Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Der Flansch ist das Bindeglied jeder lösbaren Verbindung im Druckbehälter- und Rohrleitungsbau: Er muss die Schraubenkräfte über sein Flanschblatt in Mantel oder Rohr einleiten, ohne sich unzulässig zu verformen oder zu versagen. Wer einen Flansch nach AD 2000 berechnen will, bemisst die erforderliche Höhe des Flanschblatts nach AD 2000-Merkblatt B8 – aufbauend auf den Schrauben- und Dichtungskräften aus Merkblatt B7.
Das Modul B8 ermittelt die erforderliche Flanschblatthöhe für praktisch alle gebräuchlichen Bauformen: Vorschweißflansche und Vorschweißbunde, Aufschweißflansche und Aufschweißbunde (auch mit Klappschrauben oder nach innen liegend), Losflansche mit Bund oder Bördel, Flansche mit durchgehender Dichtung, geteilte Losflansche mit einem oder mit versetzten Ringen, Losflansche mit geteiltem Einlegering sowie aufgeschraubte Flansche. Die Bauform wird mit Bildunterstützung ausgewählt; daraus ergeben sich die zutreffenden Widerstands- und Hebelarmformeln.
Nachgewiesen werden Einbau-, Betriebs- und Prüfzustand: Aus Schraubenkraft mal Hebelarm folgt das Biegemoment, das dem Widerstand des Flanschquerschnitts – bei Vorschweißflanschen einschließlich mittragendem Ansatz und Rohrstutzen – gegenübergestellt wird. Das Modul ist damit der Standardweg zur Auslegung von Apparateflanschen, Sonderflanschen und Losflanschverbindungen nach AD 2000.
Regelwerk und Berechnungsbasis: AD 2000 B8: 2023-05
So läuft die Berechnung ab
- Bauform auswählen: Aus dem Bauformenkatalog (Vorschweißflansch, Aufschweißflansch, Losflansch, geteilte Ringe, aufgeschraubter Flansch usw.) wird die zutreffende Ausführung gewählt – auf Wunsch mit Anzeige der Normbilder. Die Bauform bestimmt, welche Querschnitte tragen und wo die kritischen Schnitte liegen.
- Kräfte aus der Schraubenberechnung übernehmen: Die Schrauben- und Dichtungskräfte für Einbau-, Betriebs- und Prüfzustand stammen aus der Berechnung nach AD 2000 B7 mit den zugehörigen Dichtungskennwerten. Zusammen mit Lochkreis-, Dichtungs- und Innendurchmesser ergeben sich die Hebelarme der einzelnen Kraftanteile.
- Biegemomente je Zustand bilden: Für jeden Zustand wird das auf den kritischen Querschnitt wirkende Biegemoment aus den Kräften und ihren Hebelarmen berechnet: im Einbauzustand aus der Schraubenkraft zur Dichtung, im Betriebszustand aus Rohrkraft, Ringflächenkraft und Restdichtungskraft.
- Flanschwiderstand ermitteln: Der Widerstand des Flanschquerschnitts wird bauformabhängig berechnet; bei Vorschweißflanschen tragen Ansatz und anschließender Zylinder mit, bei Losflanschen nur der Ringquerschnitt, bei geteilten Ringen gelten Abminderungen. Schraubenlöcher werden über den Lochabzug berücksichtigt.
- Nachweis führen und Flanschblatthöhe festlegen: Das vorhandene Moment wird dem zulässigen Moment aus Flanschwiderstand und Festigkeitskennwert K/S des jeweiligen Zustands gegenübergestellt. Die erforderliche Flanschblatthöhe ergibt sich aus dem ungünstigsten Zustand; konstruktiv wird auf die nächste sinnvolle Abmessung aufgerundet.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Innendurchmesser | di | mm |
| Außendurchmesser | da | mm |
| Zargenwanddicke | s1 | mm |
| Flanschansatzdicke | sF | mm |
| Schraubenlochdurchmesser | dL | mm |
| Lochkreisdurchmesser | dt | mm |
| Mittlerer Dichtungsdurchmesser | dD | mm |
| Schraubenkraft (Betrieb) | FSB | N |
| Schraubenkraft (Einbau) | FDV | N |
| Berechnungsdurchmesser | d2 | mm |
| Betriebstemperatur | T | °C |
| Werkstoff | Wk | – |
| Sicherheitsbeiwert (Betrieb) | S | – |
| Sicherheitsbeiwert (Einbau Prüfung) | S' | – |
| Festigkeitskennwert bei Betriebstemperatur | K | N/mm² |
| Festigkeitskennwert bei 20°C | K20 | N/mm² |
| Gesamthöhe Flansch | hA | mm |
| Flanschwiderstand | Wb | mm³ |
| Flanschwiderstand | We | mm³ |
| Flanschwiderstand | Wb | mm³ |
| Flanschwiderstand | We | mm³ |
| Hebelarm Schraubenkraft | a | mm |
| Hebelarm Schraubenkraft | aD | mm |
| Hebelarm Schraubenkraft | a | mm |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Innendurchmesser | di | mm |
| Außendurchmesser | da | mm |
| Schraubenlochdurchmesser | dL | mm |
| Verschwächungsfaktor | v | – |
| Lochkreisdurchmesser | dt | mm |
| Schraubenkraft (Betrieb) | FSB | N |
| Schraubenkraft (Einbau) | FDV | N |
| Betriebstemperatur | T | °C |
| Werkstoff | Wk | – |
| Sicherheitsbeiwert (Betrieb) | S | – |
| Sicherheitsbeiwert (Einbau Prüfung) | S' | – |
| Festigkeitskennwert bei Betriebstemperatur | K | N/mm² |
| Festigkeitskennwert bei 20°C | K20 | N/mm² |
| Rechnerisch doppelte Flanschbreite | b | mm |
| Hilfswert | Z | mm³ |
| Hilfswert | Z1 | mm³ |
| Reduzierter Schraubenlochdurchmesser | dL' | mm |
| Flanschwiderstand (Betrieb) | Wb | mm³ |
| Flanschwiderstand (Einbau) | We | mm³ |
| Hebelarm Schraubenkraft (Betrieb) | a | mm |
| Hebelarm Schraubenkraft (Einbau) | aD | mm |
| Erforderliche Flanschblatthöhe | hF | mm |
| Flächenpressung | pF | N/mm² |
| Berechnungsdurchmesser | d4 | mm |
Berechnungsoptionen
Bauform
1 Vorschweißflansch · 2 Vorschweißbund · 3 Aufschweißflansch · 4 Aufschweißbund · 5 Flansch für Klappschrauben · 6 Nach innen liegender Aufschweißflansch · 7 Losflansch · 8 Flansch mit durchgehender Dichtung · 9 Geteilter Losflansch (ein Ring) · 10 Geteilter Losflansch (Doppelring mit versetzten Trennfugen) · 11 Losflansch mit geteiltem Einlegering · 12 Aufgeschraubter Flansch
Nahtausführung
Bild 1 · Bild 2 · Bild 3 · Bild 4 · Bild 5
Vorschweißflansch
Mit Vorschweißflansch · Ohne Vorschweißflansch
Häufige Fragen
Worin unterscheidet sich die AD-2000-Flanschberechnung von EN 1591-1?
AD 2000 B7/B8 ist ein Festigkeitsverfahren mit festen Mindestkräften und getrennten Zustandsnachweisen – robust, schnell und für die klassische Behälterauslegung etabliert. EN 1591-1 ist ein Dichtheits- und Verformungsnachweis mit Steifigkeitsinteraktion aller Komponenten und iterativer Kraftverfolgung über die Lastfälle. Für Standardapparate genügt B8; wenn nachgewiesene Leckageraten oder große Temperaturtransienten gefordert sind, ist EN 1591-1 das genauere Verfahren.
Wann wähle ich einen Losflansch statt eines Vorschweißflansches?
Losflansche mit Bund oder Bördel sind wirtschaftlich, wenn der mediumberührte Teil aus hochwertigem Werkstoff (z. B. Edelstahl) und der Flansch selbst aus unlegiertem Stahl bestehen soll, oder wenn der Flansch zum Ausrichten drehbar bleiben muss. Mechanisch trägt beim Losflansch nur der Ringquerschnitt ohne mittragenden Ansatz – er baut daher bei gleichen Lasten dicker als ein Vorschweißflansch.
Warum kann der Einbauzustand die Flanschhöhe bestimmen?
Im Einbauzustand wirkt die volle Schraubenkraft über den größten Hebelarm (Lochkreis bis Dichtung) auf den drucklosen Flansch, während im Betrieb ein Teil der Kraft druckseitig mit kleineren Hebelarmen angreift. Besonders bei Dichtungen mit hoher Vorverformungskraft liefert der Einbauzustand deshalb häufig das größte Moment und damit die erforderliche Flanschblatthöhe.
Was ist bei geteilten Losflanschen zu beachten?
Geteilte Losflansche erleichtern die Montage, unterbrechen aber den tragenden Ring. Bei einer Teilfuge mit einem Ring wird der Widerstand deutlich abgemindert; versetzt geteilte Doppelringe verhalten sich günstiger, da sich die Fugen nicht überlagern. Das Merkblatt B8 gibt hierfür eigene Ansätze vor, die das Modul bauformabhängig anwendet.