Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul AUZY berechnet Ausschnitte und Abzweige in Zylinderschalen nach DIN EN 12952-3, der Auslegungsnorm für Wasserrohrkessel und Anlagenkomponenten. Der Anwender wählt unter sieben Bauformen: unverstärkte Einzelausschnitte, senkrechte Abzweige, verstärkte Ausschnitte mit schrägem Abzweig, nicht radial angeordnete Abzweige, Y-förmige Abzweige, geschmiedete Formstücke sowie benachbarte Ausschnitte und Abzweige, deren Verstärkungsbereiche sich beeinflussen.
Ausschnitte in Zylinderschalen nach DIN EN 12952-3 berechnen heißt, den Verschwächungsnachweis über den Druckflächenvergleich zu führen: Die drucktragende Fläche wird den tragenden Querschnittsflächen von Schale, Abzweig und gegebenenfalls Verstärkung gegenübergestellt. Das Modul ermittelt daraus die erforderlichen Wanddicken für Zylinderschale und Abzweig sowie den zulässigen Innendruck der geschwächten Schale.
Die Werkstoffkennwerte werden aus der Datenbank übernommen; die zulässige Spannung wird nach Abschnitt 6 der DIN EN 12952-3 mit dem passenden Sicherheitsbeiwert bestimmt. Bilder zu den geometrischen Eingabegrößen und eine Übersicht der Berechnungsgrundlagen sind im Modul hinterlegt — typisch für Kesseltrommeln, Sammler und Verteiler im Dampferzeugerbau.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN EN 12952-3/8: 2023-01
Berechnungsumfang
- Unverstärkte Ausschnitte in Zylinderschalen
- Einzelausschnitte mit senkrechtem Abzweig in Zylinderschalen
- Verstärkte Ausschnitte mit schrägem Abzweig in Zylinderschalen
- Nicht radial angeordnete Abzweige in Zylinderschalen
- Y-förmige Abzweige in Zylinderschalen
- Geschmiedete Formstücke in Zylinderschalen
- Benachbarte Ausschnitte und Abzweige in Zylinderschalen
So läuft die Berechnung ab
- Bauform auswählen: Aus den sieben Bauformen wird die zutreffende gewählt — vom unverstärkten Einzelausschnitt über schräge, nicht radiale und Y-förmige Abzweige bis zu geschmiedeten Formstücken und benachbarten Ausschnitten.
- Geometrie und Werkstoffe erfassen: Durchmesser und Wanddicken von Grundschale und Abzweig sowie Abstände benachbarter Ausschnitte werden eingegeben; die Festigkeitskennwerte beider Bauteile kommen aus der Werkstoffdatenbank, die zulässige Spannung folgt nach Abschnitt 6 der Norm mit dem zugehörigen Sicherheitsbeiwert.
- Erforderliche Grundwanddicken berechnen: Für die ungeschwächte Zylinderschale und den Abzweig werden zunächst die erforderlichen Wanddicken unter Innendruck bestimmt — sie sind die Referenz für den Verschwächungsnachweis.
- Druckflächenvergleich führen: Am Ausschnitt werden drucktragende Fläche und tragende Werkstoffquerschnitte von Schale, Abzweig und Verstärkung bilanziert. Bei benachbarten Ausschnitten wird zusätzlich der tragende Steg zwischen den Öffnungen nachgewiesen.
- Zulässigen Druck ausweisen: Aus dem Flächenvergleich folgt der zulässige Innendruck der geschwächten Schale; er wird dem Berechnungsdruck gegenübergestellt und zeigt unmittelbar, ob eine Verstärkung (dickerer Abzweig, Verstärkungsblech, Formstück) erforderlich ist.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Berechnungsdruck | Pc | bar |
| Berechnungsdruck | pc | N/mm² |
| Bezugstemperatur | tor | °C |
| Temperaturzuschlag | tz | °C |
| Berechnungstemperatur | tc | °C |
| Werkstoff | Zylinders | - |
| Zulässige Spannung | fs | N/mm² |
| Zuschlag für Wanddickenunterschreitung | c1 | mm |
| Korrosions- /Abnutzungszuschlag | c2 | mm |
| Außendurchmesser | dos | mm |
| Innendurchmesser | dis | mm |
| Für pphi < pphim gilt die Bedingung | νall | – |
| gemeinsamer Verschwächungsbeiwert | νm | – |
| Werkstoff | 1 | - |
| Zulässige Spannung | fb | N/mm² |
| Zuschlag für Wanddickenunterschreitung | cb1 | mm |
| Korrosions- /Abnutzungszuschlag | cb2 | mm |
| Außendurchmesser | dob | mm |
| Innendurchmesser Abzweig | dib | mm |
| Werkstoff | 2 | - |
| Zulässige Spannung | f | N/mm² |
| Z. Wanddickenunterschreitung | c1 | mm |
| Korrosions- /Abnutzungszuschlag | c2 | mm |
| Außendurchmesser | dob | mm |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Berechnungsdruck | Pc | bar |
| Berechnungsdruck | pc | N/mm² |
| Bezugstemperatur | tor | °C |
| Temperaturzuschlag | tz | °C |
| Berechnungstemperatur | tc | °C |
| Werkstoff | Zylinders | - |
| Zulässige Spannung | fs | N/mm² |
| rechnerische Mantelwanddicke ohne Zuschl | ≥ max( , ) | mm |
| Zuschlag für Wanddickenunterschreitung | c1 | mm |
| Korrosions- /Abnutzungszuschlag | c2 | mm |
| Außendurchmesser | dos | mm |
| Innendurchmesser | dis | mm |
| Für pphi < pphim gilt die Bedingung | νall | – |
| vorhandene Verschwächung | νb | – |
| gemeinsamer Verschwächungsbeiwert | νm | – |
| Verschwächungsbeiwert | νb | – |
| Werkstoff | 1 | - |
| Zulässige Spannung | fb | N/mm² |
| Zuschlag für Wanddickenunterschreitung | cb1 | mm |
| Korrosions- /Abnutzungszuschlag | cb2 | mm |
| Außendurchmesser | dob | mm |
| Innendurchmesser Abzweig | dib | mm |
| Werkstoff | 2 | - |
| Zulässige Spannung | f | N/mm² |
Berechnungsoptionen
Bauform
1. Ausschnitte nach Abschnitt 8.1 bzw. 8.2 · 2. Einzelausschnitt mit senkrechtem Abzweig (8.3) · 3. Verstärkter Einzelausschnitt mit schrägem Abzweig (8.3) · 4. Nicht radial angeordneter Abzweig (8.3) · 5. Y-förmiger Abzweig (8.3) · 6. Geschmiedetes Formstück (8.3) · 7. Benachbarte Ausschnitte und Abzweige (allgemein) (8.3)
Häufige Fragen
Wann ist ein Ausschnitt unverstärkt zulässig?
Wenn der Druckflächenvergleich auch ohne zusätzliche Verstärkung erfüllt ist — das gelingt bei kleinen Öffnungsdurchmessern im Verhältnis zum Schalendurchmesser und ausreichender Wanddickenreserve der Grundschale. Sobald die tragenden Querschnitte nicht mehr ausreichen, muss über einen dickwandigeren Abzweig, ein Formstück oder eine größere Schalenwanddicke verstärkt werden.
Was ändert sich bei schrägen oder nicht radialen Abzweigen?
Bei schrägen und nicht radial angeordneten Abzweigen wird die Öffnung in der Schale elliptisch verzerrt; maßgebend ist die größere Ausschnittabmessung in der ungünstigsten Schnittebene. Die Norm begrenzt zudem die zulässigen Neigungswinkel. Ein häufiger Fehler ist, mit dem Nenndurchmesser des Stutzens statt mit der tatsächlichen Öffnungslänge in der Schnittebene zu rechnen.
Wann müssen benachbarte Ausschnitte gemeinsam betrachtet werden?
Wenn der Abstand zweier Öffnungen kleiner ist als die Summe ihrer mittragenden Längen, überlappen sich die Verstärkungsbereiche. Dann muss der Steg zwischen den Ausschnitten die Druckbelastung beider Öffnungsanteile tragen — der Nachweis erfolgt für den Stegquerschnitt in der Verbindungsebene der Ausschnittmitten, auch für schräg zur Achse liegende Lochreihen.
Gilt die Berechnung nur für Kessel?
DIN EN 12952-3 ist die Norm für Wasserrohrkessel, das Druckflächen-Verfahren ist aber methodisch mit dem der EN 13445-3 verwandt. Für Bauteile im Geltungsbereich der Kesselnorm (Trommeln, Sammler, Verteiler, Rohrleitungen des Kessels) ist AUZY das passende Modul; für Druckbehälter außerhalb dieses Geltungsbereichs sind die Ausschnittsregeln der EN 13445-3 bzw. AD 2000 B 9 anzuwenden.