Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul berechnet den Deckel (Flanschring) einer Schauglasfassung nach DIN 28120 – der Norm für runde Schauglasarmaturen an Druckbehältern. Der geschraubte Deckelring presst das Schauglas über die Dichtungen gegen den Grundflansch; das Modul weist nach, dass die vorhandene Flanschhöhe des Deckels für die Lastfälle Einbau, Betrieb und Druckprobe ausreicht.
Dazu werden aus Betriebsüberdruck, Probeüberdruck und Berechnungstemperatur die Schraubenkräfte für alle drei Lastfälle ermittelt – unter Berücksichtigung der Dichtungsgeometrie (mittlerer Dichtungsdurchmesser, wirksame Dichtungsbreite) und der Dichtungskennwerte. Aus den Schraubenkräften folgt je Lastfall die erforderliche Flanschhöhe, die der vorhandenen Resthöhe des eingedrehten Deckels gegenübergestellt wird. Werkstoffseitig gehen Streckgrenze, Sicherheitsbeiwert und E-Modul für Betriebs- und Probenbedingungen ein.
Gebraucht wird diese Berechnung überall dort, wo Prozesse visuell überwacht werden: Schaugläser an Rührbehältern, Kolonnen und Rohrleitungen der Chemie-, Pharma- und Lebensmitteltechnik. Da das spröde Glas keine Biegezwängungen verträgt, ist der steife, ausreichend hohe Deckelring entscheidend für Dichtheit und Glassicherheit.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN 28120
So läuft die Berechnung ab
- Lastfälle und Geometrie festlegen: Eingegeben werden Betriebsüberdruck, Probeüberdruck und Berechnungstemperatur sowie die Deckelgeometrie: Außendurchmesser, Lochkreisdurchmesser, Eindrehungsdurchmesser, Innendurchmesser, Schraubenlochdurchmesser, Flanschhöhe und Eindrehtiefe. Aus Flanschhöhe und Eindrehtiefe ergibt sich die tragende Resthöhe des Rings.
- Werkstoff- und Dichtungskennwerte zuordnen: Für den Flanschring werden Streckgrenze, Sicherheitsbeiwert und E-Modul getrennt für Betrieb und Druckprobe angesetzt. Für die Dichtung werden Außen- und Innendurchmesser sowie die Dichtungskennwerte erfasst; daraus berechnet das Modul den mittleren Dichtungsdurchmesser und die wirksame Dichtungsbreite.
- Schraubenkräfte je Lastfall berechnen: Für Einbau, Betrieb und Probe werden die Schraubenkräfte ermittelt: im Einbauzustand aus der erforderlichen Vorverformung der Dichtung, im Betriebs- und Probezustand aus Druckkraft auf die Deckelfläche plus der zur Aufrechterhaltung der Dichtpressung nötigen Restkraft.
- Erforderliche Flanschhöhen nachweisen: Aus den Schraubenkräften und den Hebelarmen zwischen Lochkreis und Dichtung folgt je Lastfall die erforderliche Flanschhöhe des Deckelrings. Der Nachweis ist erfüllt, wenn die vorhandene Resthöhe alle drei erforderlichen Höhen abdeckt; maßgebend ist der größte Wert.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Betriebsüberdruck | pB | N/mm² |
| Probeüberdruck | pP | N/mm² |
| Berechnungstemperatur | TB | °C |
| Außendurchmesser | D | mm |
| Lochkreisdurchmesser | k | mm |
| Eindrehungsdurchmesser | d4 | mm |
| Innendurchmesser | d1 | mm |
| Schraubenlochdurchmesser | d6 | mm |
| Flanschhöhe | h1 | mm |
| Eindrehtiefe | t1 | mm |
| Rest-Höhe | t2 | mm |
| Werkstoff Flanschring | Flanschring | - |
| Streckgrenze Betrieb | KB | N/mm² |
| Sicherheit | SB | - |
| E-Modul | EB | N/mm² |
| Streckgrenze Probe | KP | N/mm² |
| Sicherheit | SP | - |
| E-Modul | EP | N/mm² |
| Werkstoff Dichtung | Dichtung | – |
| Außendurchmesser Dichtung | DDa | mm |
| Innendurchmesser | DDi | mm |
| Kennwert | k1 | mm |
| Kennwert | ko*kd | N/mm |
| Außendurchmesser Schauglas | d3 | mm |
Häufige Fragen
Warum wird die Eindrehtiefe von der Flanschhöhe abgezogen?
Das Schauglas sitzt in einer Eindrehung des Deckelrings. Im geschwächten Querschnitt trägt nur die verbleibende Resthöhe die Biegebeanspruchung aus den Schraubenkräften. Wird mit der vollen Flanschhöhe gerechnet, überschätzt man die Tragfähigkeit des Rings – die Eindrehung ist die kritische Stelle des Deckels.
Warum werden Einbau-, Betriebs- und Probezustand getrennt nachgewiesen?
Die drei Zustände beanspruchen den Deckel unterschiedlich: Beim Einbau wirkt die volle Vorspannkraft ohne entlastenden Innendruck auf die Dichtung, im Betrieb kommen Druckkraft und temperaturbedingt reduzierte Werkstoffkennwerte zusammen, bei der Druckprobe wirkt der erhöhte Probedruck bei Raumtemperaturkennwerten mit geringerer Sicherheit. Welcher Fall die größte erforderliche Flanschhöhe liefert, ist nicht allgemein vorhersagbar.
Deckt die Berechnung auch das Schauglas selbst ab?
Nein. Das Modul weist den Deckel der Fassung nach. Die Glasscheibe selbst ist über die genormte Paarung von Schauglas (z. B. nach DIN 7080 für Borosilikatglas) und Fassung nach DIN 28120 für die zugeordneten Druck-/Temperaturstufen abgedeckt. Wichtig ist, dass das Glas planparallel zwischen zwei Dichtungen liegt und keine Metallberührung oder Biegezwängung erfährt – Montagevorschrift und Anzugsmomente sind einzuhalten.
Welche Rolle spielt die wirksame Dichtungsbreite?
Die Dichtpressung stellt sich nicht über die gesamte Dichtungsbreite gleichmäßig ein; gerechnet wird mit einer wirksamen Breite am mittleren Dichtungsdurchmesser. Sie bestimmt sowohl die erforderliche Vorpresskraft im Einbauzustand als auch die im Betrieb zu haltende Restdichtkraft und damit direkt die Schraubenkräfte und die Deckelbeanspruchung.