Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul ZAPF ermittelt nach DIN 28085 die maximal zulässigen Tragkräfte von Tragzapfen mit Verstärkungsblech an zylindrischen Apparatewänden. Tragzapfen dienen zum Heben, Wenden und Abstützen von Behältern und Kolonnen – etwa beim Transport, bei der Montage auf der Baustelle oder als Auflager in Stahlbaukonstruktionen. Die Norm gilt für Apparate aus unlegierten, niedriglegierten und nichtrostenden Stählen, wie sie in der Verfahrenstechnik üblich sind.
Kritisch ist bei Tragzapfen nicht der Zapfen selbst, sondern die örtliche Lasteinleitung in die vergleichsweise dünne Behälterwand: Die Zapfenkraft erzeugt lokale Membran- und Biegespannungen in der Zylinderschale, die mit dem Verstärkungsblech auf ein zulässiges Maß begrenzt werden. DIN 28085 stellt hierfür abgestimmte Bauformen und zugehörige Tragfähigkeitswerte bereit, sodass der Nachweis der Lasteinleitung ohne aufwendige lokale Spannungsanalyse geführt werden kann.
Wer die Tragfähigkeit eines Tragzapfens berechnen will, erhält mit dem Modul die zulässigen Kräfte in Abhängigkeit von Behälterdurchmesser, Wanddicke, Zapfengröße und Werkstoff – eine schnelle und normkonforme Alternative zur Einzelfallberechnung örtlicher Lasten, beispielsweise nach WRC-Bulletin oder DIN EN 13445-3 Abschnitt 16.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN 28085
So läuft die Berechnung ab
- Behälter- und Zapfengeometrie festlegen: Ausgangspunkt sind der Durchmesser und die ausgeführte Wanddicke der zylindrischen Schale sowie die gewählte Zapfengröße mit zugehörigem Verstärkungsblech nach den Bauformen der DIN 28085.
- Werkstoff und Temperatur zuordnen: Für den Schalen- und Zapfenwerkstoff (unlegierter, niedriglegierter oder nichtrostender Stahl) werden die Festigkeitskennwerte bei Auslegungstemperatur herangezogen; sie bestimmen die zulässige örtliche Beanspruchung der Wand.
- Lastrichtung und Lastfall definieren: Je nach Anwendungsfall wirkt die Zapfenkraft radial, tangential oder axial zur Schale – etwa beim Heben eines liegenden Behälters oder beim Aufrichten einer Kolonne. Für jede Richtung gelten eigene Tragfähigkeitsgrenzen.
- Maximale Tragkraft ermitteln: Das Modul bestimmt die maximal zulässige Tragkraft des Zapfens aus den Kennwerten der Norm und stellt sie der vorhandenen Last aus Behältergewicht samt Einbauten, Füllung und dynamischen Zuschlägen gegenüber.
- Nachweis dokumentieren: Abschließend wird geprüft, ob die vorhandene Last unter der zulässigen Tragkraft liegt; andernfalls sind eine größere Zapfenbauform, ein dickeres Verstärkungsblech oder eine geänderte Lastanordnung zu wählen.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Festigkeitskennwert | K | N/mm² |
| Sicherheitsbeiwert für Schweißnaht | S | – |
| Stoßfaktor | γ | – |
| Zuschlag | c1 | mm |
| Zuschlag | c2 | mm |
| Apparateaußendurchmesser | DA | mm |
| Durchmesser des Tragzapfen | d1 | mm |
| Länge des Zapfenrohres | l1 | mm |
| Ausgeführte Dicke der Apparatewand | se | mm |
| Dicke des Tragzapfenrohres | s1 | mm |
| Dicke der Tragzapfenendplatte | s2 | mm |
| Breite der Verstärkungsplatte | b | mm |
| Gesamt-Gewichtskraft | FM | N |
| Vorhandene Kraft auf einen Tragzapfen | ≥ | N |
| Schlankheitsparameter | X | – |
| Schlankheitsparameter | Pa | – |
| Kraftbeiwert (aus Bild 5) | fl | – |
| Kraftbeiwert (aus Bild 6) | fu | – |
| Tragkraft in Längsrichtung | ≥ | N |
| Tragkraft in Umfangsrichtung | ≥ | N |
| Abstand Massenschwerpunkt vom Kolonnenfuß | lM | mm |
| Abstand der Tragzapfen vom Kolonnenfuß | lZ | mm |
| Vorhandene Kraft auf einen Tragzapfen beim Aufrichten des liegenden Apparates | ≥ | N |
| Berechnungstemperatur | T | °C |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Vorhandene Kraft auf einen Tragzapfen | ≥ | N |
| Hilfswert | A | mm² |
| Hilfswert | w | mm³ |
| zulässige Kraft in Längsrichtung | FL | N |
| erforderliche Verstärkungsblechdicke | s3e | mm |
Berechnungsoptionen
Anheben des stehenden Apparates berücksichtigen?
Ja · Nein
Anheben des liegenden Apparates berücksichtigen?
Ja · Nein
Schrägzug berücksichtigen
Ja · Nein
Häufige Fragen
Für welche Behälter gilt DIN 28085?
Die Norm gilt für Tragzapfen mit Verstärkungsblech an zylindrischen Wänden von Apparaten, die überwiegend verfahrenstechnischen Zwecken dienen und aus unlegierten, niedriglegierten oder nichtrostenden Stählen bestehen. Für andere Werkstoffe, unverstärkte Zapfen oder stark abweichende Geometrien ist ein individueller Nachweis der örtlichen Lasteinleitung erforderlich.
Warum ist das Verstärkungsblech so wichtig?
Die Zapfenkraft wird über eine kleine Fläche in die Schale eingeleitet und erzeugt dort hohe lokale Biegespannungen. Das Verstärkungsblech vergrößert die wirksame Einleitfläche und verteilt die Last, wodurch die Spannungsspitzen in der Behälterwand deutlich sinken. Die Tragfähigkeitswerte der Norm gelten nur für die genormte Kombination aus Zapfen und Verstärkungsblech.
Müssen dynamische Lasten beim Heben berücksichtigt werden?
Ja. Beim Anheben, Wenden und Absetzen treten Stoß- und Schrägzugkräfte auf, die deutlich über der statischen Gewichtskraft liegen können. Üblich sind Zuschlagsfaktoren auf das Hubgewicht sowie die Berücksichtigung des Seilwinkels; die so erhöhte Kraft muss unter der zulässigen Tragkraft des Zapfens bleiben.
Was ist der Unterschied zwischen Tragzapfen und Tragösen?
Tragzapfen sind zylindrische Anschweißteile, über die der Behälter mit Schäkeln, Seilschlaufen oder Auflagern gefasst wird; Tragösen sind Blechlaschen mit Bohrung. Zapfen eignen sich besonders zum Wenden und Aufrichten, weil das Hebezeug auf dem Zapfen abrollen kann, und leiten die Last flächiger in die Schale ein.