Vorspannung

Vorspannen bedeutet, eine Kraft oder Verformung absichtlich im Montagezustand einzubringen, damit der Betriebszustand günstiger ausfällt. Im Rohrleitungsbau begegnet einem der Begriff an vier Stellen: bei der Kaltvorspannung der Leitung selbst, bei der Voreinstellung von Federhängern, beim Vorspannen von Kompensatoren und bei den Schrauben einer Flanschverbindung.

Gemeinsam ist allen vieren, dass der Wert berechnet, bei der Montage eingestellt und dokumentiert werden muss. Eine Vorspannung, von der später niemand mehr weiß, ist eine Fehlerquelle.

Bei der Kaltvorspannung wird die Leitung um einen Teil ihrer berechneten Wärmedehnung kürzer gefertigt und beim letzten Anschluss zusammengezogen. Im kalten Zustand steht sie damit unter Zwang. Beim Aufheizen baut die Dehnung diesen Zwang zunächst ab und erst danach in der Gegenrichtung wieder auf.

Mit der halben Dehnung als Vorspannung verteilen sich die Kräfte etwa gleich auf den kalten und den warmen Zustand. Der Zweck ist, die Kräfte auf Festpunkte und Anschlüsse im Betrieb zu senken – dann, wenn der Werkstoff warm und weniger fest ist.

Die Schwingbreite der Spannung zwischen kaltem und warmem Zustand bleibt dieselbe; die Vorspannung verschiebt nur, wo die Null liegt. Für den Ermüdungsnachweis bringt sie deshalb nichts. ASME B31.3 hält ausdrücklich fest, dass Kaltvorspannung bei der Berechnung der Spannungsschwingbreite nicht berücksichtigt wird.

Auch bei den Anschlusskräften ist das Regelwerk vorsichtig: Weil sich die planmäßige Vorspannung auf der Baustelle nicht sicher erreichen lässt, darf nach ASME B31.3 nur zwei Drittel davon angerechnet werden.

Kaltvorspannung ist ein rechnerisch einfaches und praktisch schwieriges Mittel.

Federhänger werden auf ihre Montagelast voreingestellt und blockiert geliefert. Die Blockierung bleibt bis nach der Druckprüfung und wird vor der Inbetriebnahme entfernt; erst dann kann der Hänger der Bewegung der Leitung folgen.

Axialkompensatoren werden häufig vorgespannt eingebaut – gestreckt oder gestaucht –, damit sie ihren Bewegungsbereich in beide Richtungen ausnutzen. Das Vorspannmaß hängt von der Montagetemperatur ab und folgt den Angaben des Herstellers. Flanschschrauben schließlich brauchen eine definierte Vorspannkraft, damit die Dichtung in jedem Betriebszustand ausreichend gepresst bleibt.