Flanschbelastung

Die Druckstufe eines Flansches sagt, welchen Innendruck er bei welcher Temperatur erträgt. In einer Rohrleitung kommt aber mehr an: Gewicht, Wärmedehnung und gelegentliche Lasten erzeugen an jeder Stelle der Leitung Kräfte und Momente – auch dort, wo ein Flansch sitzt.

Eine Flanschverbindung ist an dieser Stelle das schwächste Glied. Nicht weil sie bricht, sondern weil sie undicht wird, lange bevor das Rohr daneben seine Grenze erreicht.

Die vier Lastanteile wirken sehr unterschiedlich. Eine Zugkraft in Rohrachse entlastet die Dichtung gleichmäßig über den Umfang. Ein Biegemoment entlastet sie auf einer Seite und presst sie auf der anderen stärker – auf der Zugseite kann sich die Verbindung öffnen. Torsion und Querkraft werden nur durch Reibung an der Dichtung übertragen und können sie verschieben.

In den meisten Rohrleitungen ist das Biegemoment der maßgebende Anteil.

Die verbreitetste Abschätzung rechnet Axialkraft F und Biegemoment M in einen gedachten zusätzlichen Druck um: p_eq = 16 · M / (π · G³) + 4 · F / (π · G²). G ist der wirksame Durchmesser der Dichtung. Dieser Ersatzdruck wird zum Auslegungsdruck addiert und die Summe mit dem zulässigen Druck des Flansches bei Betriebstemperatur verglichen.

Das Verfahren ist einfach und liegt auf der sicheren Seite – oft sehr weit. Zeigt es eine Überschreitung, ist das zunächst ein Anlass für eine genauere Rechnung, nicht zwingend für einen schwereren Flansch.

Eine Berechnung nach EN 1591-1 betrachtet Flansch, Schrauben und Dichtung als verspanntes System und nimmt Axialkraft und Biegemoment als äußere Lasten auf. Sie weist nicht nur die Festigkeit nach, sondern auch, dass die Dichtung in jedem Zustand ausreichend gepresst bleibt. Für hoch ausgelastete Verbindungen und Medien mit Dichtheitsanforderung ist das der aussagekräftigere Weg.

Die beste Flanschverbindung ist die, die an einer ruhigen Stelle sitzt.