Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul UG34 berechnet unversteifte ebene Böden, Deckel und Platten nach ASME BPVC Section VIII Division 1, Absatz UG-34, ergänzt um die Ausschnittsregeln nach UG-39. Ebene Böden kommen im Apparatebau überall dort zum Einsatz, wo gewölbte Böden zu aufwendig sind: als geschmiedete oder eingeschweißte Abschlussplatten, als Blinddeckel, als verschraubte Platten an Handlöchern und Kammern von Wärmetauschern.
Die Grundformel t = d·√(C·P/(S·E)) erfasst die Biegebeanspruchung der Platte; die konstruktive Anbindung an den Mantel geht über den Beiwert C ein, der je nach Bauform (Figure UG-34) zwischen 0,10 und 0,33 liegt. Die einzelnen Bauformen sind im Modul als Bilder hinterlegt, sodass die Zuordnung von Skizze und Beiwert eindeutig ist. Bei verschraubten Platten mit außenliegender Dichtung erweitert sich die Formel um den Term mit dem Flanschmoment aus Schraubenkraft W und Hebelarm hG – das Moment aus der Dichtungsverschraubung ist also zusätzlich zu berücksichtigen.
Über UG-39 prüft das Modul außerdem Öffnungen in ebenen Böden: Ausschnitte bis zur halben Bodendurchmessergrenze können über eine erhöhte Wanddicke (Faktor 2·C bzw. 0,75-Regel) oder über Flächenverstärkung nachgewiesen werden. Wer einen ebenen Boden nach ASME berechnen will, erhält damit den kompletten Nachweis von der Bauformwahl bis zur Öffnungsverstärkung.
Regelwerk und Berechnungsbasis: ASME BPVC VIII-1 UG-34 & UG-39: 2025
So läuft die Berechnung ab
- Bauform auswählen: Aus den hinterlegten Skizzen nach Figure UG-34 wird die zutreffende Bauform gewählt – geschmiedet mit Übergangsradius, eingeschweißt, umgebördelt oder verschraubt. Damit liegen der Beiwert C und der maßgebende Berechnungsdurchmesser d fest.
- Belastung und Werkstoffkennwerte festlegen: Berechnungsdruck P, zulässige Spannung S bei Berechnungstemperatur und Schweißnahtfaktor E werden angesetzt. Bei einigen Bauformen hängt C zusätzlich vom Verhältnis der erforderlichen zur vorhandenen Mantelwanddicke ab (C = 0,33·m mit m = tᵣ/tₛ).
- Wanddicke der Platte berechnen: Für nicht verschraubte Böden gilt t = d·√(C·P/(S·E)). Bei verschraubten Platten mit außenliegender Dichtung kommt der Momentenanteil 1,9·W·h_G/(S·E·d³) unter der Wurzel hinzu; maßgebend ist der ungünstigere der beiden Lastfälle Betrieb und Dichtungseinbau.
- Öffnungen nach UG-39 nachweisen: Für Ausschnitte im Boden wird geprüft, ob die Wanddicke mit verdoppeltem Beiwert C (bzw. mit dem Faktor 0,75 in der Wurzel begrenzt) ausreicht oder ob eine Flächenverstärkung um den Ausschnitt erforderlich ist. Lage und Abstand mehrerer Öffnungen gehen in den Nachweis ein.
- Zuschläge und Ausführungsdicke festlegen: Korrosionszuschlag und Fertigungstoleranzen werden addiert; bei verschraubten Deckeln ist außerdem die Nutdicke bei Dichtungsnuten von der tragenden Dicke abzuziehen.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Berechnungsdruck | p0 | MPa |
| Berechnungstemperatur | T0 | °C |
| Berechnungstyp (Fig. UG-34) Typ | Typ | – |
| Außendurchmesser | D0 | mm |
| Ausgeführte Wanddicke ohne Zuschl. | ts | mm |
| Erforderl. Wanddicke ohne Zuschl. | tr | mm |
| Anschlusslänge | Y | mm |
| Endwanddicke bei Typ b1 (≥ 2·ts) | tf | mm |
| Schraubenkraft Einbau | WE | N |
| Schraubenkraft Betrieb | Wm1 | N |
| Hebelarm | hg | mm |
| Kurze Seite | d | mm |
| Lange Seite | D | mm |
| Umfangslinie der Verschraubung | L | mm |
| Ausgeführte Wanddicke | th | mm |
| Zuschlag (Wanddicke) | c1 | mm |
| Zuschlag (Korrosion) | c2 | mm |
| Werkstoff | Werkstoff | – |
| Zulässige Spannung Betrieb | SB | MPa |
| Schweißnahtfaktor (oder Qualitätsfaktor Stahlguss) | E | – |
| Berechnungsbeiwert | Z | – |
| Berechnungsbeiwert | C | – |
| Erforderliche Wanddicke | t | mm |
| Erforderliche Restwanddicke in der Nut | tm | mm |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Schraubenkraft Einbau | WE | N |
| Schraubenkraft Betrieb | Wm1 | N |
| Verhältnis | m | – |
| Berechnungsbeiwert | Z | – |
| Berechnungsbeiwert | C | – |
| Erforderliche Wanddicke | t | mm |
| Zulässiger Überdruck | P | MPa(p) |
| Erforderliche Restwanddicke in der Nut | tm | mm |
| Bemerkung | Bemerkung | – |
| Erforderliche Wanddicke mit Zuschlägen | t+c1+c2<7sub> | mm |
| Erforderlicher Krümmungsradius | rmin | mm |
| Dichtungskraft für Mindestpressung | Wm2 | N |
| Zulässiger Überdruck ohne hydrostat. Anteil | MAWP | MPa |
Berechnungsoptionen
Auswahl Bodenform
Kreisrunde Böden oder Platten ohne Flanschmoment · Nicht kreisrunde ebene Böden und Platten ohne Flanschmoment · Kreisrunde ebene Böden und Platten mit Flanschmoment · Nicht kreisrunde ebene Böden und Platten mit Flanschmoment
Gelöstes Beispiel
Ein kreisrunder, in den Mantel eingeschweißter ebener Boden ohne Öffnungen ist nach ASME BPVC VIII-1, UG-34 zu bemessen. Für die gewählte Bauform nach Figure UG-34 gilt der Beiwert C = 0,33; die Platte ist nahtlos (E = 1,0).
Gegebene Werte
| Berechnungsdurchmesser d | 500 mm |
| Berechnungsdruck P | 0,8 MPa (8 bar) |
| Zulässige Spannung S | 138 N/mm² |
| Schweißnahtfaktor E | 1,0 |
| Beiwert C (Bauform nach Fig. UG-34) | 0,33 |
Lösungsweg
Formel nach UG-34(c)(2) ansetzen
Für nicht verschraubte ebene Böden gilt:
t = d · √(C · P / (S · E))
Erforderliche Wanddicke berechnen
t = 500 · √(0,33 · 0,8 / (138 · 1,0))
t = 500 · √0,001913 = 500 · 0,04374 = 21,87 mm
Ausführungsdicke festlegen
Mit einem Korrosionszuschlag von 1 mm ergibt sich eine erforderliche Dicke von 22,87 mm; gewählt wird z. B. eine Platte mit 25 mm Dicke.
Ergebnis
| Erforderliche Wanddicke ohne Zuschläge | 21,87 mm |
| Erforderliche Wanddicke mit 1 mm Korrosionszuschlag | 22,87 mm |
Alle Werte sind beispielhaft. Maßgeblich sind das jeweils gültige Regelwerk und die projektspezifischen Randbedingungen.
Häufige Fragen
Wovon hängt der Beiwert C ab und warum ist er so entscheidend?
C bildet den Einspanngrad der Platte am Rand ab: Ein geschmiedeter Boden mit großzügigem Übergangsradius wirkt nahezu eingespannt (C = 0,17 oder 0,10), eine einfach eingeschweißte Platte eher gelenkig (C = 0,33). Da C unter der Wurzel steht, ändert der Unterschied zwischen 0,17 und 0,33 die erforderliche Dicke um rund 40 % – die Wahl der falschen Skizze aus Figure UG-34 ist entsprechend die häufigste Fehlerquelle.
Warum werden ebene Böden so viel dicker als gewölbte Böden?
Eine ebene Platte trägt den Druck über Biegung, ein gewölbter Boden über Membranzugspannungen. Biegung nutzt den Querschnitt schlecht aus, deshalb wächst die Plattendicke mit d·√P statt mit P·D/S. Ab mittleren Durchmessern und Drücken sind ebene Böden daher nur noch als geschmiedete Bauteile oder verschraubte Deckel wirtschaftlich.
Was ist beim verschraubten Deckel im Einbauzustand zu beachten?
Beim Anziehen der Schrauben ohne Innendruck wirkt allein das Moment W·h_G aus der Dichtungspressung. Die Norm verlangt deshalb die Prüfung beider Lastfälle – Betrieb (P plus Betriebsschraubenkraft) und Dichtungseinbau (Schraubenkraft für das Setzen der Dichtung bei Umgebungstemperatur). Bei harten Dichtungen mit hoher Vorverformungskraft wird häufig der Einbauzustand maßgebend.
Wann genügt bei einer Öffnung im ebenen Boden die dickere Platte, wann braucht es eine Verstärkung?
UG-39 erlaubt für einzelne Öffnungen bis zur Hälfte des Bodendurchmessers den vereinfachten Nachweis über eine erhöhte Plattendicke (Ansatz mit 2·C, begrenzt auf 0,75 unter der Wurzel). Größere Öffnungen, dicht benachbarte Ausschnitte oder Stutzen mit hohen Zusatzlasten erfordern den Flächenverstärkungsnachweis analog UG-37 mit der Hälfte der dort geforderten Fläche.