
B
N
2.1.5
N5
Volle Durchschweißung
1, 2, 3, 4
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
B
N
2.1.1
N6
Volle Durchschweißung
1, 2, 3, 4
siehe
entsprechende
lfd.Nr. in
Tab. A-2
A
N
2.4.1
N7
a 0,7 emin
3, 4
falls
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
oder 3.3
B
N
2.2.2
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
N1
Volle Durchschweißung
1, 2, 3, 4
N2
Volle Durchschweißung
N3
3)
EN 17081:2010
Legende
A Schale oder Kopf
B Stutzenhals
für jede
Schweißverbindung
d 600 mm
d / D 1 / 3
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
d 150 mm
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
581
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-8 — Stutzen (Forts.)
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
N8
Ermüdungsklas
se 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
s. Tab.
18-4, lfd.
Nr. 3.2
oder 3.3
B
3, 4
unzulässig
B
1, 2, 3, 4
siehe
entsprechende
lfd.Nr. in
Tab. A-2
A
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
a 0,7 emin
3, 4
falls
für jede
Schweißverbindung
d 800 mm
d 150 mm
1, 2, 3, 4
falls
Korrosion
3)
N
EN 17081:2010
2.2.5
d 150 mm
d / D 1/ 3
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
N9
a 0,7 emin
S
für jede
Schweißverbindung
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
N 10
UNZULÄSSIG
N 11
Alle Rundnahtformen
zulässig
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
582
N
-
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle A-9 — Rundnähte an Kompensatoren
Bez.
Nr.
Schweißverbindung
Ermüdungsklasse 1)
Laminarrissanfälligkeit 2)
Ausführungsforderungen
Prüfgruppe
B1
Volle Durchschweißung
1, 2, 3
A
B2
a 0,7 eb
1, 2, 3
B
1, 2, 3
A
1, 2, 3
A
1, 2, 3
B
Korrosion
3)
N
S
EN 17081:2010
-
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
B3
a 0,7 eb
S
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
B4
a 0,7 eb
N
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
B5
a 0,7 eb
S
-
UNZULÄSSIG FÜR DEN
ANALYTISCHEN
ZULÄSSIGKEITSNACHWEI
S – DIREKTES
VERFAHREN UND
AUSLEGUNG IM
ZEITSTANDBEREICH
1), 2), 3) siehe Tabelle A-1
583
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang B
(normativ)
Analytischer Zulässigkeitsnachweis – Direktes Verfahren
B.1 Einleitung
B.1.1 Allgemeines
Dieser Anhang ist, wie die gesamte Norm, zur Zeit auf Werkstoffe mit ausreichender Duktilität begrenzt, für im
Zeitstandbereich beanspruchte Bauteile ist er jedoch auch auf Werkstoffe mit ausreichend hoher Duktilität im
Zeitstandbereich begrenzt.
ANMERKUNG
Die in Tabelle E.2-1 in EN 13445-2:2014 aufgeführten Stähle und Stahlgusssorten, für die in den
entsprechenden Werkstoffnormen die Zeitstandfestigkeiten für den jeweiligen Temperaturbereich angegeben sind, gelten als
Werkstoffe mit ausreichend hoher Duktilität im Zeitstandbereich.
B.1.2 Zweck
Dieser Analytische Zulässigkeitsnachweis (AZ) gibt Regeln für den Zulässigkeitsnachweis von Bauteilen unter allen
Arten von Einwirkungen und dient als:
Alternative zur Auslegung nach Formeln (siehe 5.4.1),
Ergänzung zur Auslegung nach Formeln in den Fällen
die dadurch nicht erfasst werden,
die eine Überlagerung von Umgebungseinwirkungen erfordern,
in denen die in EN 13445-4:2014, Abschnitt 5, angegebenen Fertigungstoleranzen nach Vereinbarung
zwischen den Beteiligten überschritten werden;
Im letzten Fall müssen die Abweichungen klar dokumentiert werden.
B.1.3 Spezielle Anforderungen
Wegen der Verwendung fortschrittlicher Verfahren ist bei der Überprüfung der Berechnungen und bei der
eventuellen Festlegung von spezifischen zfP-Anforderungen die Einschaltung einer, auf dem Gebiet des
Analytischen Zulässigkeitsnachweises entsprechend qualifizierten, unabhängigen Stelle erforderlich, bis
hinreichende innerbetriebliche Erfahrung nachweisbar ist.
B.1.4 Auslegung im Zeitstandbereich
Für Komponenten, die nach vernünftigem Ermessen vorhersehbaren Bedingungen eventuell im Zeitstandbereich
beansprucht werden, ist die Lebensdauer für diesen Kriechlastfall (oder die Lebensdauer für mehr als einen
solchen Lastfall) (durch den Betreiber oder dessen Stellvertreter) festzulegen. Für jeden Lastfall mit Betrieb im
Zeitstandbereich darf die spezifizierte Betriebszeit im Zeitstandbereich nicht weniger als 10 000 h betragen. Ist
keine Betriebszeit festgelegt, muss der Hersteller eine vernünftige Zeit annehmen, jedoch mindestens 100 000 h.
ANMERKUNG
Während bei Bauteilen mit ausschließlich Lastfällen ohne Beanspruchung im Zeitstandbereich diese Lastfälle
unabhängig voneinander festgelegt werden können, erfordert die Festlegung von Lastfällen bei Konstruktionen mit
Kriechlastfällen eine genaue Beachtung der gesamten Auslegungslebensdauer unter Berücksichtigung aller nach vernünftigem
Ermessen vorhersehbarer Lastfälle. Alternative Auslegungslebensdauern dürfen zugrunde gelegt werden.
584
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die (spezifizierte oder angenommene) Auslegungslebensdauer muss in der Technischen Dokumentation
angegeben werden.
Sofern die Berechnungstemperaturen unterhalb des Zeitstandbereichs liegen (siehe 5.1), sind keine
Kriechnachweise erforderlich und B.5.1.3 und B.9 sind nicht anzuwenden.
Sofern der kleinere der beiden Werte
a)
das Produkt von 1,2 und die Berechnungstemperatur für die Lebensdauer
b)
das Produkt von 1,5 und die 1%-Zeitdehngrenze der Berechnungstemperatur für die Lebensdauer
nicht größer ist als die 0,2%-Dehngrenze bei Berechnungstemperatur, sind Kriechnachweise erforderlich, und
B.5.1.3 und B.9 sind anzuwenden.
Die Bezeichnungen Zeitstandfestigkeit und 1%-Zeitdehngrenze bezeichnen Mittelwerte, wie in den
Werkstoffnormen festgelegt, für die ein Streubereich von 20 % angenommen ist. Für größere Streubereiche ist,
an Stelle der Mittelwerte, das 1,25fache der unteren Grenze des Streubereichs zu verwenden.
Für Interpolationen und mögliche Extrapolationen von Festigkeitskennwerten, und für die Bestimmung der
Zeitstandfestigkeit oder der Zeit bis zum Erreichen von 1%-Zeitdehngrenze, sind die in Abschnitt 19 angegebenen
Verfahren zu verwenden.
B.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3.
B.2.1
Einwirkung
Eingeprägte thermomechanische Einwirkung die im Tragwerk Spannung und/oder Dehnung hervorruft, z. B.
eingeprägter Druck, Kraft, Verschiebung, Temperatur, siehe B.6.
B.2.2
Einwirkungsart
Klassifizierung von Einwirkungen nach statistischen Eigenschaften und Einwirkungsdauer.
B.2.3
Anwendungsregel
Allgemein anerkannte Regel, die einer Verbindlichen Regel folgt und deren Anforderungen erfüllt.
ANMERKUNG
Abweichende Anwendungsregeln, abweichend von den in dieser Norm angegebenen, sind zulässig, sofern
sie mit der Verbindlichen Regel übereinstimmen und hinsichtlich Zuverlässigkeit, Instandhaltung und Haltbarkeit mit
angegebenen Anwendungsregeln zumindest gleichwertig sind, siehe B.5.1.
B.2.4
Charakteristischer Wert / charakteristische Funktion
Ein charakteristischer Wert einer Einwirkung ist ein repräsentativer Wert der die Variabilität, die statistischen
Eigenschaften der Einwirkung berücksichtigt, siehe B.6.2.
ANMERKUNG
Eine charakteristische Funktion einer Einwirkung ist eine, für die Einwirkung repräsentative Funktion (der
Zeit), benötigt bei Einwirkungen, bei denen in bestimmten Nachweisen die Zeitabhängigkeit von Bedeutung ist, z. B.
Temperatur-Druck-Transienten während der Anfahr- oder Abfahrphase, siehe B.6.2.3.
585
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.2.5
Variationskoeffizient
Maß für die statistische Streuung (Standardabweichnung dividiert durch den Mittelwert).
B.2.6
Kombinationsfaktor
Faktor mit dem der Bemessungswert variabler Einwirkungen mit stochastischen Eigenschaften multipliziert wird,
sofern die Einwirkung mit dem Druck kombiniert wird, oder sofern zwei oder mehr dieser Einwirkungen in einem
Lastfall kombiniert werden, siehe B.8.2.3.
B.2.7
Nachweis
Bewertung der Sicherheit eines Bauteils hinsichtlich bestimmter Grenzzustände (Versagensarten) und unter
bestimmten Kombinationen von Einwirkungen, siehe B.5.1.
B.2.8
Berechnungsmodell
(Physikalisches) Modell des Bauteils zur Bestimmung der Beanspruchung.
B.2.9
Beanspruchung
Reaktion (z. B. Spannung, Dehnung, Verformung, resultierende Kraft oder Moment, Vergleichs-spannung) eines
Bauteils auf eine bestimmte Einwirkung oder eine Kombination von Einwirkungen.
B.2.10
Grenzzustand
Zustand bei dessen Überschreiten das Tragwerk seine auslegungsgemäßen Funktionsanforderungen nicht mehr
erfüllt.
ANMERKUNG
Grenzzustände werden
Gebrauchstauglichkeit, siehe B.4.
eingeteilt
in
Grenzzustände
der
Tragfähigkeit
und
Grenzzustände
der
B.2.11
Lastfall
Eine Kombination von gleichzeitig auftretenden Einwirkungen. Lastfälle werden eingeteilt in Normalbetriebslastfälle,
spezielle Lastfälle und außergewöhnliche Lastfälle, siehe B.5.1.
B.2.12
Lokale Spannungskonzentration, lokale Verzerrungskonzentration
Spannungs- bzw. Verzerrungsverteilung durch (sehr) lokale geometrie- oder werkstoffbedingte Störstellen, oder
Temperaturfelder, welche die Spannungs- oder Verzerrungsverteilung nur über einen Teil der Wanddicke
beeinflussen.
ANMERKUNG
Diese lokalen Konzentrationen sind nur mit eng lokalisierten Deformationen oder Verzerrungen verbunden,
ohne wesentliche nicht-lokalen Effekte. Beispiele sind Spannungskonzentrationen an kleinen Ausrundungen von Kehlnähten,
an kleinen Anschweißteilen, an Schweißnähten, etc.
B.2.13
Teilsicherheitsbeiwert
Beiwert für den charakteristischen Wert einer Einwirkung oder einer Werkstoffkenngröße, um den entsprechenden
Bemessungswert zu erhalten.
ANMERKUNG
Der Beiwert hängt vom Nachweis, der Einwirkung bzw. der Werkstoffkenngröße ab, siehe B.6.3 und B.7.5
B.2.14
Verbindliche Regel
Allgemeingültige oder eindeutige Aussagen, zu denen es keine Alternativen gibt, sofern dies nicht eindeutig
angegeben ist, oder: Anforderung und Modell, für die keine Alternativen zulässig sind, sofern dies nicht eindeutig
angeben ist, siehe Abschnitt B.6.
B.2.15
Tragwerk
Kombination aller lasttragenden Teile eines Bauteils, z.B. der gesamte Behälter, seine lasttragenden Teile, Stützen
und Fundamente.
586
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.2.16
(Äquivalentes) spannungskonzentrationsfreies Modell
ein den Idealfall darstellendes gleichwertiges Modell der Struktur ohne örtliche Anstiege von Spannung bzw.
Beanspruchung.
B.2.17
Strukturelle Beanspruchung
Beanspruchung in einem Modell ohne Spannungskonzentrationen in der Struktur, d.h. die in einem idealisierten
Modell festgelegte Beanspruchung, die die tatsächliche Geometrie der Struktur mit Ausnahme der örtlichen Details,
welche nur örtliche Spannungs- bzw. Beanspruchungskonzentrationen hervorrufen, berücksichtigt, siehe B.7.6.
ANMERKUNG 1 Die strukturelle Beanspruchung beinhaltet die Auswirkungen von groben Strukturdetails (beispielsweise
Anschlüsse, Kegel-Zylinder-Verbindungen, Gefäßendverbindungen, Dickenstörungen, Vorhandensein von Anbindungen,
Abweichungen von der Auslegungsform mit globalem Effekt, wie beispielsweise Unrundheit von zylindrischen Schalen). Nicht
berücksichtigt werden jedoch die Kerbeffekte von örtlichen strukturellen Einzelheiten wie kleine Kehlradien,
Schweißzehendetails, Unregelmäßigkeiten im Schweißprofil, kleine Bohrungen (teilweise durchtretend) oder von örtlichen
Temperaturbereicheinzelheiten.
ANMERKUNG 2 Finite Element-Schalen- oder Balkenelemente können die strukturelle Beanspruchung ergeben.
B.2.18
(relevante) Dicke
kürzester Abstand zwischen dem kritischen Punkt auf einer Oberfläche, zu einem beliebigen anderen Punkt einer
Oberfläche des Modells.
B.2.19
Gesamtspannung/-beanspruchung
Gesamtspannung/-beanspruchung ist ein Konstruktionsmodell, das sämtliche Wirkungen durch - örtliche und nicht
örtliche - Konzentration von Spannung und Beanspruchung umfasst.
B.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und in Abschnitt 19 für den
Betrieb im Zeitstandbereich.
B.3.1 Indizes
all
zulässig
c
Kriechen
d
Auslegung
e
bezogen auf die Elastizitätsgrenze
i
i-ter Wert
inf
Kleinstwert (infimum)
j
j-ter Wert
k
k-ter Wert
u
bezogen auf die Dehnungsbegrenzung
A
Einwirkung (allgemein)
G
ständige Einwirkung
P
Druckeinwirkung
587
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EN 13445-3:2014 (D)
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Q
veränderliche Einwirkung
Sup
Größtwert (supremum)
B.3.2 Symbole
D
Ermüdungsmaß
RM
Festigkeitskennwert
Teilsicherheitsbeiwert
B.4 Versagensarten und Grenzzustände
In Tabelle B.4-1 sind die wesentlichen Versagensarten mit den zugehörigen Grenzzuständen zusammengestellt.
Die Grenzzustände werden danach unterteilt, ob die Belastung von kurzzeitiger, langzeitiger oder zyklischer Natur
ist.
In Tabelle B.4-1 sind die Versagensarten getrennt betrachtet. Kombinationen von Versagensarten, z. B. Ermüdung
und Verformungsbruch, Kriechen und Verformungsbruch, Kriechen und Ermüdung, sind gesondert zu betrachten.
ANMERKUNG 1 Die Liste der Versagensarten, Tabelle B.4-1, gilt sehr allgemein, enthält auch Versagensarten außerhalb des
Anwendungsbereiches der Norm.
Grenzzustände werden
Gebrauchstauglichkeit.
unterteilt
in
Grenzzustände
der
Tragfähigkeit
und
Grenzzustände
der
Grenzzustände der Tragfähigkeit sind Zustände (einer Komponente oder des Behälters), bei denen es zu einem
Versagen kommt, das zu einer Gefährdung von Menschenleben führen kann (Bersten, Zusammenbruch oder
anderen Formen des Versagens).
ANMERKUNG 2 Grenzzustände der Tragfähigkeit sind Versagen durch globale plastische Deformation, Ermüdungsbruch,
Instabilität des Behälters oder von Teilen, Verlust des Gleichgewichts (Umstürzen) von Behältern oder Behälterteilen (bei
Betrachtung als starrer Körper) und die Sicherheit beeinträchtigende Leckagen,.
ANMERKUNG 3 Einige Zustände vor Eintritt des Gesamtversagens, die, zur Vereinfachung, an Stelle der Grenze selbst
betrachtet werden, werden ebenfalls als Grenzzustände der Tragfähigkeit klassifiziert und als solche behandelt.
Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit sind Zustände (einer Komponente oder des Behälters), bei deren
Überschreiten der Behälter nicht länger die Gebrauchstauglichkeitskriterien erfüllt.
ANMERKUNG 4 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit sind:
Verformungen oder Durchbiegungen, die eine auslegungsgemäße Nutzung des Behälters (einschließlich
ordnungsgemäßer Funktionsfähigkeit von Maschinen und normalem Betriebsverhalten) beeinträchtigen oder
Schäden an tragenden und nichttragenden Teilen verursachen;
Leckagen, die zwar die auslegungsgemäße Nutzung, nicht aber die Sicherheit beeinträchtigen und die keine
unakzeptable Umweltgefahr sind.
ANMERKUNG 5 Leckagen sind abhängig von der von ihnen ausgehenden Gefährdung als Grenzzustand der Tragfähigkeit
oder der Gebrauchtauglichkeit zu klassifizieren.
588
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle B.4-1 — Versagensarten und Grenzzustände
Einwirkungsart
Kurzzeitig
Versagensart
Einmalig
Sprödbruch
U
3)
Verformungsbruch
U
Unzulässige Verformung, Typ 1 4)
S, U 1)
Unzulässige Verformung, Typ 2 5)
U
Unzulässige Verformung, Typ 3 6)
S
Unzulässige örtliche Dehnungen 7)
U
Instabilität8)
U, S 2)
Fortschreitende
plastische
9)
Deformation
Alternierende Plastizität 10)
Kriechbruch
Unzul. Kriechverformung, Typ 111)
Unzul. Kriechverformung, Typ.212)
Unzul. Kriechverformung, Typ 313)
Kriechinstabilität
Erosion,
Korrosion
Medienbeschleunigte
Rissbildung14)
Kriechbruch
Unzul. Kriechverformung, Typ 111)
Unzul. Kriechverformung, Typ 212)
Unzul. Kriechverformung, Typ 313)
Kriechinstabilität
Erosion,
Korrosion
Medienbeschleunigte
Rissbildung14)
Ermüdung
Medienbeschleunigte Ermüdung
U
Grenzzustand der Tragfähigkeit
S
Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
Langzeitig
Mehrmalig
Einmalig
Zyklisch
Mehrmalig
U
U
U
S, U 1)
U
S
U, S 2)
S
U
U
S, U 1)
U
S
U, S 2)
S
U
U
U
1) Bei Gefahren durch Austritt des Behälterinhalts (giftige, brennbare Stoffe, Dampf usw.)
2) Bei ausreichender Tragfähigkeit im nachinstabilen Zustand
3) Instabiles unzulässiges plastisches Fließen oder instabiles Risswachstum
4) Unzulässige Verformung an mechanischen Verbindungen
5) Unzulässige Verformung, die zu nicht annehmbarer Lastübertragung führt.
6) Unzulässige Verformung durch betriebsbedingte Behinderungen.
7) Rissbildung oder Verformungsbruch durch Erschöpfung der Werkstoffduktilität.
8) Elastisch, plastisch oder elastisch-plastisch
9) Fortschreitende plastische Deformation
10) Alternierende Plastizität (siehe auch Abschnitt 6)
11) Unzulässige Kriechdeformation an mechanischen Verbindungen
12) Unzulässige Kriechdeformation, die zu nicht annehmbarer Lastübertragung führt
13) Unzulässige Kriechdeformation bei betriebsbedingten Behinderungen
14) Spannungsrisskorrosion (SCC), wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC), spannungsorientierte
wasserstoffinduzierte Rissbildung (SOHIC).
589
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.5 Methodik
B.5.1 Allgemeines, Nachweise
B.5.1.1
Allgemeines
Jeder hinsichtlich des Anwendungsbereiches dieser Norm wesentlichen Versagensart entspricht ein einzelner
Nachweis (N). Jeder Nachweis erfasst eine oder mehrere Versagensarten.
Die Nachweise sind, falls zutreffend, für folgende Gruppen von Lastfällen zu führen:
Normalbetriebslastfälle, für die normale Anforderungen gelten;
besondere Lastfälle, für die Anforderungen für Prüfungen, Herstellung, Errichtung und für Reparaturen gelten;
außergewöhnliche Lastfälle, siehe 5.3.2.2.
Im Allgemeinen umfasst ein Nachweis mehrere Lastfälle. Lastfälle sind Kombinationen von gleichzeitigen
Einwirkungen die nach vernünftigem Ermessen auftreten können.
Für jeden Nachweis ist eine einfache Verbindliche Regel angegeben. Für jede Verbindliche Regel können mehrere
Anwendungsregeln angegeben sein, um verschiedene Möglichkeiten der Erfüllung der Verbindlichen Regel
aufzuzeigen. Die zutreffendsten Anwendungsregeln sind zu wählen. Es ist zulässig andere Anwendungsregeln zu
verwenden, vorausgesetzt sie stimmen mit der einschlägigen Verbindlichen Regel überein und sind hinsichtlich
Zuverlässigkeit, Instandhaltung und Haltbarkeit zumindest gleichwertig.
B.5.1.2
Zulässigkeitsnachweise für Berechnungstemperaturen unterhalb des Zeitstandbereiches
Die zu führenden Nachweise sind
Tragfähigkeitsnachweis (TN), siehe B.8.2;
Einspielnachweis (EN), siehe B.8.3;
Stabilitätsnachweis (SN), siehe B.8.4;
Ermüdungsnachweis (ZEN), siehe B.8.5;
Nachweis des statischen Gleichgewichts (GN), siehe B.8.6;
ANMERKUNG
Die Bezeichnung eines Nachweises gibt einen Hinweis auf die Hauptversagensart des Nachweises. Für
spezifische Bauteile sind einige Nachweise eventuell nicht erforderlich. Die Liste der Nachweise ist nicht vollständig. In
manchen Fällen kann es erforderlich sein, weitere Grenzzustände zu untersuchen. So könnte z. B. bei Bauteilen aus
austenitischen nichtrostenden Stählen neben dem Tragfähigkeitsnachweis auch eine Untersuchung der Gefahr von Leckagen
erforderlich sein (als Grenzzustand der Tragfähigkeit oder der Gebrauchstauglichkeit), siehe Tabelle B.4-1.
B.5.1.3
Zulässigkeitsnachweise für Berechnungstemperaturen im Zeitstandbereich
Sofern Kriechnachweise erforderlich sind, siehe B.1.4, sind folgende Nachweise, zusätzlich zu den in B.5.1.2
angeführten zu führen:
Kriechfestigkeitsnachweis (KFN), siehe B.9.4;
Kriechdehnungsnachweis (KDN), siehe B.9.5,
590
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Ermüdungsnachweis: Kriechermüdung und Zyklische Ermüdung (KEN), siehe B.9.6.
ANMERKUNG
Für einige Lastfälle können Tragfähigkeitsnachweise durch entsprechende Kriechfestigkeitsnachweise
abgedeckt und daher nicht extra erforderlich sein.
B.5.2 Vorgehensweise
Die Vorgehensweise erfasst die folgenden Teile:
a)
Mindestens alle in B.5.1 angeführten Nachweise sind zu berücksichtigen, siehe Anmerkung 3 in B.5.1;
b)
In jedem Nachweis sind alle wesentlichen Lastfälle zu berücksichtigen;
c)
Für jeden Lastfall ist eine passende Anwendungsregel zu wählen;
d)
Für jeden Nachweis und jeden Lastfall ist der Nachweis der Erfüllung der Verbindlichen Regel zu erbringen,
direkt oder unter Verwendung der gewählten Anwendungsregel und folgender Schritte:
1)
Festlegung des Nachweises und des Lastfalls mit zugehörigen Einwirkungen;
2)
Bestimmung der charakteristischen Werte bzw. charakteristischen Funktionen der Einwirkungen;
3)
Berechnung der Bemessungswerte bzw. Bemessungsfunktionen der Einwirkungen;
4)
Nachweis der Erfüllung der Verbindlichen Regel;
5)
Angabe ob die Verbindliche Regel für den Lastfall erfüllt ist.
B.6 Einwirkungen
B.6.1 Klassifizierung
Einwirkungen werden in folgende vier Arten unterteilt:
ständige Einwirkungen;
Temperatur, Druck und von diesen deterministisch abhängige Einwirkungen;
veränderliche Einwirkungen (ausgenommen Temperatur, Druck und von diesen deterministisch abhängige
Einwirkungen);
außergewöhnliche Einwirkungen.
Betriebsdrücke und Betriebstemperaturen sind zwar ebenfalls veränderliche Einwirkungen, sie besitzen jedoch
besondere Merkmale hinsichtlich der Abhängigkeit von der Zeit, der stochastischen Eigenschaften, etc. Wegen der
häufig starken Korrelation zwischen Betriebsdruck und Betriebstemperatur sind sie als simultan wirkend zu
betrachten, und die Druck-Temperatur-Abhängigkeit ist passend festzulegen.
ANMERKUNG 1 Einwirkungen mechanischer, physikalischer, chemischer oder biologischer Art können zwar die Sicherheit
eines Behälters beeinflussen, beim Analytischen Zulässigkeitsnachweis werden jedoch nur die Einwirkungen betrachtet, die
Spannungen oder Dehnungen verursachen. Beispiele hierfür sind Volumenkräfte (z.B. Eigengewicht), Oberflächenkräfte (Druck,
Flächenlasten usw.), Einzelkräfte (Resultierende z. B. aus einwirkenden Flächenkräften), Linienkräfte, Punktkräfte,
Temperaturänderungen, Verlagerungen des Tragwerks an Verbindungen oder Bettungen z. B. durch Temperaturänderungen
oder Setzen.
ANMERKUNG 2 Beispiele für ständige Einwirkungen sind Eigengewicht des Tragwerks, von Verbindungsstücken, Zubehörund Anbauteilen.
ANMERKUNG 3 Beispiele für veränderliche Einwirkungen sind Verkehrslasten, Wind- oder Schneelasten.
591
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 4 Beispiele für außergewöhnliche Einwirkungen sind Einwirkungen auf einen äußeren Behälter durch Versagen
des inneren Behälters oder Einwirkungen durch extreme Erdbeben – Einwirkungen die nicht zu den (Normal) Betriebslastfällen
zählen Einwirkungen, die nicht zu denen zählen die nach vernünftigem Ermessen vorhersehbar auftreten können.
ANMERKUNG 5 Temperaturänderungen wirken auf zweifache Weise: sie verursachen Spannungen in einem Tragwerk und sie
beeinflussen dessen Festigkeit und die Werkstoffeigenschaften.
ANMERKUNG 6 Einflüsse des Behälterinhalts oder der Umgebung können die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit des
Behälters beeinträchtigen. Dies ist durch entsprechende Werkstoffauswahl, Wanddickenzuschläge (siehe 5.2.2) oder
entsprechende Festlegung der Werkstoffparameter bei der Festigkeitsermittlung zu berücksichtigen (siehe B.7.5).
ANMERKUNG 7 Die Druck-Temperatur-Abhängigkeit kann in Form von Wertepaaren gleichzeitig wirkender Einwirkungen, die
den Bereich der Betriebsbedingungen umfassen, oder durch Druck-Temperatur-Funktionen angegeben werden.
Bei Einwirkungen, die ständige und veränderliche Komponenten aufweisen, können die einzelnen Anteile getrennt
betrachtet werden.
Zu den veränderlichen Einwirkungen können so unterschiedliche Einflüsse gehören wie:
Einwirkungen, die deterministisch von Druck und/oder Temperatur abhängen. Diese sind in der DruckTemperatur-Einwirkung zusammenzufassen und in diesem Zusammenhang, genau oder näherungsweise, für
die Auslegung zu verwenden.;
Einwirkungen, die von Druck oder Temperatur unabhängig sind, jedoch genau festgelegte Extremwerte
(Grenzwerte) haben;
Einwirkungen, z. B. Windlasten, die nur als stochastische, von Druck und/oder Temperatur unabhängige
Vorgänge beschrieben werden können.
B.6.2 Charakteristische Werte und charakteristische Funktionen von Einwirkungen
Die Anforderungen für die Bestimmung der charakteristischen Werte der verschiedenen Arten von Einwirkungen
sind in Tabelle B.6-1 und nachstehend zusammengestellt.
592
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle B.6-1 — Charakteristische Werte der verschiedenen Einwirkungen
Einwirkung
Ständig
Variationskoeffizient
0,1 1)
Ständig
> 0,1 3)
Symbol
Mittelwert der Extremwerte
G k 2)
G k, sup
2)
G k, inf
2)
Qk 2)
Veränderlich
0,1 1)
> 0,1
Außergewöhnlich
-
Druck und Temperatur
-
Psup
Veränderlich
Qk
Tsup
Pinf
Tinf
Charakteristischer Wert
Oberer Grenzwert, der mit einer
Wahrscheinlichkeit von 95% nicht
überschritten wird 4);
Unterer Grenzwert, der mit einer
Wahrscheinlichkeit von 95% nicht
unterschritten wird 4)
Mittelwert der Extremwerte
97% Perzentil des Extremwerts in
einem festgelegten Zeitraum 5)
Individuell festzulegen
Der nach vernünftigem Ermessen
vorhersehbar
zu
erwartende
höchste Druck
Die nach vernünftigem Ermessen
vorhersehbar
zu
erwartende
höchste Temperatur
Der nach vernünftigem Ermessen
vorhersehbar
zu
erwartende
niedrigste Druck 6)
Die nach vernünftigem Ermessen
vorhersehbar
zu
erwartende
niedrigste Temperatur
1)
Der Mittelwert der Extremwerte kann auch angewendet werden, wenn die Differenz zwischen dem
nach vernünftigem Ermessen vorhersehbaren Größt- und Kleinstwert höchstens 20 % ihres
arithmetischen Mittels beträgt.
2) Der Index k in Tabelle B.6-1 weist darauf hin, dass ein Lastfall gewöhnlich aus mehreren Einwirkungen
gebildet wird, die einzeln nummeriert sind.
3)
Dies gilt auch für Einwirkungen die sich während der Lebensdauer des Behälters voraussichtlich
ändern (z.B. bestimmte überlagerte ständige Lasten).
4)
Ist eine statistische Vorgangsweise nicht möglich, dürfen der höchste und der niedrigste realistisch
anzunehmende Wert verwendet werden.
5)
Bei veränderlichen Einwirkungen mit festgelegten Grenzen dürfen Grenzwerte als charakteristische
Werte verwendet werden.
6) Dies ist gewöhnlich 0 oder -1,0 (Vakuum).
Der obere charakteristische Wert des Drucks, Psup, darf vom maximal zulässigen Druck PS ausgehend ermittelt
werden, die (kurzfristige) Druckerhöhung über den maximal zulässigen Druck bei Ansprechen der
Sicherheitseinrichtung gegen Drucküberschreitung muss nicht berücksichtigt werden.
Die charakteristischen Werte für Druck und Temperatur beschreiben die Einhüllende des Druck-Temperatur-Feldes
der Drücke und Temperaturen die unter vernünftigerweise vorhersehbaren Bedingungen auftreten können, siehe
Bild B.6-1.
Es sind folgende charakteristische Werte festzulegen:
der obere charakteristische Wert des Drucks (Psup)
der untere charakteristische Wert des Drucks (Pinf)
der obere charakteristische Wert der Temperatur (Tsup)
der untere charakteristische Wert der Temperatur (Tinf).
593
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
In Fällen, in denen die Temperatur nicht umgebungsbedingt ist oder in denen eine Kombination von Psup und
Tsup unwirtschaftlich ist, kann es erforderlich sein, bestimmte Druck-Temperatur-Wertepaare, z. B. (Psup,i, Tsup,i),
(Pinf,i, Tinf,i) festzulegen, die die Begrenzung des Druck-Temperatur-Bereichs der nach vernünftigem Ermessen
vorhersehbar zu erwartenden Extremwerte angeben, siehe Bild B.6-1.
P
Psup1
1
Tsup 1
Tinf 5
Tinf 1
Psup 5
Psup 2
5
Pinf 3
3
Tinf 4
4
2
Tsup 2
Tsup 3
Pinf 4
T
Bild B.6-1 — Typische Darstellung gleichzeitiger Druck- und Temperatureinwirkungen
ANMERKUNG 1 Für ständige Einwirkungen die in einigen Kombinationen mit anderen Einwirkungen günstig und mit anderen
aber ungünstig wirken, sind obere und untere charakteristische Werte erforderlich.
Das Eigengewicht von Tragwerk und nicht zum Tragwerk gehörenden Teilen darf auf Grundlage ihrer
Nennabmessungen und ihrer mittleren spezifischen Masse berechnet werden.
Für Wind- und Schneelasten und für Erdbebeneinwirkungen dürfen die in zugehörigen regionalen Normen
festgelegten Werte, d. h. die landesspezifischen Werte, verwendet werden.
In Fällen, in denen (konstante oder variable) Wärmespannungen die Sicherheit des Tragwerks beeinflussen
können, sind als charakteristische Werte von gleichzeitigen Druck- und Temperatureinwirkungen die Extremwerte
anzunehmen, die nach vernünftigem Ermessen vorhersehbar unter normalen Betriebsbedingungen während der
Lebensdauer des Behälters zu erwarten sind.
Für Einwirkungen bei denen in bestimmten Nachweisen die Zeitabhängigkeit von Bedeutung ist, werden für den
Einspielnachweis und den Ermüdungsnachweis charakteristische Funktionen, der Zeit oder eines
Reihenfolgeparameters, benötigt, siehe auch Abschnitte 17 und 18 (für die Ermüdungsberechnung). Eine
realistische Festlegung dieser Funktionen ist für die Ergebnisse der Nachweise von besonderer Bedeutung,
insbesondere beim Ermüdungsnachweis. Daher müssen diese Funktionen einem "Schätzwert einer oberen
Schranke" der fluktuierenden Einwirkungen entsprechen, welche an dem Bauteil nach vernünftigem Ermessen
während der gesamten Lebensdauer auftreten können – in statistischem Sinn wie bei charakteristischen Werten. In
verschiedenen Nachweisen dürfen verschiedene charakteristische Funktionen festgelegt werden, unter
Berücksichtigung der Verbindlichen Regeln dieser Nachweise.
ANMERKUNG 2 Die charakteristischen Funktionen sind vom Kunden vorzugeben. Sofern sie nicht vorgegeben werden, sind
vernünftige Extremwerte vom Hersteller anzunehmen.
Die verwendeten charakteristischen Werte und charakteristischen Funktionen sind klar zu dokumentieren.
594
DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
B.6.3 Bemessungswerte und Bemessungsfunktionen von Einwirkungen
Der Bemessungswert Ad einer Einwirkung ist durch Multiplikation des charakteristischen Wertes mit dem
entsprechenden Teilsicherheitsbeiwert der Einwirkung zu ermitteln - allgemein
Ad A A
(B.6-1)
Dabei ist
A der charakteristische Wert der Einwirkung und A der in B.8 festgelegte Teilsicherheitsbeiwert der
Einwirkung entsprechend dem betrachteten Nachweis.
Für außergewöhnliche Einwirkungen sind die Teilsicherheitsbeiwerte für die Einwirkungen im Einvernehmen der
Beteiligten – Hersteller, Verantwortliche Stelle, Betreiber (oder der von ihm Beauftragte) – festzulegen; sie dürfen
jedoch nicht günstiger sein als die entsprechenden der Prüflastfälle.
ANMERKUNG
Durch den Teilsicherheitsbeiwert A wird folgenden Umständen Rechnung getragen:
einer möglichen ungünstigen Abweichung der Einwirkungen von ihren charakteristischen Werten;
möglichen Ungenauigkeiten bei der Darstellung der Einwirkung und der Beanspruchung im Modell;
möglichen Unsicherheiten bei der stochastischen Darstellung der Einwirkung;
der Tatsache, dass eine bestimmte Einwirkung einen günstigen oder ungünstigen Effekt haben kann. So kann in einem
Lastfall die Einwirkung durch das Eigengewicht eines Teils der Druckkraft entgegen wirken und damit einen günstigen
Effekt haben, in einem anderen Lastfall kann sie dagegen mit dem Druck wirken und damit einem ungünstigen Effekt
haben. Die Teilsicherheitsbeiwerte A haben dann unterschiedliche Werte. Sofern der bestimmende Lastfall nicht
offenkundig ist, sind getrennte Lastfälle erforderlich.
Die im Einspielnachweis und die im Ermüdungsnachweis benötigten Bemessungsfunktionen von Einwirkungen
sind mit den entsprechenden charakteristischen Funktionen identisch, d. h. Teilsicherheitsbeiwerte dieser
Einwirkungen sind in diesen Nachweisen gleich Eins.
B.7 Berechnungsmodelle
B.7.1 Allgemeines
Zur Ermittlung der Beanspruchung durch (Bemessungs-) Einwirkungen sind bestimmte (physikalische) Modelle zu
verwenden, in Abhängigkeit vom Nachweis. Detailfestlegungen für diese Modelle sind in den, bestimmte
Nachweise betreffenden Unterabschnitten von B.8 angegeben, allgemeine Beschreibungen und Bedingungen im
Folgenden.
Falls in einem Nachweis der anfängliche (gewichtslose) Spannungszustand des Modells von Bedeutung ist, so ist
immer vom spannungslosen Zustand auszugehen.
Mit Ausnahme der im Folgenden angeführten zwei Fälle ist die Theorie 1. Ordnung zu verwenden, d. h. Theorie mit
linearen kinematischen Beziehungen und Gleichgewichtsbedingungen am unverformten Bauteil.
Instabilitätsnachweise sind mit nichtlinearen kinematischen Beziehungen und Gleichgewichtsbedingungen am
verformten Bauteil zu führen. Theorie 2. Ordnung – Theorie mit linearen kinematischen Beziehungen und
Gleichgewichtsbedingungen am verformten Körper –darf verwendet werden, sofern ausreichende Genauigkeit
vorliegt.
Bei Bauteilen und Einwirkungen, die einen ungünstigen (verschwächenden) Einfluss haben, sind geometrisch
nichtlineare Einflüsse im Tragfähigkeitsnachweis, im Kriechfestigkeitsnachweis, im Kriechdehnungsnachweis und
in den Ermüdungsnachweisen zu berücksichtigen.
ANMERKUNG
Beispiele von Bauteilen und Einwirkungen mit einem derartigen ungünstigen Einfluss sind
595
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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Stutzen in Zylinderschalen unter Einwirkung eines transversalen Moments;
Stutzen in Zylinderschalen unter Einwirkung einer (nach Innen wirkenden) axialen Druckkraft;
Rohrbögen unter Einwirkung eines die Krümmung erhöhenden Biegemoments;
Zylinderschalen mit Unrundheit oder Aufdachung unter Außendruck.
B.7.2 Geometrie
Mit Ausnahme von Dicken, für die Berechnungsdicken – Nenndicken abzüglich Zuschläge –- zu verwenden sind,
sind für Abmessungen Nennwerte, und nicht Minimalwerte zu verwenden.
ANMERKUNG
Im Fall von Teilmodellen oder Teilbereichsuntersuchungen ist zu achten, dass das verwendete Modell
entsprechend umfassend ist, sodass mögliche elastische Nachwirkungen vom Modell erfasst werden.
B.7.3 Plattierte Teile
Bei plattierten Teilen ist als Druckangriffsfläche die Nennoberfläche der Plattierung zu verwenden.
Im Tragfähigkeitsnachweis, B.8.2, darf ein Beitrag der Plattierung zur Tragfähigkeit nur im Fall einer
Vollverbundplattierung und auch dann nur im Einvernehmen der Beteiligten berücksichtigt werden.
Im Stabilitätsnachweis, B.8.4, darf ein eventueller Festigkeitsbeitrag der Plattierung nicht berücksichtigt werden.
Im Einspielnachweis, B.8.3, und im Ermüdungsnachweis, B.8.5, ist die Plattierung bei der Temperatur- und der
Spannungsermittlung zu berücksichtigen. Im Fall einer Vollverbund-Plattierung mit einer Plattierungsdicke von nicht
mehr als 10% der gesamten Nenndicke darf der Einfluss der Plattierung vernachlässigt werden, d. h. die
Grundwerkstoffgeometrie der Modellgeometrie zugrunde gelegt werden.
B.7.4 Werkstoffgesetze
Das zu verwendende Werkstoffgesetz hängt vom Nachweis ab:
im Tragfähigkeitsnachweis, B.8.2, ein linearelastisch-idealplastisches Werkstoffgesetz mit Trescascher
Fließbedingung (Hauptschubspannungshypothese) und assoziiertem Fließgesetz;
im Einspielnachweis, B.8.3, im Kriechfestigkeitsnachweis, B.9.4, im Kriechdehnungsnachweis, B.9.5, ein
linearelastisch-idealplastisches Werkstoffgesetz mit von Mises'scher Fließbedingung (Gestaltänderungsenergiehypothese) und assoziiertem Fließgesetz;
im Ermüdungsnachweis, B.8.5, ein linearelastisches Werkstoffgesetz;
im Stabilitätsnachweis, B.8.4, ein linearelastisches oder ein linearelastisch-idealplastisches Werkstoffgesetz,
entsprechend der Methode.
Im Tragfähigkeitsnachweis darf die Mises'sche Fließbedingung ebenfalls verwendet werden, es ist dann jedoch der
Festigkeitskennwert (Bemessungsfließgrenze) zu modifizieren, siehe B.8.2.1.
596
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Im Ermüdungsnachweis bei zyklischer Beanspruchung, der entsprechend den Anforderungen des Abschnittes 18
zu führen ist, wird wiederkehrende Plastifizierung durch Anwendung des Plastizitätskorrekturfaktors berücksichtigt,
siehe 18.8.
Im Ermüdungsnachweis bei zyklischer Beanspruchung und Kriechbeanspruchung (KEN) werden die Ergebnisse
des Tragfähigkeits- und des Kriechdehnungsnachweises verwendet.
B.7.5 Werkstoffkennwerte
B.7.5.1
Festigkeitskennwerte
B.7.5.1.1
Kurzzeitkennwerte
Der Bemessungswert RMd des Festigkeitskennwertes des Werkstoffs (Bemessungswert der Fließgrenze) der
plastischen Werkstoffgesetze ist durch Division des entsprechenden charakteristischen Wertes durch den
entsprechenden Teilsicherheitsbeiwert zu ermitteln - allgemein
RM d RM / R
(B.7-1)
Dabei ist
RM der charakteristische Wert des maßgebenden Festigkeitskennwerts und R der entsprechende
Teilsicherheitsbeiwert.
Details zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Festigkeitskennwerte und der entsprechenden
Teilsicherheitsbeiwerte sind B.8.2 bis B.8.5 angegeben.
Der Teilsicherheitsbeiwert R für außergewöhnliche Lastfälle ist zwischen den Beteiligten zu vereinbaren, er darf
aber nicht kleiner sein als der für Prüfsituationen angegebene.
Bei der Bestimmung der charakteristischen Werte RM sind die spezifizierten Mindestwerte zu verwenden, d. h.
Werte für ReH , Rp0.2 / T , Rp1.0 / T , Rm / T entsprechend dem Zustand des Werkstoffs nach Fertigung und eventueller
Wärmebehandlung, ein Zustand der dem in den entsprechenden Werkstoffnormen oder –datenblättern
festgelegten entsprechen muss.
ANMERKUNG
Diese Werte werden im Allgemeinen durch Wärmebehandlung nach EN 13445-4:2014 erreicht.
Diese für den Lieferzustand garantierten Mindestwerte dürfen verwendet werden, sofern nicht bekannt ist, dass
Wärmebehandlungen zu geringeren Werten führen.
Sofern Schweißungen oder Wärmebehandlungen zu geringeren Festigkeitskennwerten führen, sind diese
(geringeren Werte) zu verwenden.
Bei der Bestimmung der charakteristischen Festigkeitskennwerte verwendete temperaturabhängige
Werkstoffkennwerte, R p0.2 / T , R p1.0 / T , R m / T , sind für die in den maßgebenden Unterabschnitten der Nachweise,
B.8.2 bis B.8.5, angegebenen Bezugstemperaturen zu ermitteln.
Sofern für Lastfälle mit Temperaturen im Zeitstandbereich in den Werkstoffnormen keine KurzzeitFestigkeitskennwerte für die (hohen) Berechnungstemperaturen angegeben sind, dürfen Extrapolationen der
Temperatur, von angegebenen Werten in Anhang S ausgehend, verwendet werden.
B.7.5.1.2
Langzeitkennwerte
Für die Ermittlung der in Lastfällen mit Berechnungstemperaturen im Zeitstandbereich erforderlichen
Langzeitkennwerte von RM , siehe B.9.3.
597
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.7.5.2
Andere Werkstoffkennwerte
Für Elastizitätsmodul, Querdehnzahl und den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten dürfen zeitunabhängige
Berechnungswerte verwendet werden. Diese ergeben sich aus den jeweiligen momentanen Werkstoffkennwerten,
siehe Anhang O, bei einer vom Berechnungsnachweis/Lastfall abhängigen Bezugstemperatur. Diese
Bezugstemperatur muss mindestens
0,75 Tcmax + 5 K im Tragfähigkeitsnachweis, mit der maximalen Berechnungstemperatur des jeweiligen Lastfall
Tcmax
0,25 Tcmax + 0,75 Tcmax im Einspielnachweis und im Ermüdungsnachweis, mit der minimalen und maximalen
Berechnungstemperatur im jeweiligen Lastfall Tcmin bzw. Tcmax
Tcmax im Stabilitätsnachweis, mit der maximalen Berechnungstemperatur im jeweiligen Lastfall Tcmax
des Lastfalls ist.
ANMERKUNG
Die Bezugstemperatur darf ortsabhängig sein.
B.7.6 Strukturdeh
In einigen Nachweisen werden Strukturdehnungen benötigt. Einige (mathematische) Modelle ergeben diese direkt,
z. B. Finite Elemente Modelle mit Schalen- oder Balkenelementen. In den Fällen in denen ein Modell die
Strukturwerte nicht direkt ergibt, wie z. B. Finite Elemente Modelle mit Volumenelementen, ist der Wert der
interessierenden Größe im kritischen Punkt (hot spot) durch quadratische Extrapolation mit OberflächenStützpunkten in Abständen von 0.4e, 0.9e und 1.4e vom kritischen Punkt zu ermitteln, siehe 18.6.1; es ist dabei e
die (maßgebende) Dicke des Bauteils im kritischen Punkt, siehe B.2.18.
Bezeichnet man den Wert der interessierenden Größe im kritischen Punkt mit yo, den entsprechenden im
Stützpunkt Pi mit yi, so kann yo mit folgender Formel errechnet werden
y o y1 1,52 ( y 2 y1 ) 0,72 ( y 3 y 2 ) 2,52 y1 2,24 y 2 0,72 y 3
(B.7-2)
Dabei ist
P1 der im Abstand 0,4e vom kritischen Punkt liegende Stützpunkt, P2 der nächste.
ANMERKUNG
In Zweifelsfällen und in Fällen in denen die Extrapolation zu unsinnigen Ergebnissen führt, darf die
Gesamtspannung bzw. Gesamtdehnung eines Modells, das sich ausschließlich in lokalen Störstellendetails unterscheidet
verwendet werden.
B.8 Nachweise außerhalb des Zeitstandbereiches
B.8.1 Allgemeines
Alle in den folgenden Unterabschnitten von B.8 festgelegten Nachweise und alle relevanten Lastfälle sind zu
berücksichtigen.
B.8.2 behandelt vor allem Versagen durch globale plastische Verformung (Tragfähigkeit (TN)), im Betriebsfall oder
im Prüffall, erfasst aber auch unzulässige örtliche Dehnungen. Die anderen Unterabschnitte behandeln: Versagen
durch fortschreitende plastische Verformung (Einspielen (EN)), siehe B.8.3; Instabilität (SN), siehe B.8.4; Zyklische
Ermüdung (ZEN), siehe B.8.5; und Umstürzen und Festkörperverschiebung, d. h. mit Bewegung des Bauwerks als
starrer Körper (GN), siehe B.8.6.
598
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.8.2 Tragfähigkeitsnachweis (TN) (Nachweis gegen Globales Plastisches Versagen)
B.8.2.1
Verbindliche Regel
Für jeden Lastfall muss der Bemessungswert einer Einwirkung bzw. einer Kombination von Einwirkungen kleiner
sein als die Tragfähigkeit des Berechnungsmodells mit
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz,
Tresca'scher Fließbedingung (Hauptschubspannungshypothese) und assoziiertem Fließgesetz,
in B.8.2.3 c) bzw. B.8.2.4 c) festgelegtem Bemessungskennwert der Werkstofffestigkeit RMd,
in B.8.2.3 c) bzw. B.8.2.4 c) festgelegtem Teilsicherheitsbeiwert R,
proportionaler Zunahme aller Einwirkungen und einem spannungsfreien Ausgangszustand,
wobei der maximale Absolutwert der Hauptstrukturdehnungen weniger beträgt als
5 % in Normalbetriebslastfällen
7 % in Prüflastfällen.
ANMERKUNG 1 Für außergewöhnliche Lastfälle gilt die Dehnungsbegrenzung nicht.
ANMERKUNG 2 Im Fall der in EN 13445-5:2014 festgelegten normalen Druckprobe und vernachlässigbaren Einwirkungen
außer Druck ist der Druckprobennachweis nicht erforderlich.
An Stelle der Trescaschen Fließbedingung darf die Misessche verwendet werden; es ist dann jedoch der
Bemessungswert der Fließgrenze mit
3 / 2 zu multiplizieren.
Mit Ausnahme der Fälle in denen (einwirkungsbedingte) Deformation verschwächend wirkt, siehe B.7.1, ist der
Nachweis mit Theorie 1. Ordnung zu führen. In Fällen in denen die (einwirkungsbedingte) Deformation
verschwächend wirkt, sind geometrisch nichtlineare Effekte zu berücksichtigen.
B.8.2.2
Anwendungsregel: Untere Schranke der Grenztragfähigkeit
Sofern nachgewiesen werden kann, dass irgendeine untere Schranke der Tragfähigkeit des in der Verbindlichen
Regel festgelegten Berechnungsmodells, für eine Einwirkung oder eine Kombination von Einwirkungen, ohne
Verletzung der in der Verbindlichen Regel festgelegten Dehnungsbegrenzung erreicht wird, darf folgende
Anwendungsregel verwendet werden.
Der Bemessungswert einer Einwirkung oder die Kombination der Bemessungswerte von Einwirkungen ist nicht
größer als die entsprechende untere Schranke der Tragfähigkeit des in der Verbindlichen Regel festgelegten
Berechnungsmodells.
B.8.2.3
a)
Nachweis für Normalbetriebslastfälle
Die Teilsicherheitsbeiwerte sind nach Tabelle B.8-1 festzulegen.
599
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle B.8-1 — Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen des TN für
Normalbetriebslast fälle
Einwirkung
Bedingung
Teilsicherheitsbeiwert
Ständig
Bei ungünstigen Einwirkungen
G 1,2
Ständig
Bei günstigen Einwirkungen
G 0,8
Veränderlich
Bei nicht begrenzten veränderlichen Einwirkungen
Q 15
,
Veränderlich
Bei begrenzten veränderlichen Einwirkungen und
bei Extremwerten
Q 10
,
Druck
Bei Einwirkungen ohne einen auf einem Naturgesetz
beruhenden Grenzwert
P 12
,
Druck
Bei Einwirkungen mit einem auf einem Naturgesetz
beruhenden Grenzwert, z.B. bei Vakuum
P 10
,
Temperatur *
T 1,0
* Es kann erforderlich sein, in einem TN Effekte durch behinderte Wärmedehnungen aufzunehmen,
z.B. bei Verwendung von Teilmodellen bei denen Verschiebungen in einem Modell zu eingeprägten
Verschiebungen in einem anderen Modell werden.
Für Wind, Schnee und Erdbeben sind die in einschlägigen regionalen Regelwerken festgelegten
(landesspezifischen) Werte zu verwenden, sofern sie größer als die angegebenen sind. Die Übereinstimmung mit
den entsprechenden charakteristischen Werten ist zu überprüfen – die im regionalen Regelwerk angestrebte
(Gesamt-) Sicherheit muss gegeben sein.
Entspricht nur ein Anteil des Drucks einem auf einem Naturgesetz beruhenden Grenzwert, z.B. die
Druckkomponente aufgrund des hydrostatischen Drucks, so kann diese mit P 1,0 multipliziert werden, und nur
der Rest mit P 1,2 .
b)
Kombinationsregeln
Alle ständigen Einwirkungen sind in jeden Lastfall aufzunehmen.
Jede Druckeinwirkung ist mit der jeweils ungünstigsten veränderlichen Einwirkung zu kombinieren.
Jede Druckeinwirkung ist mit der entsprechenden Summe der veränderlichen Einwirkungen zu kombinieren; die
Bemessungswerte stochastischer Einwirkungen (siehe B.6-1 und Tabelle B.6-1) dürfen mit dem
Kombinationsfaktor = 0,9 multipliziert werden, sofern die stochastischen Einwirkungen mit dem Druck und/oder
mit zumindest einer anderen stochastischen Einwirkung kombiniert wird.
ANMERKUNG
Da es äußerst unwahrscheinlich ist, dass alle veränderlichen stochastischen Einwirkungen gleichzeitig ihr
Maximum annehmen, darf jede einzeln mit = 0,9 multipliziert werden, wenn sie mit der Druckeinwirkung oder einer anderen
stochastischen Einwirkung kombiniert wird.
Veränderliche Einwirkungen mit günstigem Effekt dürfen nicht berücksichtigt werden.
c)
600
Werkstofffestigkeitskennwerte RM und Teilsicherheitsbeiwerte R sind nach Tabelle B.8-2 festzulegen.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle B.8-2 — RM und R im TN für Normalbetriebslastfälle
R
Werkstoff
RM
Ferritischer1 Stahl
R eH oder R p0,2/T
R p0,2/T
1,25 für
R m/20
0,8
R p0,2/T
sonst
R m/20
1,25
1,5625
Austenitischer Stahl
(30% A5 <35%)
R p1,0/T
1,0 für
Austenitischer Stahl
( A5 35%)
R p1,0/T
(siehe Anm.)
2,5R p1.0/T
R m/T
19/12 für
R p0,2/T
2R p0,2/T
R m/20
1
0,4
R m/T
für 0,4
1,25 für
Stahlguss
R p1.0/T
R p1.0/T
R m/T
R p1.0/T
R m/T
R p0.2/T
R m/20
0,5
0,5
19 / 24
sonst
Andere Stähle als Austenitischer nach 6.4 und 6.5
Als Bezugstemperatur der temperaturabhängigen Festigkeitskennwerte ist eine Temperatur zu wählen, die nicht
geringer ist als die maximale Berechnungstemperatur
ANMERKUNG 1 Die Bezugstemperatur darf ortsabhängig oder ortsunabhängig gewählt werden
ANMERKUNG 2 Bei austenitischen Stählen können die in Tabelle B.8-2 festgelegten Werte zu großen Verformungen führen
und es ist daher ratsam, den Nachweis gegen Leckage an Schraubenverbindungen, verschraubten Deckeln, usw. zu führen.
B.8.2.4
a)
Nachweis für Prüflastfälle
Die Teilsicherheitsbeiwerte sind nach Tabelle B.8-3 festzulegen.
Tabelle B.8-3 — Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen des TN für Prüflastfälle
Einwirkung
Bedingungen
Teilsicherheitsbeiwert
Ständig
Bei ungünstigen Einwirkungen
G 1,2
Ständig
Bei günstigen Einwirkungen
G 0,8
Druck
-
P 10
,
Die Berücksichtigung veränderlicher Einwirkungen ist nicht erforderlich.
601
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b)
Kombinationsregeln
Alle ständigen Einwirkungen sind in jeden Lastfall aufzunehmen.
Sofern mehr als eine Druckprüfung durchzuführen ist, z. B. bei Mehrkammerbehältern, ist jeder einzelne
Druckprüflastfall zu berücksichtigen.
c)
RM und R sind nach Tabelle B.8-4 festzulegen.
Tabelle B.8-4 — RM und R des TN für Prüflastfälle
Ferritischer Stahl
ReH or Rp0,2
R
1,05
Austenitischer Stahl
(30% A5 <35%)
Rp1,0
1,05
Werkstoff
1
RM 2
1,05 für
1
2
Austenitischer Stahl
( A5 35%)
Rp1,0
Stahlguss
Rp0,2
Rp1,0
Rm
2,0Rp1,0
0,525
sonst
Rm
1,33
Andere Stähle als austenitische nach 6.4 und 6.5
Die Werte für RM sind für die Prüftemperatur zu bestimmen.
ANMERKUNG
Die Deformation kann bei austenitischen Stählen und diesen Werkstoffkennwerten groß sein. Es ist daher
ratsam, den Nachweis gegen Leckagen an Schraubenverbindungen, geschraubten Deckeln, etc. zu führen.
B.8.3 Einspielnachweis (EN)
B.8.3.1
Verbindliche Regel
Bei wiederholter Einwirkung der im folgenden beschriebenen Einwirkungszyklen darf in einem Berechnungsmodell
mit
Theorie 1. Ordnung,
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz mit
Misesscher Fließbedingung (Gestaltsänderungsenergiehypothese) und assoziiertem Fließgesetz und
Bemessungswerten der Fließgrenze RMd nach B.8.3.4
fortschreitende plastische Deformation nicht auftreten.
ANMERKUNG
In diesem Nachweis sind alle Teilsicherheitsbeiwerte
Bemessungsfunktionen sind mit charakteristischen Funktionen identisch.
602
gleich
Eins,
Bemessungswerte
und
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.8.3.2
Anwendungsregel 1: Technisches Einspielen
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern der größte Absolutwert der Hauptstrukturdehnung nach Einwirkung der
spezifizierten Zyklenzahl kleiner als 5% ist. Ist keine Zyklenzahl spezifiziert, so ist eine passend erscheinende Zahl,
mindestens jedoch 500, anzunehmen.
ANMERKUNG
An Stelle der Strukturdehnungen dürfen Gesamtdehnungen in einem Modell, das sich nur in lokalen
Störstellendetails unterscheidet, verwendet werden.
B.8.3.3
Anwendungsregel 2: Einspielen im engen Sinn
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern sich das Modell mit Spannungs- und Verzerrungskonzentrationen unter
den betrachteten Einwirkungszyklen auf linearelastisches Verhalten einspielt.
B.8.3.4
Anwendungsregel 3: Technisches Einspielen
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern die beiden folgenden Bedingungen erfüllt sind:
a)
Das äquivalente konzentrationsfreie Modell, siehe B.2.16, oder ein beliebiges Modell, das sich von dem Modell
mit lokalen Spannungs- und Verzerrungskonzentrationen ausschließlich in den lokalen Spannungs- und
Verzerrungskonzentrationen unterscheidet, spielt sich unter den zu betrachtenden Zyklen auf linearelastisches
Verhalten ein.
b)
Für das (Detail-)Modell, mit lokalen Spannungs- und Verzerrungskonzentrationen, kann ein zeitunabhängiger
Eigenspannungszustand gefunden werden, sodaß die Summe aus diesem Spannungsfeld und dem für die
zyklische Einwirkung mit einem (unbegrenzt) linearelastischen Werkstoffgesetz ermittelten zyklischen
Spannungsfeld verträglich ist mit der einschlägigen Fließbedingung in einem mindestens 80% jeder
Wanddicke umfassenden Kernbereich des Bauteils.
ANMERKUNG 1 Ein Eigenspannungszustand ist ein Spannungszustand, der die Gleichgewichtsbedingungen (im Inneren und
in der Oberfläche) für verschwindende eingeprägte Kräfte erfüllt, d. h. für verschwindende Massenkräfte im Inneren und für
verschwindende Oberflächenkräfte in allen Punkten der Oberfläche mit Ausnahme von Punkten mit eingeprägten
Verschiebungen.
ANMERKUNG 2 In Oberflächenpunkten mit eingeprägten Verschiebungen können Eigenspannungszustände von Null
verschiedenen Kräfte entsprechen.
ANMERKUNG 3 Ein Spannungszustand ist mit der einschlägigen Fließbedingung verträglich, sofern die von Mises'sche
Vergleichsspannung zu keiner Zeit und an keiner Stelle den Bemessungs-Festigkeitskennwert überschreitet.
B.8.3.5
Anwendungsregel 4: Technisches Einspielen bei mechanischen Einwirkungen
Diese Anwendungsregel gilt für Lastfälle ohne Wärmespannungen und ohne verschiebungsinduzierte
Spannungen.
Die verbindliche Regel ist (ohne speziellen Nachweis) erfüllt für alle Einwirkungszyklen innerhalb des Bereichs der
nach dem Tragfähigkeitsnachweis (TN) zulässigen Einwirkungen.
ANMERKUNG
Es gibt Lastfälle mit eingeprägten Verschiebungen, die mittels globaler Gleichgewichtsbedingungen durch
Lastfälle mit eingeprägten Kräften beschrieben werden können, z. B. Lastfälle mit eingeprägten verschwindenden vertikalen
Verschiebungen an Pratzen, wo die entsprechenden Kräfte mit Hilfe der globalen Gleichgewichtsbedingungen bestimmt werden
können.
B.8.3.6
a)
Nachweise
Einwirkungszyklus
Die charakteristischen Werte oder -funktionen der Druck-Temperatur-Paare sind mit den ungünstigsten
veränderlichen Einwirkungszyklussen, die alle nach vernünftigem Ermessen vorhersehbaren Kombinationen
umfasst, zu kombinieren.
603
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Es ist wichtig, dass die charakteristischen Funktionen für die entsprechenden Einwirkungen tatsächlich
repräsentativ sind; der Betreiber, oder der von ihm Beauftragte, sollte bei der Festlegung involviert sein. Die charakteristischen
Funktionen sollten nicht nur die nach vernünftigem Ermessen vorhersehbar wiederkehrend auftretenden Einwirkungen im
Einwirkungsraum einhüllen, sie sollten auch hinsichtlich der Änderungsgeschwindigkeit repräsentativ sein, d. h. sie sollten die
Einwirkungstrajektorien im Einwirkungs - Zeit - Raum (eng) einhüllen. In Zweifelsfällen kann es erforderlich sein,
Temperaturfunktionen (über der Zeit) durch eine langsame und eine schnelle Funktion zu charakterisieren, um den schlimmsten
Fall zu erfassen.
b)
Bemessungswerte der Fließgrenze
1)
Andere Stähle als austenitische nach 6.4 und 6.5:
RM ist gegeben durch ReH oder Rp0,2/T bei der (zeit- und ortsabhängigen) Berechnungstemperatur oder bei
einer zeitunabhängig Temperatur die nicht kleiner als 0,75 Tc max + 0,25 Tc min sein darf, wobei Tc max und
Tc min die höchste und die niedrigste Berechnungstemperatur in jedem Punkt während des gesamten
Einwirkungszyklus ist.
2)
Austenitische Stähle nach 6.4 und 6.5:
RM ist gegeben durch Rp1,0/T bei der (zeit- und ortsabhängigen) Berechnungstemperatur oder bei einer
zeitunabhängig Temperatur die nicht kleiner als 0,75 Tc max + 0,25 Tc min sein darf, wobei Tc max und Tc min
die höchste und die niedrigste Berechnungstemperatur in jedem Punkt während des gesamten
Einwirkungszyklus ist.
3)
Stahlguss:
RM ist gegeben durch ReH oder Rp0,2/T bei der (zeit- und ortsabhängigen) Berechnungstemperatur oder bei
einer zeitunabhängig Temperatur die nicht kleiner als 0,75 Tc max + 0,25 Tc min sein darf, wobei Tc max und
Tc min die höchste und die niedrigste Berechnungstemperatur in jedem Punkt während des gesamten
Einwirkungszyklus ist.
B.8.4 Stabilitätsnachweis (SN)
B.8.4.1
Verbindliche Regel
Für jeden Lastfall darf der Bemessungswert der Einwirkung oder der Kombination von Einwirkungen nicht größer
sein als der entsprechende Bemessungswert der Versagensgrenze. Der Versagensgrenzwert ist mit einem
Berechnungsmodell mit
Vordeformationen entsprechend den (klassischen) Verzweigungsbeulformen und mit Abweichungen von der
Idealform entsprechend den nach EN 13445-4:2014 zulässigen Werten, oder entsprechend auf der Zeichnung
als maximal zulässig spezifizierten Werten,
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz mit
Misesscher Fließbedingung und assoziiertem Fließgesetz
nach B.8.4.4 festgelegtem Bemessungswert der Fließgrenze,
spannungsfreiem Anfangszustand
und unter der Bedingung, dass der größte Absolutbetrag der Hauptstrukturdehnung 5% nicht überschreitet, zu
bestimmen.
Der Bemessungswert der Versagensgrenze ist durch Division des so bestimmten Versagensgrenzwert mit dem
nach B.8.4.4 und B.8.4.5 ermittelten Teilsicherheitsbeiwertes R zu ermitteln.
B.8.4.2
Anwendungsregel 1: Versuchsergebnisse
Sofern einschlägige Versuchsergebnisse für bestimmte Lastfälle vorliegen, darf folgende Anwendungsregel
verwendet werden:
604
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern der Bemessungswert einer Einwirkung oder einer Kombination von
Einwirkungen nicht größer ist als eine untere Schranke der auf Grundlage praktischer Versuche zu erwartenden
Versagenswerte.
Bei diesen Versuchen sind auch die Auswirkungen von Formabweichungen zu berücksichtigen. Die Ergebnisse
werden gewöhnlich durch ein theoretisches Modell mit einem experimentell ermittelten Abminderungsfaktor
korreliert. Ein derartiges theoretisches Modell umfasst Beulversagen im elastischen Bereich und einen Vergleich
der berechneten Spannung mit der Streckgrenze und kann die Auswirkungen von Formabweichungen
einschließen. Die Toleranzen der Konstruktion sind so festzulegen, dass Formabweichungen in dem Bereich
bleiben, für den experimentell ermittelte Daten vorliegen.
B.8.4.3
Anwendungsregel 2: Abschnitt 8 (für Druckeinwirkung)
Der Stabilitätsnachweis für Druckeinwirkungen gilt als erbracht, sofern die Forderungen nach Abschnitt 8 erfüllt
sind.
B.8.4.4
Nachweis für Normalbetriebslastfälle
a)
Teilsicherheitsbeiwerte von Einwirkungen und Kombinationsregeln sind nach B.8.2.3 (für den TN) zu wählen.
Zusätzlich ist die Temperatureinwirkung in alle zutreffenden Lastfälle mit dem Teilsicherheitsbeiwert 1
aufzunehmen
b)
Festigkeitskennwerte sind nach Tabelle B.8-2 zu bestimmen. Diese Werte sind im Modell direkt zu verwenden,
ohne Anwendung eines Teilsicherheitsbeiwertes.
c)
Der Teilsicherheitsbeiwert R ist
1,25 sofern die Druckprüfung (unter Außendruck) nach EN 13445-5:2014 durchgeführt wird,
1,5 sonst
B.8.4.5
Nachweis für Prüflastfälle
a)
Teilsicherheitsbeiwerte und Kombinationsregeln sind nach B.8.2.4 (für den TN) zu wählen.
b)
Festigkeitskennwerte sind nach Tabelle B.8-4 zu bestimmen. Diese Werte sind direkt zu verwenden, ohne
Anwendung eines Teilsicherheitsbeiwertes.
c)
Der Teilsicherheitsfaktor R ist mit 1.1 einzusetzen.
B.8.5 Ermüdungsnachweis (ZEN)
B.8.5.1
Verbindliche Regel
Der für alle (zyklischen) Bemessungsfunktionen von Druck/Temperatur und anderen veränderlichen Einwirkungen
ermittelte Bemessungswert des Ermüdungsmaßes für zyklische Einwirkungen Dd darf nicht größer als Eins sein.
B.8.5.2
Anwendungsregel
Der Ermüdungsnachweis gilt als erbracht, wenn die Forderungen in Abschnitt 18 erfüllt sind.
605
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.8.5.3
Besondere Forderungen
Beim Ermüdungsnachweis ist die Plattierung sowohl bei der Ermittlung der Temperatur-verteilung als auch der
Spannungsanalyse zu berücksichtigen. Eine Vollverbundplattierung, deren Nenndicke nicht mehr als 10 % der
Gesamtwanddicke des Bauteils beträgt, darf jedoch bei der Berechnung vernachlässigt werden, d. h. die
Grundwerkstoffgeometrie der Modellgeometrie zugrunde gelegt werden.
B.8.6 Standsicherheitsnachweis (SE)
B.8.6.1
Verbindliche Regel
Die Bemessungswerte der stabilisierenden Einwirkungen dürfen nicht kleiner sein als die der destabilisierender
Einwirkungen.
B.8.6.2
a)
Nachweise
Die Teilsicherheitsbeiwerte sind nach Tabelle B.8-2 und Tabelle B.8-4 (für den TN) zu bestimmen. Sofern
charakteristische Werte regionaler Regelwerke (landesspezifische Werte) verwendet werden, sind eventuell
andere Teilsicherheitsbeiwerte erforderlich, um die im regionalen Regelwerk verlangte (Gesamt-) Sicherheit zu
erzielen.
Beim Standsicherheitsnachweis (Nachweis des statischen Gleichgewichts) ist für destabilisierende (ungünstige)
Einwirkungen der obere charakteristische Wert, für stabilisierende (günstige) Einwirkungen der untere
charakteristische Wert einzusetzen.
Für ständige Einwirkungen sind die entsprechenden Bemessungswerte zu verwenden, und zwar abhängig davon,
ob ihre stabilisierenden und destabilisierenden Effekte herrühren von:
ungünstigen oder günstigen Komponenten einer einzigen ständigen Einwirkung und/oder
verschiedenen ständigen Einwirkungen.
Eigengewichte von voneinander unabhängigen, tragenden oder nichttragenden Teilen aus verschiedenen
Werkstoffen sind als getrennte ständige Einwirkungen zu betrachten.
Das Eigengewicht eines homogenen Bauteils ist als eine einzige ständige Einwirkung zu betrachten.
Eigengewichte im Wesentlichen gleicher Tragwerksteile (oder im Wesentlichen gleicher nichttragender Teile) sind
als unabhängige ungünstige oder günstige Anteile einer einzigen ständigen Einwirkung zu betrachten.
b)
Kombinationsregeln
In die Berechnung der stabilisierenden Effekte sind nur die Einwirkungen in den entsprechenden Kombinationen
einzubeziehen, deren Auftreten in der betrachteten Situation mit Sicherheit angenommen werden kann.
Veränderliche Einwirkungen sind zu berücksichtigen, wenn sie die destabilisierenden Effekte erhöhen, und zu
vernachlässigen, wenn sie die stabilisierenden Effekte erhöhen.
Die Möglichkeit, dass nichttragende Teile eventuell nicht angebracht oder entfernt werden, ist zu berücksichtigen.
Die stabilisierenden Effekte veränderlicher Einwirkungen sind nicht zu berücksichtigen.
Hat die Ungenauigkeit einer Abmessung wesentlichen Einfluss auf den Standsicherheits-nachweis, ist der nach
vernünftigem Ermessen vorhersehbar ungünstigste Wert für diese Abmessung zu verwenden.
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EN 13445-3:2014 (D)
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B.9 Kriechnachweise
B.9.1 Allgemeines
Alle in den Unterabschnitten dieses Abschnittes festgelegten Nachweise sind zu berücksichtigen, zusätzlich zu den
in B.8 festgelegten Nachweisen. Alle einschlägigen Lastfälle sind zu berücksichtigen.
ANMERKUNG
Es kann Lastfälle geben, für die Kriechfestigkeitsnachweise den entsprechenden Tragfähigkeitsnachweis
ersetzen können.
Die Unterabschnitte gelten wie folgt: Für den Kriechfestigkeitsnachweis (KFN), siehe B.9.4 und für den
Kriechdehnungsnachweis (KDN), siehe B.9.5.
B.9.2 Schweißverbindungen
Die Kriecheigenschaften von Schweißverbindungen können sich von denen des Grundwerkstoffes wesentlich
unterscheiden, Dehnungskonzentration können die Folge sein. Schweißnähte, bei denen die maximale
Spannungskomponente normal zur Schweißnahtrichtung 80 % des einschlägigen Bemessungswertes des
Kriechfestigkeitskennwertes übersteigt, sind in dem Berechnungsmodell als eigener Bereich, geringfügig größer als
der wahrscheinliche maximale Schweißnahtbereich, einschließlich der Wärmeeinflusszone, zu modellieren.
Als Bemessungswerte der Kriechfestigkeitskennwerte dieses Schweißnahtbereiches sind folgende Werte zu
verwenden:
80 % der Bemessungswerte des Grundwerkstoffs, falls der Wert nicht durch Prüfungen nach
EN 13445-2:2014, Anhang C, bestimmt wird, ausgenommen sind Sonderfälle, für die bekannt ist, dass
niedrigere Werte existieren,
die sich durch Prüfungen nach EN 13445-2:2014, Anhang C, ergebenden Bemessungswerte,
keine höheren Werte als die entsprechenden Bemessungswerte des Grundwerkstoffs.
Voraussetzung für die Anwendung dieses Abschnittes ist, dass alle kriechkritischen Bereiche für Untersuchungen
und zerstörungsfreie Prüfungen während des Betriebs zugänglich sind und dass Anleitungen für die zweckmäßige
Wartung und Inspektion aufgestellt und in die Betriebsanleitungen aufgenommen werden.
ANMERKUNG 1 Es sollten Hilfsmittel zum Verfolgen von Kriechverformungen vorgesehen sein, einschließlich konstruktiver
Vorkehrungen, wie spezielle Messpunkte.
ANMERKUNG 2 Empfehlungen für zweckmäßige Wartungs- und Inspektionsmaßnahmen sind in Anhang M angegeben.
B.9.3 Kriechfestigkeitskennwerte
Bei der Bestimmung der charakteristischen Werte des Kriechfestigkeitskennwertes RM sind die Mittelwerte der
festgelegten Kriechfestigkeitskennwerte der Werkstoffe entsprechend dem Zustand des Werkstoffs nach der
Fertigung zu verwenden. Diese Werte müssen denen in den entsprechenden Werkstoffspezifikationen
entsprechen. Die Extrapolationen müssen den nach Abschnitt 19 durchgeführten Extrapolationen entsprechen.
Die Temperatur, für die diese charakteristischen Werte bestimmt werden, muss die in den entsprechenden
Unterabschnitten der Kriechnachweise, B.9.4 bis B.9.6, festgelegte Bezugstemperatur sein.
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B.9.4 Kriechfestigkeitsnachweis (KFN)
B.9.4.1
Verbindliche Regel
Für jeden Kriechlastfall muss der Bemessungswert einer Einwirkung bzw. einer Kombination von Einwirkungen,
kleiner sein als die Tragfähigkeit des Berechnungsmodells mit
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz,
von Mises'scher Fließbedingung (Gestaltänderungsenergiehypothese) und assoziiertem Fließgesetz,
in Tabellen B.9-2 und B.9-3 festgelegtem Werkstofffestigkeitskennwert RM und Teilsicherheitsbeiwert R ,
proportionaler Zunahme aller Einwirkungen und einem spannungsfreiem Ausgangszustand,
wobei der maximale Absolutwert der Hauptstrukturdehnungen weniger beträgt als 5 %.
Mit Ausnahme von Fällen, in denen die Verformung einen verschwächenden Einfluss hat, siehe B.7.1, ist
Theorie 1. Ordnung zu verwenden; in Fällen, in denen die Verformung einen verschwächenden Einfluss hat, sind
geometrische nichtlineare Effekte zu berücksichtigen.
B.9.4.2
Anwendungsregel: Untere Schranke der Grenztragfähigkeit
Sofern nachgewiesen werden kann, dass eine untere Schranke der Tragfähigkeit des in der Verbindlichen Regel
festgelegten Berechnungsmodells für eine Einwirkung oder eine Kombination von Einwirkungen ohne Verletzung
der in der Verbindlichen Regel festgelegten Dehnungsbegrenzung erreicht wird, ist die Verbindliche Regel erfüllt,
sofern der Bemessungswert einer Einwirkung oder Kombination von Einwirkungen nicht größer ist als die
entsprechende untere Schranke der Tragfähigkeit des in der Verbindlichen Regel festgelegten
Berechnungsmodells.
B.9.4.3
Nachweise
a)
Nachweise sind nur für Normalbetriebslastfälle erforderlich
b)
Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen sind nach Tabelle B.9-1 festzulegen.
Tabelle B.9-1: Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen des KFN
Bedingung
Einwirkung
Teilsicherheitsbeiwert
Ständig
Bei ungünstigen Einwirkungen
G 1,2
Ständig
Bei günstigen Einwirkungen
G 0,8
Veränderlich
Bei nicht begrenzten veränderlichen Einwirkungen
Q 1,5
Veränderlich
Bei begrenzten veränderlichen Einwirkungen und
Grenzwerten
Q 1,0
Druck
P 1,2
Temperatur a
R 1,0
a
Es kann erforderlich sein, in einem KFN Effekte durch behinderte Wärmedehnungen aufzunehmen,
z.B. bei Verwendung von Teilmodellen bei denen Verschiebungen in einem Modell zu eingeprägten
Verschiebungen in einem anderen Modell werden.
c)
Die Kombinationsregeln gelten wie folgt:
Alle ständigen Einwirkungen sind in jeden Lastfall aufzunehmen.
Jede Druckeinwirkung ist mit der jeweils ungünstigsten veränderlichen Einwirkung zu kombinieren
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Jede Druckeinwirkung ist mit der entsprechenden Summe der veränderlichen Einwirkungen zu
kombinieren. Die stochastischen Einwirkungen, siehe B.6-1 und Tabelle B.6-1, dürfen mit dem
Kombinationsfaktor = 0,9 multipliziert werden, sofern diese stochastischen Einwirkungen mit dem Druck
und/oder zumindest einer anderen stochastischen Einwirkung kombiniert werden.
ANMERKUNG 1 Da es äußerst unwahrscheinlich ist, dass alle veränderlichen stochastischen Einwirkungen gleichzeitig ihr
Maximum annehmen, darf jede einzeln mit = 0,9 multipliziert werden, wenn sie mit der Druckeinwirkung oder einer anderen
stochastischen Einwirkung kombiniert wird.
Veränderliche Einwirkungen mit günstigen Effekten dürfen nicht berücksichtigt werden.
d)
Werkstofffestigkeitskennwerte (RM) und Teilsicherheitsbeiwerte (R) sind ohne Lebensdauerüberwachung
nach Tabelle B.9-2 bzw. mit Lebensdauerüberwachung nach Tabelle B.9-3 festzulegen.
ANMERKUNG 2 Lebensdauerüberwachung siehe 19.2.
e)
Als Bezugstemperatur T ist eine Temperatur zu verwenden, die nicht kleiner ist als die maximale
Berechnungstemperatur des betrachteten Lastfalls.
ANMERKUNG 3 Die Bezugstemperatur T darf ortsabhängig oder ortsunabhängig gewählt werden.
Als Bezugszeit t ist die für die Komponente oder das Bauteil festgelegte Lebensdauer im Zeitstandbereich, siehe
B.1.4, zu verwenden.
Tabelle B.9-2: RM und R für KFN-Lastfälle ohne Überwachung
R
RM
Werkstoff
1,25 wenn
Rm/ T / t
Stahl
Rm/T / t
Rp1,0/T / t
1,5
sonst
R
1
m/T / t
1,2 R
p1,0/T / t
Rm/ T / t
Stahlguss
(19/15) Wert für Stahl
Tabelle B.9-3: RM und R für KFN-Lastfälle mit Überwachung
RM
R
Stahl
Rm/ T / t
12,5
12
Stahlguss
Rm/ T / t
(19/15) Wert für Stahl
Werkstoff
B.9.5 Kriechdehnungsnachweis (KDN)
B.9.5.1
Verbindliche Regel
In jedem Punkt des Bauteils, in dem die Berechnungstemperatur in irgendeinem Lastfall im Zeitstandbereich ist,
darf die über alle Auslegungs-Lebensdauern im Zeitstandbereich akkumulierte äquivalente Kriech-Strukturdehnung
5 % nicht übersteigen.
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Bis Einigkeit über im wesentlichen auf Werte in Werkstoffnormen basierende Berechnungswerkstoffgesetze erzielt
ist, darf die Verbindliche Regel nicht verwendet werden, sondern müssen an Stelle der Verbindlichen Regel die
Anwendungsregeln verwendet werden.
B.9.5.2
Äquivalente Kriechdehnung
Mit der Bezeichnung
C
für die Komponenten des Kriechverzerrungstensors, ist die äquivalente Kriechdehnung
c ij
durch
3
3
c2 2 3 c ij2
(B.9-1)
i 1 j 1
definiert.
B.9.5.3
B.9.5.3.1
Anwendungsregel 1: Lange Kriechperioden (Akkumulationsregel gewichteter Standzeiten)
Allgemeines
Diese Anwendungsregel gilt für Kriechlastfälle mit ausreichend langen Kriechperioden und mit im wesentlichen
zeitunabhängigen Temperaturen und zeitunabhängigen anderen wesentlichen Einwirkungen, sodass eine
Berechnung mit zeitunabhängigen oberen Schranken aller einschlägigen Einwirkungen eine verhältnismäßig gute
Näherung des Kriechverhaltens des Bauteils ergibt. Die Kriechperioden müssen lang genug sein, sodass die
Vernachlässigung des Einflusses von Anfangsbedingungen auf die Standzeit berechtigt ist.
ANMERKUNG
Im Zweifelsfall ist die Gültigkeit dieser Voraussetzung mit akzeptablen Werkstoffmodellen zu überprüfen.
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern in jedem Punkt des Bauteils, in dem die Berechnungstemperatur in
irgendeinem Kriechlastfall im Zeitstandbereich ist, die über alle Auslegungs-Lebensdauern im Zeitstandbereich
akkumulierte gewichtete Standzeit im Zeitstandbereich nicht größer als Eins ist. Die Gewichtsfunktion ist der
Reziprokwert der zulässigen Standzeit für die für den entsprechenden Lastfall ermittelte Referenzspannung ref ,
siehe B.9.5.3.3.
B.9.5.3.2
Ermittlung der Bemessungstemperatur im Zeitstandbereich
Für jedes Intervall eines Lastfalls, in dem die Berechnungstemperatur in irgendeinem Punkt im Zeitstandbereich ist,
ist die Bemessungstemperatur für den Zeitstandbereich Td ( xi ) so festzulegen, dass sie die
Berechnungstemperatur Tc von oben begrenzt:
Td ( xi ) Tc ( xi , t )
Dieser obere Grenzwert kann durch einen niedrigeren Wert ersetzt werden, sofern dieser Wert in einem Zeitraum
von höchstens 10 % der Lastfall-Lebensdauer im Zeitstandbereich zu keinem Zeitpunkt um mehr als 10 %
überschritten wird.
ANMERKUNG
Die für jedes Intervall aller Lastfälle, in denen die Berechnungstemperatur im Zeitstandbereich ist,
festzulegende Bemessungstemperatur für den Zeitstandbereich kann ortsabhängig oder ortsunabhängig festgelegt werden.
B.9.5.3.3
Ermittlung der Referenzspannung
(k )
B.9.5.3.3.1 Ermittlung der elastischen Grenzeinwirkung Ae
Für jedes Intervall der Dauer Δt ( k ) eines Lastfalls, in dem die Berechnungstemperatur im Zeitstandbereich ist, ist
der Wert Ae der Einwirkung bzw. der Kombination von Einwirkungen zu ermitteln, der dem Beginn der
Plastifizierung in dem Bereich mit Berechnungstemperaturen im Zeitstandbereich in einem Berechnungsmodell
entspricht, mit
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz,
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von Mises'scher Fließbedingung (Gestaltänderungsenergiehypothese),
Werkstofffestigkeitskennwerten und Teilsicherheitsbeiwerten nach B.9.5.3.2.2,
und
proportionaler Zunahme aller Einwirkungen, mit Ausnahme der Temperatur, die zeitunabhängig zu verwenden
ist, und
einem spannungsfreien Ausgangszustand.
B.9.5.3.3.2 Werkstoffkennwerte und Teilsicherheitsbeiwerte
Werkstoffkennwerte sind nach Tabelle B.9-2 festzulegen, jedoch mit
den Teilsicherheitsbeiwerten R gleich 1,0
der Referenzzeit entsprechend der (ausreichend langen) Intervalldauer Δt ( k ) , siehe B.9.5.3.3.1
ANMERKUNG 1 Für Bauteile aus mehreren Werkstoffen sind die Werkstoffkennwerte und ihre Bemessungswerte
ortsabhängig.
ANMERKUNG 2 Für Bauteile aus einem Werkstoff sind die Werkstoffkennwerte und ihre Bemessungswerte ortsabhängig oder
ortsunabhängig, je nach Wahl der Bemessungstemperatur im Zeitstandbereich.
B.9.5.3.3.3 Ermittlung der (dehnungsbegrenzten) Grenzeinwirkung Au (k )
Für jedes Intervall der Dauer Δt ( k ) eines Lastfalls, in dem die Berechnungstemperatur im Zeitstandbereich ist,
muss der Höchstwert der Einwirkung bzw. der Kombination von Einwirkungen kleiner sein als die Tragfähigkeit des
Berechnungsmodells mit
linearelastisch-idealplastischem Werkstoffgesetz,
Mises'scher Fließbedingung (Gestaltänderungsenergiehypothese) und assoziiertem Fließgesetz,
Werkstoffkennwerten und Teilsicherheitsbeiwerten nach B.9.5.3.3.2,
und
proportionaler Zunahme aller Einwirkungen, mit Ausnahme der Temperatur, die zeitunabhängig zu verwenden
ist, und
einem spannungsfreien Ausgangszustand,
wobei der maximale Absolutwert der Hauptstrukturdehnungen weniger beträgt als 5 %.
B.9.5.3.3.4 Referenzspannung
Für jedes dieser Intervalle der Dauer Δt ( k ) ist die Referenzspannung gegeben durch
ref ( k ) 1 0,13( Au( k ) Ae( k ) ) / Ae( k ) A
(k )
(k )
RM
/ Au( k )
d
d
(B.9-2)
611
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worin, zusätzlich zu den oben definierten Bezeichnungen Ae (k ) , Au (k ) , RM d (k ) , der Bemessungswert der
entsprechenden Einwirkung, oder der entsprechenden Kombination von Einwirkungen, mit Ad (k ) bezeichnet ist.
Diese Bemessungswerte sind für Einwirkungen, außer der Temperatur, mit festgelegten zeitunabhängigen oberen
Grenzwerten der Einwirkungen und mit Teilsicherheitsbeiwerten nach Tabelle B.9-1 zu ermitteln. Die festgelegten
zeitunabhängigen oberen Grenzwerte müssen die Einwirkungen zumindest im entsprechenden Intervall
begrenzen.
ANMERKUNG
Je nach Wahl der Bemessungstemperatur im Zeitstandbereich und der Anzahl der Werkstoffe, siehe
ANMERKUNG 1 und ANMERKUNG 2, kann die Referenzspannung ortsunabhängig oder ortsabhängig sein. Da dieselbe
(k )
zugrunde liegt, ist der Näherungswert der Kriechbruchzeit ortsunabhängig. Daher kann irgendein
Referenzzeit Δt
passender Punkt xi gewählt werden, z. B. der Punkt mit der größten Vergleichsspannung, oder der Punkt mit der höchsten
Temperatur, und die Referenzspannung und Referenztemperatur in diesem Punkt zur Ermittlung der gewichteten Standzeit
verwendet werden.
B.9.5.3.4
Ermittlung der gewichteten Standzeit (Lebensdauer)
Für jedes Intervall der Dauer Δt ( k ) eines Lastfalls, in dem die Berechnungstemperatur im Zeitstandbereich ist, ist
die Gewichtsfunktion gegeben durch
1/ Δ t
(k )
all
(k )
für eine Spannung ref ( k ) und einer Grenzfestigkeit gleich dem in B.9.5.3.3.2,
all
d. h. nach Tabelle B.9-2, festgelegten Bemessungswerts des Werkstoffkennwertes.
mit der zulässigen Standzeit Δ t
Die diesem Intervall des Lastfalls entsprechende gewichtete rechnerische Standzeit ist gegeben durch
(k )
all
Kriechermüdungsmaß
Δ t (k ) / Δ t
B.9.5.3.5
Der Bemessungswert des Kriechermüdungsmaßes ist gegeben durch die akkumulierte gewichtete Standzeit, durch
die Summe aller gewichteten Standzeiten, summiert über alle Intervalle aller Lastfälle mit
Berechnungstemperaturen im Zeitstandbereich, d. h. durch
Dc ∑ Δ t ( k ) / Δ t
(k )
all
(B.9-3)
mit der Summe über alle Intervalle aller Lastfälle und alle spezifizierten (Bemessungs-)Lastfälle mit
Berechnungstemperaturen im Kriechbereich.
B.9.5.4
B.9.5.4.1
Anwendungsregel 2: Lange unterbrochene Kriechperioden
Allgemeines
Diese Anwendungsregel gilt für Lastfälle mit ausreichend langen Kriechperioden, wie Anwendungsregel 1, jedoch
für Fälle, in denen diese Kriechperioden durch Einwirkungszyklen mit vernachlässigbaren Kriechvorgängen und
ohne Plastifizierung unterbrochen sind, siehe B.9.5.4.2 und B.9.5.4.3.
Für solche Lastfälle können Kriechperioden und zyklische Einwirkungen getrennt betrachtet werden, und die
unterbrochenen Kriechperioden können zu einer gesamten (nicht unterbrochenen) Kriechperiode kombiniert
werden.
Die Verbindliche Regel ist erfüllt, sofern Kriech- und Kriechermüdungsnachweis B.9.6 erfüllt sind, mit einem für die
gesamte Kriechperiode, unter Verwendung der Anwendungsregel 1, ermittelten Bemessungswert des
Kriechermüdungsmaßes.
612
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
B.9.5.4.2
Einwirkungszyklen mit vernachlässigbaren Kriechvorgängen
Lange Kriechperioden unterbrechende Einwirkungszyklen gelten als Einwirkungszyklen mit vernachlässigbarem
Kriechvorgang, sofern die längste Dauer für Berechnungstemperaturen im Zeitstandbereich weniger als 100 h
beträgt.
B.9.5.4.3
Einwirkungszyklen ohne Plastifizierung
Lange Kriechperioden unterbrechende Einwirkungszyklen gelten als Einwirkungszyklen ohne Plastifizierung, sofern
die resultierende maximale von Mises'sche Vergleichsspannung des im folgenden beschriebenen Modells, mit den
im folgenden beschriebenen zyklischen Einwirkungen und mit den Anfangsbedingungen, nicht größer ist als der
Bemessungswert des im folgenden beschriebenen Kurzzeitfestigkeitskennwertes:
a) Das Werkstoffgesetz des Modells ist linearelastisch mit Werkstoffkennwerten nach B.7.5.2 ;
b) Die anfängliche Spannungsverteilung ist gleich der bei der Ermittlung der Grenzeinwirkung in B.9.5.3.3.3
erhaltenen Spannungsverteilung für eine zur Ermittlung der Werkstofffestigkeitskennwerte in B.9.5.3.3.2
benötigten Referenzzeit gleich der gesamten Kriechperiode.
c) Die Bemessungswerte der Kurzzeitfestigkeitskennwerte, mit denen die größte Vergleichsspannung zu
vergleichen ist, ist gleich dem spezifizierten Mindestwert von
Rp0,2/T für ferritische Stähle
c
Rp1,0/T für austenitische Stähle
c
mit der entsprechenden Temperatur Tc in jedem Punkt und zu jeder Zeit.
B.9.5.5
Zulässigkeitsnachweise
Einwirkungen, Kombinationsregeln, Referenztemperatur und Referenzzeit für Kriechperioden entsprechen den für
den Kriechfestigkeitsnachweis in B.9.4.3 festgelegten Angaben, aber alle Teilsicherheitsbeiwerte sind gleich eins.
B.9.6 Kriechermüdung und zyklische Ermüdung (KEN)
In keinem Punkt des Bauteils darf die Summe des Bemessungswertes des Kriechermüdungsmaβes, siehe B.9.5.3,
und des Bemessungswertes des Ermüdungsmaβes (für zyklische Einwirkungen), siehe B.8.5, gröβer als Eins sein.
613
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang C
(normativ)
Verfahren der Spannungskategorien für die Auslegung mit
Analyseverfahren
C.1 Zweck
Dieser Anhang enthält Regeln für die Auslegung mit Analyseverfahren
Spannungskategorien. Die Regeln gelten für Druckbehälter in allen Prüfklassen.
auf
der
Grundlage
von
Das beschriebene Verfahren wird als “Spannungsanalyse” bezeichnet und besteht aus der Auswertung elastisch
berechneter Spannungen an jedem beliebigen Punkt eines Druckbehälterteils und dem anschließenden Nachweis
ihrer Zulässigkeit anhand geeigneter Bewertungskriterien.
Die Regeln gelten für Druckbehälter in allen Prüfklassen.
Das Verfahren dient als:
Alternative zur Auslegung nach Formeln (siehe 5.4.1);
Ergänzung zur Auslegung nach Formeln in den Fällen,
die dadurch nicht erfasst werden;
die die Berücksichtigung von Umwelteinflüssen erfordern;
in denen örtliche Behörden eine Auslegung mit Analyseverfahren fordern, z. B. bei möglichen größeren
Gefährdungen oder aus Umweltschutzgründen;
in denen die in EN 13445-4:2014, Abschnitt 5 angegebenen Fertigungstoleranzen überschritten werden.
ANMERKUNG 1
Im letzten Fall müssen die Abweichungen klar dokumentiert werden.
als Alternative zur Auslegung nach Analyseverfahren nach Anhang B.
Das Verfahren kann auf Komponenten oder Bauteile von Druckbehältern angewandt werden.
In jedem Fall aber müssen alle relevanten Anforderungen dieses Anhangs für diese Komponenten oder Bauteile
erfüllt sein.
In keinem Fall darf bei ausschließlicher Druckbelastung die erforderliche Wanddicke nach (7.4-1) oder (7.4-2) für
Zylinderschalen, (7.4-4) oder (7.4-5) für Kugelschalen, (7.5-1) für gewölbte Böden und (7.6-2) oder (7.6-3) für
Kegelschalen nicht unterschreiten.
Die Regeln dieses Anhangs gelten nicht für Versagen durch Ermüdung. Ggf. ist eine Ermüdungsanalyse nach
Abschnitt 18 oder 17 vorzunehmen.
Die Regeln dieses Anhangs gelten nicht für Versagen durch elastische oder elastisch-plastische Instabilität
(Beulen). Ergibt die Analyse das Vorhandensein erheblicher Druckspannungen, ist die Gefahr des Einbeulens
gesondert zu bewerten.
C.8 enthält Festlegungen für im Zeitstandbereich betriebene Behälter oder Behälterteile.
Für im Zeitstandbereich betriebene Behälter oder Behälterteile ist es notwendig, dass die in 5.4.2 bzw. 17.5
festgelegten Anforderungen für ruhende Belastungen erfüllt sind (d. h. die Anzahl der Druckzyklen über die volle
Schwingbreite bzw. die Anzahl der äquivalenten Druckzyklen über die volle Schwingbreite liegt unter 500 bzw.
Neq).
Die vorliegende Fassung der Norm enthält in diesem Anhang keine Festlegungen für die Kriech-ErmüdungsWechselwirkung. Falls diese Wechselwirkung zu berücksichtigen ist, können die in Anhang B festgelegten
Berechnungsmethoden angewendet werden.
Dieser Anhang ist derzeit, wie die gesamte Norm, auf Werkstoffe mit ausreichender Duktilität begrenzt, für im
Zeitstandbereich beanspruchte Bauteile ist er jedoch auch auf Werkstoffe mit ausreichend hoher Duktilität im
Zeitstandbereich begrenzt, wie in EN 13445-2:2014 festgelegt.
614
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Aufgrund der fortschrittlichen Methoden, die zum Einsatz kommen, und der erforderlichen Erfahrungen zur
Anwendung dieser Methoden, ist, bis eine ausreichende firmeninterne Erfahrung nachgewiesen werden kann, die
Einbeziehung einer unabhängigen Einrichtung mit Qualifikation im Bereich DBA für die Beurteilung der Auslegung
(Berechnungen) und für die mögliche Festlegung besonderer NDT-Anforderungen erforderlich.
C.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 3:
C.2.1
Umfassende Störstelle
Unstetigkeit in Konstruktion oder Werkstoff, die die Spannungs- und Dehnungsverteilung über die gesamte
Wanddicke in einem Bereich signifikanter Größe beeinträchtigt
ANMERKUNG
Beispiele für umfassende Störstellen sind Verbindungen zwischen Boden und Zylinderschale, Zylinder- und
Kegelschale, Flansch und Zylinderschale, Ausschnitte in Zylinderschalen sowie Verbindungen zwischen Zylinderschalen
unterschiedlicher Durchmesser, Wanddicke oder Werkstoffe oder Verbindungen zwischen Versteifungen und Schale.
C.2.2
Lokale Störstelle
Unstetigkeit, die die Spannungs- oder Dehnungsverteilung örtlich begrenzt über einen Teil der Wanddicke
beeinträchtigt
ANMERKUNG 1
Durch eine derartige Störstelle verursachte Spannungen können nur örtlich sehr begrenzt Dehnungen
hervorrufen, die folglich keinen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtverhalten der Wand haben.
ANMERKUNG 2
Beispiele für lokale Störstellen sind kleine Kehlradien, Nahtübergänge, nicht durchgeschweißte Bereiche
versenkter Kehlnähte.
C.2.3
Primärspannung
Spannungen, die Gesetze des Gleichgewichts zwischen einwirkenden Lasten (Druck, Kraft und Momente)
ANMERKUNG 1
Im Hinblick auf das mechanische Verhalten eines Tragwerks ist es ein wesentliches Merkmal dieser
Spannung, dass sich diese bei einem großen (unzulässigen) Anstieg äußerer Lasten nicht selbst begrenzt. Da plastische
Verformung eintritt, wird ein Zustand erreicht, wo keine weitere entlastende Umverteilung von Spannung vorkommen kann.
ANMERKUNG 2
Bei den Primärspannungen muss nach ihrer Verteilung über den das Lastaufnahmeverhalten
bestimmenden Querschnitt zwischen Membranspannungen (Pm, PL) und Biegespannungen (Pb) unterschieden werden.
Primärmembranspannungen (Pm) sind definiert als der Mittelwert der betreffenden Spannungskomponenten, die über den das
Lastaufnahmeverhalten bestimmenden Querschnitt verteilt sind, der wiederum durch die Stützstrecke festgelegt ist (siehe
C.4.4). Primärbiegespannungen (Pb) sind definiert als linear über den betrachteten Querschnitt verteilte und zum Abstand von
der neutralen Faser proportionale Primärspannungen.
ANMERKUNG 3
Bei den Primärmembranspannungen muss nach ihrer Verteilung über die Wanddicke unterschieden werden
zwischen allgemeinen Primärmembranspannungen (Pm) und lokalen Primärmembranspannungen (PL). An Störstellen werden
die Primärmembranspannungen in Schalen als lokal klassifiziert, wenn die Vergleichsmembranspannung das 1,1 fache der
Berechnungsnennspannung f übersteigt und der Bereich, in dem dies der Fall ist, eine meridionale Ausdehnung von höchstens
1,0 R ea
hat. Die Mindestwerte gelten
Primärmembranspannungen (siehe C.7.2).
für
die
Abstände
zwischen
benachbarten
Bereichen
lokaler
ANMERKUNG 4
Allgemeine Primärmembranspannungen sind im Tragwerk so verteilt sein, dass es durch Fließen zu keiner
wesentlichen Umverteilung der Lasten kommt. Im Fall lokaler Primärmembranspannungen kann durch Fließen eine solche
Umverteilung verursacht werden.
615
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C.2.4
Sekundärspannung
Spannungen, die durch Behinderungen aufgrund geometrischer Störstellen, durch Verwendung von Werkstoffen
mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen unter äußeren Lasten oder durch Behinderungen aufgrund
unterschiedlicher Wärmeausdehnung entstehen
ANMERKUNG 1
Unter Berücksichtigung des mechanischen Verhaltens des Gerüsts, ist die grundlegende Eigenschaft der
Sekundärspannung ihre Selbstbegrenzung. D.h. lokale Strömungsverformung führt zu einer Begrenzung der Spannung.
Sekundärspannungen führen zu plastischer Verformung, wenn verschiedene lokale Verformungen bei Überschreitung der
Dehngrenze ausgeglichen werden.
ANMERKUNG 2
Nur über den Querschnitt linear verteilte Spannungen gelten als Sekundärspannungen. Spannungen, die
nicht linear verteilt sind, gelten die entsprechenden linear verteilten Spannungen als Sekundärspannungen.
ANMERKUNG 3
Bei Sekundärspannungen kann es sich sowohl um Membranspannungen (Qm) als auch um
Biegespannungen (Qb) handeln. In den meisten Fällen erübrigt sich eine Unterscheidung jedoch, weil für das Kriterium in C.7.3
lediglich die Summe (Qm Qb) von Bedeutung ist. Die Erfüllung eines anderen Kriteriums, das eine getrennte Betrachtung der
Sekundärmembranspannung (Qm) verlangt, ist nur erforderlich, wenn Instabilität zu erwarten ist (siehe ANMERKUNG3 bis
Tabelle C-2).
C.2.5
Spitzenspannung
Spitzenspannung ist der Anteil an der Spannung, die mit der Primär- bzw. Sekundärspannung addiert die
Gesamtspannung ergeben
ANMERKUNG 1
Spitzenspannungen führen zu keiner erkennbaren Verformung; sie sind nur für Versagen durch
Ermüdungs- oder Sprödbruch in Verbindung mit Primär- und Sekundärspannungen von Bedeutung.
ANMERKUNG 2
Als Spannungsspitzen gelten auch Abweichungen von den Berechnungsnennspannungen an den
Lochrändern eines Rohrfelds durch Druck und Temperatur. In diesen Fällen sind die zulässigen Spannungen unter
Berücksichtigung des Gleichgewichts der Kräfte herzuleiten.
C.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4:
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DIN EN 13445-3:2018-12
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Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle C-1 — Symbole, Bezeichnungen und Einheiten
Symbol
Bezeichnung
Einheit
ij
Komponente des Spannungstensors einer bestimmten
Spannungskategorie aufgrund einer Einzellast
MPa
ij
Komponente des Spannungstensors einer bestimmten
Spannungskategorie infolge Überlagerung aller gleichzeitig
einwirkenden Lasten (in einem gegebenen Moment)
MPa
1,2,3
Hauptspannungen des Tensors der Komponenten ij
MPa
eq
Vergleichsspannung nach Schubspannungshypothese (Tresca
Theorie) oder der Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises
Theorie)
MPa
ij
Tensor der Spannungsdifferenz zwischen zwei Lastzuständen
MPa
()1,()2,()3
Hauptspannungsschwingbreite des Tensors der Komponenten ij
MPa
eq
Vergleichsspannungsschwingbreite nach Schubspannungshypothese
(Tresca Theorie) der Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises
Theorie)
MPa
h
Länge der Stützstrecke
mm
Pm
Allgemeine Primärmembranspannung
MPa
PL
Lokale Primärmembranspannung
MPa
Pb
Primärbiegespannung
MPa
Q
Sekundärmembranspannung Sekundärbiegespannung
MPa
Qm
Sekundärmembranspannung
MPa
Qb
Sekundärbiegespannung
MPa
F
Spitzenspannung
MPa
R
Mittlerer Radius
gemessen
des
Schusses,
senkrecht
zur
Schalenwand
mm
C.4 Typische Spannungen
C.4.1 Vergleichsspannung
Die Vergleichsspannung eq ist eine skalare Größe, die nach der Theorie der maximalen Schubspannung aus dem
Spannungstensor der Komponenten oder der Gestaltänderungsenergiehypothese ij definiert wird. Der Wert ij ist
die Summe aller Spannungen ij derselben Kategorie, die durch die verschiedenen gleichzeitig zu betrachtenden
Lasten erzeugt werden.
Die Vergleichsspannung wird wie folgt ermittelt:
Theorie der maximalen Schubspannung:
a)
Die Hauptspannungen 1, 2, 3 des Tensors der Komponenten ij berechnen.
b)
Die Vergleichsspannung wird dann wie folgt berechnet:
eq max {1 2,2 3,3 1}
(C.4.1-1)
617
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Gestaltänderungsenergiehypothese:
Die Vergleichsspannung ist gegeben durch:
2 2 2
2
2
2
eq 11
11 22 22 33 33 11 3(12 23 31)
22
33
(C.4.1-2)
oder alternativ durch:
eq 12 22 32 1 2 2 3 3 1
(C.4.1-3)
C.4.2 Vergleichsspannungsschwingbreite
Die Vergleichsspannungsschwingbreite eq ist eine skalare Größe, die nach der Theorie der maximalen
Schubspannung
aus
der
Veränderung
des
Spannungstensors
der
Komponenten
oder
der
Gestaltänderungsenergiehypothese, ij zwischen zwei Betriebszuständen festgelegt ist.
Die Vergleichsspannungsschwingbreite wird wie folgt ermittelt:
Theorie der maximalen Schubspannung:
a)
Die Werte (ij)a and (ij)b der Komponenten des Spannungstensors ij, wenn sowohl Lastzustand a als auch b
betrachtet werden;
b)
Die Komponenten ij des Tensors berechnen, der die Änderung der Spannung zwischen den Lastzuständen
a and b repräsentiert:
ij (ij)a (ij)b
c)
(C.4.2-1)
Die Hauptspannungen ()1, ()2, ()3 des Tensors der Komponenten ij berechnen.
Sind die Hauptrichtungen des Tensors ij in den beiden Zuständen a und b gleich, lassen sich die
Hauptspannungen unmittelbar aus der Differenz der Hauptspannungen der Tensoren der Komponenten (ij)a and
(ij)b berechnen:
()1 (1)a (1)b
()2 (2)a (2)b
(C.4.2-2)
()3 (3)a (3)b
d)
Die Vergleichsspannungsschwingbreite zwischen den Lastzuständen a und b wird wie folgt berechnet:
eq max {()1 ()2,()2 ()3,()3 ()1}
(C.4.2-3)
Gestaltänderungsenergiehypothese:
Die Vergleichsspannungsschwingbreite zwischen Ladezustand a und b ist gegeben durch:
2 2 2
2
2
2
eq 11
11
22 22 33 33 11 3( 12 23 31) (C.4.2-4)
22
33
oder alternativ durch:
2
eq 12 2
2 3 1 2 2 3 3 1
618
(C.4.2-5)
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EN 13445-3:2014 (D)
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ANMERKUNG
Nach Kriterium C.7.3-1 muss der Maximalwert von eq ermittelt werden. Wirken mehrere Lasten, die sich
unabhängig voneinander verändern, bzw. ändern sich die Hauptrichtungen, kann es schwierig sein, die beiden Lastzustände a
und b festzustellen, bei denen eq am größten ist. In diesen Fällen kann ein Näherungsverfahren erforderlich sein.
C.4.3 Gesamtspannung und Einzelspannungen
Der Gesamtspannungstensor ist der symmetrische Tensor, dessen Komponenten die sechs Einzelspannungen ij
sind. Die Einzelspannungen werden unter Annahme elastischen Verhaltens nach den Anforderungen in C.4.5.
entweder berechnet oder experimentell ermittelt.
Diese Spannungen sollten durch verschiedene lokale Koordinaten O, X1, X2, X3 zur Stützstrecke wie in C.4.4.1
festgelegt, ausgedrückt werden. Die Stützstrecke liegt auf der Achse X3, wobei der Ursprung O der Mittelpunkt und
x3 ein beliebiger Punkt gemessen vom Ursprung ist (siehe Bild C-1).
Das so definierte Spannungssystem heißt “Gesamtspannung”, da es alle Teile umfasst, für die nach der
vorliegenden Methode Spannungen festgelegt werden müssen (d.h. die Membran, Krümmungen und Spitzen).
Der Gesamtspannungstensor an einem gegebenen Punkt ist für jede zu berücksichtigende Last zu ermitteln.
C.4.4 Zerlegen von Spannungen in ihre Komponenten
C.4.4.1
Stützstrecke
Das im folgenden beschriebene Zerlegen der Einzelspannungen erfolgt über die Wanddicke entlang einer Strecke,
die als “Stützstrecke” bezeichnet wird.
Die Stützstrecke mit der Länge h ist die kleinste Strecke zwischen den beiden Seiten der Wand (siehe Bild C-1).
Außerhalb von Bereichen mit globalen Störstellen verläuft die Stützstrecke senkrecht zur Wandmittelfläche; ihre
Länge h ist dann gleich der analytisch ermittelten Wanddicke.
C.4.4.2
Membranspannung
Der Membranspannungstensor ist der Tensor, dessen Komponenten ij,m, m entlang der Stützstrecke konstant und
gleich dem Mittelwert der Einzelspannungen ij entlang der Stützstrecke sind:
h
1 2
ij
dx 3
h h ij
m
C.4.4.3
2
(C.4.4-1)
Biegespannung
Der Biegespannungstensor ist der Tensor, dessen Komponenten ij,b sich linear entlang der Stützstrecke
verändern und durch die folgende Gleichung gegeben ist:
h
12x 3 2
ij
h ij x 3 dx 3
b
h3
2
(C.4.4-2)
Für die Spannungsanalyse nach diesem Anhang werden auf jeder Seite der Behälterwand, d. h. an den Enden der
Stützstrecke, nur die Größtwerte von ij,b von gleicher Größe aber entgegengesetztem Vorzeichen betrachtet. Für
diesen Fall gilt:
ij
h
6
2 h2 ij x 3 dx 3
b
h
2
(C.4.4-3)
619
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C.4.4.4
Linearisierte Spannung
Der Tensor der linearisierten Spannung hat die Komponenten ij,l, die die folgende Gleichung erfüllen:
ij,l ij,m ij,b
C.4.4.5
(C.4.4-4)
Nichtlineare Spannung
Der Tensor der nichtlinearen Spannung hat die Komponenten ij,nl, die die folgende Gleichung erfüllen:
ij,nl ij ij,l ij ij,m ij,b
(C.4.4-5)
In Bild C-2 ist die Zerlegung der vorstehend aufgeführten Einzelspannungen dargestellt. Um eine Verwechslung
von globalen und lokalen Biegespannungen auszuschließen, ist in Bild C-3 die Zerlegung der Längsspannung für
den Sonderfall einer Zylinderschale unter einem äußeren Biegemoment dargestellt.
Legende
1
2
Stützstrecke
Bereich mit globaler Störstelle
Bild C-1 — Stützstrecke und lokale Achsen zur Darstellung der Einzelspannungen
620
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Legende
1
Stützstrecke
2
Membranspannung ij,m
3
Biegespannung ij,b
4
Nichtlineare Spannung ij,nl
Bild C-2 — Zerlegen der Einzelspannungen
621
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Legende
1
2
Verteilung der Längsspannung über den Schalenquerschnitt
Verteilung der Längsspannung über die Wanddicke
3
Membranspannung: 22,m
4
Biegespannung: 22,b
16 M (De Di )
(De4 Di4 )
16 M (De Di )
(De4 Di4 )
(auf jeder Seite der Wand)
Bild C-3 — Zerlegen der Längsspannung für den Sonderfall einer Zylinderschale unter einem äußeren
Biegemoment M
(in diesem Sonderfall ist die Längsspannung 22 eine Hauptspannung)
622
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C.4.5 Anforderungen an die Verfahren zur Spannungsermittlung
C.4.5.1
Annahme linearelastischen Verhaltens
Einzelspannungen sind unter den nachstehenden Annahmen linearelastischen Verhaltens zu ermitteln:
Werkstoffverhalten ist linearelastisch nach dem Hooke’schen Gesetz;
Werkstoff ist isotrop;
Verschiebungen und Dehnungen sind klein (Theorie erster Ordnung).
C.4.5.2
Auswahl des Verfahrens zur Spannungsermittlung
Die Auswahl des Verfahrens zur Spannungsermittlung obliegt dem Hersteller. Die Spannungen können
rechnerisch, analytisch oder möglicherweise experimentell ermittelt werden. Die folgenden Anforderungen gelten
nur für die rechnerischen Verfahren zur Spannungsermittlung.
Lassen sich die Bauteile des untersuchten Behälters als Schalen und Platten klassifizieren, ist allgemein die
Verwendung von Berechnungsverfahren zulässig, die den Status dieser Bauteile durch globale mechanische
Parameter beschreiben (d. h. verallgemeinerte Verformungen und Spannungsresultierende in einem Schritt
entsprechen einer linearen Verteilung der Spannungen und Dehnungen über die Wanddicke).
Dies gilt mir Sicherheit für:
Behälter, für die eine Ermüdungsanalyse nach Abschnitt 18 nicht erforderlich ist.
Behälter oder Behälterbauteil, für die eine Ermüdungsanalyse ohne Berechnung der Spitzenspannungen
erforderlich ist (d.h. alle Fälle, in denen die ermüdungskritischen Bereiche in Schweißverbindungen liegen).
Behälter oder Behälterbauteile, für die eine Berechnung der Spitzenspannungen zur Verwendung in den
Berechnungen nach Abschnitt 18 mit entsprechenden Formzahlen durchgeführt werden kann, die auf die von
diesen Verfahren abgeleiteten linearisierten Spannungen angewendet werden.
Die Analyse dickwandiger Behälter oder Behälterbauteile, insbesondere solcher unter thermischer Belastung,
erfordert u.U. die Anwendung verfeinerter Modelle (zwei- oder dreidimensionale Volumenelemente, die die Analyse
der tatsächlichen Verteilung nichtlinearer Spannungen oder Dehnungen über die Wanddicke erlauben).
In jedem Fall müssen die verwendeten Verfahren ausreichend genau bzw. konservativ sein, um zu gewährleisten,
dass die für die Analyse erforderlichen Spannungen durch die berechneten Spannungen hinlänglich genau
repräsentiert sind. Unter diesem Aspekt wird die Anwendung geprüfter und anerkannter Verfahren empfohlen.
C.5 Klassifizierung von Spannungen
Analytisch ermittelte Spannungen müssen nach den in C.2 definierten Kategorien klassifiziert werden. In einigen
Fällen kann die Interpretation dieser Definitionen problematisch sein und in erheblichem Ausmaß vom
Urteilsvermögen der die Analyse durchführenden Person abhängen.
Um diese Schwierigkeiten zu begrenzen, schreibt Tabelle C-2 für eine Reihe von Konfigurationen, die die meisten
üblichen Fälle abdecken, die anzuwendende Klassifizierung vor.
Die Angaben der Tabelle beziehen sich auf die nach den Anforderungen in C.4.5 berechneten Spannungen.
Für die Analyse besonderer geometrischer Formen oder Beanspruchungen, die durch die Klassifizierung in Tabelle
C-2 nicht erfasst werden, sind Abweichungen zulässig, sofern sich die alternative Klassifizierung durch direkte
Bezugnahme auf die Definition in C.2 rechtfertigen läßt.
623
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Tabelle C-2 — Spannungsklassifizierung für häufig verwendete Konfigurationen
Spannungsursache
Behälterbauteil
Betrachteter Bereich
Von globalen Störstellen weit
entfernter Bereich
Zylinder-,
Kugel-, Kegeloder Torusschale
Torisphärisch
er oder
elliptisch
gewölbter
Boden
Ebener
Boden, ebene
Wand
Bereich in der Nähe einer
Verbindung mit anderer Schale,
einem Boden, einem Flansch
Bereich in der Nähe eines
Ausschnitts (mit oder ohne
Stutzen) 5) 6)
10)
ij,b
Qb 4)
ij,m
ij,b
Qm 3)
Pm
Pb
PL
Qm
Pb 5)
Qb
Qb
Qb
Qm 3)
ij,b
Pb
Qb
Mittlerer Bereich in der Nähe
eines Ausschnitts (mit oder ohne
Stutzen) 5) 6);
Randbereich 7)
ij,m
PL
Qm
Von globalen Störstellen weit
entfernter Bereich;
Bereich in der Nähe eines
Ausschnitts (mit oder ohne
Stutzen) 5)
ij,m
Pm
Qm 3)
ij,b
Pb
Qb
ij,m
Pm
Qm
ij,b
ij,b
Einzelner
ij,m 9)
Steg
ij,b 9)
Steg in einem mehrfach und dicht
gelochten Bereich
Bereich in der Nähe einer Wand
oder eines gewölbten Bodens 6)
Bereich in der Nähe eines ebenen
Bodens oder einer ebenen Wand
11)
Anmerkungen 1) bis 12) : siehe nächste Seite
624
ij,m
Andere
mechanisch
e Lasten
Pm
Von der Verbindung zur
Behälterwand weit entfernter
Bereich
Stutzen
Druck und
globale
Lasten 2)
Thermische
Belastung 1);
behinderte oder
erzwungene
Verschiebung
ij,m
Von Ausschnitten entfernter
mittlerer Bereich
Bereich in der Nähe von Rändern
oder Versteifungen
Gelochte
Wand (Schale
oder Platte)
Spannung
Mechanische
Beanspruchungen
Pb 5)
Qb
Qb
Qb
PL oder Pm 8)
Pb 5)
Qb
Qb
Qb
Qm
Qb
ij,m 9)
Pm
Qm
ij,b 9)
Pb
Qb
ij,m
Pm
Qm 3)
ij,b
Qb 4)
ij,m
ij,b
PL
PL
Pb oder
Qb12)
Qb
Qm
Pb 5)
Qb
ij,m
ij,b
Pb
Qb
Qm
Pb 5)
Qb
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anmerkungen zu Tabelle C-2:
1) “Andere mechanische Lasten” umfassen Gesamtlasten, die auf den ganzen Behälter einwirken,
und lokale Lasten, die weit entfernt von betrachteten Punkt einwirken (“weit entfernt” heißt in diesem
Zusammenhang außerhalb des Bereichs der lokalen Primärmembranspannung, die ggf. durch diese
Last verursacht wird).
2) Globale Lasten umfassen globale Biegemomente, axiale Kräfte oder Schubkräfte, die in Abschnitt
16 genauer beschrieben werden.
3) In von globalen Störstellen weit entfernten Bereichen führt die Klassifizierung von
Membranspannungen durch thermische Beanspruchung oder behinderte bzw. erzwungene
Verlagerung in Kategorie Qm zu plastischen Verformungen in diesen Bereichen in den ersten
Belastungszyklen, und zwar an den Punkten, an denen die Summe aus Primär- und
Sekundärmembranvergleichsspannung die Steckgrenze des Werkstoffs überschreitet.
Bei den Versagensarten, für die die Regeln dieses Abschnitts gelten, wird die Festigkeit des
Behälters durch diese plastischen Verformungen nicht beeinträchtigt; aufgrund dieser Verformungen
ist es jedoch nicht korrekt, elastisch berechnete Spannungen für die Berechnung der elastischen
oder elastisch-plastischen Instabilität (Beulen) zu verwenden.
Folglich sind derartige plastische Verformungen nicht zulässig, wenn die Gefahr der Instabilität in
bestimmten Bereichen des Behälters betrachtet werden muss und diese Gefahr durch die
Spannungsumverteilung im Zusammenhang mit diesen plastischen Verformungen zunehmen kann.
Diese Forderung wird erfüllt, wenn sichergestellt ist, dass in den von globalen Störstellen oder
Lastdiskontinuitäten
weit
entfernten
Bereichen
die
Summe
aus
Primärund
Sekundärmembranvergleichsspannung (eq)(P+Q) Vergleichsspannung entsprechend (ij)Pm oder
(ij)PL (ij)Qm) die folgende Gleichung erfüllt:
(eq)( P+Q)m 1,5 f
(C.5-1)
4) Bei nicht achsensymmetrischen Schalen ist die entsprechende Kategorie Pb statt Qb (z.B. schiefer
Kegel, Zylinder mit elliptischem Querschnitt).
5) Die Klassifizierung der Biegespannung in Kategorie Pb gewährleistet, dass im betrachteten
Bereich im normalen Betrieb keine plastischen Verformungen.
Wenn während der ersten Belastungszyklen kleine plastische Verformungen auftreten, die für den
Behälter keinen Schaden darstellen (z.B. in Bezug auf Funktionalität oder ästhetische
Anforderungen), ist die Einstufung in die Kategorie Qb möglich, da diese Verformungen die Stabilität
des betreffenden Abschnitts nicht nachteilig beeinflussen.
6) Siehe Bild C-4.
7) Auch wenn es bei torisphärischen Böden zwei verschiedene periphere Störstellen (Verbindungen
zwischen Kugel- und Torusschale sowie Torusschale und Zylindermantel) gibt, ist die
Spannungsverteilung im allgemeinen auf einen einzigen Bereich lokaler Primärmembranspannung in
der Krempe begrenzt.
Verhalten sich die Abmessungen und Wanddicken von Kugel-, Torus- und Zylinderelement so, dass
zwei derartige Bereiche existieren, gilt die für den „Randbereich“ angegebene Klassifizierung in der
Nähe jeder Störstelle. Der dazwischen liegende Bereich ist als „von globalen Störstellen weit
entfernter Bereich“ zu klassifizieren, für den die Regeln für den Abstand zwischen Bereichen mit
lokaler Primärmembranspannung anzuwenden sind.
8) Der Wert Pm gilt für ebene Wandungen; PL für nicht ebene Wandungen.
9) In diesem Sonderfall ist der zu verwendende Wert der Spannung der Mittelwert über der
Stegbreite.
10) Die Auswirkung der Lochung ist in der Spannungsberechnung zu berücksichtigen.
11) Bei einem Ausschnitt mit Stutzen in einer ebenen Platte (Boden oder Wand), für den das
Konzept des Bereichs lokaler Primärmembranspannung nicht zutreffend ist, ist die meridionale
Ausdehnung des Bereichs lokaler Primärmembranspannung am Stutzengrund für den Stutzen selbst
von der Außenseite von Boden oder Wand zu messen.
12) Der Wert Pb ist zu verwenden, wenn die Stutzenfestigkeit bei der Berechnung der Spannungen in
der ebenen Platte (Boden oder Wand) berücksichtigt wird. Ist dies nicht der Fall, gilt Qb.
Die erste Berechnung führt zu konservativen Ergebnissen für den Stutzen und ist nur von Interesse,
wenn die Einbeziehung der Stutzenfestigkeit zu einer signifikanten Abnahme der Dicke von ebenem
Boden bzw. ebener Wand führt.
625
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Ausgabe 5 (2018-07)
Legende
1
2
3
4
5
Schale
Stutzen
Stutzengrundbereich
Wanddickenübergangsbereiche
Grenzen des Bereichs lokaler Primärmembranspannung
ANMERKUNG zu Bild C-4:
Bild C-4 zeigt eine Zylinderschale mit einem Ausschnitt mit Stutzen. Diese Darstellung trifft auch auf Kegel-, Kugel- oder
Torusschalen bzw. Den Mittelbereich eines gewölbten Bodens (Rm ist der mittlere Krümmungsradius am Umfang) oder einen
Ausschnitt ohne Stutzen zu (in diesem Fall gilt ea,n = 0).
Es trifft nicht auf einen Ausschnitt in einer ebenen Platte (Boden oder Wand) zu; in diesem Fall gilt Anmerkung 11 der Tabelle
C-2.
Ist die Spannung nahe am Ausschnitt so, dass ein Bereich mit lokaler Primärmembranspannung vorliegt, muss die Ausdehnung
dieses Bereichs, beiderseits der Stutzen-Schal-Störstelle gemessen, folgende Gleichung erfüllen:
l s ln
Rm ea,s rm ea,n
(C.5-2)
2
Mögliche Wanddickenübergänge zwischen einem verstärkten und einem unverstärkten Teil des Stutzen bzw. der Schale
verursachen gewöhnlich keine Bereiche lokaler Primärmembranspannung.
Liegen derartige Bereiche aufgrund einer bestimmten Geometrie oder Belastung in der Nähe dieser Wanddickenübergänge,
müssen die Bedingungen in C 7.2 (lokale Primärmembranspannung) für die lokalen Bereiche erfüllt sein; dies gilt insbesondere
für die Bedingung zum Abstand dieser Bereiche im Verhältnis zum benachbarten Bereich lokaler Primärmembranspannung am
Stutzengrund.
Bild C-4 — Schale mit Ausschnitt
626
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C.6 Verfahren der Spannungsanalyse
Bei der Spannungsanalyse ist wie folgt vorzugehen:
Schritt 1:
Für jeden Punkt des untersuchten Bereichs die Einzelspannungen berechnen, die in jedem zu
berücksichtigenden Lastzustand aus jeder auf die Behälterwand einwirkenden Last resultieren.
Diese Berechnungen sind nach den Anforderungen in C.4.5 durchzuführen.
Folgende Lastzustände sind zu betrachten:
— alle Lastzustände (normale und außergewöhnliche Betriebszustände sowie Prüfzustände), in denen die
Spannung aufgrund der Bewertungskriterien in C.7.2 maßgebend sein kann (Schritt 7).
— die normalen Betriebszustände, zwischen denen die Spannungsveränderung
Bewertungskriterien in C.7.3-1 maßgebend sein kann (Schritt 9).
Schritt 2:
aufgrund
der
Die berechneten Spannungen ij nach C.4.4, zerlegen in:
— Membranspannung: ij,m,
— Biegespannung: ij,b.
Die in der Analyse zu berücksichtigende Biegespannung ist die Spannung an beiden Wandoberflächen, d.h. an
beiden Enden der Stützstrecke (zwei gleiche Werte mit entgegengesetzten Vorzeichen).
Schritt 3:
Die Spannungen nach den Anweisungen in C.5 entsprechend den verschiedenen Kategorien in
C.2 klassifizieren:
allgemeine Primärmembranspannung (Pm),
lokale Primärmembranspannung (PL),
Primärbiegespannung (Pb),
Sekundärmembranspannung (Qm),
Sekundärbiegespannung (Qb).
Nach dieser Klassifizierung werden die Spannung ij,m als (ij)Pm, (ij)PL, bzw. (ij)Qm, und die Spannung ij,b als
(ij)Pb bzw. (ij)Qb bezeichnet.
Schritt 4:
Die Summe der so klassifizierten Spannungen für das in dem betrachteten Lastzustand
gleichzeitig einwirkende Lastkollektiv berechnen.
Die sich ergebenden Spannungen werden wie folgt bezeichnet (ij)Pm , (ij)PL , (ij)Pb , (ij)Qm und (ij)Qb
Schritt 5:
a)
Daraus ist abzuleiten:
die (je nach Betrachtungspunkt) allgemeine oder lokale Primärmembranspannung:
(ij)Pm oder (ij)PL.
b)
die Gesamtprimärspannung (ij)P :
(ij)P (ij)Pm , oder (ij)PL (ij)Pb
(C.6-1)
627
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Ausgabe 5 (2018-07)
c)
Die Summe (ij)P+Q aus Primär- und Sekundärspannungen:
(ij)P+Q (ij)Pm , bzw. (ij)PL (ij)Pb (ij)Qm (ij)Qb
Schritt 6:
(C.6-2)
Nach C.4.1 die folgenden Vergleichsspannungen berechnen:
Vergleichsspannung (eq)Pm der (ij)Pm bzw. Je nach Betrachtungspunkt Vergleichsspannung (eq)PL der
Spannungen (ij)PL,
Vergleichsspannung (eq)P der Spannungen (ij)P
Schritt 7:
Die Zulässigkeit dieser Vergleichsspannungen nach den Kriterien in C.7.2 nachweisen.
Schritt 8:
Für jeweils zwei maßgebliche normale Betriebslastzustände die Schwingbreite der Summe
(ij)P+Q der Primär- und Sekundärspannungen und daraus wiederum nach C.4.2, die betreffende
Vergleichsspannungsschwingbreite (eq)P+Q berechnen.
Maßgeblich ist das Paar von Lastzuständen, bei dem (eq)P+Q den größten Wert hat.
Schritt 9:
Die Zulässigkeit der resultierenden Vergleichsspannungsschwingbreite (eq)P+Q nach den
Kriterien in C.7.3 nachweisen.
Die oben beschriebene Vorgehensweise betrifft die Berechnung statischer Ladung. Wenn eine Berechnung der
Ermüdungslebensdauer durchgeführt werden soll, muss zusätzlicher folgender Schritt ausgeführt werden:
Schritt 10: Prüfung der Zulässigkeit zyklischer Lasten unter Anwendung der relevanten Spannungen
(Primär- und Sekundärspannungen bei Schweißnähten, Primär-, Sekundär- und Spitzenspannungen bei
ungeschweißten Abschnitten) nach Abschnitt 17 bzw. 18.
ANMERKUNG
Die detaillierte Vorgehensweise bei der Berechnung der zu betrachtenden Lastzyklen wird in diesen
Abschnitten beschrieben.
C.7 Bewertungskriterien außerhalb des Zeitstandbereiches
C.7.1 Allgemeines
Die gesamte Konstruktion muss die Berechnungskriterien in C.7.2 und C.7.3 erfüllen; diese Kriterien sind in
Tabelle C-3 als Diagramm dargestellt.
Ein Abweichen von Kriterium C.7.3-1 ist in bestimmten Fällen unter den Bedingungen in C.7.4 möglich.
Treten Druckspannungen auf, ist auf Ausknicken zu prüfen. Bei Einwirkung von Außendruck gelten die
entsprechenden Regeln in Abschnitt 8.
ANMERKUNG
628
Funktionsbezogene Anforderungen können zu Begrenzungen der zulässigen Verformungen führen.
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle C-3 — Berechnungskriterien
Spannungskategorien
Primärspannung
Description
(Für
praktische
Beispiele,
siehe
Tabelle C-2)
Symbol
Allgemeine
Membranspannung
Mittlere
Primärspannung
über die
Wanddicke ohne
Berücksichtigung
von Srörstellen und
Spannungskonzentrationen.
Lokale Membranspannung
Mittlere
PrimärspannungsPrimärspannung
komponente
über die
proportional zum
Wanddicke unter
Abstand vom
Berücksichtigung
Flächenschwerumfassender
punkt des
Störstellen, jedoch Wandquerschnitts,
ohne
ohne
Berücksichtigung
Berücksichtigung
Ausschließlich
von
von Störstellen und
durch mechanische Spannungskonzen- SpannungskonzenLasten verursacht..
trationen..
trationen.
Ausschließlich
Ausschließlich
durch mechanische durch mechanische
Lasten verursacht. Lasten verursacht.
PL1)
Pm
(eq)Pm f
(eq. C.7.2-1)
Festigkeitberechnung
gegen
statische
Belastung
Sekundärmembranspannung+Sekundärbiegespannung
Spitzenspannung
Mit sich im
Gleichgewicht stehende
Spannung zur
Gewährleistung der
Kontinuität des
Tragwerks; tritt an
großen Störstellen auf,
umfaßt jedoch keine
Spannungskonzentrationen
a) Zusätzlich zur
Primär- oder
Sekundärspannung
auftretende
Spannung,
verursacht
durch
Spannungskonzentration.
Kann sowohl durch
mechanische als auch
thermische Lasten
verursacht werden
b) Bestimmte
Wärmespannungen,
die zwar zu
Ermüdung,
nicht aber zu
Verformung
führen
Q
Pb
( Qm Qb)
F
2)
(eq)PL 1,5f
(eq. C.7.2-2)
_______
=
Auslegungslast
= Betriebslast
Berechnung
gegen
Ermüdung
(nur falls
erforderlich)
Biegespannung
(eq)P+Q 3 f
(eq. C.7.3-1)
(eq)P 1,5 f
(eq. C.7.2-3)
Berechnung
4)
3)
7)
2)
auf Grund :
5)
7)
(eq)P+Q
oder
max (i)
od
er
(eq)P+Q+F
6)
7)
1) PL = Pm tritt nicht am betrachteten Punkt auf.
2) Bei den Berechnungskriterien (C.7.2-1) bis (C.7.2-3) ist für die Berechnungsnennspannung f der Wert zu verwenden, der
für den betrachteten Lastzustand nach Abschnitt 6 relevant ist (normale und außergewöhnliche Betriebszustände sowie
Prüfzustände).
3) Ist (eq)P+Q größer als 3f, siehe C.7.6
4) Bei der Ermüdungsberechnung müssen alle Zyklen mit den verschiedenen Spannungsschwingbreiten berücksichtigt
werden; dabei ist jeder Zyklus durch seine eigene Spannungsschwingbreite gekennzeichnet (siehe Anmerkungen 5 und 6),
ggf. mittlere Temperatur und mittlere Spannung. Gewöhnlich gilt Abschnitt 18 (detaillierte Berechnung der
Ermüdungslebensdauer).
5) Die Schwingbreite der Summe aus Primär- und Sekundärspannungen (in Abschnitt 18 als
Strukturspannungsschwingbreite bezeichnet) gilt für die Beurteilung von Schweißverbindungen. In diesem Fall kann
entweder die Vergleichsspannungsschwingbreite (eq)P+Q oder die Hauptspannungsschwingbreite (i) darf verwendet
werden.
6) Die Schwingbreite der Summe aus Primärspannung, Sekundärspannung und Spitzenspannung (in Abschnitt 18 als
Kerbspannungsschwingbreite bezeichnet) gilt für die Beurteilung von ungeschweißten Bauteilen.
7) Es ist zu beachten, dass je nach verwendetem Modell die Rechenprogramme gewöhnlich direkt die Summe von Primärund Sekundärspannung (P Q) bzw. von Primärspannung, Sekundärspannung und Spitzenspannung (P Q F) ermitteln.
629
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
C.7.2 Begrenzung der Primärvergleichsspannung
Die Primärmembranvergleichsspannungen müssen in allen Lastzuständen die folgenden Gleichungen erfüllen:
(eq)Pm f
(C.7.2-1)
(eq)PL 1,5 f
(C.7.2-2)
(eq)P 1,5 f
(C.7.2-3)
Für f muss der für den jeweils betrachteten Lastzustand (normale und außergewöhnliche Betriebszustände sowie
Prüfzustände) zutreffende Wert bei Berechnungstemperatur verwendet werden.
Zusätzlich müssen für die Abschnitte zwischen Bereichen mit lokaler Primärspannung folgende Bedingungen erfüllt
sein:
zwei benachbarte Bereiche lokaler Primärmembranspannung, die den Wert der zulässigen Spannung f um das
1,1 fache überschreiten, sollten in einer Entfernung von mindestens 2,5 R ea in Meridianrichtung liegen.
Hierbei ist R der mittlere Oberflächenradius der Wölbung und ea die Wanddicke.
verschiedene Abschnitte lokaler Primärmembranspannungen (z.B solche, die aus konzentrierten Lasten auf
Stützen resultieren), in denen die zulässige Membranspannung um das 1,1 fache höher liegt als die zulässige
Spannung f, müssen so angeordnet sein, dass sie sich nicht überschneiden.
C.7.3 Begrenzung der Vergleichsspannungsschwingbreiten der Summe aus Primär- und
Sekundärspannungen
Die Vergleichsspannungsschwingbreite aufgrund der Änderung der Summe von Primär- und Sekundärspannungen
zwischen zwei beliebigen normalen Betriebszuständen muss an allen Punkten die folgende Gleichung erfüllen:
(eq)P+Q 3 f
(C.7.3-1)
Für f muss der für den jeweiligen Lastzustand bei Normalbetrieb zutreffende Wert verwendet werden. Im
Gegensatz zur normalen Definition in Abschnitt 6, ist die Bestimmung auf Grundlage der Dehngrenze des
Werkstoffs durchzuführen, d.h.:
—
für andere als austentische Stähle nach 6.2 oder 6.3: Rp0,2/T
—
für austenitische Stähle nach 6.4 oder 6.5: Rp1,0/T
und zwar bei der Temperatur:
T* 0,75Tmax 0,25Tmin
(C.7.3-2)
Dabei sind Tmax und Tmin die oberen bzw. unteren Berechnungstemperaturen für die beiden betrachteten normalen
Betriebszustände.
C.7.4 Alternativverfahren zur Begrenzung der Vergleichsspannungen und
Vergleichsspannungsschwingbreiten
Abweichungen von den vorstehend beschriebenen Begrenzungen der Vergleichsspannungen und
Vergleichsspannungsschwingbreiten sind zulässig, wenn durch andere Verfahren (z. B. Prüfungen am Bauteil,
Analyse des plastischen Verhaltens o. a.) nachgewiesen wird, dass das Bauteil die in Anhang B angegebenen
Sicherheitsgrenzwerte für übermäßige plastische Verformung und fortschreitende plastische Verformung erfüllt.
630
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C.7.5 Begrenzung der Primärspannungen bei dreiachsigen Spannungszuständen
Ergibt die Spannungsanalyse, dass ein dreiachsiger Spannungszustand vorliegt, muss, wenn die kleinste
Hauptzugspannung die Hälfte der größten Hauptzugspannung übersteigt, die nachstehende Bedingung zusätzlich
erfüllt sein, um ein Versagen durch Sprödbruch bei begrenzter Duktilität in derartigen Spannungszuständen
auszuschließen:
max (1 ; 2 ; 3) Rp/T
(C.7.5-1)
In dieser Gleichung ist Rp/T der für die Ermittlung von f zu verwendende Wert der Streckgrenze bei
Berechnungstemperatur (Rp0,2/T oder Rp1,0/T).
Höhere Werte können verwendet werden, wenn ihre Zulässigkeit durch eine bruchmechanische Analyse
nachgewiesen wurde.
C.7.6 Vereinfachte elastisch-plastische Analyse
Die Vergleichsspannungsschwingbreite der Änderung der Summe von Primär- und Sekundärspannung zwischen
zwei Normalbetriebszuständen darf den Wert 3f überschreiten, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
a)
(eq)’P+Q 3 f
(C.7.6-1)
In dieser Gleichung ist (eq)’P+Q die gleiche Vergleichsspannungsschwingbreite, die ohne Berücksichtigung
der Biegespannungen thermischen Ursprungs berechnet wurde.
f entspricht den Angaben in C.7.3.
b)
Eine eingehende Ermüdungsanalyse nach Abschnitt 18 muss durchgeführt werden, in der der Wert von
(eq)P+Q mit dem entsprechenden Korrekturbeiwert im überelastisch beanspruchten Bereich multipliziert
wird. Der Korrekturbeiwert wird nach Abschnitt 18 (detaillierte Berechnung auf Ermüdung) ermittelt.
c)
Für den Werkstoff gilt: Rp < 0,8 Rm, Rp, Dabei ist Rp für die Ermittlung von f zu verwendende Wert der
Fließgrenze bei Raumtemperatur (Rp0,2 oder Rp1,0).
d)
Es wird nach C.7.7 nachgewiesen, dass keine Gefahr schrittweiser Verformungszunahme durch
wärmespannungsbedingte fortschreitende Verformung in Bereichen globaler Primärmembranspannung
besteht.
C.7.7 Verhindern schrittweiser Verformungszunahme durch wärmespannungsbedingte
fortschreitende Verformung
C.7.7.1
Allgemeines
Bei dem Phänomen fortschreitender Verformung aufgrund von Wärmespannungen handelt es sich um die
schrittweise Verformungszunahme, die unter bestimmten Bedingungen bei thermischer Wechselbeanspruchung
und gleichzeitig ständiger Druckeinwirkung eintritt
Dabei wird eine plastische Verformung verursacht, die bei jedem Zyklus um einen ungefähr gleichbleibenden
Betrag zunimmt und schnell ein unzulässiges Ausmaß erreicht.
Durch Erfüllung des Kriteriums in Gleichung C.7.3-1 wird sichergestellt, dass dieses Phänomen nicht eintritt.
Durch Einhaltung der Regel in C.7.7.3 für den Sonderfall eines linearen thermischen Gradienten kann eine
wärmespannungsbedingte fortschreitende Verformung mit Sicherheit verhindert werden, wenn die Forderung in
C.7.3 nicht erfüllt werden kann.
Diese Regel gilt für Bereiche allgemeiner Primärmembranspannung. Kommt es in diesen Bereichen nicht zu einer
derartigen fortschreitenden Verformung, ist sichergestellt, dass sie auch im Bereich von Störstellen nicht auftritt.
631
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C.7.7.2
Zusätzliche Parameter
(eq)Pm,P
Vergleichsspannung
der
Primärmembranspannung
(eq) (P+Q),T
Vergleichsspannungsschwingbreite der Summe von Primär- und Sekundärspannung aufgrund
thermischer Beanspruchung
ausschließlich
durch
Druck
verursachten
allgemeinen
Von diesen Spannungen sind die folgenden dimensionslosen Parameter definiert:
x
y
( eq )Pm, P
(C.7.7-1)
1,5f
( eq )(P Q),T
(C.7.7-2)
15
, f
Für f muss der für den jeweiligen Lastzustand bei Normalbetrieb zutreffende Wert bei der oberen
Berechnungstemperatur des Zyklus verwendet werden.
C.7.7.3 Ausschlusskriterium
Bei einer achssymmetrischen Schale unter konstantem Druck und mit linearem thermischen Gradienten über die
Wanddicke besteht keine Gefahr einer schrittweisen Verformungszunahme aufgrund wärmespannungsbedingter
fortschreitender Verformung, wenn in den Bereichen allgemeiner Primärmembranspannung die folgenden
Gleichungen erfüllt sind:
a)
linearer Temperaturgradient:
für 0,5 x 1 :
y 4(1 x)
(C.7.7-3)
für 0 x 0,5 :
y 1/x
b)
(C.7.7-4)
parabolischer Temperaturgradient:
für 0,615 x 1 :
y 5,21(1 x)
(C.7.7-5)
für 0 x 0,615 :
y sollte einen Wert haben, der niedriger liegt als die Werte der durch die folgenden Angaben
beschriebenen Kurve:
für x 0,3
0,4
y 4,65 3,55
632
0,5
2,70
(C.7.7-6)
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C.8
Bewertungskriterien im Zeitstandbereich
C.8.1
Zu verwendende Gleichungen
Anhang C behandelt die Berechnung von Spannungen in Zusammenhang mit den unterschiedlichen
Spannungskategorien (z. B. Membranspannungen, Membran- und Biegespannungen, Primär- und
Sekundärspannungen usw.). Zulässige Werte dafür sind ebenfalls festgelegt. Die maßgebenden Gleichungen für
die Auslegung im Zeitstandbereich sind nachstehend angegeben:
eq P f
(C.8-1)
eq P 1,5 f
(C.8-2)
eq P 1,5 f
(C.8-3)
eq PQ 3 f
(C.8-4)
m
L
ANMERKUNG
Index P für allgemeine oder örtlich begrenzte Primär-Membran- und Primär-Biegespannungen ist in C.3 unter
den Definitionen der in Anhang C verwendeten Symbole nicht aufgeführt. Er wird durch Gleichung (C.6-1) definiert.
In Abhängigkeit davon, ob der Behälterbetrieb einen oder mehr als einen Lastfall im Zeitstandbereich umfasst, sind
die folgenden Festlegungen nach C.8.1 bzw. C.8.2 in jedem für die Kriechermüdung kritischen Punkt anzuwenden.
C.8.2
Bewertungskriterien für einen Einfachlastfall im Zeitstandbereich
Die Gleichungen (C.8-1) bis (C.8-4) müssen im betrachteten Punkt erfüllt sein, unter Verwendung der
angenommenen Berechnungswanddicke und einer Berechnungsnennspannung f, bestimmt nach 19.5.
Für die Bestimmung der erforderlichen Mindestdicke ist ein Verfahren nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“
anzuwenden.
C.8.3
Bewertungskriterien für Mehrfachlastfälle im Zeitstandbereich
Das folgende Verfahren ist anzuwenden:
a)
Für jeden Lastfall im Zeitstandbereich ist die Analyse nach Anhang C unter Verwendung der angenommenen
Berechnungswanddicke
durchzuführen.
Die
Spannungen
werden
für
die
unterschiedlichen
Spannungskategorien berechnet (siehe C.6). Die berechneten Spannungen werden anschließend durch den
für die jeweilige Spannungskategorie zutreffenden Koeffizienten dividiert, wie nachstehend dargestellt:
m i eq P
m
L i
P i
eq P
L
1,5
eq P
P Q i
1,5
eq P Q
3 ,0
(C.8-5)
(C.8-6)
(C.8-7)
(C.8-8)
632a
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b)
Der höchste Wert von (m)i, (L)i, (P)i, (P+Q)i ist zu bestimmen. Für den untersuchten Punkt muss die fiktive
Berechnungsnennspannung fFi für den betrachteten Lastfall im Zeitstandbereich der höchste dieser
Spannungswerte sein:
f Fi max m i ; L i ; P i ; PQ i
(C.8-9)
Die zulässige Zeit bis zum Eintreten des Schadensfalles tD,f ,T ist nach Gleichung (19-11) für diese fiktive
Fi
i
Berechnungsspannung fFi bei Berechnungstemperatur Ti zu berechnen.
c)
Die Schritte a) und b) sind für jeden Lastfall zu wiederholen.
d)
Die Schädigungsakkumulation im Zeitstandbereich, die sich im untersuchten Punkt aus allen auftretenden
Lastfällen ergibt, ist nach folgender Regel zu bestimmen:
n
t
i 1
Fi i
tD, fi ,T 1,0
(C.8-10)
Besteht ein Teil oder Bauteil des Behälters aus mehr als einem Werkstoff, ist Gleichung (C.8-10) für jeden
einzelnen Werkstoffbereich separat anzuwenden unter Verwendung der fiktiven Berechnungsspannung fFi im
jeweiligen Punkt sowie der Kurve für die Auslegung im Zeitstandbereich des jeweiligen Werkstoffs.
Zur Bestimmung der erforderlichen Mindestdicke kann eine Berechnung nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“,
die das gesamte Verfahren nach C.8.2 abdeckt, für alle maßgebenden Punkte durchgeführt werden.
632b
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Anhang D
(informativ)
Prüfung der Form von Druckbehältern unter Außendruck
D.1 Allgemeines
Dieser Anhang enthält Richtlinien für die Bestimmung der Abweichung von Zylinder-, Kegel- und Kugelschalen von
der Sollform.
D.2 Zusätzliche Definitionen
Keine.
D.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in den Abschnitten 4 und 8.
L1
Sehnenlänge einer Lehre, siehe Gleichung (D-1)
L2
Länge der Sehnenlehre, ermittelt nach Gleichung (D-4)
Ii
i-ter Einflußfaktor, siehe Tabelle D-1
N
Anzahl der Messpunkte ( 24)
Re
Radius einer Außenlehre
Rmax
Größter Radius einer gefertigten Kugelschale, lokal gemessen
Rt
Radius einer Innenlehre
Y
Größte Spaltbreite zwischen Lehre und Schale
i
i-ter Messwert der Sehnenlehre
r
Mit der Sehnenlehre ermittelte Abweichung von der mittleren Kreisform
D.4 Messverfahren
Für exakte Radiusmessungen bei allen Schalenformen, d.h. Zylinder-, Kegel- und Kugelschalen, können
Vermessungsverfahren wie z.B. optische, Infrarot- und Laser-Messverfahren angewendet werden. Weitere
Verfahren für spezielle Schalenformen werden ebenfalls beschrieben.
633
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EN 13445-3:2014 (D)
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D.5 Zylinder- und Kegelabschnitte
D.5.1 Allgemeines
Die in D.5.2 bis D.5.4 beschriebenen drei Verfahren können bei Zylinder- und Kegelschalen angewendet werden.
D.5.2 Direkte Messung
Radien oder Abweichungen von einem konstanten Radius sollten an einer geraden Anzahl gleichmäßig am
Umfang verteilter Punkte gemessen werden, deren Zahl ausreichend sein sollte, um die Form der betrachteten
Schale genau wiederzugeben, mindestens jedoch an 24 Punkten.
Die Messungen können mit Vermessungsverfahren durchgeführt werden, mit Hilfe eines drehbaren Tasterarms auf
der Schaleninnenseite (siehe Bild D-1) oder durch Drehen der Schale um ihre Längsachse und Messungen an der
Außenseite. Die Drehachse des Tasterarms bzw. der Schale sollte annähernd im wahren Mittelpunkt der Kreisform
des geprüften Teils liegen.
Die Radien sollten mit einer Genauigkeit von ca. 0,0001 R gemessen werden. Aus den Messwerten ist dann die
Unrundheit gemäß Anhang E zu ermitteln.
Bild D-1 — Schwenkbarer Tasterarm
D.5.3 Lehren
Der Behälter ist mit einer Innen- oder Außenlehre gemäß Bild D-2 zu prüfen. Die Sehnenlänge der Lehre muss
dabei nachstehende Gleichung erfüllen:
0,9 R L1 11
, R
(D-1)
Bei einer Außenlehre sollte R e annähernd gleich 1,01 R sein. Die gemessene Spaltbreite zwischen Behälter und
Lehre sollte innerhalb der folgenden Grenzwerte liegen:
Re 1002
,
R Y Re 0,998 R
634
(D-2)
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Bei einer Innenlehre sollte Rr annähernd gleich 0,99 R sein. Die gemessene Spaltbreite zwischen Behälter und
Lehre sollte innerhalb der folgenden Grenzwerte liegen:
0,998 R Rr Y 1002
,
R Rr
(D-3)
L
Y
Re
Rt
Y
L
Bild D-2 — Innen- und Außenlehre
D.5.4 Sehnenlehre
D.5.4.1
Verfahren
Mit einer Sehnenlehre (auch Brückenlehre genannt) sollten an mindestens 24 gleichmäßig am Umfang verteilten
Punkten die Höhenabstandswerte r gemessen werden (siehe Bild D-3). Es können auch Abweichungen von
einem konstanten Höhenabstand verwendet werden, was dasselbe Ergebnis liefert.
Die erforderliche Länge der Sehnenlehre wird wie folgt ermittelt:
L2
4R
N
(D-4)
Die Messgenauigkeit sollte 0,1 mm betragen.
Die Abweichungen von der mittleren Kreisform werden wie folgt berechnet:
r
N1
/
i
ir
(D-5)
i 0
Dabei ist l i ein Einflussfaktor. In Tabelle D-1 sind für zwei verschiedene Werte von N die Werte für Ir aufgelistet.
ANMERKUNG 1
Dabei gilt I S I NS , z. B. I10 I14 , mit N=24.
635
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG 2
Sehnenlehren werden auch als Brückenlehren bezeichnet.
ANMERKUNG 3
Alternativ können die Abweichungen von der mittleren Kreisform nach dem von Kendrick beschriebenen
Verfahren berechnet werden (siehe ”Shape imperfections in cylinders and spheres - their importance in design and methods of
measurement” aus: Strain Analysis for Engineering Design, 12, No. 2, April 1977).
Die Schale weist eine ausreichend genaue Kreisform auf, wenn der größte Wert für r den Wert 0,005 R nicht
überschreitet.
i
L2
Bild D-3 — Sehnen- oder Brückenlehre
Tabelle D.1 — Einflussfaktoren
636
r
N = 24
N = 48
r
N = 24
N = 48
r
N = 48
r
N = 48
0
1,76100
3,6185
12
0,60124
-1,3835
24
1,2101
36
-1,3835
1
0,85587
2,6580
13
0,54051
-1,1944
25
1,1791
37
-1,5076
2
0,12834
1,7753
14
0,36793
-0,9544
26
1,0873
38
-1,5538
3
-0,38800
0,9834
15
0,11136
-0,6780
27
0,9385
39
-1,5107
4
-0,68359
0,2923
16
-0,18614
-0,3804
28
0,7385
40
-1,3689
5
-0,77160
-0,2910
17
-0,47097
-0,0763
29
0,4957
41
-1,1210
6
-0,68487
-0,7624
18
-0,68487
0,2201
30
0,2201
42
-0,7624
7
-0,47097
-1,1210
19
-0,77160
0,4957
31
-0,0763
43
-0,2910
8
-0,18614
-1,3689
20
-0,68359
0,7385
32
-0,3804
44
0,2923
9
0,11136
-1,5107
21
-0,38800
0,9385
33
-0,6780
45
0,9834
10
0,36793
-1,5538
22
0,12834
1,0873
34
-0,9544
46
1,7753
11
0,54051
-1,5076
23
0,85587
1,1791
35
-1,1944
47
2,6580
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
D.5.4.2
Beispiel
Für einen Zylinder mit einem mittleren Radius von 2000 mm wurden mit der Sehnenlehre in Abständen von 15°
beginnend am Scheitel folgende Werte gemessen.
0
15
30
45
60
75
(mm)
70,2
70,6
69,1
67,0
66,2
67,1
(mm)
6,5
8,4
5,0
-0,6
-4,0
-3,4
90
105
120
135
150
165
(mm)
68,8
69,5
68,8
67,4
67,5
67,7
(mm)
-0,5
1,1
0,0
-2,2
1,0
-1,2
180
195
210
225
240
255
(mm)
68,8
69,1
68,3
67,4
67,5
68,7
(mm)
1,4
2,7
1,9
0,8
1,0
2,4
270
285
300
315
330
345
(mm)
69,6
69,1
67,4
65,9
66,1
68,1
(mm)
2,5
-0,3
-5,0
-7,9
-6,0
0,2
Der Wert für bei = 0° ergibt sich durch die folgende Addition:
0 = (70,2) (1,76100) + (70,6) (0,85587) + (69,1) (0,12834) + … + (68,1) (-0,85587) = 6,5
(D-6)
Der Wert für bei = 105° ergibt sich durch die folgende Addition:
7 = (70,2) (-0,47097) + (70,6) (-0,68487) + (69,1) (-0,77160) + … + (68,1) (-0,18614) = 1,1
(D-7)
In diesem Beispiel beträgt die größte Abweichung von der mittleren Kreisform 8,4 mm bei = 15° und liegt damit
unter 0,005 R = 10 mm.
D.6 Kugelschalen und Kugelkalotten
Zum Nachweis, dass die Kugelform innerhalb der in 8.7.2 festgelegten Toleranz für R max liegt, wird die gesamte
Kugeloberfläche mit einer Lehre mit einer Bogenlänge von 2,4
Rmax e vermessen und geprüft, dass die
R
innenseitige Abweichung von der Sollform nicht größer ist als 0,72 max 1e a . Der Nachweis kann mit einer
R
Sehnenlehre oder einer Kreisbogenlehre mit dem Nennradius der Kugelform durch Messen der Abweichungen
geführt werden.
Alternativ kann der Nachweis auch mit Kreisbogenlehren mit einem Radius von Rmax wie folgt geführt werden:
1)
Innenlehre: Liegt die Lehre ohne Kippen an der Innenwand an, ist der lokale Radius gleich oder kleiner als
Rmax und damit annehmbar;
2)
Außenlehre: Liegt die Lehre ohne Kippen an und ist in der Mitte der Lehre Spiel vorhanden, ist der lokale
Radius größer als Rmax’ und damit nicht annehmbar.
637
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG Bei großen oder vor Ort errichteten Behältern kann der Nachweis an den einzelnen Wandplatten nach dem
Pressen und vor dem Schweißen geführt werden. (Dabei ist jedoch auf die richtige Auflagerung der Platten zu achten, da sich
bei falscher Abstützung während der Prüfung Verformungen ergeben.) Darüber hinaus ist nach der Montage der Nachweis über
die gesamte Länge aller Schweißnähte mit einer Lehre mit der Bogenlänge 2,4
Rmax e zu führen, die mittig über den Nähten
angesetzt werden muss. Bestehen hinsichtlich der lokalen Kreisform außerhalb oder entlang der Schweißnähte Zweifel, sollte
eine weitere Prüfung durchgeführt werden.
In Tabelle D-2 sind die in 8.7 festgelegten grundlegenden Toleranzen als zulässige innenseitige
Abweichungen bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Kreisbogenlehre angegeben und die bei
Überschreiten der Toleranz erforderlichen Abschläge vom Auslegungsdruck aufgeführt.
In Tabelle D-3 sind die empfohlenen zulässigen Abweichungen für verschiedene Kugelschalen und
Kugelkalotten angegeben.
Tabelle D-2 — Maximal zulässige lokale Abweichungen von der Nennform
Ausgedrückt als
Radius
Ausgedrückt als
innenseitige Abweichung
von der Nennform
Minderungsfaktor für
Auslegungsdruck
Rmax
1 e
0,72
R
Rmax
13
, R
1,30 R
0,216 e
1,00
1,40 R
0,288 e
1,16
1,50 R
0,360 e
1,33
1,60 R
0,432 e
1,51
1,70 R
0,504 e
1,71
1,80 R
0,576 e
1,92
1,90 R
0,648 e
2,14
2,00 R
0,720 e
2,37
2,10 R
0,792 e
2,61
2,20 R
0,864 e
2,86
2,30 R
0,936 e
3,13
2,40 R
1,008 e
3,41
1,080 e
3,70
Rmax
2,50 R
ANMERKUNG
638
Zwischenwerte können linear interpoliert werden.
2
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle D-3 — Empfohlene maximal zulässige Abweichung von der Nennform
bei Kugelschalen und Kugelkalotten unter Außendruck
R
e
Ausgedrückt als
maximal zulässiger
lokaler Radius
Rmax
Ausgedrückt als maximal
zulässige innenseitige
Abweichung, gemessen
mit Kreisbogenlehre
L 2,4 Rmax e
Minderungsfaktor für
Auslegungsdruck
Rmax
13
, R
60
1,30 R
0,216 e
1,00
80
1,35 R
0,252 e
1,08
100
1,40 R
0,288 e
1,16
150
1,50 R
0,360 e
1,33
200
1,55 R
0,396 e
1,42
250
1,60 R
0,432 e
1,51
400
1,70 R
0,504 e
1,71
600
1,80 R
0,576 e
1,92
800
1,85 R
0,612 e
2,03
1000
1,90 R
0,648 e
2,14
2
ANMERKUNG Bei den vorstehenden Werten handelt es sich lediglich um Empfehlungen.
639
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang E
(normativ)
Verfahren zur Berechnung der Unrundheit von Zylinder- und Kegelschalen
E.1 Allgemeines
Dieser Anhang beschreibt ein Verfahren zur Berechnung der Unrundheit von Zylinder- oder Kegelschalen auf der
Grundlage von Radiusmessungen.
E.2 Zusätzliche Definitionen
Keine.
E.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 8 sowie Anhang D.
Koeffizienten der untersten Reihe der Fourier-Zerlegung
a1, b0 , b1
Rr
Radius am Messpunkt r
r
Laufende Nummer der Messung (0..(N-1))
w r
Abweichung von der mittleren Kreisform am Messpunkt r
w max
Maximale Abweichung von der mittleren Kreisform
Winkelabstand der Messpunkte
E.4 Verfahren
Die Messungen sind an mindestens 24 gleichmäßig am Umfang verteilten Punkten gemäß dem in Anhang D.5.1
beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die Radiusmessungen können auf der Innen- oder auf der Außenseite
vorgenommen werden, innerhalb einer Messreihe jedoch nur von einer Seite aus.
Die Radiusmessungen müssen um den Mittelwert und den Fehler bei der Festlegung des wahren Mittelpunkts
korrigiert werden (siehe Bild E-1). Dazu werden die Koeffizienten b0 , b1, a1 usw. der Fourier-Zerlegung der
Radiusmessungen wie folgt ermittelt:
b0
a1
640
1
N
2
N
r N1
R
r
r 0
(E-1)
r N1
R sin r
r
r 0
(E-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
b1
2
N
r N1
R cos r
r
r 0
(E-3)
Die Abweichung von der mittleren Kreisform an jedem Messpunkt wird wie folgt ermittelt:
w r Rr b0 a1 sin r b1 cos r
(E-4)
ANMERKUNG
Ein mögliches Arbeitsblatt zur Ermittlung der Abweichung auf der Grundlage von 24 Messungen ist in
Tabelle E-1 dargestellt.
w max max w 0 ........ w (N 1)
(E-5)
Ein Druckbehälter liegt innerhalb der Toleranzgrenze von 0,5%, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
w max
0.005
R
(E-6)
Wird Gleichung (E-6) nicht erfüllt, muss der zulässige Betriebsüberdruck gemäß Anhang F berechnet werden.
2
b
1
b
0
3
1
Bild E-1 — Radiusmessungen und Lage des wahren Mittelpunkts
641
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Tabelle E-1 — Arbeitsblatt zur Ermittlung der Abweichung von der mittleren Kreisform
(1)
Mess-
(2)
Bezugs-
Punkt
r
winkel
r
(3)
sin r
(4)
cos r
(5)
Gemesse-
(8)
(9)
(10)
(11)
a1 sin r
b1 cos r
a1 sin r +
b 0 a 1 sin r
b1 cos r
b1 cos r
Spalte (8)+
Spalte (9)
Spalte (10)+
Rr
mm
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
315
330
345
(7)
Rr cos r
ner Radius
Grad
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
(6)
Rr sin r
0,0000
0,2588
0,5000
0,7071
0,8660
0,9659
1,0000
0,9659
0,8660
0,7071
0,5000
0,2588
0,0000
-0,2588
-0,5000
-0,7071
-0,8660
-0,9659
-1,0000
-0,9659
-0,8660
-0,7071
-0,5000
-0,2588
Spalte (3)x
Spalte (5)
+
1
1
+
2
24
ANMERKUNG Schraffierte Flächen weisen auf negative Werte hin.
642
Spalte (3)x
Spalte (4)x
a1
b1
b0
1,0000
0,9659
0,8660
0,7071
0,5000
0,2588
0,0000
-0,2588
-0,5000
-0,7071
-0,8660
-0,9659
-1,0000
-0,9659
-0,8660
-0,7071
-0,5000
-0,2588
0,0000
0,2588
0,5000
0,7071
0,8660
0,9659
1
b0
Spalte (4)x
Spalte (5)
+
3
a1
1
12
2
b1
1
12
3
(12)
Deviation r
Rr b0 a1 sin r b1 cos r
Spalte (5)Spalte (11)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang F
(normativ)
Zulässiger Außendruck für Druckbehälter mit toleranzüberschreitender
Unrundheit
F.1 Allgemeines
Dieser Anhang beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des zulässigen Druckes für Zylinderschalen, deren
Unrundheit, gemessen vom wahren Mittelpunkt, mehr als 0,5 % des Radius beträgt.
F.2 Zusätzliche Definitionen
Keine.
F.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
Die folgenden Symbole und Abkürzungen gelten zusätzlich zu denen in Abschnitt 4 und 8 sowie Anhang D.3 und
E.3.
ancyl , bncyl
Pra
Koeffizienten von Fourier-Reihen
Zulässiger äußerer Außendruck gemäß den Regeln dieses Anhangs
Pa
Zulässiger Druck einer ansonsten gleichen Zylinderschale mit einer Unrundheit innerhalb der Toleranz von
0,5 % (siehe 8.5.2.2)
Pq
Unterer Grenzwert des Versagensdrucks einer Zylinderschale
n cyl
Oberwellenzahl zur Berechnung von in Gleichung (8.5.2-6) und Gleichung (F-4)
F.4 Verfahren
Der zulässige Druck pra wird wie folgt ermittelt:
Pra Pq Pa Pq
0w,005 R Pa
(F-1)
max
Dabei ist:
Pq der kleinste Wert von P an jedem Punkt r, für den gilt:
PR
br e
ea
(F-2)
und
643
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Pq Pa
br
(F-3)
E ea
2
2R 1
2
ncyl N / 2
ncyl 2
R
2
n cyl 1
L
2
P
an sin n cyl r bncyl cos n cyl r
x
Pmncyl P cyl
(F-4)
Dabei ist:
Pm n cyl der Wert von Pm , der mit Gleichung (8.5.2-5) für jeden Wert von n cyl ermittelt wurde,
sowie:
an
2
N
N 1
Rr sin n cyl r
(F-5)
r 0
Für n N / 2 gilt:
bn
2
N
N 1
R cos n
(F-6)
Rr cos n cyl r
(F-7)
r
r 0
cyl r
Für n N / 2 gilt:
1
bn
N
N 1
r 0
Der Wert für w max wird in Anhang E ermittelt.
644
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Anhang G
(normativ)
Alternativverfahren zur Auslegung von Flanschen und
Flanschverbindungen mit Dichtung
G.1 Zweck
Dieser Anhang regelt die Berechnung verschraubter runder Flanschverbindungen mit Dichtung. Er gilt für Flansche
und verschraubte gewölbte Böden und stellt eine Alternative zu den Verfahren in Abschnitt 11 und 12 dar.
Zweck des Anhangs ist es, die konstruktive Druckfestigkeit und Dichtheit einer Verbindung zu gewährleisten, die
aus zwei Flanschen, Schrauben und einer Dichtung besteht. Die am Flansch wirkenden Lasten sind in Bild G.3-1
dargestellt. Die Bilder G.3-2 bis G.3-3 zeigen verschiedene Arten von Schrauben und Dichtungen.
ANMERKUNG
Dieser Anhang basiert auf der Norm EN 1591-1:2001: Flansche und ihre Verbindungen - Regeln für die
Berechnung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtungen. Um die Einheitlichkeit der vorliegenden Norm zu
erhalten, wurden zahlreiche redaktionelle Änderungen, z. B. Nummerierung von Unterabschnitten und Gleichungen, gegenüber
prEN1591 vorgenommen. Die Norm EN 1591-1:2001 ist noch nicht verabschiedet.
G.2 Zusätzliche Definitionen
Die folgenden Definitionen gelten zusätzlich zu denen in 11.2.
G.2.1
Festflansch
Flansch, der entweder integraler Bestandteil der Schale oder mit ihr verschweißt ist (siehe Bilder G.3-4 bis G.3-8).
G.2.2
Blindflansch
Mit Schrauben befestigter ebener Deckel (siehe Bild 3-9).
G.2.3
Losflansch
Getrenntes loses Flanschblatt mit Bund oder Bördel als Auflage (siehe Bild G.3-10)
G.2.4
Flanschansatz
Verlängerung des Flanschblatts in axialer Richtung, gewöhnlich zur Verbindung von Flanschblatt und Schale (siehe
BIlder G.3-4 und G.3-5).
G.2.5
Bördel oder Bund
Auflage für einen Losflansch (siehe BildG.3-10).
G.2.6
Lastzustand
Gleichzeitiges Einwirken verschiedener Lasten; mit dem Index l bezeichnet.
G.2.7
Lastwechsel
Änderung des Lastzustands.
645
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.2.8
Einbauzustand
Siehe Definition in 11.2; für diesen Anhang bezeichnet mit I = 0.
G.2.9
Folgezustand
Lastzustand nach dem Einbauzustand, z. B. Betriebszustand, Prüfzustand, Zustand beim An- oder Abfahren einer
Anlage, bezeichnet mit I = 1, 2, 3.
G.2.10
Äußere Lasten
Kräfte und/oder Momente an der Verbindung, die durch Anbauteile verursacht werden, z. B. Masse oder
Wärmeausdehnung von Rohren.
G.2.11
Nachgiebigkeit
Kehrwert der axialen Steifigkeit der Verbindung, Symbol: Y, Einheit: mm/N.
G.2.12
Flexibilitätsmodul
Kehrwert des Steifigkeitsmoduls eines Bauteils Elastizitätskonstanten des Werkstoffs; in axialer Richtung: Symbol:
X, Einheit: 1/mm; in Umfangsrichtung: Symbol: Z; Einheit: 1/mm³.
G.3 Zusätzliche Symbole und Abkürzungen
G.3.1 Verwendung der Bilder
Die Bilder G.3-1 bis G.3-10 dienen nur zur Verdeutlichung der Bezeichnungen und nicht der Darstellung
konstruktiver Einzelheiten. Es sind nicht sämtliche Flanschtypen abgebildet, die nach diesen Regeln berechnet
werden können.
Für einige Normflanschtypen nach EN 1092-1:2007, sind in den folgenden Bildern dargestellt:
Bild:
G.3-8
EN 1092:
Typ:
01
G.3-10 a)
02 + 35
G.3-10 b)
02 +35 oder 36 oder 37
G.3-9
05
G.3-4 a)
11
G.3-4 c)
21
G.3.2 Indizes und Sonderzeichen
G.3.2.1
Indizes
A
für
Zusätzlich (FA, MA)
B
für
Schraube
C
für
Kriechen der Dichtung (gC)
D
für
Äquivalenter Zylinder (konischer Ansatz + Schale; für Grenzlastberechnung)
646
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
E
für
Äquivalenter Zylinder (konischer Ansatz + Schale; für Elastizitätsberechnung)
F
für
Flansch
G
für
Dichtung
H
für
Ansatz (= Hals)
I
für
Lastzustand (mit den Werten I = 0, 1, 2, ...)
L
für
Losflansch
M
für
Moment
P
für
Druck
Q
für
Nettoaxialkraft durch Druck
R
für
Nettoaxialkraft durch äußere Lasten
S
für
Schale, Schub
T
für
Schale, modifiziert
X
für
Schwächster Flanschquerschnitt
für
Änderung oder Differenz
av
für
Mittelwert
d
für
Auslegungswert
e
für
Effektivwert
i
für
Zwischenwert
max
für
Höchstwert
min
für
Mindestwert
nom
für
Nennwert
opt
für
Optimalwert
req
für
Erforderlicher Wert
s
für
Schaft (Teil der Schraube ohne Gewinde)
t
für
Theoretischer Wert, Drehmoment, Gewinde
0
für
Nullastzustand; Einbauzustand (I = 0, siehe Index I)
G.3.2.2
~
Sonderzeichen
Eine Tilde (~) über Symbolen kennzeichnet Parameter des zweiten Flansches der Verbindung, deren
Wert von denen des Parameters des ersten abweichen kann.
647
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.3.3 Symbole
ANMERKUNG
ist.
Die zugehörigen Einheiten sind in eckigen Klammern angegeben; [-] besagt, dass die Größe dimensionslos
AB
Effektive Gesamtquerschnittsfläche aller Schrauben [mm²], Gleichung (G.5-53);
AF, AL
Radiale Querschnittsfläche des Flanschblatts bzw. Losflansches [mm²] Gleichungen (G.5-7),
(G.5-14);
AGe, AGt
Effektive bzw. theoretische Dichtungsfläche [mm²], Gleichungen (G.5-60) bzw. (G.5-57);
b 0,
Breite der Anfasung oder Abrundung an Losflanschen [mm], Bild G.3-10;
bF, bL
Effektive Breite von Flansch bzw. Losflansch [mm], Gleichungen (G.5-5), (G.5-8), (G.5-9),
(G.5-12);
bGe, bGi, bGt
effektive, zwischenzeitliche bzw. theoretische Dichtungsbreite [mm], Tabelle G.5-1,
Gleichung (G.5-59) bzw. (G.5-55);
cF, cG cM, cS
Korrekturfaktoren [-], Gleichungen (G.5-36), (G.7-8), (G.7-15) bis (G.7-18);
d0
Innendurchmesser des Flanschblatts [mm] bzw. Außendurchmesser des Mittelteils eines
Blindflansches (mit Dicke e0); d0 ist in keinem Fall größer als der Innendurchmesser der
Dichtung [mm], Bilder G.3-4 bisG.3-10;
d1
Mittlerer Durchmesser des Flanschansatzes am dünnen Ende [mm], Bilder G.3-4, G.3-5;
d2
Mittlerer Durchmesser des Flanschansatzes am dicken Ende [mm], Bilder G.3-4, G.3-5;
d3, d3e
Tatsächlicher bzw. effektiver Lochkreisdurchmesser [mm], Bilder G.3-4 bis G.3-10;
d4
Außendurchmesser des Flansches [mm], Bilder G.3-4 bis G.3-10;
d5, d5t, d5e
Durchmesser von durchgebohrten Schraubenlöchern, Sacklöchern bzw. wirksamen
Schraubenlöchern [mm], Bilder G.3-4 bis G.3-10, Gleichung (G.5-2);
d6
Losflansch-Innendurchmesser [mm], Bild G.3-10;
d7
Durchmesser der Kraftübertragungsfläche zwischen Losflansch und Bund oder Bördel [mm],
Bild G.3-1, Gleichungen (G.5-27 bis G.5-29) und (G.5-63);
d8
Außendurchmesser von Bund oder Bördel [mm], Bild G.3-10;
d9
Durchmesser eines zentralen Ausschnitts in einem Blindflansch [mm], Bild G.3-9;
dB0, dBe, dBs
Nenn-, Effektiv-, Dehndurchmesser der Schrauben ( [mm], Bild G.3-2;
dG0, dG1, dG2
Innen- bzw. Außendurchmesser der theoretischen Auflagefläche der Dichtung [mm], Bild
G.3-3;
dGe, dGi, dGt
Effektiver, zwischenzeitlicher bzw. theoretischer Dichtungsdurchmesser [mm], Bild G.3-3,
Tabelle G.5-1;
dE, dF, dL, dS, dX
mittlere Durchmesser eines Teils oder eines Querschnitts (gekennzeichnet durch Index)
[mm], Gleichungen (G.5-6) bis (G.5-21), (G.7-10) bis (G.7-341), Bilder G.3-4 bis G.3-10;
648
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
E0
Elastizitätsmodul (Druck) der Dichtung [MPa] bei Druckspannung Q = 0, siehe G.9.2;
EB, EF, EG, EL
Elastizitätsmodule (durch Index gekennzeichnet) bei Berechnungstemperatur [MPa];
e0
Dicke der zentralen Platte eines Blindflansches (innerhalb von d0) [mm], Bild G.3-9;
e1
Mindestdicke des Flanschansatzes am dünnen Ende [mm], Bilder G.3-4, G.3-5;
e2
Dicke des Flanschansatzes am dicken Ende [mm], Bilder G.3-4, G.3-5;
eD, eE
Wanddicke des äquivalenten Zylinders für die Grenzlast- bzw. Flexibilitätsberechnung [mm],
Gleichungen (G.7-118), (G.5-15), (G.5-18), (G.5-20);
eF, eL
Effektive axiale Dicke des Flansches bzw. des Losflansches [mm], Gleichung (G.5-7 bis
G.5-14);
eFb
Flanschblattdicke am Durchmesser d3 (Lochkreisdurchmesser) [mm], Bilder G.3-6, G.3-7;
eFt
Flanschblattdicke am Durchmesser dGe (Kraftübertragungsstelle der Dichtung), wesentlich
für die Wärmeausdehnung [mm], Gleichung (G.6-3), (G.6-4);
eG
Axiale Dicke der Dichtung [mm], Bild G.3-3;
eP
Anteil der Flanschdicke unter radialer Druckbelastung [mm], Bild G.3-4 bis G.3-10;
eQ
Anteil der Flanschdicke ohne radiale Druckbelastung [mm], Bild G.3-4 bis G.3-10;
eS
Wanddicke der Schale [mm], Bild G.3-4 bis G.3-10;
eX
Flanschdicke am schwächsten Querschnitt [mm], Bild G.3-9;
FA
Äußere axiale Kraft [N], Bild G.3-1; positiver Wert bei Zug, negativer Wert bei Druck;
FB
Gesamtschraubenkraft aller Schrauben [N];
FG
Dichtungskraft [N];
FG
Mindestdichtungskraft im Einbauzustand, bei der die erforderliche Dichtungskraft in allen
Folgezuständen beibehalten wird [N], Gleichung (G.6-10);
FQ
Fluiddruckkraft in axialer Richtung [N], Gleichung (G.6-1);
FR
Resultierende Kraft aus FA und MA [N], Gleichung (G.6-2);
fB, fE, fF, fL, fS
Berechnungsnennspannungen
Auslegungstemperatur;
gC
Kriechfaktor der Dichtung [-], Gleichung (G.6-5), siehe G.9.2;
(Teil
gekennzeichnet
durch
Index)
[MPa]
bei
649
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
hG, hH, hL
Hebelarme [mm], Bild G.3-1, Gleichungen (G.5-24 bis G.5-32) und (G.5-61), (G.5-62);
hP, hQ, hR, hS, hT
Hebelarm-Korrekturen [mm], Gleichungen (G.5-22), (G.5-37...G.5-40), (G.5-48), (G.5-49);
I
Index des Lastzustandes [-], im Einbauzustand I = 0, für Folgezustände I = 1, 2, 3...;
jM, jS
Vorzeichenkennzahl für Moment bzw. Schubkraft (+1 oder -1) [-], Gleichungen (G.7-19),
(G.7-20);
K1
Änderungsgeschwindigkeit des Elastizitätsmoduls der Dichtung bei Druckspannung nach
Einbau [-], siehe G.9.2;
kQ, kR, kM, kS
Korrekturfaktoren [-], Gleichungen (G.5-41) bis (G.5-44), (G.7-21),(G.7-22);
lB, le, ls
Schraubenabmessungen in axialer Richtung [mm], Gleichungen G.3-2 und G.3-5; le = lB - ls
lH
Länge des Flanschansatzes [mm], Bilder G.3-4, G.3-5;
MA
äußerer Biegemoment [Nmm], Bild G.3-1;
Mt
Schraubenanzugsmoment [Nmm], Gleichung (G.8-4);
m
is the gasket compression factor [-], Gleichung (G.6-9), siehe G.9.2;
NR
Anzahl der Montage- bzw. Nachziehvorgänge bei einer Verbindung während der
Flanschlebensdauer, Gleichung (G.6-20); kein Einfluss auf die Dichtheit für NR 10;
nB
Anzahl der Schrauben [-], Gleichungen (G.5-1), (G.5-4), (G.5-53);
P
Fluiddruck [MPa], positiver Wert bei Innendruck, negativer Wert bei Außendruck;
pB
Schraubenlochteilung [mm], Gleichung (G.5-1);
pt
Gewindesteigung der Schrauben [mm], Tabelle G.8-1;
Q
mittlere (tatsächliche) Druckspannung der Dichtung [MPa], Q = FG/AGe
QI,min
Erforderliche Mindestdruckspannung der Dichtung für Lastzustände I [MPa], abhängig von
den Lastparametern; siehe G.9.3;
Q0,min
Erforderliche Mindestdruckspannung der Dichtung im Einbauzustand (I = 0) [MPa],
Gleichung (G.6-8), siehe G.9.2;
Qmax
Maximal zulässige Druckspannung der Dichtung [MPa], Gleichung (G.7-7), siehe G.9.2
(einschließlich der in allen Lastzuständen gleichen Sicherheitsgrenzwerte);
r2
Krümmungsradius im Dichtungsquerschnitt [mm], Bild G.3-3;
TB, TG, TF, TL
Berechnungstemperaturen (mittlerer Wert, Teil
Gleichung (G.6-3);
T0
Temperatur der Verbindung im Einbauzustand [oC] (normalerweise +20 oC);
WF, WL, WX
Widerstandswerte (Teil oder Abschnitt gekennzeichnet
Gleichungen (G.7-10), (G.7-29), (G.7-31), (G.7-33);
650
gekennzeichnet durch
durch
Index)
Index)
[oC],
[Nmm],
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
XB, XG
Axiale Flexibilitätsmoduli [1/mm], Gleichungen (G.5-54), (G.5-65);
YG, YQ, YR
Axiale Nachgiebigkeit der Verbindung
Gleichungen (G.6-5), (G.6-6), (G.6-7);
ZF, ZL
Flexibilitätsmoduli eines Flansches bzw. Losflanschesin
Gleichungen (G.5-45), (G.5-46), (G.5-50), (G.5-51), (G.5-52);
αB, αF, αG, αL
Mittlere Wärmeausdehnungsbeiwerte [K-1], gemittelt zwischen T0 und TB, TG, TF, TL
Zwischenwerte für Betriebsvariablen [-], Gleichungen (G.5-16), (G.5-33) to (G.5-35), (G.564), (G.7-2), (G.7-13), (G.7-14);
U
Gesamtwärmeausdehnung in axialer Richtung bezogen auf den Einbauzustand [mm],
Gleichung (G.6-3);
n+, n-
Abweichung der Anfangsschraubenkraft nB vom Nennwert (nach oben, unten) [-],
Gleichung (G.6-14), siehe G.8.3; analog für nB = 1.
F, L
Verdrehung von Flansch bzw. Losflansch durch das einwirkende Moment [rad], Gleichungen
(G.8-12), (G.8-13);
Reibungskoeffizient, für Schrauben und Muttern identisch [-], siehe G.8.4;
Durchmesserverhältnis bei Blindflanschen [-], Gleichung (G.5-47);
B, F, G, L, X
Auslastungsgrade (Teil gekennzeichnet durch Index) [-], Gleichungen (G.7-3), (G.7-7), (G.79), (G.7-28), (G.7-30), (G.7-32), (G.7-34);
max
Reduzierter maximal zulässiger Auslastungsgrad [-], Gleichung (G.7-2);
G
Neigungswinkel der Dichtfläche [rad oder deg], Bild G.3-3, Tabelle G.5-1;
S
Neigungswinkel der verbundenen Schalenwand [rad oder deg], Bild s G.3-6 und G.3-7 mit
Angabe der Vorzeichenregelung;
Auslastungsgrad des Flanschblattes aufgrund der Radialkraft [-], Gleichung (G.7-23);
Z
Spezifischer Wert von [-], Tabelle G.7-1.
unter
den
Lasten
FG,
FQ ,
FR
[mm/N],
Umfangsrichtung
[1/mm3],
651
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Festflansch
b) Losflansch
Bild G.3-1 — Lasten und Hebelarme
652
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Sechskantschraube
b) Gewindebolzen
c) Dehnschraube
d) Einzelheit ‘Z’
Bild G.3-2 — Schrauben
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Bild G.3-3 — Dichtungen
653
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Konischer Ansatz ohne Verstärkung am Innendurchmesser
b) Konischer Ansatz mit Verstärkung am Innendurchmesser
Bild G.3-4 — Festflansch mit Ansatz an Zylinderschale (Fortsetzung auf folgender Seite)
654
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
c) Ausgerundeter zylindrischer Ansatz
1) Schale
2) Ansatz
3) Flanschblatt
Bild G.3-4 — Festflansch mit Ansatz an Zylinderschale (Fortsetzung)
1) Schale
2) Ansatz
3) Flanschblatt
Bild G.3-5 — Innenliegender Festflansch mit Ansatz an Zylinderscheibe
655
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
a) Flansch an kleiner Kegelgrundfläche
b) Flansch an großer Kegelgrundfläche
1) Schale
2) Flanschblatt
Bild G.3-6 — Festflansch an Kegelschale
656
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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a) Gewölbter Deckel
b) Blockflansch
1) Schale
2) Flanschblatt
Bild G.3-7 — Flanschblatt an Kugelschale
657
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
1) Schale
2) Flanschblatt
Bild G.3-8 — Aufschweißflansch
1) Platte 2) Flanschblatt
Bild G.3-9 — Ebener Deckel
658
DIN EN 13445-3:2018-12
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a) mit Bund
b) mit Bördel
1) Schale
2) Bund / Bördel 3) Losflansch
Bild G.3-10 — Losflansch
659
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G.4 Allgemeines
G.4.1 Geltungsbereich
G.4.1.1
Geometrie
Das Verfahren ist anwendbar
für Verbindungen von zwei gleichen oder unterschiedlichen Flanschen oder einem Flansch mit einem
Blindflansch;
bei einer insgesamt achssymmetrischen Konstruktion;
für Flansche mit mindestens vier gleichmäßig am Umfang verteilten baugleichen Schrauben;
für Flansche mit kreisförmiger Dichtung auf ebenen Flächen innerhalb des Lochkreises, die axial
zusammengedrückt wird;
für Flansche, deren Geometrie folgende Bedingungen erfüllt:
a)
0,2 bF / eF 5,0 ;
b)
eF max e 2 ; d B0 ; pB 3 0,01...0,10 pB / bF
c)
cos S 1 1 0,01 d S / eS
ANMERKUNG 1
0,2 bL / eL 5,0
Bedingung a) entfällt für Losflansche mit Bund oder Bördel nach Bild G.3-10a) und b).
ANMERKUNG 2 Durch Bedingung b) wird die durch die Schraubenteilung bedingte Ungleichmäßigkeit des
Dichtungsdrucks begrenzt. Die Werte 0,01 und 0,10 gelten für Weichstoffdichtungen (Nichtmetalldichtungen) bzw.
Metalldichtungen. Ein genaueres Kriterium ist in G.8.1 enthalten.
Dieses Verfahren gilt nicht für:
im wesentlichen nicht achssymmetrische Flansche, z. B. geteilte Losflansche, ovale Flansche und
blechankerverstärkte Flansche;
Flanschverbindungen mit Metallkontakt (Kraftnebenschluss) zwischen beiden Flaschen oder zwischen
Flanschen und einem innerhalb oder außerhalb der Dichtung oder des Lochkreises eingelegten Abstandsring,
z. B. Spiraldichtungen für Hochdruckanwendungen.
G.4.1.2
Werkstoffeigenschaften
Die Werte der zulässigen Spannung für Schrauben sind in gleicher Weise wie für Schalen gemäß Abschnitt 6 zu
bestimmen.
Werkstoffeigenschaften verschiedener Dichtungen können G.9 entnommen werden.
ANMERKUNG Für Dichtungen, die einer starken Verformung ausgesetzt werden (z. B. weiche Gummidichtungen), können
die Ergebnisse im konservativen Bereich liegen (z. B. erforderliche Schraubenkraft zu hoch bzw. zulässiger
Fluiddruck zu niedrig usw.), da das Verfahren kleine Verformungen bereits im voraus annimmt.
660
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G.4.1.3
Lasten
Dieses Verfahren ist bei folgenden Lasten anwendbar:
Fluiddruck, innen und außen;
Äußere Lasten: axiale Kräfte und Biegemomente;
Wärmeausdehnung der Flansche, Schrauben und Dichtung in axialer Richtung.
Folgende Lasten sind in der Berechnung nicht berücksichtigt:
Äußere Torsionsmomente und äußere Schubbeanspruchungen, z. B. durch Rohrleitungen.
G.4.2 Mechanisches Modell
Dem Verfahren liegt folgendes mechanische Modell zugrunde:
Die Geometrie von Flanschen und Dichtung ist achssymmetrisch. Geringfügige Abweichungen, wie z. B.
aufgrund einer endlichen Anzahl Schrauben, sind zulässig.
Der radiale Flanschblattquerschnitt bleibt unverformt. Es werden nur Umfangsspannungen und -dehnungen
am Flanschblatt betrachtet. Radiale und axiale Spannungen und Dehnungen werden vernachlässigt. Dies führt
zu den Bedingungen in G.4.1.1a).
Die mit dem Flansch verbundene Schale ist zylindrisch. Ein konischer Ansatz wird wie ein äquivalenter
Zylinder behandelt, dessen berechnete Wanddicke für den elastischen und plastischen Bereich unterschiedlich
ist, jedoch immer in dem Dickenbereich zwischen dem dicken und dem dünnen Ende des Ansatzes liegt.
Kegel- und Kugelschalen werden wie Zylinderschalen mit der gleichen Wanddicke wie die tatsächlichen
Schalen behandelt; Formunterschiede werden explizit in den Gleichungen berücksichtigt. Diese Vereinfachung
führt zu der Bedingung in G.4.1.1c). Das Verfahren geht von der gleichen radialen Verformung und
Verdrehung von Flanschblatt und Schale an der Verbindung aus.
Die Dichtung liegt an den Flanschen ringförmig auf einer Fläche an, die durch das Verfahren bestimmt wird.
Die effektive radiale Breite der Dichtung bGe, die kleiner sein kann als die tatsächliche Breite, wird für den
Einbauzustand (I = 0) berechnet und für sämtliche Folgezustände (I = 1, 2...) als unverändert angenommen.
Die Berechnung von bGe berücksichtigt die elastische Neigung beider Flansche und näherungsweise die
elastische und plastische Verformung der Dichtung.
Der Elastizitätsmodul des Dichtungswerkstoffs kann mit der Druckspannung Q an der Dichtung steigen. Bei
dieser Berechnung wird dies durch die lineare Gleichung EG = E0 + K1 Q wiedergegeben, in der EG der
Elastizitätsmodul bei der Entlastung von der höchsten erreichten Spannung (Q) an der Dichtung ist.
Kriechen des Dichtungswerkstoffs wird durch den Faktor gC näherungsweise berücksichtigt.
Axiale Verformung von Flanschen, Schrauben und Dichtung durch thermische oder mechanische Einflüsse
wird berücksichtigt.
Die Belastung der gesamten Flanschverbindung erfolgt achssymmetrisch. Äußere Biegemomente werden als
äquivalente von den Schrauben übertragene Axialkräfte behandelt; siehe Gleichung (G.6-2).
Lastwechsel in den verschiedenen Lastzuständen verursachen Änderungen der Schrauben- und
Dichtungskräfte. Bei deren Berechnung wird die elastische Verformung aller Bauteile berücksichtigt. Die
erforderliche Schraubenkraft für den ersten Einbau wird für Dichtungskräfte berechnet (siehe G.6.4), die unter
allen Bedingungen eine sichere Abdichtung gewährleisten (siehe G.6.3).
Bei Prüfungen der Belastungsgrenzen werden die Grenzlasten für jedes einzelne Bauteil zugrunde gelegt.
Übermäßige plastische Verformung wird verhindert. Die Grenzlast der Dichtungen, die von Qmax abhängt, ist
ein Näherungswert.
661
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Ausgabe 5 (2018-07)
Folgende Faktoren bleiben bei der Berechnung unberücksichtigt:
Biegesteifigkeit und -festigkeit der Schrauben. Nichtberücksichtigung der Verbiegung der Schrauben ist eine
konservative Vereinfachung. Die berechnete Zugsteifigkeit umfasst die Verformung des Schraubengewindes
innerhalb einer Mutter oder Gewindebohrung; siehe Gleichung (G.5-36).
Kriechen von Flanschen und Schrauben. Grund dafür ist das Fehlen entsprechender Werkstoffdaten.
Unterschiedliche radiale Verformung der Flansche. Bei gleichen Flanschen ist dies nicht relevant, weil die
radialen Verformungen gleich sind.
G.5 Berechnungsparameter
G.5.1 Flanschparameter
G.5.1.1
Allgemeines
Spezielle Flanschtypen werden wie folgt berechnet:
Ein Festflansch wird berechnet wie ein äquivalenter Ring mit rechteckigem Querschnitt, Seitenlängen bF und
eF, der am Durchmesser dE mit einer äquivalenten Schale mit konstanter Wanddicke eE verbunden ist.
Ein Blindflansch wird berechnet wie ein äquivalenter Ring mit rechteckigem Querschnitt, Seitenlängen bF und
eF, der am Durchmesser dE = d0 mit einer Platte konstanter Dicke e0 verbunden ist. Diese kann in der Mitte
eine Öffnung mit dem Durchmesser d9 haben. Ein möglicher Stutzen in der Öffnung wird bei der Berechnung
nicht berücksichtigt.
Ein Losflansch wird berechnet wie ein äquivalenter Ring mit rechteckigem Querschnitt, Seitenlängen bL und eL,
ohne Verbindung zur Schale. Bund oder Bördel werden wie ein Festflansch behandelt.
Ein
Gewindeflansch
wird
berechnet
wie
ein
Losflansch
Lastübertragungsdurchmesser gleich mittlerem Gewindedurchmesser.
G.5.1.2
G.5.1.2.1
mit
Innendurchmesser
gleich
Flanschblatt
Schraubenlöcher
Die Schraubenteilung wird wie folgt berechnet:
pB d 3 / nB
(G.5-1)
Der effektive Schraubenlochdurchmesser beträgt:
d5 e d5 d5 / pB
(G.5-2)
Der Durchmesser von Sacklöchern wird angenommen als:
d5 d5 t l 5 t / eFb
(G.5-3)
Der effektive Lochkreisdurchmesser beträgt:
d3 e d3 (1 2 / nB2 )
ANMERKUNG
662
(G.5-4)
~
~ und d ist gleich d .
Der Wert p B ist gleich p
B
3e
3e
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.5.1.2.2
Effektive Flanschblattabmessungen
In den Bildern G.3-4 bis G.3-10 ist das äquivalente Flanschblatt durch strichpunktierte Linien dargestellt.
Die effektive Dicke eF oder eL ist die mittlere Dicke des Flanschblatts. Sie ist zu ermitteln durch Division der
radialen Bruttoquerschnittsfläche des Flanschblatts AF oder AL (Schrauben- oder Sacklöcher werden
vernachlässigt) durch die radiale Breite dieses Querschnitts.
ANMERKUNG
Da es eine Vielzahl verschiedener Querschnittsformen gibt, werden keine Gleichungen zur Berechnung von
AF bzw. AL für spezielle Flanschtypen angegeben.
Die Abmessungen von Festflanschen und Blindflanschen (Bilder G.3-4 bis G.3-9) werden wie folgt berechnet:
bF (d4 d0 ) / 2 d5 e
(G.5-5)
d F (d 4 d 0 ) / 2
(G.5-6)
eF 2 AF / (d 4 d 0 )
(G.5-7)
bL d L eL 0
(G.5-8)
Die Abmessungen von Losflanschen mit Bund oder Bördel (Bild G.3-10) werden wie folgt berechnet:
bF (d 8 d 0 ) / 2
(G.5-9)
d F (d 8 d 0 ) / 2
(G.5-10)
eF 2 AF / (d 8 d 0 )
(G.5-11)
bL (d4 d6 ) / 2 d5 e
(G.5-12)
dL (d4 d6 ) / 2
(G.5-13)
eL 2 AL / (d4 d6 )
(G.5-14)
G.5.1.3
Mit dem Flansch verbundene Schale
G.5.1.3.1
Konischer Ansatz
Folgende Berechnung ist zu durchzuführen:
1 lH
eE e1 1
/ 3 d1 e1 lH
(G.5-15)
e2 / e1
(G.5-16)
dE mind1 e1 eE; d 2 e2 eE maxd1 e1 eE; d 2 e 2 eE / 2
G.5.1.3.2
(G.5-17)
Kein Ansatz
Die effektiven Abmessungen werden wie folgt berechnet:
eE e S
(G.5-18)
663
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
dE d S
G.5.1.3.3
(G.5-19)
Blindflansch (ohne verbundene Schale)
Die effektiven Abmessungen werden wie folgt berechnet:
eE 0
(G.5-20)
dE d 0
(G.5-21)
ANMERKUNG
Die Gleichungen (G.5-20) und (G.5-21) gelten unabhängig davon, ob der Blindflansch eine Öffnung (mit oder
ohne Stutzen) hat.
G.5.1.4
Hebelarme
ANMERKUNG
Bei Flachdichtungen (gemäß Definition in Tabelle G.5-1) können die nachstehenden Parameter hP und hG
nur berechnet werden, wenn dGe ermittelt wurde, d. h. die Berechnungen in G.5.3.2 durchgeführt wurden.
G.5.1.4.1
Allgemeines
2
hP d Ge dE 2 d Ge dE / 6 2 eP2 dF / d Ge2
(G.5-22)
ANMERKUNG
Diese vereinfachte Gleichung liefert entsprechende Ergebnisse für gewöhnliche Flanscharten. Für Flansche
mit extremen Abmessungen (große Flanschringbreite im Vergleich zum Innendurchmesser und / oder dicker Flanschring im
Vergleich zum Innendurchmesser), ist die genaue Gleichung (7.11a) des Hebelarms hp im technischen CEN-Bericht CR
13642:1999 angegeben und kann verwendet werden:
2 d Ge d s
d
1
1
e s cos s 2 s e s cos s 2 ep2 d p
hp d Ge d s 2
2
6
2
3
d Ge
Für Blindflansche gilt:
eP 0
G.5.1.4.2
(G.5-23)
Festflansch und Blindflansch
h G (d 3 e d Ge ) / 2
(G.5-24)
hH (d 3 e d E ) / 2
(G.5-25)
hL 0
(G.5-26)
G.5.1.4.3
Losflansch mit Bund oder Bördel
d7min d7 d7max
(G.5-27)
d7min d 6 2 b0
(G.5-28)
d7max d 8
(G.5-29)
hG (d7 d Ge ) / 2
(G.5-30)
hH (d7 dE ) / 2
(G.5-31)
hL (d3 e d7 ) / 2
(G.5-32)
Da der Wert von d7 von vornherein nicht bekannt ist, darf die folgende Annahme getroffen werden:
für die Berechnungen der Flexibilität und der Kräfte, d.h. bis zum Ende von G.6, darf für den Wert von d7
der durch Gleichung (G.5-63) gegebeneWert von d70 verwendet werden;
664
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Daraus folgt, dass hG, hH und hL in den zur Berechnung von bGe und dGe, entsprechend G.5.3.2,
erforderlichen Iterationen verschiedene Werte annehmen kann.
für die Berechnung des Auslastungsgrades nach G.7 darf der günstigste Wert zwischen d7min und d7max
verwendet werden, wie in G.7.6 beschrieben.
G.5.1.5
Elastizitätsbezogene Parameter
ANMERKUNG
Bei Flachdichtungen können die nachstehenden Parameter hP und hG nur berechnet werden, wenn dGe
ermittelt wurde, d. h. die Berechnungen in G.5.3.2 durchgeführt wurden.
G.5.1.5.1
Festflansch, Bund oder Bördel
eE d F
bF d E cos S
(G.5-33)
dE eE
0,550 cos S
(G.5-34)
eF
1 eP / eF e Q / eF
cF
(G.5-35)
1
1 4 1 3 3 6 1 2 6 2 3 2 4
hS eF 1,10
hT eF
2
eE 1 2
dE
1
(G.5-37)
1 2 2
1
(G.5-38)
hQ hS k Q hT 2 dF eP / dE2 0,5 tan S dE / d Ge
hR hS kR h T tan S
(G.5-36)
2
(G.5-39)
(G.5-40)
Für Kegel- und Zylinderschalen gilt:
kQ 0,85 / cos S
(G.5-41)
kR 0,15 / cos S
(G.5-42)
Für Kugelschalen gilt:
k Q 0,35 / cos S
(G.5-43)
kR 0,65 / cos S
(G.5-44)
Für alle Fälle gilt:
ZF
3 dF cF
bF eF3
ZL 0
(G.5-45)
(G.5-46)
665
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
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G.5.1.5.2
Blindflansch
d 9 / dE
(G.5-47)
d (1 2 ) 0,7 3,3 2 dE
hQ E
8
0,7 13
, 2 d Ge
hR
ZF
2
(G.5-48)
dE (1 2 ) 0,7 3,3 2
4 (1 2 ) 0,7 13
, 2
3 dF
(G.5-49)
bF eF3 dF e0 3 1 2 / 14
, 2,6 2
ZL 0
G.5.1.5.3
(G.5-50)
(G.5-51)
Losflansch mit Bund oder Bördel
Bund oder Bördel sind mit den Gleichungen (G.5-33 bis G.5-45) zu berechnen; für Losflansche ist folgende
Gleichung zu verwenden:
ZL
3 dL
(G.5-52)
bL eL3
G.5.2 Schraubenparameter
ANMERKUNG
Die Abmessungen der Schrauben sind in Bild G.3-2 dargestellt. Die Durchmesser genormter metrischer
Schrauben (gemäß EN ISO 4014:2000 und EN ISO 4016:2000) sind in G.8.2 angegeben.
G.5.2.1
Effektive Schraubenquerschnittsfläche
AB nB
G.5.2.2
XB
4
min(dBe; dBs )
2
(G.5-53)
Flexibilitätsmodul der Schrauben
l
4
l
0,8
s 2 e 2
nB dBs
dB0
dBe
(G.5-54)
Die Dicke ggf. vorhandener Scheiben muss in den Längen ls und le enthalten sein.
G.5.3 Dichtungsparameter
ANMERKUNG
In G.9 sind typische nicht verbindliche Werte für Werkstoffeigenschaften angegeben. Liegen Werte für die
tatsächlich verwendete Dichtung vor, sind diese vorzugsweise zu verwenden.
G.5.3.1
Theoretische Breite
ANMERKUNG
Die theoretische Dichtungsbreite bGt ist die maximale Breite der Dichtung, die unter Einwirkung einer sehr
großen Kraft wirksam ist.
bGt d G2 d G1 / 2
d Gt d G2 d G1 / 2
666
(G.5-55)
(G.5-56)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
AGt d Gt bGt
G.5.3.2
(G.5-57)
Effektive Breite
ANMERKUNG 1 Die effektive Breite bGe hängt bei vielen Dichtungstypen von der auf die Dichtung wirkenden Kraft FG ab. Sie
wird für den Einbauzustand mit FG = FG0 ermittelt und für die folgenden Zustände als unverändert angenommen. Die
Berechnung enthält eine Iteration für bGe innerhalb einer Iteration für FG0. Die einzelnen Rechenschritte sind:
1)
Einen Anfangswert für FG0 aus Gleichung (G.5-58) annehmen.
2)
Mit den Gleichungen (G.5-59 bis G.5-64) eine Iteration durchführen, um bGe mit der erforderlichen Genauigkeit zu
ermitteln.
3)
Die Berechnung dann mit Gleichung (G.6-13) fortsetzen, in der der erforderliche Wert von FG0 dem angenommenen
Wert gegenübergestellt wird.
ANMERKUNG 2 Der in dieser Berechnung verwendete Wert FG0 ist die Mindestkraft, die im Einbauzustand erreicht werden
muss, um die Dichtheitskriterien in G.6.4 zu erfüllen.
Zu Beginn der Berechnung einen Wert für FG0 willkürlich wählen, z. B.:
FG0 AB fB0 / 3 FR0
(G.5-58)
Dabei ist FR0 aus G.6.2.2 zu entnehmen.
Einen vorläufigen Wert für die Dichtungsbreite bGi aus Tabelle G.5-1 ermitteln, wobei von der ersten Näherung zu
den genaueren Ausdrücken übergegangen wird.
Effektive Breite und Fläche der Dichtung:
bGe minbGi; bGt
(G.5-59)
AGe d Ge bGe
(G.5-60)
ANMERKUNG 3 Der effektive Dichtungsdurchmesser ist der Durchmesser, an dem die Dichtkraft wirkt. Er wird ebenfalls aus
Tabelle G.5-1 ermittelt.
667
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Typ
1
2
3
Tabelle G.5-1 — Effektive Dichtungsgeometrie
Dichtungsform
Gleichungen
Flachdichtung,
Erste Näherung: bGi bGt
Weichstoff-,
Genauer:
Metallweichstoff2
oder Metalldichtung,
eG / ( d Ge EGm)
FG0
b
Gi
siehe Bild G.3-3a
~
~ ~
hG0 ZF / EF0 hG0 ZF / EF0 d Ge Qmax
EGm E0 0,5 K1 FG0 / AGe
~
Z F , Z F gemäß Gleichung (G.5-45) oder (G.5-50)
Stets gilt: d Ge d G2 bGe
Metalldichtung mit Erste Näherung: b 6 r cos b Q
Gi
2
G
Gt
max / EG0
gekrümmter
Genauer:
Oberfläche,
eine
2
Berührungsfläche,
6 r cos F
FG0
G
G0
2
siehe Bild G.3-3b bGi
und G.3-3c
d Ge Qmax
d Ge EG0
Stets gilt: d Ge d G0
Metallringdichtung, Stets gilt: bGi gemäß Bild G.3-3d
achteckig, siehe Bild (Projektion der Berührungsflächen in axialer Richtung.)
G.3-3d
Stets gilt: d Ge d Gt
4
Metalldichtung mit Erste Näherung: b 12 r cos b Q
Gi
2
G Gt
max / E G0
gekrümmter
Oberfläche,
zwei Genauer:
2
Berührungsflächen,
12 r cos F
FG0
2
G G0
siehe Bild G.3-3e bGi
dGe E G0
und G.3-3f
d Ge Qmax
Stets gilt: d Ge d Gt
Hebelarm für Festflansch und Blindflansch:
hG 0 (d 3e dGe ) / 2
(G.5-61)
Hebelarm für Losflansch mit Bund oder Bördel:
hG0 (d70 d Ge ) / 2
(G.5-62)
d Ge d 3 e
; d 7max
d 70 minmax d 7min ;
1
(G.5-63)
668
ZL EF0
ZF EL0
(G.5-64)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Die Gleichungen (G.5-59-G.5-64) werden erneut iterativ berechnet, bis bGe mit der geforderten Genauigkeit
konstant ist.
ANMERKUNG 4 Im allgemeinen genügt eine Übereinstimmung mit einer Toleranz von 5 %; für den Vergleich der Ergebnisse
verschiedener Programme wird jedoch eine Genauigkeit von 0,1 % empfohlen.
G.5.3.3
Axialer Flexibilitätsmodul der Dichtung
XG
e G bGt e G / 2
AGt bGe e G / 2
(G.5-65)
G.6 Kräfte
G.6.1 Allgemeines
Alle potentiell kritischen Belastungsfälle müssen berechnet werden. Die Anzahl der Belastungsfälle hängt von der
jeweiligen Anwendung ab (siehe auch G.6.2.2.2).
G.6.2 Lasten
G.6.2.1
Einbauzustand (I = 0)
Der Fluiddruck (innen oder außen) ist Null; deshalb gilt P = 0.
Die äußeren Lasten FA0 und MA0 wirken gemeinsam und ergeben die Nettokraft FR0 wie in G.6.2.2.2 (Belastungsfall
I = 0). Alle Temperaturen sind gleich dem einheitlichen Ausgangswert T0.
G.6.2.2
Folgezustände (I = 1, 2, 3...)
G.6.2.2.1
F QI =
G.6.2.2.2
Fluiddruck
4
d Ge 2 PI
(G.6-1)
Zusätzliche äußere Lasten
Die zusätzlichen äußeren Lasten FAI und MAI wirken gemeinsam und ergeben gemäß nachstehender Gleichung die
Nettokraft FRI:
FRI = FAI M AI 4 / d 3e
(G.6-2)
Bei gleichzeitigem Einwirken mehrerer Belastungen ist die Belastung zu wählen, die die ungünstigsten
Bedingungen zur Folge hat.
Bei Einwirkung äußerer Momente ist der ungünstigste Lastzustand u. U. schwer zu vorauszusagen. Auf der Seite
der Verbindung, auf der das Moment eine zusätzliche Zugkraft erzeugt (Pluszeichen in Gleichung (G.6-2)), können
die Lastgrenzen von Flansch oder Schrauben bestimmend sein oder die Mindestpressung der Dichtung. Auf der
Seite der Verbindung, auf der das Moment eine zusätzliche Druckkraft erzeugt (Minuszeichen in Gleichung
(G.6-2)), kann die Lastgrenze der Dichtung bestimmend sein. Es wird vorgeschlagen, sobald ein äußeres Moment
einwirkt, stets zwei Belastungsfälle (je einen für Plus- und Minuszeichen in Gleichung (G.6-2) mit jeweils
verschiedenen Kennzahlen für I) systematisch zu prüfen.
G.6.2.2.3
Thermische Belastungen
U I l B BI (TBI T0 ) eFt FI (TFI T0 ) eL LI (TLI T0 )
~
~
~
~
e (T T ) e ~ (T T ) e ~ (T T )
G
GI
GI
0
Ft
FI
FI
0
L
LI
LI
0
(G.6-3)
669
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei ist:
eFt e~Ft eL e~L eG lB
(G.6-4)
Die Dicke ggf. vorhandener Scheiben muss in eFt und e~Ft enthalten sein.
ANMERKUNG
Es wird angenommen, dass Temperatur und Wärmeausdehnungskoeffizienten der Scheiben gleich denen
des zugehörigen Flansches sind.
G.6.3 Nachgiebigkeit der Verbindung
In G.5.1.4 sind die Hebelarme für alle Flansche berechnet, mit Ausnahme von Losflanschen, für die Gleichung
(G.5-62) anzuwenden ist.
In der Regel gelten die Gleichungen (G.6-5) bis (G.6-7) gilt für alle Lastzustände (I = 0, 2,...), wobei:
gC = 1,0 für den Einbauzustand (I = 0) ist, auch dann, wenn die Dichtungskennwerte vermuten lassen, dass
bei Umgebungstemperatur (T +20 °C) gC < 1,0;
EGI für alle I mit Q = FG0/AGe berechnet wird.
~ ~
~
~ ~
~
YGI ZF hG2 / EFI ZF hG2 / EFI ZL hL 2 / ELI ZL hL 2 / ELI XB / EBI X G / EGI g CI
(G.6-5)
~ ~ ~ ~ ~
~
YQI ZF hG hH hP hQ / EFI ZF hG hH hP hQ / EFI
~ ~
~
ZL hL2 / ELI ZL hL2 / ELI X B / EBI
(G.6-6)
~ ~ ~ ~
~
YRI ZF hG hH hR / EFI ZF hG hH hR / EFI
~ ~
~
ZL hL2 / ELI ZL hL2 / ELI X B / EBI
(G.6-7)
ANMERKUNG
Die Auswertung der Gleichung (G.6-6) und (G.6-7) ist nicht notwendig bei Lasten ohne Fluiddruck (FQ = 0),
bzw. ohne Außendruck (FR = 0).
G.6.4 Mindestkräfte
G.6.4.1
Einbauzustand (I = 0)
Die Mindestkraft für die Dichtungsvorverformung wird wie folgt berechnet:
FG0, min AGe Qmin
(G.6-8)
Dabei wird Qmin aus G.9.3, Tabelle G.9-1 bis G.9-6 übernommen, wenn keine geeigneteren Daten vorliegen.
ANMERKUNG
Diese Kraft muss nicht berücksichtigt werden, wenn der alternative Dichtungsbeiwert (siehe G.9.2) verwendet
wird. In diesem Fall FG0,min = 0 setzen.
G.6.4.2
Folgezustände (I = 1, 2, 3...)
Die erforderliche Dichtungskraft, um Dichtheit unter Druck und bleibenden Kontakt an Schrauben oder Muttern zu
gewährleisten, wird wie folgt berechnet:
FG ,min max AGe Q ,min ; FQ FR
670
(G.6-9)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
Dabei wird QI,min aus G.9.2, Gleichung (G.9-4) mit mI, in Abhängigkeit von Fluiddruck und Temperatur im
Belastungsfall aus G.9.3, Tabelle G.9-1 bis G.9-6 übernommen.
G.6.5 Kräfte in Einbauzustand (I = 0)
G.6.5.1
Erforderliche Kräfte
Damit gewährleistet ist, dass in den Folgezuständen die Kraft an der Dichtung nicht unter den Wert von FGImin sinkt,
muss die Dichtungskraft im Einbauzustand mindestens folgenden Wert haben:
FG max FGI, min YGI FQI YQI FRI YRI FR0 YR0 U I
all I 0
/ YG0
(G.6-10)
Unter Berücksichtigung der Voraussetzungen für die Dichtungsvorverformung betragen die erforderliche
Dichtungskraft und die entsprechende Schraubenkraft:
FG0, req max FG0, min ; FG
FB0, req FG0, req FR0
(G.6-11)
(G.6-12)
Liegt der Wert für FG0req aus Gleichung (G.6-11) über dem angenommenen Wert, muss die Berechnung ab
Gleichung (G.5-59) mit einem größeren angenommenen Wert für FG0 wiederholt werden bis die folgende
Beziehung erfüllt ist:
FG0,req FG0
(G.6-13)
Wenn der Wert FG0,req aus Gleichung (G.6-11) niedriger ist als der bis zu diesem Schritt angenommene Wert FG0,
so ist dieser konservative Wert akzeptabel.
Die tatsächlich benötigte Kraft FG0,req wird durch eine Reihe von Näherungen ermittelt, bis unter den gegebenen
Voraussetzungen gilt:
FG0,req FG0
(G.6-14)
ANMERKUNG 1 Im allgemeinen genügt eine Übereinstimmung mit einer Toleranz von 5 %; für den Vergleich der Ergebnisse
verschiedener Programme wird jedoch eine Genauigkeit von 0,1 % empfohlen.
ANMERKUNG 2 Die in der Montageanleitung angegebenen Kräfte (z.B. notwendiger Drehmoment), sollten etwas (z.B. um ca.
10%) überschritten werden, um eine bessere Dichte sicherzustellen. Die in G7 errechneten Lastgrenzen sind hierbei zu
beachten.
G.6.5.2
Berücksichtigung der Streuung der Schraubenkraftwerte beim Einbau
Jedes Anziehen von Schrauben bringt eine gewisse Ungenauigkeit mit sich.
Bei einer Montage mit nB Schrauben, werden die resultierenden Abweichungen n und n durch die
Gleichungen (G.6-18) und (G.6-19) beschrieben. Diese liegen niedriger als die Abweichungen 1 and 1 bei
Montage mit einer einzelnen Schraube.
Die indikativen Werte 1 und 1 für einzelne Schrauben sind in G.8.3 angegeben.
Durch die folgenden Gleichungen wird der Einfluss von nB Schrauben annähernd dargestellt:
nB 4
(G.6-15)
nB 4
(G.6-16)
n 1 1 3
n 1 1 3
671
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Ausgabe 5 (2018-07)
Die Flanschverbindung muss so konstruiert sein, dass die tatsächliche Schraubenlast FB0 innerhalb der folgenden
Werte liegt:
FB0,min FB0 FB0,max
(G.6-17)
wobei
FB0,max FB0,nom 1 n
(G.6-18)
FB0,min FB0,nom 1 n
(G.6-19)
Nach dem Verschrauben sollte die tatsächliche Schraubenkraft nicht geringer sein als die notwendige
Mindestschraubenkraft FB0,req, d.h.:
FB0, min FB0, req
(G.6-20)
Bezüglich der Abweichungen beim Verschrauben sollte folgendes berücksichtigt werden:
a)
Die Nennschraubenkraft für die Montage, nach der die Parameter im Einbauzustand festgelegt werden.
Diese wird wie folgt ermittelt:
bei einem Verfahren mit Kontrolle der Schraubenkraft mittels:
FB0,nom FB0,req 1 n
(G.6-21)
bei einem Verfahren ohne Kontrolle der Schraubenkraft mittels:
Für FB0,nom ist die mittlere Schraubenkraft FB0,av zu wählen, die unabhängig von FB0,req in der Praxis bei dem
angewandten Verfahren zu erwarten ist.
Die folgende Bedingung muss erfüllt sein, wobei εn− basiert auf ε1− = 0,5:
FB0,nom FB0,av FB0,req 1 n
(G.6-22)
Andernfalls ist das gewählte Verfahren zum Anziehen der Schrauben nicht zulässig und ein anderes Verfahren
anzuwenden.
ANMERKUNG Für das übliche Verfahren des Anziehens von Hand sind Schätzwerte für FB0,av in G.8.3 angegeben,
vorausgesetzt, es werden Standardschraubenschlüssel verwendet.
b)
Bei der Berechnung der Maximalkräfte, die für die Grenzlastberechnung (siehe G.7) für den Einbauzustand zu
verwenden sind. Die Grenzlast wird wie folgt berechnet:
FB0 FB0,max FB0,nom 1 n
(G.6-23)
FG0 FG0, max FB0, max FR0
(G.6-24)
Die effektive Dichtungsbreite bGe muss nicht erneut berechnet werden.
672
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G.6.6 Kräfte in den Folgezuständen (I = 1, 2, 3...)
Die Berechnung der Kräfte in den Folgezuständen basiert auf der Dichtungskraft FG0,d beim Einbau, die sich aus
folgender Gleichung ergibt:
2
FG0, d maxFG ; (1 10 / NR ) FB0, ma x FR0
3
(G.6-25)
Die daraus resultierende Dichtungskraft und Schraubenkraft für die Berechnung der Lastgrenzen werden wie folgt
berechnet:
FGI FG0, d YG0 FQI YQI FRI YRI FR0 YR0 U I
/ YGI
FBI FGI FQI FRI
(G.6-26)
(G.6-27)
ANMERKUNG 1 Damit Dichtheit gewährleistet ist, muss die Dichtungskraft in allen Folgezuständen mindestens FGI,min aus
Gleichung (G.6-9) entsprechen. Dies entspricht einer Dichtungskraft beim Einbau gleich FG aus Gleichung (G.6-10). Um eine
fortschreitende Verformung zu vermeiden, muss in einigen Fällen allerdings die Dichtungskraft aus Gleichung (G.6-25) FG0,d
höher sein als FG .
ANMERKUNG 2 Wenn keine fortschreitende Verformung eintritt, d. h. wenn in Gleichung (G.6-25) FG0,d = FG ist, dann sind
FGI und FBI aus Gleichung (G.6-26) und (G.6-27) die Kräfte, die bei einer Anfangsschraubenkraft, die gleich der erforderlichen
Mindestschraubenkraft FBO,req ist, in allen Zuständen I 0 anliegen. In G.7 wird die Zulässigkeit dieser erforderlichen
Mindestkräfte nachgewiesen (Im Gegensatz dazu wird für den Einbauzustand die Zulässigkeit der größtmöglichen Kräfte
nachgewiesen). Die tatsächlichen Kräfte in den Folgezuständen sind aufgrund der Streuung beim Einbauverfahren größer als
die durch die Gleichungen (G.6-26) und (G.6-27) festgelegten Werte. Dennoch kann der Mehrbetrag von FB0(actual) gegenüber
FB0,req vernachlässigt werden, weil es sich um eine passive ("sekundäre") Kraft handelt, die durch die plastische Verformung
abgebaut wird.
ANMERKUNG 3 Wenn fortschreitende Verformung eintritt, wird die größtmögliche Anfangsschraubenkraft FB0,max zur
Ermittlung einer fiktiven Dichtungskraft (zweiter Term in Gleichung (G.6-25)) verwendet, die dazu dient, die akkumulierte
plastische Verformung bei jedem Wiedereinbau auf ein vertretbares Maß zu begrenzen. Dann wird eine Schraubenkraft
FB0 > FG + FR0 aufgebracht und in den Folgezuständen tritt unter Umständen eine gewisse plastische Verformung auf. Durch
die Berechnung von Lastgrenzen in G.7 wird eine globale plastische Verformung vermieden und eine Häufung von plastischer
Deformation beim Wiederzusammenbau auf ein akzeptables Maß beschränkt.
G.7 Lastgrenzen
G.7.1 Allgemeines
Die Auslastung des Systems muss sicher begrenzt sein. Die Grenzwerte werden durch errechnete
Auslastungsgrade ermittelt. Jeder Auslastungsgrad sollte kleiner oder gleich dem der Gesamtheit aller Lasten sein:
I 10
, ;
( I 0, 1, 2...)
(G.7-1)
Der Index I für den Lastzustand wird im folgenden zur Verkürzung weggelassen.
Bei Festflanschen mit = d4/d0 > 2,0 und Losflanschen mit = d4/d6 > 2,0 anstelle von Ф < 1,0 ist der
Auslastungsgrad auf folgenden Wert zu begrenzen:
ma x min10
, ; 0,6
5,25 ( 1) 2
1
(G.7-2)
Für Einbauzustand und Prüfzustand gelten die gleichen Werte der Berechnungsnennspannungen.
673
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Ausgabe 5 (2018-07)
ANMERKUNG
Für den Einbauzustand (I = 0) sind die zu betrachtenden Kräfte die größtmöglichen Kräfte (siehe G.6.5.2b)).
G.7.2 Schrauben
Die Berechnungsnennspannungen von Schrauben werden nach denselben Regeln ermittelt wie bei Flanschen und
Schalen.
Der Auslastungsgrad der Schrauben ist wie folgt zu begrenzen:
B
FB
1 C 3,2 2
AB fB
1,0
(G.7-3)
Der Term berücksichtigt den Drehmoment beim Verschrauben. Der Wert C ist wie folgt festgelegt:
Für Einbauzustand nach Verschrauben mit Drehmomentschlüssel an den Schrauben:
Wenn kleine plastische Deformationen an den Schrauben akzeptiert werden, was im allgemeinen für ausreichend
verformbare Schrauben empfohlen wird (minimale Bruchdehnung A 10%):
C 1 1,000
(G.7-4)
Wenn eine Elastizität der Schrauben unbedingt notwendig ist, was bei nicht ausreichend verformbaren Schrauben
(minimale Bruchdehnung A < 10%) und/oder für sehr häufige De-/Remontage empfohlen wird:
C 4 / 3 1,333
(G.7-5)
Für Einbauzustand nach Verschrauben mit Drehmomentschlüssel an den Schrauben, z.B. mit hydraulischer
Spannvorrichtung und für alle Folgezustände:
C 0 0,000
(G.7-6)
Indikative Werte für den Reibungskoeffizienten sind in G.8.4 angegeben.
ANMERKUNG
Es ist empfehlenswert, im Einbauzustand einen Mindestauslastungsgrad von B,min = 0,3 einzuhalten. Ein
kleinerer Auslastungsgrad ist nicht üblich, da dann die Schrauben zu dick werden.
G.7.3 Dichtung
Der Auslastungsgrad der Dichtung ist wie folgt zu begrenzen:
G
FG
AGt c G Qmax
cG 1
ANMERKUNG
(G.7-7)
10
,
bGt
20 e G
(G.7-8)
Die Dichtungseigenschaften sind G.5.3 und G.9 zu entnehmen.
G.7.4 Festflansch, Bund oder Bördel
Für den Auslastungsgrad von Flansch, Bund oder Bördel (für Bund oder Bördel max 10
, ) gilt:
F
674
FG h G FQ (hH hP ) FR hH
WF
max
(G.7-9)
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EN 13445-3:2014 (D)
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WF
4
fF 2 bF eF2 (1 2 opt Z Z2 ) fE dE eD2 cM jM kM
(G.7-10)
( 1) lH
eD e1 1
4
4
2
4
( / 3) (d1 e1) lH
(G.7-11)
fE min(fF; fS )
(G.7-12)
Q
P dE
fE 2 eD cos S
(G.7-13)
R
FR
fE d E eD cos S
(G.7-14)
Für Kegel- und Zylinderschalen gilt:
cM
,
1 0,75 (0,5 ) 1 (0,75
1333
cS
1 0,75 ( 0,5 Q R ) 2 j S ( 0,5 R 0,75 Q )
Q
R
2
Q
4
2 1 2 )
R
(G.7-15)
(G.7-16)
Für Kugelschalen gilt:
cM
,
1 0,75 (0,5 ) 1 (0,25
1333
cS
1 0,75 ( 0,5 Q R ) 2 j S (15
, R 0,25 Q )
Q
R
2
Q
2 3 2)
R
4
(G.7-17)
(G.7-18)
Für alle Fälle gilt:
j M sign FG h G FQ (hH hP ) FR h H 1
(G.7-19)
j S 1
(G.7-20)
10
, kM 10
,
(G.7-21)
0,0 k S 10
,
(G.7-22)
ANMERKUNG 1 Die Werte für j S , k M , k S sind in dem nach der Tabelle G.7-1 angegebenen Berechnungsverfahren definiert.
f dE eD cos S
fF 2 bF eF
( j , k , k ) E
S
M
S
e c c (1 j k )
2 eP
(0.5 Q R ) tan S Q
j S kS D M S 3 S M
dE
dE cos S
(G.7-23)
opt jM ( 2 eP / eF 1);
(G.7-24)
max 1, 1, 1
( 10
, opt 10
, )
(G.7-25)
675
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
0 0, 0, 0
(G.7-26)
min 1, 1, 1
(G.7-27)
Der Wert Z in Gleichung (G.7-10) hängt ab von j M und opt aus Tabelle G.7-1.
Tabelle G.7-1 — Ermittlung von Z
jM
j M 1
j M 1
Bereich von opt
kM
Z
max opt
( k M 1 )
Z max
0 opt max
( k M 1 )
Z opt
opt 0
k M 1
Z ( 1, kM , 1)
opt min
( k M 1 )
Z min
min opt 0
( k M 1 )
Z opt
0 opt
k M 1
Z ( 1, kM , 1)
Das Berechnungsverfahren ist wie folgt:
a)
Zunächst aus Gleichung (G.5-16) ß berechnen, dann eD aus Gleichung (G.7-11) berechnen.
b)
Die Werte von fE, Q, R und cM aus den Gleichungen (G.7-13), (G.7-14), (G.7-15) bzw. (G.7-17) berechnen. Ist
der Wert unter der Wurzel von cM negativ, ist der Ansatz überlastet und muss neu entworfen werden.
c)
Die Werte von c S ( jS 1) ; c S( jS 1) ; ;opt, 0, max, min und min aus den Gleichungen (G.7-16) oder
(G.7-18), (G.7-19) und (G.7-24) bis (G.7-27) berechnen. Ist max < -1,0 oder min > +1,0, ist das Flanschblatt
überlastet und muss neu entworfen werden.
d)
Die Werte von kM und Z nach Tabelle G.7-1 ermitteln. Ist nach der Tabelle kM < +1 oder kM > -1, einen Wert
für kM bestimmen, bei dem WF aus Gleichung (G.7-10) seinen Höchstwert hat (siehe nachstehenden Schritt e).
Der zu kM gehörende Wert Z ist durch Gleichung (G.7-23) gegeben.
e)
Die Werte von WF und F aus den Gleichungen (G.7-10) bzw. (G.7-9) berechnen.
ANMERKUNG 2: Für den typischen Fall eines Flansches an einer Zylinderschale (S = 0), der mit Innendruck (P > 0) und einer
Zugkraft (FR 0) beaufschlagt ist, gilt: jM = +1 und 0 < 0 < min (opt; max). In diesem Fall gilt für Z die Vereinfachung Z = min
(opt; max).
ANMERKUNG 3: Im Fall eines Flansches mit ungewöhnlich geringen Wanddicken eX < e2 wird die zusätzliche Prüfung mit
Gleichung (G.7-30) für Festflansche empfohlen.
676
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.7.5 Blindflansch
Der Auslastungsgrad für Blindflansche wird wie folgt ermittelt:
FB hG FQ (1 3 ) d Ge / 6 FR (1 ) d Ge / 2 ; 1
F max
1,0
3
FB hG FQ (1 ) d Ge / 6 ; FR (1 ) d Ge / 2 WF
WF
4
fF 2 bF eF2 d0 (1 ) e02
(G.7-28)
(G.7-29)
Ist ein möglicherweise kritischer Querschnitt mit eX < eF (Bild G.3-9) vorhanden, muss zusätzlich der
Auslastungsgrad wie folgt berechnet werden:
X
WX
FB (d 3 d X )
2 WX
4
(G.7-30)
10
,
fF (d4 2 d5 e d X ) eF2 d X eX 2
(G.7-31)
G.7.6 Losflansch mit Bund oder Bördel
Der Auslastungsgrad für Losflansche ist:
L
WL
FB hL
ma x
WL
2
(G.7-32)
fL bL eL 2
(G.7-33)
Der Auslastungsgrad für Bund oder Bördel kann beliebig nach G.7.4 (stets mit max = 1,0) oder aus Gleichung
(G.7-31) ermittelt werden. Das günstigere Ergebnis (d. h. der kleinere der F-Werte) ist der zu verwendende Wert.
Gleichung (G.7-34) gilt nur für Flachdichtungen mit (dG2 - d7) > 0.
F
FQ FR hH
2
dE fE min eE2 ; eF 2 min fF eF 2 ; Qma x dG2 d7 / 4
4
10
,
(G.7-34)
Die Hebelarme hG, hH und hL können durch Veränderung des Durchmessers d7 so festgelegt werden, dass sich
aus den Gleichungen (G.7-32) bis (G.7-34) und (G.7-9) bis (G.7-27) der günstigste Ergebniswert, d. h. ein
Minimum von max.(L; F), ergibt.
Im Fall von FQ + FR > 0 wird das günstigste Ergebnis im allgemeinen nahe bei d7min nach Gleichung (G.5-28)
erzielt. Im Einbauzustand dagegen (mit FQ = 0 und FR = 0) liegt das Optimum nahe bei d7max nach Gleichung
(G.5-29).
ANMERKUNG
Der Durchmesser d7 kann in den einzelnen Lastzuständen unterschiedliche Werte annehmen. Im
Einbauzustand (I = 0) können die Lastgrenzen mit d7 d70 berechnet werden (Gleichung (G.5-63)).
677
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EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.8 Ergänzende Erläuterungen
G.8.1 Begrenzung der Ungleichförmigkeit der Dichtungsspannung
Um die Ungleichförmigkeit der Dichtungsspannung bei weit auseinander liegenden Schrauben zu begrenzen, muss
nachstehende Gleichung erfüllt sein.
eF pB 3
1 G0 2
E Gm bGe pB
E F eG bF
10
(G.8-1)
Dabei ist E Gm aus Tabelle G.5-1 zu entnehmen, G 0 ist durch Gleichung (G.7-7) für I = 0 gegeben mit
FG0 FB0,nom 1 n FR0
Für Losflansche werden eL, bL und EL anstelle von eF, bF und EF verwendet.
678
(G.8-2)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.8.2 Abmessungen genormter metrischer Schrauben
Tabelle G.8-1 — Durchmesser metrischer Schrauben (Maße in mm)
Schraubengröße
Siehe
ANMERKUNG 1
M 6
M 8
M 10
M 12
M 14
M 16
M 18
M 20
M 22
M 24
M 27
M 30
M 33
M 36
M 39
M 42
M 45
M 48
M 52
M 56
M 64
M 72*6
M 80*6
M 90*6
M 100*6
ANMERKUNG 1
ANMERKUNG 2
ANMERKUNG 3
ANMERKUNG 4
d B0
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
27
30
33
36
39
42
45
48
52
56
64
72
80
90
100
d Be
Siehe
ANMERKUNG 2
5,06
6,83
8,59
10,36
12,12
14,12
15,65
17,65
19,65
21,19
24,19
26,72
29,72
32,25
35,25
37,78
40,78
43,31
47,31
50,84
58,37
66,37
74,37
84,37
94,37
d Bs
Siehe
Siehe
ANMERKUNG 3 ANMERKUNG 4
5,3
7,1
9,0
8,5
10,8
10,0
12,0
14,6
13,0
15,0
18,3
17,0
18,0
22,0
20,5
23,0
27,7
25,5
27,5
33,3
30,5
32,5
39,0
35,5
37,5
44,7
41,0
44,0
52,4
51,0
60,0
58,5
68,0
66,0
76,0
75,0
86,0
84,0
96,0
Für Schrauben M6...M64 entspricht die Steigung der in den Normalreihen gemäß
ISO 261:1998.
Die Werte für dBe sind wie folgt definiert:
dBe = (dB2 + dB3)/2 (siehe Bild G.3-2); dBe = dB0 - 0,9382 pt
Schaftdurchmesser bei Dehnschrauben.
Schaftdurchmesser bei gewalztem Gewinde.
679
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Ausgabe 5 (2018-07)
G.8.3 Streuung bei den verschiedenen Einbauverfahren
G.8.3.1
Streuungswerte
Tabelle G.8-2 — Anzusetzende Werte für 1+ und 1-für Gleichung (G.6-15) und (G.6-16)
Anzugwerkzeug
Messverfahren
Schraubenschlüssel,
nach Gefühl, ohne Kontrolle
Schlagschrauber
Streuung
Streuung
0,3 + 0,5 μ
0,3 + 0,5 μ
0,2 + 0,5 μ
0,2 + 0,5 μ
0,1 + 0,5 μ
0,1 + 0,5 μ
Steifigkeit, Schraubenlänge,
Kalibrierung
Steifigkeit, Schraubenlänge,
Kalibrierung
0,20
0,40
0,15
0,15
Steifigkeit,
Kalibrierung
0,10
0,10
0,07
0,07
Einflussfaktoren
1
Reibung,
Steifigkeit,
Qualifikation des Personals
Reibung,
Steifigkeit,
Kalibrierung
Kalibrierung,
= Reibung,
mit Schmierung
des
Drehmomentschlüssel
Schraubenschlüssel
(ausschließlicher) Messung
Anzugmoments
Hydraulische
Spannvorrichtung,
Messung des Hydraulikdrucks
Schraubenschlüssel
oder
hydraulische
Spannvorrichtung,
Messung der Schraubenlängung
Schraubenschlüssel,
Messung der Drehung der Mutter
(fast bis zur Streckgrenze der
Schraube)
Schraubenschlüssel
Messung von Drehmoment und
Drehung der Mutter (fast bis zur
Streckgrenze der Schraube)
Reibung,
Kalibrierung
1
ANMERKUNG 1 Erfahrenes Personal kann eine geringere als die angegebene Streuung erreichen (z.
B. 1+ = 0,15 statt 1+ = 0,20 mit einem Drehmomentschlüssel bei μ = 0,20); bei unerfahrenem
Personal kann die Streuung größer sein.
ANMERKUNG 2 Die angegebenen Werte gelten für eine einzelne Schraube; aus statistischen
Gründen ist die Streuung der Schraubenkraft insgesamt geringer, siehe G.6.5.2.
ANMERKUNG 3 Beim Anziehen mit einer hydraulischen Spannvorrichtung sind die Werte für 1+ und
1- nicht gleich, weil vor der Kraftübertragung auf die Mutter bereits beim Aufschrauben der Mutter bis
zum Anliegen eine zusätzliche Kraft auf die Schraube aufgebracht wird.
ANMERKUNG 4 μ ist der Reibungskoeffizient zwischen Schraube und Mutter, siehe G.8.4.
G.8.3.2
Anziehen der Schrauben mit Handwerkzeug
Die geschätzte mittlere Anfangsschraubenkraft beim Anziehen mit Standardringschlüsseln (ohne zusätzliche
Hebelkraft und ohne Hammerschläge) beträgt:
Mittlere Schraubenkraft:
FB 0,av AB
1000
dB0
ANMERKUNG 1 Die Einheiten in Gleichung (G.8-3) sind: AB in [mm²], dB0 in [mm] und FB0,av in [N].
ANMERKUNG 2 Es ist nicht empfehlenswert, Schrauben auf diese unkontrollierte Art anzuziehen.
680
(G.8-3)
DIN EN 13445-3:2018-12
EN 13445-3:2014 (D)
Ausgabe 5 (2018-07)
G.8.4 Anziehen der Schrauben mit Drehmomentschlüssel
Das Nenndrehmoment zum Anziehen einer Schraube ist aus folgender Gleichung zu berechnen:
M t, nom k B FB0, nom / nB
(G.8-4)
kB 1,2 dB0
(G.8-5)
Der Reibungsbeiwert µ ist hier ein Mittelwert, mit dem die Reibung am Gewinde und unter der Mutter oder dem
Schraubenkopf berücksichtigt wird.