Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul 12516D berechnet verschraubte Oberteile und Deckel aus ebenen Platten nach DIN EN 12516-2 — mit oder ohne zentrale Bohrung bzw. Stutzen und auch als ebene Platten mit Ringnut. Zusätzlich deckt es die Stopfbuchsenbelastung nach Abschnitt 11 der Norm ab, also die Kräfte, die über die Stopfbuchsbrille in Deckel und Schrauben eingeleitet werden.
Ebene Platten nach DIN EN 12516-2 berechnen heißt: Aus Berechnungsdruck, zulässiger Spannung und den Berechnungsbeiwerten (Formbeiwerten) der jeweiligen Einspann- und Belastungssituation die erforderliche Plattendicke bestimmen. Bei Platten mit Öffnung oder Stutzen erhöht ein Verschwächungsfaktor die erforderliche Dicke; das Kräfteverhältnis nach Gl. 64 erfasst dabei den Einfluss der Zusatzkräfte aus der Verschraubung.
In der Praxis wird der Nachweis für Ventil- und Schieberdeckel, Verschlussplatten und Oberteile mit Spindeldurchführung gebraucht — sowohl bei der Neuauslegung als auch bei der Nachrechnung für den Prüfzustand mit den zugehörigen Kennwerten (Festigkeitskennwert, Sicherheitsfaktor und E-Modul bei Prüftemperatur).
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN EN 12516-2: 2022-08
Berechnungsumfang
- Ebene Platten mit Ringnut
- Stopfbuchsen
- Verschraubte Oberteile und Deckel
So läuft die Berechnung ab
- Bauform und Geometrie wählen: Zunächst wird die Deckelbauform festgelegt: ebene Platte mit oder ohne Ringnut, mit oder ohne Bohrung bzw. Stutzen. Der Innendurchmesser der Öffnung geht als Verschwächung in die Berechnung ein.
- Werkstoffkennwerte und Zuschläge bestimmen: Für Betrieb und Prüfung werden Festigkeitskennwert, Sicherheitsfaktor und daraus die zulässige Spannung ermittelt; Herstellungstoleranz bzw. Umformungszuschlag und Korrosionszuschlag werden der berechneten Dicke zugeschlagen.
- Kräfte und Berechnungsbeiwerte ermitteln: Aus Druckkraft, Schraubenkraft und Dichtungsgeometrie folgt das Kräfteverhältnis nach Gl. 64; die Berechnungsbeiwerte (Formbeiwerte) erfassen Lagerung, Ringnut und Öffnungsverschwächung der Platte.
- Erforderliche Plattendicke berechnen: Mit zulässiger Spannung, Berechnungsdruck und den Beiwerten wird die erforderliche Plattendicke für Betriebs- und Prüfzustand berechnet und mit der ausgeführten Dicke verglichen; bei Stopfbuchsdeckeln kommen die Brillenkräfte nach Abschnitt 11 hinzu.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Auslegungsdruck | p | bar |
| Auslegungstemperatur | t | °C |
| Art des Deckels (1/2/3) | Deckels | – |
| _Deckelart | _Deckelart | – |
| Werkstoff | Werkstoff | – |
| Festigkeitskennwert Betrieb | R | N/mm² |
| Sicherheitsfaktor Betrieb | S | – |
| zulässige Spannung Betrieb | f | N/mm² |
| E-Modul Betrieb | E | N/mm² |
| Festigkeitskennwert Prüfung | R' | N/mm² |
| Sicherheitsfaktor Prüfung | S' | – |
| zulässige Spannung Prüfung | f' | N/mm² |
| E-Modul Prüfung | E' | N/mm² |
| Herstellungstoleranz/Umformungszuschlag | c1 | mm |
| Korrosionszuschlag | c2 | mm |
| Mittlerer Dichtungsdurchmesser Bilder 26, 27, 29 oder 31 | dD | mm |
| Dichtungsbreite | bD | mm |
| Sicherheitsfaktor für Dichtung | SD | – |
| Dichtungsbeiwert bzw. Kompressionsfaktor m bzw. Q/p | Kompressionsfaktor | – |
| maximale Pressung | Qmax | MPa |
| Kräfteverhältnis nach Gl. 64 | δ | – |
| Berechnungsbeiwert | Cx | – |
| Berechnungsbeiwert | Cy | – |
| Berechnungsbeiwert | Cz | – |
Berechnungsoptionen
Dichtung ohne direkte Belastung
Dichtung direkt belastet (Bilder 26, 27, 29 oder 31) · Dichtung keiner direkten Belastung unterliegend (Bilder 28, 30 oder 32)
Häufige Fragen
Warum schwächt eine Ringnut die ebene Platte und wie wird das erfasst?
Die Ringnut — etwa für eine Dichtung — reduziert den tragenden Querschnitt an einer Stelle mit hoher Biegespannung. Die Norm erfasst das über einen eigenen Berechnungsbeiwert bzw. den Nachweis der Restdicke im Nutgrund. Ein häufiger Fehler ist, die Nut nur als Korrosionszuschlag zu behandeln statt sie in der Dickenformel zu berücksichtigen.
Wie geht eine zentrale Bohrung oder ein Stutzen in die Berechnung ein?
Öffnungen erhöhen die Biegespannungen in der Platte. In der Berechnung wird das über einen vom Durchmesserverhältnis d/D abhängigen Beiwert erfasst, der die erforderliche Dicke gegenüber der vollen Platte vergrößert. Zusätzlich ist zu prüfen, ob der Stutzenanschluss selbst (Schweißnaht, Ausschnittverstärkung) nachgewiesen werden muss.
Was ist bei der Stopfbuchsenbelastung nach Abschnitt 11 zu beachten?
Die Stopfbuchsbrille leitet die Anpresskraft der Packung über Schrauben in den Deckel ein. Diese Kraft wirkt zusätzlich zum Innendruck und ist von der erforderlichen Packungspressung abhängig. Wird sie vernachlässigt, sind Deckeldicke und Schraubenquerschnitt zu klein bemessen — insbesondere bei hohen Packungspressungen für Hochdruckarmaturen.