Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul KAP11 berechnet Einzelausschnitte in ebenen Kesselböden nach Kapitel 11 der DIN EN 12953-3:2016, der Berechnungsnorm für drucktragende Teile von Großwasserraumkesseln. Ebene Böden von Rauchrohr- und Dreizugkesseln werden regelmäßig von Ausschnitten durchbrochen, etwa für Mannlöcher, Handlöcher, Besichtigungsöffnungen oder Stutzenanschlüsse. Jeder Ausschnitt schwächt den Boden und muss nach den Regeln der Norm nachgewiesen werden.
Anders als beim zylindrischen Mantel trägt ein ebener Boden den Druck überwiegend durch Biegung; ein Ausschnitt verändert deshalb die Spannungsverteilung im Plattenfeld erheblich. Die DIN EN 12953-3 stellt dafür Regeln bereit, mit denen sich alleinstehende, also nicht gegenseitig beeinflussende Ausschnitte bewerten lassen: über die Lage des Ausschnitts im verankerten oder unverankerten Plattenbereich, seine Abmessungen und die Ausführung der Verstärkung, zum Beispiel durch aufgesetzte Ringe, eingeschweißte Stutzen oder eine örtlich erhöhte Bodendicke.
Wer einen Ausschnitt im ebenen Kesselboden berechnen will, erhält mit dem Modul den vollständigen Nachweis nach DIN EN 12953-3 einschließlich der geometrischen Zulässigkeitsgrenzen, wie er für die Herstellung und die Bewertung durch die benannte Stelle beziehungsweise ZÜS gebraucht wird.
So läuft die Berechnung ab
- Bodengeometrie und Verankerung erfassen: Zunächst werden die Daten des ebenen Bodens eingegeben: Bodendicke, maßgebende Plattenabmessungen und die Art der Abstützung durch Verankerungen wie Rauchrohre, Eckanker oder Stehbolzen, denn davon hängt ab, in welchem Plattenfeld der Ausschnitt liegt und welche Nachweisregeln gelten.
- Ausschnitt definieren: Der Einzelausschnitt wird nach Form, Durchmesser und Lage beschrieben. Die Norm setzt voraus, dass es sich um einen alleinstehenden Ausschnitt handelt, dessen Abstand zu benachbarten Öffnungen und Rändern groß genug ist, dass sich die Störbereiche nicht überlagern.
- Belastung und Werkstoffkennwerte festlegen: Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur werden vorgegeben; aus dem Bodenwerkstoff folgt die zulässige Berechnungsspannung nach den Festigkeitsregeln der DIN EN 12953-3.
- Verstärkung nachweisen: Das Modul prüft, ob der Ausschnitt ohne zusätzliche Maßnahmen zulässig ist oder ob eine Verstärkung erforderlich wird, etwa durch einen eingeschweißten Stutzen, einen Verstärkungsring oder eine größere Bodendicke, und weist die Tragfähigkeit im geschwächten Bereich nach.
- Geometrische Grenzen kontrollieren: Abschließend werden die Anwendungsgrenzen des Kapitels geprüft, unter anderem zulässige Ausschnittsgrößen und Mindestabstände; nur innerhalb dieser Grenzen gilt der Nachweis nach dem vereinfachten Verfahren der Norm.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Variable 4 | – | – |
| Variable 5 | – | – |
| Variable 6 | tG | – |
| Variable 7 | e | – |
| Variable 8 | – | – |
| Variable 9 | pc | – |
| Variable 10 | ts | – |
| Variable 11 | tz | – |
| Variable 12 | tc | – |
| Variable 13 | – | – |
| Variable 14 | – | – |
| Variable 15 | – | – |
| Variable 18 | – | – |
| Variable 19 | Kh | – |
| Variable 20 | RP0.2 | – |
| Variable 21 | Sh | – |
| Variable 22 | Shtest | – |
| Variable 23 | fh | – |
| Variable 24 | c1h | – |
| Variable 25 | c2h | – |
| Variable 27 | – | – |
| Variable 28 | KN | – |
| Variable 29 | RP0.2 | – |
| Variable 30 | SN | – |
Berechnungsoptionen
Variable 4
operation · test
Variable 5
Yes · No
Variable 6
≤ 400 · 400-800 · > 800
Variable 8
radiation · convection
Variable 13
Unreinforced opening · Branch opening · Revision Opening
Variable 14
Yes · No
Variable 15
Manholes · Headholes · Handholes
Variable 61
inside · outside
Häufige Fragen
Was bedeutet Einzelausschnitt im Sinne der Norm?
Ein Einzelausschnitt ist eine alleinstehende Öffnung, deren Spannungsstörbereich sich nicht mit dem eines benachbarten Ausschnitts überlagert. Liegen Öffnungen enger beieinander, etwa im Rohrfeld eines Rohrbodens, gelten andere Regeln, zum Beispiel die Nachweise über Verschwächungsbeiwerte für Lochfelder. Die Abgrenzung erfolgt über die in der Norm definierten Mindestabstände.
Warum sind Ausschnitte im ebenen Boden kritischer als im zylindrischen Mantel?
Der ebene Boden trägt den Druck als Platte hauptsächlich über Biegung; die Biegespannungen sind schon ohne Ausschnitt hoch, weshalb ebene Böden dicker sind als gewölbte. Ein Ausschnitt unterbricht die tragende Platte an einer biegebeanspruchten Stelle und erzeugt zusätzliche Spannungskonzentrationen. Deshalb verlangt die Norm eigene Nachweise und oft konstruktive Verstärkungen.
Zählen Mann- und Handlöcher mit Verschlussdeckel auch als Ausschnitt?
Ja. Auch verschließbare Öffnungen wie Mannlöcher, Kopflöcher und Handlöcher schwächen den Boden und werden als Ausschnitte nachgewiesen. Zusätzlich gelten für sie die konstruktiven Anforderungen der Kesselnormen an Mindestgrößen und Ausführung der Besichtigungsöffnungen; der Festigkeitsnachweis des Ausschnitts ersetzt diese Anforderungen nicht.
Gilt das Kapitel auch für Ausschnitte in gewölbten Böden?
Nein. Kapitel 11 der DIN EN 12953-3 behandelt Ausschnitte in ebenen Kesselböden. Ausschnitte in gewölbten Böden und Öffnungen im zylindrischen Mantel werden nach anderen Abschnitten der Norm nachgewiesen, im Mantel etwa nach Kapitel 8 über Ausschnitte und Abzweige in zylindrischen Mänteln.