Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul ADR berechnet die erforderlichen Mindestwanddicken und den Berechnungsdruck für Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter nach DIN EN 14025 in Verbindung mit ADR (Straße) und RID (Schiene). Anhang A der EN 14025 übernimmt die maßgebenden Gefahrgutvorschriften, insbesondere die Mindestwanddicken nach ADR 6.8.2.1.18 und die Gleichwertigkeitsformel für andere Werkstoffe als den Bezugsbaustahl.
Wer die Mindestwanddicke eines Gefahrguttanks nach EN 14025 berechnen will, muss mehrere Kriterien parallel prüfen: die druckbedingte Wanddicke für Betrieb und Prüfung (mit Berechnungsdruck aus Dampfdruck bei 50 °C, Füll-/Entleerungsdruck, statischem und dynamischem Druckanteil), die zulässigen Spannungen nach EN 14025 bzw. die ADR/RID-Begrenzung auf Min[0,5·Rm20; 0,75·Rp20], sowie die vom Werkstoff abhängige gleichwertige Mindestdicke gegenüber dem Bezugsbaustahl. Maßgebend ist der ungünstigste Wert.
Das Modul unterscheidet Feinkornstahl, andere Stähle und Aluminium, berücksichtigt Schwerkraftentleerung über die maximale Füllhöhe und liefert die Nachweise für die Tankzulassung im Straßen- und Schienentransport.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN EN 14025: 2018-09 & ADR & RID
So läuft die Berechnung ab
- Betriebsdaten und Medium erfassen: Eingegeben werden Berechnungstemperatur, Füll-/Entleerungsdruck (0 bei Schwerkraftentleerung), maximale Füllhöhe, spezifisches Gewicht des Füllmediums, Dampfdruck bei 50 °C sowie Gesamtmasse und Taragewicht des Tanks.
- Berechnungs- und Prüfdruck bestimmen: Aus Dampfdruck, statischem Druckanteil der Füllung und dynamischem Druck aus den Fahrbeschleunigungen ermittelt das Modul den Berechnungsdruck nach EN 14025 sowie den Prüfdruck und den Betriebsdruck nach Abschnitt 6.2 als Maximum von P<sub>B</sub> und MWP.
- Zulässige Spannungen festlegen: Für den gewählten Werkstoff (Feinkornstahl, anderer Stahl oder Aluminium) werden die zulässige Spannung nach EN 14025 und die ADR/RID-Begrenzung Min[0,5·Rm20; 0,75·Rp20] aus Zugfestigkeit und Dehngrenze bei 20 °C bestimmt.
- Druckbedingte Wanddicken berechnen: Mit Außen- bzw. Innendurchmesser und Schweißnahtfaktor werden die Mindestdicke für den Prüfzustand nach Gl. (A.3) und für den Betriebszustand nach Gl. (A.4) berechnet.
- Gleichwertige Mindestdicke prüfen: Die Mindestdicke nach ADR 6.8.2.1.18 (für Baustahl 5 mm bei D ≤ 1 800 mm, 6 mm bei D > 1 800 mm) wird über die Gleichwertigkeitsformel mit Zugfestigkeit und Bruchdehnung auf den tatsächlichen Werkstoff umgerechnet.
- Maßgebende Mindestdicke ausweisen: Die erforderliche Wanddicke ergibt sich als Maximum der Kriterien; das Modul weist sie als Min(eT, eC, e1)-Vergleich zusammen mit der ausgeführten Wanddicke aus.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Berechnungstemperatur | T | °C |
| für | PF | MPa |
| Werkstoffbezeichnung | Behälterwerkstoff | – |
| Zulässige Spannung bei Betrieb nach EN 14025 | f | MPa |
| Zulässige Spannung ADR/RID Min[0.5*Rm20; 0.75*Rp20] | fT | MPa |
| Zugfestigkeit bei 20°C | Rm20 | MPa |
| Dehngrenze bei 20°C Rp02, Rp1 | Rp20 | – |
| Berechnungsdruck | PC = = | MPa |
| Außendurchmesser | De | mm |
| Kennwert (Betrieb, Sonderfall, Rp, Rm etc.) | K | MPa |
| Sicherheitsbeiwert (Betrieb, Sonderfall) | S | - |
| Für gilt: | Pvap | MPa |
| Maximale Füllhöhe (>0 bei Schwerkraftentleerung) | HF | mm |
| Spezifisches Gewicht des Füllmediums | γF | kg/dm³ |
| für Siedepunkt > 35°C) | SP (0,1) | - |
| Gesamtmasse mit Ladung | GW | kg |
| Leergewicht Tara | Leergewicht | kg |
| Schweißnahtfaktor | (0.8/0.9/1) λS | - |
| Mindestdicke nach ADR 6.8.2.1.18 (bei Baustahl: 5mm für D≤1800mm, 6 mm für D>1800mm) | e0 | mm |
| Bruchdehnung | A1 | % |
| Werkstoff | Werkstoff | - |
| Werkstoffsorte (1=Feinkornstahl, 2=andere Stähle, 3=Aluminium) | WS (1-3) | - |
| Innendurchmesser | Di | mm |
| Ausgeführte Wanddicke | em | mm |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Prüfdruck | Ptest = PT | MPa |
| Berechnungsdruck | PC = = | MPa |
| Statischer Druckanteil | Pstat | MPa |
| Dynamischer Druck | Pdyn | MPa |
| Prüfdruck | Ptest = PT | bar |
| Berechnungsdruck | PC = PC | bar |
| Mindestdicke Prüfung nach (A.3) | eT | mm |
| Mindestdicke Betrieb nach (A.4) | eC | mm |
| Gleichwertige Dicke | e1 | mm |
| Mindestdicke Min(eT, eC, e1) | eMin | mm |
| Dynamischer Betriebsdruck Pvap - 0.1MPa + Pdyn | PB | MPa |
| Betriebsdruck nach EN 14025 6.2 Max(PB, MWP) | PEN | MPa |
| Max(Pstat PF) | Max(PF, Pstat) MWP | MPa |
| Werkstoff | Werkstoff | - |
Gelöstes Beispiel
Für einen Straßentankwagen mit einem Schalendurchmesser über 1 800 mm soll die gleichwertige Mindestwanddicke nach ADR 6.8.2.1.18 bestimmt werden. Der Tankwerkstoff hat eine garantierte Zugfestigkeit von 490 N/mm² und eine garantierte Bruchdehnung von 25 %.
Gegebene Werte
| Bezugs-Mindestdicke Baustahl e0 (D > 1 800 mm) | 6 mm |
| Zugfestigkeit Rm1 (garantierter Mindestwert) | 490 N/mm² |
| Bruchdehnung A1 (garantierter Mindestwert) | 25 % |
Lösungsweg
Gleichwertigkeitsformel nach ADR 6.8.2.1.18
Die Mindestdicke des Bezugsbaustahls (Rm = 370 N/mm², A = 27 %) wird über die Gleichwertigkeitsformel auf den tatsächlichen Werkstoff umgerechnet:
e1 = 21,4 · e0 / ³√(Rm1 · A1)
Einsetzen der Werte
Rm1 · A1 = 490 · 25 = 12 250
³√12 250 = 23,05
e1 = 21,4 · 6 / 23,05 = 5,57 mm
Bewertung
Der höherfeste, ausreichend zähe Werkstoff erlaubt eine Reduktion der ADR-Mindestdicke von 6 mm auf 5,57 mm. Die absoluten Untergrenzen des ADR für die jeweilige Tankbauart (z. B. mit oder ohne Schutz gegen Beschädigung) sowie die druckbedingten Mindestdicken nach EN 14025 Gl. (A.3)/(A.4) sind zusätzlich einzuhalten — maßgebend ist der größte Wert.
Ergebnis
| Gleichwertige Mindestwanddicke e1 | 5,57 mm |
Alle Werte sind beispielhaft. Maßgeblich sind das jeweils gültige Regelwerk und die projektspezifischen Randbedingungen.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen der Berechnung nach EN 14025 und der ADR-Mindestdicke?
EN 14025 liefert die druckbedingte Wanddicke aus Berechnungs- und Prüfdruck mit der zulässigen Spannung des Werkstoffs. ADR/RID 6.8.2.1.18 fordert unabhängig davon eine absolute Mindestdicke, die den Tank gegen mechanische Beschädigung (Anfahren, Umkippen) schützt. Beide Kriterien gelten parallel; auch ein drucklos betriebener Tank darf die ADR-Mindestdicke nicht unterschreiten.
Wofür steht die Gleichwertigkeitsformel mit Rm und A?
Die Mindestdicken des ADR sind für einen Bezugsbaustahl mit Rm = 370 N/mm² und 27 % Bruchdehnung definiert. Wird ein festerer oder zäherer Werkstoff verwendet, darf die Wanddicke über e1 = 21,4·e0/³√(Rm1·A1) reduziert werden — das Produkt aus Zugfestigkeit und Bruchdehnung ist ein Maß für das Energieaufnahmevermögen der Wand beim Aufprall. Es sind die garantierten Mindestwerte der Werkstoffnorm einzusetzen, nicht Abnahmewerte.
Wann darf mit Schwerkraftentleerung gerechnet werden?
Wenn der Tank ohne Überdruck befüllt und entleert wird (Füll-/Entleerungsdruck 0), bestimmt die maximale Füllhöhe den statischen Druckanteil. Bei Druckentleerung ist stattdessen der Füll-/Entleerungsdruck anzusetzen. Zusätzlich entscheidet der Dampfdruck bei 50 °C bzw. der Siedepunkt über 35 °C darüber, welcher Mindest-Berechnungsdruck nach ADR für den Tankcode gilt.
Warum begrenzt ADR/RID die zulässige Spannung auf Min[0,5·Rm20; 0,75·Rp20]?
Die Begrenzung stellt sicher, dass die Tankwand auch bei Überlast im Transportbetrieb ausreichend Abstand zur Zugfestigkeit behält und plastische Reserven besitzt. Sie kann strenger sein als die zulässige Spannung der reinen Druckbehälterberechnung und wird dann für die Wanddicke maßgebend.