Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul RUER weist Ausschnitte und Stutzen auf Druckbehältern nach dem AD 2000-Merkblatt B9 nach. Jeder Stutzen – ob Mannloch, Rohranschluss oder Instrumentenstutzen – schwächt die drucktragende Wand von Zylinderschalen, Kugeln, Halbkugel-, Klöpper- oder Korbbogenböden. Der Nachweis nach B9 zeigt, ob die verbleibenden tragenden Querschnitte von Grundkörper, Stutzenrohr und gegebenenfalls Verstärkungsscheibe ausreichen, um die vom Druck belastete Fläche zu tragen.
Das Verfahren beruht auf dem Flächenvergleich: Der Kraft aus dem Berechnungsdruck auf die drucktragende Fläche werden die tragfähigen Querschnittsflächen innerhalb der mittragenden Längen gegenübergestellt, jeweils gewichtet mit der zulässigen Spannung des zugehörigen Werkstoffs. Grundkörper, Stutzen und Verstärkung können dabei unterschiedliche Werkstoffe mit eigenen Festigkeitskennwerten, Sicherheitsbeiwerten und Zuschlägen haben – der kleinste K/S-Wert begrenzt die anrechenbare Tragwirkung.
RUER deckt aufgesetzte und durchgesteckte Stutzen, Blockflansche sowie Mehrfachausschnitte mit benachbarten Stutzen in Längs- und Umfangsrichtung ab. In der Praxis ist der Ausschnittsnachweis nach AD 2000 B9 Standardbestandteil jeder Behälterberechnung nach dem AD 2000-Regelwerk und wird für jeden Stutzen des Apparats geführt.
Regelwerk und Berechnungsbasis: AD 2000 B9: 2000-10
So läuft die Berechnung ab
- Grundkörper und Bauart wählen: Zunächst werden die Bauart (Zylinder, Kugel, gewölbter Boden; aufgesetzter oder durchgesteckter Stutzen, Blockflansch) sowie Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur festgelegt.
- Werkstoffe getrennt ansetzen: Für Grundkörper, Stutzen und gegebenenfalls Verstärkungsscheibe werden jeweils eigener Werkstoff, Festigkeitskennwert, Sicherheitsbeiwert sowie Zuschläge für Wanddickenunterschreitung und Korrosion eingegeben. Hat ein Anbauteil einen niedrigeren K/S-Wert als der Grundkörper, wird seine Tragwirkung nur anteilig angerechnet.
- Mittragende Längen bestimmen: Aus Durchmesser und Wanddicke von Grundkörper und Stutzen werden die mittragenden Längen ermittelt, innerhalb derer Wandquerschnitte als Verstärkung wirksam sind; daraus folgen die tragenden Flächen des Grundkörpers, des Stutzens und der Scheibe.
- Flächenvergleich durchführen: Die drucktragende Fläche wird mit dem Berechnungsdruck belastet, die tragenden Querschnittsflächen mit den um den halben Druck reduzierten zulässigen Spannungen. Die Festigkeitsbedingung nach B9 vergleicht Kraft und Tragfähigkeit; ausgewiesen wird u. a. der kleinste K-Wert bzw. die Auslastung.
- Benachbarte Ausschnitte prüfen: Bei Mehrfachausschnitten wird zusätzlich der Steg zwischen benachbarten Stutzen in Längs- und Umfangsrichtung nachgewiesen; bei Zylinderschalen ist die Richtung des Steges wegen der doppelt so hohen Umfangsspannung zu unterscheiden. Maßgebend ist die ungünstigste Kombination.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Ausgeführte Wanddicke Behälter (zwischen Stutzen) | se | mm |
| Innendurchmesser Kalotte | Di | mm |
| Berechnungsdruck | p | bar |
| Festigkeitskennwert | K | N/mm² |
| Sicherheitsbeiwert | S | – |
| Bauart (nach Wechsel F7 betätigen) | ) | – |
| Zuschlag für Wanddickenunterschreitg. | c1 | mm |
| Korrosions- / Abnutzungszuschlag | c2 | mm |
| Ausgeführte Wanddicke Behälter | sa | mm |
| Ausgeführte Wanddicke Stutzen 1 | s1 | mm |
| Ausgeführte Wanddicke Stutzen 2 | s2 | mm |
| Verhältnis | s1/sa | – |
| Verhältnis | sa/se | – |
| Außendurchmesser Stutzen 1 | Da1 | mm |
| Außendurchmesser Stutzen 2 | Da2 | mm |
| Schweißnahtabmessung | g1 | mm |
| Schweißnahtabmessung | g2 | mm |
| Schweißnahtabmessung | g3 | mm |
| Schweißnahtabmessung | g4 | mm |
| Abstand der Stutzenmitten | t | mm |
| Werkstoff | WNr | – |
| Berechnungstemperatur | T | °C |
| Werkstoff | WNr | – |
| Werkstoff | WNr | – |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Höhe | h1 | mm |
| Fläche | F1 | mm² |
| Fläche | F2a | mm² |
| Fläche | F2b | mm² |
| Fläche (min aus F2a und F2b) | F2 | mm² |
| Fläche | F | mm² |
| Kraft | Pu | N |
| Kraft | Pt | N |
| Quotient K/S | Max(Pu;Pt) / F ≤ Kmin / S ≤ | N/mm² |
| Quotient Max(Pu;Pt)/F | Max(Pu;Pt) / F ≤ Kmin / S ≤ | N/mm² |
| Kleinster K-Wert | kmin | N/mm² |
Häufige Fragen
Aufgesetzter oder durchgesteckter Stutzen – was ist der Unterschied im Nachweis?
Beim durchgesteckten Stutzen ragt das Stutzenrohr in den Behälter hinein, und auch der innenliegende Überstand darf innerhalb seiner mittragenden Länge als tragende Fläche angerechnet werden. Beim aufgesetzten Stutzen steht nur der äußere Teil zur Verfügung. Die Bauart beeinflusst damit direkt die anrechenbaren Flächen im Flächenvergleich und muss der tatsächlichen Ausführung entsprechen.
Wann darf eine Verstärkungsscheibe angerechnet werden, und welche Grenzen gelten?
Verstärkungsscheiben wirken nur, wenn sie flächig anliegen und innerhalb der mittragenden Länge des Grundkörpers liegen. Ihre anrechenbare Dicke und Breite sind nach B9 begrenzt; zudem wird ihre Tragwirkung über das Verhältnis der zulässigen Spannungen abgemindert, wenn der Scheibenwerkstoff weicher ist als der Grundkörper. Bei höheren Temperaturen und schwellender Beanspruchung sind Scheiben kritisch zu bewerten, da Spalte zwischen Scheibe und Wand Wärmespannungen und Spaltkorrosion begünstigen.
Warum ist die Lage eines Ausschnitts im gewölbten Boden wichtig?
Ausschnitte sollen in der Kalotte (Kugelzone) liegen, wo die Membranspannungen niedriger und rotationssymmetrisch sind. Im Krempenbereich von Klöpper- und Korbbogenböden herrschen hohe Biegespannungen; Ausschnitte dort sind nach B9 nur eingeschränkt zulässig und erfordern besondere Betrachtung. Auch der Abstand des Stutzenrandes zur Krempe geht in die Bewertung ein.
Was bedeutet der ausgewiesene kleinste K-Wert?
Das Modul rechnet die Festigkeitsbedingung auf den erforderlichen Festigkeitskennwert um: Der kleinste K-Wert gibt an, welchen Festigkeitskennwert der Werkstoff mindestens haben müsste, damit der Nachweis gerade erfüllt ist. Liegt der tatsächliche Kennwert darüber, besteht Reserve; das Verhältnis entspricht der Auslastung des Ausschnittbereichs.