Berechnung kegelförmiger Mäntel

Das Merkblatt B2 rechnet eine vorhandene Geometrie nach! Die ausgeführten Wandstärken sollten als Startwert vorgegeben werden.

Kegelförmige Bauteile sind verfahrensbedingt erforderlich und werden symmetrisch oder auch asymmetrisch (vorwiegend bei liegenden Apparaten) ausgeführt.

Kegelförmige Mäntel, die mit einem zylindrischen Mantel auf gleicher Achse (konzentrische Kegelmäntel) durch Eckstoß oder über eine Krempe verbunden sind (auch wenn sich ihre Wanddicke ändert), können nach AD-Merkblatt B 2 berechnet werden.

Die dort angegebenen Formeln gelten für  , also relativ dünnwandige Schalen. Es wird zwischen divergierenden und konvergierenden Kegelmänteln unterschieden, sie können jeweils mit Eckstoß oder Krempe ausgeführt werden.

Die Ausführungsform hängt häufig von den fertigungstechnischen Möglichkeiten des Apparatebauers ab. Kegelförmige Böden mit Krempe bzw. Krempenteile werden meist als sogenannte Kümpelteile von den Bodenherstellern bezogen und vom Apparatebauer entsprechend komplettiert.

Ausführungsformen mit Bemessungssymbolik sind z.B. Abb. 1a und 1b

Exzentrische Kegelmäntel lassen sich mit AD Merkblatt B 2 nicht berechnen, eine Möglichkeit bietet TGL 32 903/06 oder der Festigkeitskatalog (mit Sonderbauformen), allerdings erfordert dies eine entsprechende Einarbeitung in die Berechnungsmethodik.

Die Berechnung für asymmetrische Kegelschalen gilt nur, wenn sie mit Zylinderschalen verbunden sind. Die Größen α₁, D und D₁ sind wie in der Abbildung einzusetzen.

Für die Berechnung wird ein sogenannter Abklingbereich definiert, in welchem die sich durch geometrische Änderung der Schalen an den Stößen entstehenden Biegespannungen durch eine entsprechende Dimensionierung abgebaut werden.

Der Abklingbereich (x₁, x₂, x₃) gemäß Abb. 1a ist festgelegt durch

mit s_e = erforderliche Wanddicke innerhalb des Abklingbereiches. Innerhalb des Abklingbereiches ist die erforderliche Wanddicke  für konvergierende Kegelmäntel AD-Merkblatt B2 den Bildern 3.1 bis 3.7 und für divergierende Kegelmäntel Bild 3.8 zu entnehmen. Bild 3.3 (j = 30°) und Bild 3.6 (j = 60°) sowie Bild 3.8 sind auszugsweise für die exemplarische Beispielbehandlung in Anlage 30 enthalten. Für Zwischenwerte von j können die Wanddicken linear interpoliert werden, bei Zwischenwerten von r/D_a ist die jeweilig angegebene Interpolationsgleichung anzuwenden. Die Wanddicke s_l muss mindestens der außerhalb der Abklinglänge erforderlichen Wanddicke s_g entsprechen, d. h. die ausgeführte Wanddicke eines kegligen Übergangselementes darf nicht kleiner sein als die Dicke der glatten Kegelschale, die für die entsprechenden Belastungen bestimmt wurde.

Die Berechnungsformeln für die Eckverbindung zwischen Kegel- und Zylinderschale (Eckstoß) gelten für eine voll durchgeschweißte Naht, die beiderseits verschweißt ist.

Nach Wagner sind Kegel mit Ecknaht (r = 0) nur zulässig für j £ 30°(auch ASME-Codes und bei Längen der Schüsse von mindestens  . Diese Einschränkung ist im AD-Regelwerk nicht enthalten.

Im Randgebiet (innerhalb des Abklingbereiches) dürfen sich keine Ausschnitte oder andere Störstellen (außer Schweißnähten) befinden. Außerhalb des Randgebietes können kreisförmige Ausschnitte ohne oder mit Verstärkung vorhanden sein. Bei Belastung durch Außendruck ist ein Nachweis zur Begrenzung bleibender Dehnungen sowie zum Nachweis ausreichender Stabilität zu führen.

Für große Kegelschalen, die aus Blechen verschiedener  Dicke bzw. mit verschiedenen Festigkeitseigenschaften bestehen, sind Berechnungen für jede Sorte Blech getrennt auszuführen.