Fachübersicht
Das Modul berechnet Dehn- und Vollschaftschrauben nach TRD 309 für lösbare, vorgespannte Verbindungen im Dampfkesselbau — typischerweise Flansch- und Deckelverschraubungen mit Dichtung. Ausgehend von den zu übertragenden Kräften aus Innendruck und Dichtungsvorverformung werden die erforderlichen Schraubenquerschnitte für die Zustände Einbau (Vorspannen), Betrieb und Druckprüfung ermittelt.
Dehnschrauben mit verjüngtem Schaft nehmen Wechselbeanspruchung und Setzverluste der Verbindung deutlich besser auf als Vollschaftschrauben; die TRD 309 honoriert das mit unterschiedlichen zulässigen Beanspruchungen für beide Bauarten. Damit lässt sich entscheiden, ob eine Verbindung mit Vollschaftschrauben auskommt oder ob Dehnschrauben erforderlich sind, etwa an Kesselflanschen mit häufigen An- und Abfahrzyklen.
Die TRD wurden zum Jahresende 2012 zurückgezogen; für Bestandskessel und die Nachrechnung vorhandener Verschraubungen bleibt die TRD 309 die zugehörige Rechenbasis. Bei Neuauslegungen übernehmen die EN-Kesselnormen (EN 12952/EN 12953) bzw. im Behälterbau AD 2000 B 7 und die Flanschberechnung nach EN 1591-1 diese Aufgabe.
Anwendungsbereich
- Dehn- und Vollschaftschrauben
Typischer Arbeitsablauf
Schraubenkräfte je Lastzustand ermitteln
Für Betrieb, Prüfzustand und Einbauzustand werden die Gesamtschraubenkräfte bestimmt: die Druckkraft aus Innendruck auf die wirksame Dichtungsfläche, die zur Aufrechterhaltung der Dichtheit nötige Dichtungskraft sowie die beim Vorspannen erforderliche Verformungskraft der Dichtung.
Bauart und Werkstoff der Schrauben wählen
Es wird festgelegt, ob Dehnschrauben (Taillenschaft) oder Vollschaftschrauben eingesetzt werden. Aus dem Schraubenwerkstoff folgen die Festigkeitskennwerte bei Raum- und Berechnungstemperatur; für die beiden Bauarten gelten unterschiedliche Sicherheitsbeiwerte bzw. zulässige Beanspruchungen.
Erforderlichen Kernquerschnitt berechnen
Für jeden Lastzustand ergibt sich aus Schraubenkraft, Schraubenzahl und zulässiger Beanspruchung der erforderliche Kern- bzw. Taillenquerschnitt; zusätzlich wird ein Konstruktionszuschlag für Biege- und Torsionsanteile beim Anziehen berücksichtigt. Der ungünstigste Zustand bestimmt den Schraubendurchmesser.
Nachweis der gewählten Schraube
Die gewählte Schraubengröße wird mit ihrem tatsächlichen Kern- bzw. Taillenquerschnitt allen Lastzuständen gegenübergestellt. Mindestabmessungen — etwa der Taillendurchmesser im Verhältnis zum Gewindekern — und die Anforderungen an die Mutternhöhe sind einzuhalten.
Häufige Fragen
Wann sind Dehnschrauben statt Vollschaftschrauben erforderlich?
Dehnschrauben sind nachgiebiger: Ihr verjüngter Schaft senkt die Zusatzkraft aus Betriebslast und gleicht Setzbeträge der Dichtung sowie Wärmedehnungsdifferenzen besser aus. Bei wechselnder Beanspruchung, hohen Temperaturen und großen Nenndrücken schreibt das Regelwerk daher Dehnschrauben vor bzw. erlaubt für Vollschaftschrauben nur niedrigere Ausnutzungen. Für selten gelöste, ruhend beanspruchte Verbindungen mit moderaten Parametern genügen Vollschaftschrauben.
Warum ist der Einbauzustand oft maßgebend?
Beim Vorspannen muss die Dichtung auf ihre Verformungsflächenpressung gebracht werden, ohne dass Innendruck die Verbindung entlastet; gleichzeitig gelten die Festigkeitswerte bei Raumtemperatur, und das Anziehen erzeugt zusätzliche Torsionsbeanspruchung. Gerade bei weichen Dichtungen mit hoher Verformungskraft kann der Einbauzustand einen größeren Schraubenquerschnitt erfordern als der Betriebszustand.
Wie hängt die Schraubenberechnung mit der Dichtungsauswahl zusammen?
Die Dichtungskennwerte (Vorverformungs- und Betriebsflächenpressung) bestimmen die Schraubenkräfte direkt. Eine härtere Dichtung erhöht die Einbaukraft und damit den Schraubenbedarf; eine zu geringe Vorspannung führt im Betrieb zu Leckagen. Schrauben-, Flansch- und Dichtungsberechnung bilden deshalb immer ein zusammenhängendes System und müssen mit denselben Kennwerten geführt werden.
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7