Dichtungskennwerte für die Flanschberechnung

Letzte Aktualisierung dieses Beitrags vor 2 Jahren

Dichtungskennwerte werden für für die Flanschberechnung bzw. Berechnung von Flanschverbindungen benötigt.

Für die Bestätigung der sicheren Funktion einer Flanschverbindung sind Dichtheitsnachweise und Festigkeitsnachweise durchzuführen. Ein Dichtheitsnachweis liefert ein Ergebnis, dass die Konstruktion aus dem System Flansch, Dichtung und Schraube sicherstellt, dass man die zulässigen Leckagen sowohl im Einbauzustand als auch während des Betriebes nicht überschreitet. Allerdings ist der Dichtheitsnachweis nicht in allen Regelwerken möglich, weil die Berechnungsverfahren und Materialkennwerte auf Erfahrungs- und Schätzwerte aufbauen (Taylor Forge-Verfahren) z. B. AD 2000, ASME Code Sect. VIII Div. 1. Das Europäische Regelwerk über Flanschberechnungen, insbesondere mit der Normenreihe EN 1591, ist jedoch hierfür geeignet und bereits in Europäische Regelwerke für Druckbehälter (EN 13445) und Rohrleitungen (EN 13480) etalbiert. Das Berechnungsverfahren nach EN 1591-1 ist dann obligatorisch

• wenn unterschiedliche thermische Belastungen eine wesentliche Rolle spielen, 
• wenn die Schraubenspannungen durch die Anwendung eines definierten Anzugsverfahrens ermittelt werden müssen,
• signifikante zussätzliche Belastungen (Kräfte und Momente) auftreten und
• die Dichheit von besonderer Bedeutung ist bzw. nachgewiesen werden muss.

Auswahl geeigneter Dichtungen

Als Vorraussetzung für die richtige Funktion der Flanschverbindung sind u. a. für den Einsatzzweck geeignete Dichtungen mit entsprechenden Dichtungskennwerten asuzuwählen. Neben dem Dichtungstyp sind auch die Langzeiteigenschaften wie Beständigkeit gegen das abzudichtende Fluid und die Änderung der Abdichteigenschaften bei längerem Einsatz zu bewerten. Die für die Berechung nach EN 1591 erforderlichen Kennwerte hinsichtlich der Abdichteigenschaften sind für Dichtungen nach der EN 13555 ermittelt. Andere Dichtungskennwerte die für Berechnungen nach dem Taylor-Forge-Verfahren verwendet werden (AD 2000-Regelwerk, ASME Code) beruhen auf Erfahrungen und Schätzungen.

Dichtungskennwerte nach EN 13555

Die Dichtungskennwerte si in einem festgelegten Verfahren unter Laborbedingungen unter idealisierten Prüfbedingungen ermittelt. Grundlage dieser Prüfung sind die entsprechenden Stauch-, Leckage- und Relaxationsversuchen nach EN 13555. Die Dichtungskennwerte müssen die Abdicht- und Verformungseigenschaften der Dichtung ausreichend beschreiben. Nach dem neuen Konzept der Flanschberechnung nach EN 1591 werden die Dichtungskennwerte in die Flanschberechnung mit einbezogen, um die Dichtheit und Festigkeit der Flanschverbindung zu gewährleisten. So werden z. B. sowohl für den Einbau- als auch für den Betriebszustand Grenzwerte der Flächenpressung gefordert, die den zulässigen Bereich angeben.

Dichtheitsklassen
Grundlage für die Dichtungskennwerte sind die definierten Dichtheitsklassen, die sich an bestimmte spezifischen Leckageraten orientieren. Die Dichtungskennwerte werden unter unterschiedlichen Prüfbedingungen (verschiedene Prüfdruck und Pressungen) die Abdichtungseigenschafen im Innendruckversuch ermittelt und den Dichtheitsklassen zugeordnet. Aufgrund dieser Zuordnung kann durch Ein rechnerischer Nachweis liefert ein Ergebnis, dass die Grenzen der Dichtungskennwerte eingehalten und entsprechende spezifische Leckagerate der Flanschverbindung garantiert.

Montage von Flanschverbindungen

Die Reihenfolge, mit der die Schrauben und Muttern angezogen werden, hat einen wesentlichen Einfluss auf die Kraftverteilung, die auf die Dichtung wirkt (Flächen- pressung). Unsachgemäßes Anziehen führt zu einer hohen Streuung der Vorspannkräfte und kann zu Unterschreitung der erforderlichen Mindestflächenpressung bis zur Undichtheit führen. Der „VCI Leitfaden zur Montage von Flanschverbindungen in verfahrenstechnischen Anlagen“ gibt hierzu entsprechende Empfehlungen.

Die Flanschverbindung in Montageklassen 1 bis 3 kategorisiert. Von der Montageklasse hängen die Maßnahmen zur Qualitätssicherung ab. Daraus ergibt sich der Mindestaufwand für Prüfung und Dokumentation.

Die Schrauben sind von Hand vorzumontieren, dabei sind

• gehärtete Unterlegscheiben nach DIN EN ISO 7089 mindestens Härteklasse 200 HV unter die Muttern zu legen,
• die Schrauben so einzubauen, dass alle Schraubenköpfe auf einer Flanschseite angeordnet sind,
• bei Schraubverbindungen, bei denen der Schraubenkopf gedreht wird (Sackloch), die Unterlegscheiben unter die Schraubenköpfe zu legen,
• bei horizontal angeordneten Flanschen die Schrauben von oben durchzustecken,
• schwergängige Schrauben durch leichtgängige zu ersetzen.

Weiterführende Informationen

Fachbeitrag mit Tabellen und weiteren Informationen

Forschungsbericht UBA; Bericht 36/2020

VCI Leitfaden zur Montage von Flanschverbindungen in verfahrenstechnischen Anlagen; 03/2016

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