Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul EN16.09 berechnet liegende zylindrische Behälter mit Ringlagerung nach DIN EN 13445-3, Abschnitt 16.9. Bei dieser Lagerungsart wird das Behältergewicht nicht direkt über Sättel in die Schale eingeleitet, sondern über Tragringe, die innen oder außen mit der Schale verschweißt sind. Die Ringe selbst stützen sich auf Sätteln oder Stützfüßen ab. Diese Bauweise wird gewählt, wenn die Schale selbst zu dünn für eine direkte Sattellagerung ist oder wenn definierte Auflagerpunkte, etwa bei Transportbehältern und Silofahrzeugen, benötigt werden.
Die Berechnung weist sowohl den Tragring als auch die angrenzende Schale nach: Der Ring wird durch die Auflagerreaktionen auf Biegung, Normalkraft und Querkraft beansprucht, die Schale durch die örtliche Einleitung der Ringkräfte. Als Eingaben dienen Lastfall, Lagerungsart, Profilform des Ringes, Position der Auflager sowie Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur; als Ergebnisse liefert das Modul unter anderem die Horizontal- und Vertikalkräfte am Ring und prüft die Anwendungsbedingungen der Norm.
Damit lassen sich liegende Behälter mit Tragringen vollständig nach europäischem Druckbehälterregelwerk berechnen – eine Alternative zum klassischen Sattelnachweis nach Abschnitt 16.8, wenn dessen Voraussetzungen nicht erfüllt sind.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN EN 13445-3/16.9: 2018-12
So läuft die Berechnung ab
- Lastfall und Lagerung definieren: Zunächst werden der maßgebende Lastfall (Betrieb, Prüfung, Transport), die Lagerungsart der Ringe (Sättel oder Stützfüße), deren Position am Umfang und die Anzahl der Auflagerstellen festgelegt. Dazu kommen Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur des Behälters.
- Ringprofil und Geometrie erfassen: Die Profilform des Tragringes wird gewählt und mit ihren Querschnittswerten erfasst; ebenso, ob der Ring innen oder außen an der Schale angeschweißt ist. Aus Behälterdurchmesser, Wanddicke und Ringabmessungen ergeben sich die Steifigkeitsverhältnisse zwischen Ring und Schale.
- Anwendungsbedingungen prüfen: Die Norm knüpft das Verfahren an geometrische Anwendungsbedingungen, etwa zu den Verhältnissen von Ringabstand, Durchmesser und Wanddicke. Das Modul wertet diese Bedingungen aus und meldet, wenn der Anwendungsbereich verlassen wird.
- Auflagerkräfte und Ringschnittgrößen berechnen: Aus Behältergewicht, Füllung und äußeren Lasten werden die Horizontal- und Vertikalkräfte an den Auflagerstellen des Ringes bestimmt. Daraus folgen die Schnittgrößen im Ring: Biegemomente, Normal- und Querkräfte über den Umfang.
- Spannungsnachweise für Ring und Schale führen: Die Spannungen im Ringprofil und die lokalen Spannungen in der Schale an der Ringanbindung werden mit den zulässigen Werten verglichen – unter Überlagerung mit den Spannungen aus dem Berechnungsdruck. Bei Bedarf werden Profil, Ringlage oder Auflageranordnung angepasst.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Lagerung | Lagerung | – |
| Profilform | Profilform | – |
| Berechnungsdruck | P | MPa(p) |
| Berechnungstemperatur | T | °C |
| Nennwanddicke der Schale | se | mm |
| Innendurchmesser der Schale | Di | mm |
| Dicke der Versteifungsrippe des Ringprofils | e1 | mm |
| Gesamthöhe des Ringprofils | h1 | mm |
| Breite der Kontaktfläche von Ring und Zylinder | t | mm |
| Stützwinkel | δ | ° |
| Radius der Schwerachse des Ringprofils | RR | mm |
| Gesamtbreite des Ringquerschnitts | b2 | mm |
| Flanschdicke des Ringprofils | e2 | mm |
| Abstand zwischen Schwerachse des Ringprofils und Schale | hg | mm |
| Anwendungsbedingung | Anwendungsbedingung | – |
| Anwendungsbedingung | Anwendungsbedingung | – |
| Werkstoff | Schale | – |
| Herstellungstoleranz | c1S | mm |
| Abnutzungszuschlag | c2S | mm |
| Kennwert | KSOp | N/mm² |
| Kennwert | KSTest | N/mm² |
| Sicherheitsfaktor | SOpS | - |
| Sicherheitsfaktor | STestS | - |
| Berechnungsnennspannung | fS | N/mm² |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Voraussetzung für die Anwendung eines beliebigen Ringprofils | Ringprofils | – |
| Auslastung des Tragrings | U | -- |
| Festigkeitsbedingung | Festigkeitsbedingung | - |
| Festigkeitsbedingung der Schale | Schale | – |
Berechnungsoptionen
Lagerung
Sattel · Stützen
Profilform
Ring · T-Profil · U-Profil · Beliebig
Position
Innen · Außen
Häufige Fragen
Wann ist eine Ringlagerung der klassischen Sattellagerung vorzuziehen?
Die Sattellagerung nach Abschnitt 16.8 leitet die Auflagerkräfte direkt in die Schale ein und setzt ausreichende Schalensteifigkeit voraus. Bei dünnwandigen Behältern, großen Durchmessern, hohen Zusatzlasten oder wenn die Sattelnachweise nicht aufgehen, verteilt ein angeschweißter Tragring die Lasten gleichmäßig über den Umfang. Auch bei Transportbehältern mit definierten Auflagerpunkten oder bei isolierten Behältern, bei denen Sättel ungünstig sind, ist die Ringlagerung üblich.
Macht es einen Unterschied, ob der Ring innen oder außen angeschweißt ist?
Ja. Innenliegende Ringe halten die Außenkontur frei (wichtig bei Isolierung oder Beheizung), verkleinern aber den nutzbaren Querschnitt und können bei Produktkontakt Reinigungsprobleme verursachen. Außenliegende Ringe sind fertigungstechnisch einfacher zugänglich. Statisch unterscheidet sich die Anbindung: Die exzentrische Lasteinleitung zwischen Ringschwerpunkt und Schalenmittelfläche wirkt sich je nach Anordnung unterschiedlich auf die lokalen Schalenspannungen aus.
Welche Lastfälle sind typischerweise maßgebend?
Neben dem Betriebszustand mit Füllung und Druck sind häufig die Druckprüfung mit Wasserfüllung (höchstes Gewicht) und Transport- oder Montagezustände bemessungsrelevant, bei denen der Behälter drucklos ist und dynamische Zuschläge auf das Gewicht wirken. Das Modul unterstützt die Lastfallauswahl; jeder Zustand ist mit den zugehörigen zulässigen Spannungen nachzuweisen.