Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul 159N gehört zur Modulfamilie rund um die Flanschberechnung nach DIN EN 1591-1. Diese Norm behandelt Flanschverbindungen mit Dichtung als Gesamtsystem: Flansche, Schrauben und Dichtung werden mit ihren Steifigkeiten und Verformungen gemeinsam betrachtet, sodass neben dem Festigkeitsnachweis auch der Dichtheitsnachweis über alle Lastzustände geführt werden kann.
Wer eine Flanschverbindung nach EN 1591 berechnen will, durchläuft mehrere gekoppelte Zustände – Einbauzustand mit Schraubenmontagekraft, Prüfzustand und die Betriebszustände mit Innendruck, Temperatur und äußeren Zusatzlasten. Die Module der 159er-Reihe decken dabei die Hauptrechnung und ergänzende Teilaufgaben ab; 159N stellt einen dieser ergänzenden Bausteine innerhalb der Berechnungskette dar.
Typische Anwendungsfälle sind kritische Flanschverbindungen im Apparate- und Rohrleitungsbau, bei denen die klassische Auslegung nach AD 2000 B 7/B 8 oder EN 13445 nicht ausreicht, weil eine nachgewiesene Leckagerate gefordert ist – etwa bei TA-Luft-relevanten Medien.
So läuft die Berechnung ab
- Verbindung definieren: Geometrie beider Flansche, Schraubenfeld (Anzahl, Gewinde, Werkstoff) und Dichtung mit ihren Kennwerten nach EN 13555 werden festgelegt. Die Dichtungskennwerte bestimmen maßgeblich die erforderlichen Flächenpressungen.
- Lastzustände aufstellen: Für Einbau-, Prüf- und Betriebszustände werden Druck, Temperatur und Zusatzlasten (Axialkraft, Biegemoment aus der Rohrleitung) zusammengestellt. Jeder Zustand geht mit eigenen Werkstoffkennwerten und Dichtungsanforderungen in die Rechnung ein.
- Nachgiebigkeiten und Kräfteumlagerung berechnen: Aus den elastischen Nachgiebigkeiten von Flanschen, Schrauben und Dichtung ermittelt das Verfahren, wie sich die Montage-Schraubenkraft in den Folgezuständen umlagert – einschließlich Setzverhalten der Dichtung und thermischer Differenzdehnungen.
- Erforderliche Schraubenkraft bestimmen: Iterativ wird die minimale Montagekraft gesucht, mit der in allen Folgezuständen die für die geforderte Dichtheitsklasse nötige Dichtungspressung erhalten bleibt, ohne die zulässigen Beanspruchungen zu überschreiten.
- Festigkeits- und Dichtheitsnachweise führen: Abschließend werden die Ausnutzungsgrade von Flanschen, Schrauben und Dichtung in jedem Lastzustand geprüft und die Montageanweisung (Anziehdrehmoment, Streuung des Anziehverfahrens) abgeleitet.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Hersteller | – | – |
| Dichtungstyp | – | – |
| Lieferdicke | mm | – |
| Innendruck | bar | – |
| Leckagerate | L mg/(s·m) | – |
| Vorgegebene Flächenpressung bei Montage | Qa MPa | – |
| Betriebstemperatur | T °C | – |
| Steifigkeit | C kN/mm | – |
| Tatsächlich effektive Dichtungspressung | GS MPa | – |
| Material | – | – |
| Dichtungsfläche | AGt mm² | – |
| PDF anzeigen? | – | – |
| Dichtungsauswahl | – | – |
| Nenndruck | PN | – |
| Nenndurchmesser | DN | – |
| Innendurchmesser | – | – |
| Außendurchmesser | – | – |
| Wirksame Dichtungsbreite | – | – |
| Mittlerer Dichtungsdurchmesser | – | – |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Erforderliche Mindestpressung im Einbauzustand | Qmin/L | – |
| Erforderliche Mindestpressung im Betriebszustand | QSmin/L | – |
| Variable 14 | Delta DeGc | – |
| Kriechfaktor | PQR | – |
| Max. zulässige Flächenpressung | QSmax | – |
| E-Modul der Dichtung | EG | – |
| Dichtungsdicke im verpressten Zustand | eG | – |
| Kriechfaktor | PQR | – |
| Variable 21 | Delta DeGc | – |
| Max. zulässige Flächenpressung | QSmax | – |
| E-Modul der Dichtung | EG | – |
| Dichtungsdicke im verpressten Zustand | eG | – |
| Faktor für Dichtungsdicke | GTF | – |
| Faktor für Dichtungsdicke | GTF | – |
| Ausgeführte Dichtungsdicke | efG | – |
| Ausgeführte Dichtungsdicke | efG | – |
| Gewählte Dichtungsnorm | – | – |
Berechnungsoptionen
Material
metallisch · nicht-metallisch
Häufige Fragen
Worin unterscheidet sich die Berechnung nach EN 1591-1 von der klassischen Flanschberechnung?
Klassische Verfahren wie AD 2000 B 7/B 8 oder die Taylor-Forge-Methode führen im Wesentlichen einen Festigkeitsnachweis mit pauschalen Dichtungskennwerten. EN 1591-1 rechnet dagegen das elastische Zusammenspiel von Flansch, Schraube und Dichtung über alle Lastzustände nach und weist zusätzlich die Dichtheit für eine definierte Leckagerate nach. Dafür benötigt sie geprüfte Dichtungskennwerte nach EN 13555.
Warum ist das Verfahren iterativ?
Die erforderliche Montage-Schraubenkraft hängt von der Kräfteumlagerung in den Folgezuständen ab, diese wiederum von der Dichtungspressung im Einbauzustand – die Dichtungssteifigkeit ist zudem lastabhängig. Die Norm löst diese Verkopplung durch Iteration, bis die minimal erforderliche Schraubenkraft alle Folgezustände abdeckt.
Welche Rolle spielt die Streuung des Anziehverfahrens?
Je nach Montagemethode (Drehmomentschlüssel, hydraulisches Spannen, winkelgesteuert) streut die tatsächlich aufgebrachte Schraubenkraft erheblich. EN 1591-1 berücksichtigt dies über Streufaktoren: Die untere Grenze muss die Dichtheit sichern, die obere darf Flansche, Schrauben und Dichtung nicht überlasten. Ein genaueres Anziehverfahren führt daher oft zu einer wirtschaftlicheren Verbindung.