Fachübersicht
Ebene Böden und Platten sind im Apparatebau die einfachste Möglichkeit, einen zylindrischen Behälter, einen Stutzen oder einen Mannlochdeckel druckdicht zu verschließen. Anders als gewölbte Böden tragen sie den Druck fast ausschließlich über Biegung, weshalb ihre erforderliche Wanddicke deutlich stärker mit dem Durchmesser wächst. Wer eine ebene Platte oder einen ebenen Boden nach AD 2000 berechnen will, findet die maßgebenden Regeln im AD 2000-Merkblatt B5.
Das Modul B5 ermittelt die erforderliche Wanddicke von unversteiften und versteiften ebenen Böden und Platten – kreisförmig, oval oder rechteckig – einschließlich der zugehörigen Verankerungen. Die Ausführungsform (angeschweißter Boden, geschraubte Platte, Platte mit Randmoment usw.) wird über einen geführten Entscheidungsprozess festgelegt, aus dem sich der Berechnungsbeiwert C ergibt. Für geschraubte Platten mit Randmoment sind die Dichtungskennwerte nach AD 2000 B7 hinterlegt, sodass Einbau- und Betriebszustand konsistent bewertet werden.
Typische Anwendungen sind Blindflansche und Blinddeckel, ebene Behälterböden kleinerer Durchmesser, Handloch- und Mannlochverschlüsse sowie durch Anker oder Stehbolzen versteifte Wandplatten. Das Modul wird häufig zusammen mit B1 (Zylinderschale), B7 (Schrauben) und B8 (Flansche) für die vollständige Auslegung eines Apparats verwendet.
Anwendungsbereich
- Ebene Böden und Platten nebst Verankerungen
Typischer Arbeitsablauf
Ausführungsform festlegen
Über den interaktiven Entscheidungsprozess wird die Bauform bestimmt: angeschweißter oder eingeschweißter ebener Boden, aufgeschraubte Platte mit innenliegender oder durchgehender Dichtung, versteifte Platte mit Verankerung. Aus der gewählten Bauform folgt der Berechnungsbeiwert C nach den Bildern des Merkblatts B5.
Belastung und Werkstoffkennwerte erfassen
Berechnungsdruck und Berechnungstemperatur werden eingegeben; daraus ergeben sich Festigkeitskennwert K und Sicherheitsbeiwert S des Platten- bzw. Bodenwerkstoffs. Bei Platten mit Randmoment kommen die Schrauben- und Dichtungskräfte aus AD 2000 B7 hinzu.
Maßgebenden Durchmesser bestimmen
Je nach Bauform ist der Berechnungsdurchmesser der lichte Durchmesser, der Dichtungs- bzw. Lochkreisdurchmesser oder bei rechteckigen Platten die kürzere Seitenlänge mit Seitenverhältnis-Korrektur. Bei Platten mit Ausschnitten wird zusätzlich ein Verschwächungsbeiwert berücksichtigt.
Erforderliche Wanddicke berechnen
Die Wanddicke folgt aus der Plattenformel mit dem Beiwert C, dem maßgebenden Durchmesser und dem Verhältnis von Druck zu zulässiger Spannung K/S. Anschließend werden der Zuschlag c1 für Wanddickenunterschreitung und der Korrosions-/Abnutzungszuschlag c2 addiert.
Zustände vergleichen und Verankerung nachweisen
Bei geschraubten Platten mit Randmoment wird die Wanddicke für Einbau- und Betriebszustand getrennt ermittelt; der größere Wert ist maßgebend. Bei versteiften Platten werden zusätzlich die Anker bzw. Verankerungen auf ihre Tragfähigkeit nachgewiesen.
Häufige Fragen
Wann ist ein ebener Boden gegenüber einem gewölbten Boden sinnvoll?
Ebene Böden sind fertigungstechnisch einfach und bei kleinen Durchmessern oder niedrigen Drücken wirtschaftlich, etwa für Deckel, Handlöcher oder Stutzenverschlüsse. Da die Wanddicke proportional zum Durchmesser und zur Wurzel aus dem Druck wächst, werden ebene Böden bei großen Durchmessern und höheren Drücken schnell unwirtschaftlich schwer – dann sind Klöpper- oder Korbbogenböden nach AD 2000 B3 die bessere Wahl.
Was beschreibt der Berechnungsbeiwert C?
C erfasst die Einspann- und Lagerungsbedingungen des Plattenrandes sowie die Bauform. Eine biegesteif angeschlossene Platte erhält einen kleineren Beiwert als eine frei aufliegende, weil das einspannende Randmoment die Biegespannung in Plattenmitte reduziert. Die C-Werte sind im Merkblatt B5 bildabhängig festgelegt und dürfen nicht frei gewählt werden.
Warum müssen bei geschraubten Platten Einbau- und Betriebszustand geprüft werden?
Beim Einbau wirkt die volle Schraubenvorspannkraft über den Hebelarm zur Dichtung als Randmoment auf die drucklose Platte; im Betrieb überlagern sich Innendruck, Restdichtungskraft und Schraubenkraft. Je nach Dichtungskennwerten und Hebelarmen kann der Einbauzustand die größere Plattendicke erfordern – ihn zu übergehen ist eine typische Fehlerquelle.
Wie werden Ausschnitte in ebenen Platten berücksichtigt?
Ausschnitte schwächen den tragenden Querschnitt und werden über einen Verschwächungsbeiwert in der Wanddickenformel erfasst; alternativ sind verstärkte Stutzen oder aufgeschweißte Verstärkungen möglich. Für dicht beieinander liegende Ausschnitte gelten Mindeststegbreiten, andernfalls ist eine gesonderte Betrachtung erforderlich.
Rechenbeispiel
Für einen Behälter soll ein kreisförmiger, am Zylindermantel angeschweißter ebener Boden ausgelegt werden. Gesucht ist die erforderliche Wanddicke nach AD 2000-Merkblatt B5 für einen Berechnungsdruck von 10 bar.
Gegeben
| Berechnungsdurchmesser D | 400 mm |
|---|---|
| Berechnungsdruck p | 10 bar |
| Festigkeitskennwert K (bei Berechnungstemperatur) | 170 N/mm² |
| Sicherheitsbeiwert S | 1,5 |
| Berechnungsbeiwert C (nach Bauform gemäß B5) | 0,45 |
| Zuschlag c1 (Wanddickenunterschreitung) | 0 mm |
| Zuschlag c2 (Korrosion) | 1 mm |
Lösungsweg
Zulässige Beanspruchung bilden
Maßgebend ist das Verhältnis von Druck zu zulässiger Spannung. Mit p in bar gilt unter der Wurzel:
p · S / (10 · K) = 10 · 1,5 / (10 · 170) = 0,008824
Wanddicke ohne Zuschläge
s0 = C · D · √(p · S / (10 · K))
s0 = 0,45 · 400 mm · √0,008824 = 0,45 · 400 · 0,0939 = 16,91 mm
Zuschläge addieren
s = s0 + c1 + c2 = 16,91 mm + 0 mm + 1 mm = 17,91 mm
Gewählt wird die nächste verfügbare Blechdicke von 18 mm.
Ergebnis
| Erforderliche Wanddicke s | 17,91 mm |
|---|---|
| Gewählte Blechdicke | 18 mm |
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7