Sekundärspannung

Eine Sekundärspannung entsteht, wenn ein Bauteil sich verformen will und daran gehindert wird. Die warme Rohrleitung will länger werden; Festpunkte, Apparatestutzen und ihre eigene Geometrie lassen das nur teilweise zu. Es gibt keine äußere Last, die im Gleichgewicht gehalten werden müsste – es gibt nur eine Verformung, die untergebracht werden muss.

Das erklärt ihre wichtigste Eigenschaft. Fließt der Werkstoff an der höchstbeanspruchten Stelle ein wenig, ist die Verformung untergebracht, und die Spannung steigt nicht weiter. Die Sekundärspannung begrenzt sich selbst.

Wärmedehnung ist die häufigste, aber nicht die einzige Quelle.

Ein einmaliges Aufheizen bringt eine richtig ausgelegte Leitung nicht zum Versagen. Schädlich ist die Wiederholung: Jedes An- und Abfahren ist ein Lastwechsel, und über die Lebensdauer entstehen an Bögen, Abzweigen und Schweißnähten Ermüdungsanrisse. Die Regelwerke begrenzen deshalb die Schwingbreite der Spannung und senken den zulässigen Wert mit der Zahl der Lastwechsel.

Die Selbstbegrenzung hat eine Grenze. Trifft ein steifes, großes System auf einen kurzen, schwachen Abschnitt, konzentriert sich die gesamte Verformung dort. Der Abschnitt wird weit über das Maß hinaus gedehnt, das die elastische Rechnung zeigt. Solche unausgewogenen Systeme verlangen besondere Aufmerksamkeit.

Gegen Zwang hilft Nachgiebigkeit: längere Schenkel quer zur Dehnrichtung, Dehnungsbögen, Kompensatoren und Festpunkte an der richtigen Stelle.

Eine größere Wanddicke hilft nicht. Sie macht das Rohr steifer; dieselbe aufgezwungene Verformung erzeugt dann größere Kräfte an Festpunkten und Stutzen, während die Biegespannung im Rohr praktisch gleich bleibt. Auch zusätzliche starre Halterungen können Sekundärspannungen erhöhen, wenn sie eine Bewegung sperren, die vorher frei war.

Neben primären und sekundären Spannungen kennen die Regelwerke Spannungsspitzen: den höchsten örtlichen Wert an einer Kerbe, einem Nahtübergang oder einer schroffen Querschnittsänderung. Sie verformen das Bauteil nicht merklich und sind nur für die Ermüdung von Bedeutung. In der Rohrstatik werden sie nicht einzeln berechnet, sondern über die Spannungserhöhungsfaktoren der Bauteile erfasst.