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Aktueller Stand der DIN EN 13480-3

Metallische industrielle Rohrleitungen – Konstruktion und Berechnung

Dr.-Ing. Jochen Weber

BHR Hochdruck-Rohrleitungsbau

GmbH, Essen

Dr.-Ing. Heinz-Wilhelm Lange

LISEGA AG, Zeven

BHR-SoNdERdRuck +++ BHR-SoNdERdRuck +++ BHR-SoNdERdRuck +++ BHR-SoNdERdRuck +++

Fachberichte

2 3R international (48) Heft 5/20092 3R international (48) Heft 5/2009

Dr. Jochen Weber, Dr. Heinz-Wilhelm Lange

Dieser Beitrag berichtet über den aktuellen Stand der EN 13480-3, über dieses Thema wurde auch im Rahmen der 24. FDBR-Fachtagung Rohrleitungstechnik (Rohrleitungstech-nische Tagung) im März 2009 in Magdeburg berichtet. Die Norm wurde im Jahre 2002 veröffentlicht und zunächst nur zögerlich, mittlerweile aber doch auf breiter Front, an-gewendet. Eine gemeinsame europäische Norm „Metallische industrielle Rohrleitungen – Konstruktion und Berechnung“ zu erstellen, die aus verschiedenen nationalen Regel-werken zusammengewachsen ist, war eine große Leistung aller daran Beteiligten, die hier auch nicht geschmälert oder gar in Frage gestellt werden soll. Trotzdem, wie bei einem solch komplexen, neuen Regelwerk nicht anders zu erwarten, zeigten sich bei der Anwen-dung einige Schwachstellen und Fehler. Der FDBR-Arbeitskreis „Festigkeitsberechnung / Technische Regelwerke“ hat diese Fehler gesammelt und Korrekturvorschläge erarbeitet.Anlässlich der 22. Plenarsitzung des CEN/TC267 im November 2008 wurde vereinbart, dass in diesem Jahr 2009 zunächst eine aktualisierte Arbeitsversion der Norm erstellt wird. Diese bildet die Grundlage dafür, dass im 1. Quartal 2010 eine überarbeitete Ausgabe der EN 13480-3 veröffentlicht werden kann. Leider beteiligen sich derzeit nur sehr wenige europäische Länder an der Überarbeitung der Norm.

This article reports on the current status of the EN 13480-3. Information was also provided on this subject at the 24th FDBR Conference of Piping Technology in March 2009 in Magdeburg, Germany. The code was published in the year 2002 and was at first applied with some hesitation, but is now widely followed. To create a common European code “Metallic industrial piping systems – Design and calculation”, which has grown out of a variety of national guidelines, was an impressive feat by all those involved, which will not be depreciated or placed in question here. However, as is to be expected with such a new and complex set of rules, some weak points and errors became evident in its implementation. The FDBR working group “Festigkeitsberechnung / Technische Regelwerke” (Strength Calculation and Technical Codes) has identified these errors and elaborated corrective suggestions.On the occasion of the 22nd Plenary Session of the CEN/TC267 in November 2008 it was agreed that this year, 2009, an updated working version of the norm will first be created. This forms the basis of the planned publication of a revised edition of the EN 13480-3 in the first quarter of 2010. Unfortunately, at the moment very few European countries are participating in the revision of the code.

Für die Erarbeitung der EN 13480 – Teile 1 bis 8 – ist das Technical Committee CEN/TC267 zuständig, dessen Sekretariat von AFNOR in Paris gehalten wird. AFNOR hält ebenfalls die Sekretariate der WG 3, zustän-dig für EN 13480-3, und der WG 8, der „Main- tenance Group“.

Die „Final Draft Version“ der EN 13480-3 wur- de von der verantwortlichen Arbeitsgruppe CEN/TC267/WG C (jetzt umbenannt in WG 3) im Oktober 2001 verabschiedet. In der WG C waren von deutscher Seite permanent vier bis fünf Experten tätig. Dieses Papier durchlief anschließend die obligatorische redaktionelle Überarbeitung durch ein „Editing Commit-tee“, deren Ziel es war, die Einhaltung der formalen Vorgaben des CEN an europäische

Normen zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. In dieser Phase der Bearbeitung haben sich leider sehr viele Druckfehler spezi- ell in Gleichungen und Bilder eingeschlichen.

Die deutschsprachige Erstausgabe erschien als DIN EN 13480-3 im August 2002. Da sie unter relativem Zeitdruck entstand, enthält sie einige sprachliche Ungereimtheiten, die die Anwendung zusätzlich erschweren. Un-mittelbar nach Erscheinen der Norm wurde beim TC267 ein „Helpdesk“ (WG 8) mit der Zielsetzung installiert, eingehende Fragen in- nerhalb von 30 Tagen zu beantworten.

Ein Gremium, das sich in Deutschland sehr schnell mit den Unzulänglichkeiten der EN 13480-3 auseinandersetzte, ist der FDBR-AK Rohrleitungen. Sein Verdienst ist das „legendäre“ Merkblatt FDBR-MB 7, das erste Korrekturvorschläge enthält. Alle von deut-scher Seite eingegangenen Korrekturen und Vorschläge wurden im FDBR-Arbeitskreis „Festigkeitsberechnung und Technische Regelwerke“ (FuTR) gesammelt und bear-beitet. Dieser Arbeitskreis ist mittlerweile als Gemeinschaftsarbeitskreis FDBR „Festig- keitsberechnung / Technische Regelwerke“ / DIN NA082-00-17 AA „Rohrleitungen“ of-fizielles deutsches Spiegelgremium zu CEN/TC267. Die bearbeiteten Änderungsanträge wurden an CEN/TC267 weitergeleitet und größtenteils akzeptiert. Alle bisher erschienen Änderungen sind in Deutschland über den Beuth-Verlag kostenlos erhältlich.

Ergänzungen und inhaltliche (technische) Änderungen der Norm lassen sich mittels Amendments (Berichtigung / Korrektur) ein-bringen. Über diese Ergänzungen zur Norm wird dann üblicherweise mittels „Unique Acceptance Procedure“ (UAP) durch die Mit-gliedsländer abgestimmt. Die UAP ist ein einstufiges Annahmeverfahren, das vorberei-tete Dokument (Amendment) wird europaweit zur schriftlichen Abstimmung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums gestellt. Die Anhän-ge O und P sind auf diese Weise entstanden,

Entstehung, Geschichte und aktueller Stand

Aktueller Stand der DIN EN 13480-3Metallische industrielle Rohrleitungen – Konstruktion und Berechnung

Current status of the DIN EN 13480-3Metallic industrial piping - Design and calculation

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33R international (48) Heft 5/2009

aktuell ist der Anhang Q in der Umfrage. Auf die Anhänge wird später noch eingegangen.

Anlässlich der 21. Plenartagung des CEN/TC267 im November 2007 wurde beschlos-sen, alle Teile der EN 13480 zu überarbeiten. Zieltermin für die Neuausgabe der EN 13480- 3 ist das 1. Quartal 2010.

Im Folgenden werden die wesentlichen Kor-rekturen und Ergänzungen in verschiedenen Abschnitten der Norm sowie in den Anhängen beschrieben. Es schließt sich die Behandlung des Abschnitts Rohrhalterungen mit den zu-gehörigen Anhängen an.

Abschnitt 6.4 ReduzierstückeDer Abschnitt 6.4 Reduzierstücke wurde aus dem britischen Code BS 5500 (heute PD 5500) [1] übernommen. Die Autoren der EN 13480-3 haben sich bemüht, bei der inhalt-lichen Gestaltung des Abschnitts zusätzliche Gleichungen und Hinweise gegenüber BS 5500 aufzunehmen. So wurden z. B. Glei-chungen ergänzt, die eine Bestimmung des zulässigen Drucks PS eines Reduzierstücks erlauben – also praktisch die Probe, ob die Auslegung richtig erfolgt ist. Diese zusätz-lichen Passagen verwirren allerdings z. T. mehr, als dass sie helfen.

Bei der Dimensionierung eines Reduzier-stücks treten zwei grundsätzliche Probleme zutage:

Das erforderliche Vorgehen bei der Dimen-sionierung entspricht nicht der Reihen- folge, in der die Gleichungen aufgeschrie-ben sind. Zunächst müssen die zylindri-schen Teile des Reduzierstücks (großer und kleiner Durchmesser) entsprechend der Gleichungen in Abschnitt 6.1 dimen-sioniert werden. Danach ist der maßgebli-che Durchmesser Dk zu bestimmen, wozu einige Gleichungen aus den Abschnitten 6.4.5 und 6.4.6 bzw. 6.4.7 auszuwerten sind, bevor man die Wanddicke des Kegels gemäß Abschnitt 6.4.4 bestimmen kann.

Die Ergebnisse werden z. T. iterativ bestimmt, indem Annahmen für Wanddi-cken zu treffen sind, die dann durch Aus-werten von Gleichungen bestätigt wer- den oder zu korrigieren sind. Das führt u. a. dazu, dass Berechnungsprogramme, abhängig von der Genauigkeitsschranke der durchgeführten Iteration, unterschiedliche Resultate liefern, was bereits zu Diskussio-nen mit Benannten Stellen geführt hat.

Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn nur geringe Nennweitenunterschiede mittels Re-duzierstück zu verbinden sind. In diesen Fäl-len kann die geforderte Länge 2l2 zwischen zwei Zylinder-/Konusverbindungen nicht im-mer eingehalten werden. In der Konsequenz bedeutet das u. U., dass Benannte Stellen ein anderes Nachweisverfahren fordern, was da-mit endet, dass FEM-Analysen durchgeführt werden müssen.

Aus den Ergebnissen solcher FEM-Analysen wurde der Vorschlag abgeleitet, unter be-stimmten Umständen auf die Einhaltung der Länge 2l2 zwischen zwei Zylinder-/Konusver- bindungen ohne zusätzliche Nachweise zu verzichten.

Der inzwischen akzeptierte Vorschlag an CEN/TC267 sieht vor, den folgenden Text zu- sätzlich in Abschnitt 6.4.5 einzufügen:

Der Konus kann auf eine Länge kleiner als 2l2 reduziert werden, wenn beide der folgen-den Bedingungen erfüllt sind.

Die nach Abschnitt 6.4.6 oder 6.4.7 berech-nete Wanddicke e2 ist über die gesamte Län-ge des Konus vorhanden.

Die Verbindung Konus / Zylinder am kleinen Durchmesser ist entsprechend Abschnitt 6.4.8 ausreichend dimensioniert.

Durchgeführte FEM-Analysen zeigen, dass eine Verkürzung des Konus auf eine Länge kleiner als das geforderte Maß 2l2 unter den genannten Randbedingungen zulässig ist. Damit wird die Dimensionierung von Redu-zierungen geringer Durchmesserdifferenzen nach EN 13480-3 ermöglicht.

Im Abschnitt 6.4.10 Geschmiedete Spezial- reduzierstücke wird die bisher fehlende Gleichung (6.4.10-5) sowie eine Erläuterung ergänzt:

er = max (ecyl; ej) (6.4.10-5) mit ecyl entsprechend Abschnitt 6.1 und ej nach Gl. (6.4.7-4)

In Bild 6.4.10-1 wurden einige kleine Korrek-turen vorgenommen. Eine alternative Bau-form wird als Bild 6.4.10-2 aufgenommen – Bild 1.

Abschnitt 8.4 EinzelausschnitteDie Berechnung schräger Stutzen sollte ana-log TRD 301 bzw. TRD 303 erfolgen und damit den auch in EN 12952-3 enthaltenen Berech-nungsregeln entsprechen. Dieser Vorschlag der deutschen Delegation wurde bereits 1996

in der WG C akzeptiert. Allerdings dauerte es bis zum Frühjahr 2001, bis die entspre-chenden Bilder dann auch tatsächlich in den „Drafts“ auftauchten. Im letzten Schritt der Bearbeitung der Norm – im „Editing Commit-tee“ – wurden dann wieder die falschen Bilder eingesetzt und eine zusätzliche Fläche APbf definiert – Bild 2, vergleiche Bild 8.3-1 in EN 12952 mit Bild 8.4.3-3 in EN 13480-3 und Bild 3, vergleiche Bild 8.3-2 in EN 12952-3 mit Bild 8.4.3-4 in EN 13480-3. Nach der 22. CEN/TC267 Plenartagung im November 2008 besteht die berechtigte Hoffnung, die-sen Fehler nun endlich korrigieren zu können ohne bei CEN ein „work item“ beantragen zu müssen, da das TC267 den Umstand akzep- tiert hat, dass hier tatsächlich nur ein redak-tioneller und kein inhaltlicher Fehler vorliegt.

Abschnitt 12.3 ElastizitätsanalyseDie grundlegenden Gleichungen zur Durch-führung der Elastizitätsanalyse wurden aus der FDBR-Richtlinie „Berechnung von Kraftwerksrohrleitungen“ übernommen. Der Sicherheitsbeiwert gegen Bruch wurde dabei von 4,0 auf 3,0 verringert, was bei niedrigen Berechnungstemperaturen zu einer Erhöhung der Spannungsgrenze fh gegenüber der früheren Sh und damit auch zu einer Er- höhung von fa gegenüber Sa führt. Damit ist für den Nachweis der Sekundärspannungen die Grenze angehoben, gleichzeitig jedoch die Grenze für die Primärspannungen infolge der Begrenzung auf fh anstelle früher Sm gesenkt worden.

Von deutscher Seite wurde vorgeschlagen, eine neue Größe ff – Design stress for flexibi-lity analysis – einzuführen. Dieser im TC267 bereits akzeptierte Vorschlag zielt darauf ab, die alte Begrenzung für die Primärspannun- gen wieder herzustellen.

ProblemIn EN 13480-3 wird fh anstelle der Größe Sm der FDBR-Richtlinie verwendet.

Die Bestimmung von fh in Abschnitt 12 führt in einigen Fällen, speziell bei nicht

Bild 1: Geschmie-dete Spezialre-duzierstücke, alternative Bauform (Vorschlag) [Bild 6.4.10-2]

Fig. 1: Special forged reducers, alternative solution (proposal) [Fig. 6.4.10-2]

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austenitischen Stählen und moderaten Be-triebstemperaturen – typisch: Speisewas-serdruckleitung aus 15NiCuMoNb5-6-4 (WB 36) – zu restriktiveren Spannungsgrenzen als in der Quelle für den Abschnitt 12, der FDBR-Richtlinie „Berechnung von Kraft-werksrohrleitungen“, siehe nachfolgendes Beispiel:

FDBR-Richtlinie:

EN 13480-3:

*resultierend aus fh = min. (fc; f; fcr) (12.1.3-3)

Vorschlag

Ein neues Symbol (Formelzeichen) ff sollte eingeführt werden.

ff – Auslegungsspannung für Flexibilitäts-analysen (Elastizitätsberechnungen) in N/mm2 (MPa) mit

ff = min (f; fCR).

ff wird in den Gleichungen (12.3.2-1), (12.3.3-1), und (12.3.4-2) anstelle von fh verwendet.

Begründung

In Übereinstimung mit der Druckgerätericht-linie (DGRL) gilt die Spannungsbegrenzung Rm/2,4 für die Dimensionierung von Bautei-len (Komponenten) auf Basis von Membran-spannungen. Die Summe aus Membran- und Biegespannungen in der Flexibilitätsanalyse darf / sollte nicht auf einen niedrigeren Wert begrenzt werden.

Das Beispiel in Tabelle 1 zeigt die Konsequen- zen dieser Änderung für eine Rohrleitung aus dem Werkstoff 15NiCuMoNb5-6-4 bei TS = 300 °C. Die zulässigen Spannungen zur Be - wertung ständig wirkender Lasten und der Summe aus ständig und gelegentlich wir-kenden oder außergewöhnlichen Lasten wer - den damit wieder auf das Niveau der FDBR-Richtlinie gebracht. Die zulässigen Spannungen zur Bewertung wechselnder Sekundärlasten sind gegenüber der FDBR-Richtline in diesem Fall erhöht, was auf die oben erwähnte Reduzierung des Sicher- heitsbeiwertes zurückzuführen ist.

Amendment 1: 2005-11, Anhang O (normativ)Alternatives Verfahren für die Prüfung von AbzweigverbindungenIn Abschnitt 8 Ausschnitte und Abzweige wur-de ein Verweis auf den normativen Anhang O aufgenommen, der ein alternatives Berech-nungsverfahren für Ausschnitte, Ausschnitt-verstärkungen und Abzweige beinhaltet. Das im Anhang O beschriebene Verfahren basiert auf Traglastverfahren und Lasteinspielung,

Bild 2: Schräger Abzweig, axial geneigt in EN 13480-3 (links) und EN 12952-3 (rechts)

Fig. 2: Oblique branch, axial inclination in EN 13480-3 (left side) and EN 12952-3 (right side)

Bild 3: Schräger Abzweig, tangential geneigt in EN 13480-3 (links) und EN 12952-3 (rechts)

Fig. 3: Oblique branch, tangential inclination in EN 13480-3 (left side) and EN 12952-3 (right side)

Tab. 1: Spannungsbegrenzungen für Werkstoff 15NiCuMoNb5-6-4 bei TS = 300 °C nach EN 13480-3, FDBR- Richtlinie und Änderungsvorschlag zu EN 13480-3

Table 1: Stress boundaries for material 15NiCuMoNb5-6-4 at TS = 300 °C acc. to EN 13480-3, FDBR-Guideli- ne and proposed change to EN 13480-3

EN 13480-3 FDBR-Richtlinie Vorschlag

PrimärspannungenGl. (12.3.2-1)

fh = 203 MPa Sm = 254 MPa ff = 254 MPa

Primärspannungen (ständig +gelegentlich) Gl. (12.3.3-1)

k · fh = k · 203 MPa k · Sm = k · 254 MPa k · ff = k · 254 MPa

SekundärspannungenGl. (12.3.4-1)

fa = 276 MPa Sa = 207 MPa fa = 276 MPa

Primär+ SekundärspannungenGl. (12.3.4-2)

fh + fa = 479 MPa Sm + Sa = 461 MPa ff + fa = 530 MPa

Bereich I Bereich II

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die Angabe von Quellen (Literatur) wurde leider versäumt. Folgende Vorteile gegenüber dem Standardverfahren in Abschnitt 8 wer- den hervorgehoben:

Besonders geeignet für „Große Aus-schnitte“

Berücksichtigung von Biege- und Torsi-onsmomenten ist zusätzlich zur Berück-sichtigung des Innendrucks möglich.

Die zweite Aussage muss relativiert werden, Biege- und Torsionsmomente werden aktuell nach Abschnitt 12 berücksichtigt, es handelt sich also hier lediglich um ein anderes Bewer- tungsverfahren.

Das Verfahren darf nicht auf Abzweige an-gewendet werden, die im Zeitstandbereich eingesetzt sind. Im Anhang O wird zusätzlich darauf hingewiesen, dass diese Berechnung bei Vorliegen wechselnder Beanspruchung nicht zulässig ist. Hinweise auf einzuhaltende tragende Längen bzw. Abstände zwischen Ausschnitten fehlen allerdings.

Dem Anhang O ist mittels UAP zugestimmt worden.

Das deutsche Spiegelgremium DIN NA082- 00-17 AA – im Wesentlichen repräsentiert durch den FDBR-AK „Festigkeitsberechnung / Technische Regelwerke“ – hat versucht, diesen Anhang O zu verhindern oder zumin-dest einer tieferen fachlichen Überprüfung zu unterziehen, da Bedenken bezüglich der Anwendung des Verfahrens auf Ausschnitte in dünnwandigen Schalen bestehen.

Deutschland war das einzige europäische Land, das den Anhang O in dieser Form ab-gelehnt hat. Da die UAP jedoch zu diesem Zeitpunkt bereits eingeleitet war, konnten nur noch die offensichtlichen Fehler in Gleichun- gen und Diagrammen korrigiert werden.

Die Gleichungen (O.3.1-1) und (O.3.1-2) zur Bestimmung des zulässigen Drucks in gera-den Rohren wendet man besser nicht an. Die damit berechneten zulässigen Drücke führen zu Tresca-Vergleichsspannungen im Rohr, die bei ca. 1,15 · Rp0,2t liegen, also zu Drücken,

bei denen bereits Plastifizieren/Fließen ein-setzt.

Die Gleichung (O.3.2-3) z. B. liefert dann aber für c = 1,0 (Rohr ohne Ausschnitt) wieder die gleiche erforderliche Wanddicke wie nach Ab- schnitt 6.1.

Die Tabellen 2 und 3 zeigen anhand einiger Beispiele einen Vergleich zwischen den Be-rechnungsverfahren. Es wurde von gegebe-nen mittleren Durchmessern von Grundrohr und Abzweig sowie gegebener Wanddicke des Abzweigs ausgegangen und die erforderliche Wanddicke des Grundrohrs berechnet. Die zulässige Spannung ist bei allen Beispielen f = 90 MPa.

Die Symbole es und eb stehen für „ermittelte Wanddicken“. Falls damit ausgeführte (ge-messene) Wanddicken gemeint sind, sind die Ergebnisse in Tabelle 3 korrekt. Falls damit jedoch berechnete Wanddicken gemeint sind, ist ein iteratives Vorgehen erforderlich, da sich die in der Berechnung zu verwenden-den Verschwächungsbeiwerte abhängig von den Wanddickenverhältnissen ändern.

Die Beispiele zeigen, dass für dünnwandige Abzweige z.T. wesentlich geringere Wanddi-cken ermittelt werden, als mit dem Standard-

verfahren nach Abschnitt 8. Zum Vergleich wurde noch die Berechnung nach ASME B31.1 [3] mit aufgenommen. Die Abweichun-gen zwischen EN 13480-3 und ASME B31.1 sind durch die unterschiedlichen Verfahren – Flächenvergleichsverfahren/Flächenersatz-verfahren – begründet und wohlbekannt.

Fazit: Die Befürchtung, dass bei Ausschnitten in dünnwandigen Schalen nicht-konservative Ergebnisse erzielt werden, hat sich zumindest zum Teil bestätigt, jedoch sind die Ergebnisse nicht so stark abweichend, wie nach ASME B31.1. Welche Unterschiede bei der Bewer- tung von Biege- und Torsionsmomenten im Vergleich zu Abschnitt 12 auftreten, wurde hier nicht untersucht.

Amendment 2: 2007-02, Anhang P (informativ) Verschraubte Flanschverbindungen – Anwendung der EN 1591Die erste Ausgabe der EN 13480-3 behandelt die Berechnung von Flanschverbindungen in Rohrleitungen recht stiefmütterlich im Ab-schnitt 6.6 Verschraubte Flanschverbindun-gen. Dort werden lediglich drei Möglichkeiten

Tab. 3: Vergleich EN 13480-3 Abschnitt 8, Anhang O und ASME B31.1 – Ergebnisse

Table 3: Comparison EN 13480-3 clause 8, Annex O and ASME B31.1 – results

Tab. 2: Vergleich EN 13480-3 Abschnitt 8, Anhang O und ASME B31.1 – Abmessungen und Berechnungsdrü- cke

Table 2: Comparison EN 13480-3 clause 8, Annex O and ASME B31.1 – dimensions and calculation pressures

Beispiel Nr.Dm

in mmdm

in mmes

in mmeb

in mmpc

in MPa

1 200 80 20 20 16,78

2 400 200 20 10 4,950

3 400 200 10 5 2,057

4 400 200 10 15 3,603

5 2000 300 20 4 1,059

6 2000 1000 20 10 0,616

7 2000 2000 20 20 0,533

Beispiel Nr. dm / Dm Dm / es eb / es

es nachAbschnitt 8

in mm

es nachAnhang O

in mm

AbweichungAnhang O

es nachASME B31.1

in mm

AbweichungASME B31.1

1 0,4 10 1,0 20,0 20,86 +4,3% 19,5 -2,5%

2 0,5 20 0,5 20,0 18,02 -9,9% 21,6 +8,0%

3 0,5 40 0,5 10,0 8,95 -10,5% 8,9 -11,0%

4 0,5 40 1,5 10,0 9,96 -0,2% 12,6 +26,0%

5 0,15 100 0,2 20,0 14,85 -25,7% 23,6 +18,0%

6 0,5 100 0,5 20,0 19,22 -3,9% 13,4 -33,0%

7 1,0 100 1,0 20,0 17,89 -10,6% 11,7 *) -41,5%

*) Wanddicke eb des Abzweigs muss hier ebenfalls 11,7 mm betragen.

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6 3R international (48) Heft 5/2009

aufgezeigt, das Festigkeitsverhalten einer Flanschverbindung zu bewerten:

Auswahl nach P-T-Ratings d. h. Anwen- dung der EN 1092

Anwendung des Taylor-Forge-Verfahrens, siehe auch EN 13480-3 Anhang D (nor-mativ)

Anwendung der EN 1591 – wenn beson-dere Anforderungen an die Dichtheit ge-stellt werden.

Dass die Berechnung von DIN – Flanschver-bindungen nach dem Taylor-Forge-Verfahren meist nicht funktioniert, ist bekannt. Mit der Anwendung der EN 1591 wurde der Berech-ner lange Zeit im Regen stehen gelassen, weil die EN 1591-1 zwar das Verfahren zur Berechnung beschreibt, die EN 1591-2, die die zur Berechnung erforderlichen Dichtungs- kennwerte bereitstellen soll, jedoch lange Zeit nur als Entwurf vorlag und unvollständig war. Zur Erinnerung – die bisher für Berechnungen nach AD 2000-Merkblatt B7 und B8 bzw. DIN V 2505 benutzten Dichtungskennwerte sind für die Berechnung nach EN 1591 nicht aus-reichend.

Mit dem informativen Anhang P wurde ver-sucht, diese Lücke zu schließen und die Anwendung der EN 1591 im Rohrleitungsbau besser zu etablieren. Zudem enthält der An- hang P eine Reihe von Dichtungskennwerten mit denen die Anwendung der EN 1591-1 überhaupt erst ermöglicht wird.

Die im Zusammenhang mit der Integration des Amendment P in der deutschen Ausgabe der Norm verschärfte Formulierung: „Falls ein genormter Flansch nach einer europäischen Norm spezifiziert ist, und keine weiteren An- forderungen gegeben sind, muss der Flansch nach der Druck- / Temperaturzuordnung ge-wählt werden.“, ist nach Auffassung der Au-toren unglücklich gewählt. Damit wird impli-zit das Nachdenken, sowohl über einen über

die P-T-Ratings hinausgehenden Einsatz, als auch über das Festigkeits- und Dichtheitsver-halten der Flanschverbindung, was ja letztlich auch von Schrauben und Dichtung abhängt, untersagt. Besser wäre an dieser Stelle: „ ... darf der Flansch nach der Druck- / Tempera-turzuordnung – soweit anwendbar – gewählt werden.“

Dem Anhang P wurde ebenfalls mittels UAP zugestimmt.

Der Anhang P enthält:

Hinweise zur Anwendung der EN 1591 empfohlene Dichtungswerkstoffe für in-

dustrielle Rohrleitungen Dichtungskennwerte in erster Linie für

Weichstoffdichtungen sowie Kammprofil-dichtungen mit Grafitauflage

Amendment 3: 2009-01, Diverse ÄnderungenDas Amendment 3 enthält Korrekturen zu Abschnitt 2, zu den Unterabschnitten 8.4.3, 13.1.4, 13.3.1, C.1.1, D.4.1, E.2.1.1 sowie zu den Anhängen H und N und zum Literaturver-zeichnis und wurde per UAP im April 2008 angenommen.

Amendment 4: UAP gestartet 2009-04, Anhang Q (informativ) Vereinfachte Analyse von Spannungen in RohrleitungenDie EN 13480-3 beinhaltet bisher keine Regeln für eine vereinfachte Spannungsana-lyse (Verlegerichtlinie), wie sie in anderen Regelwerken üblich ist. Im Entwurf der Norm existierte wenigstens noch eine Stützweitenta- belle, sie wurde aber nicht in die erste Ausga- be 2002 übernommen. Aus einem deutschen Vorschlag entstand der Anhang Q. Dieser Anhang beinhaltet eine Berechnungsmethode zur Festlegung der zulässigen Stützweiten so- wie eine Elastizitätskontrolle.

Die Berechnungsmethoden entsprechen den Verfahren wie sie in der TRR 100 und im AD 2000-Merkblatt HP 100 R definiert sind. Die Stützweitentabellen wurden überarbeitet, die im Anhang Q angegebenen Werte unterschei- den sich geringfügig von den Werten im AD 2000-Merkblatt HP 100 R.

Abschnitt 13: RohrhalterungenEine der größten „Baustellen“ der EN 13480- 3 ist der Abschnitt 13 mit den damit verbun-denen Anhängen. Bei den Änderungen wird zwischen

[ ge ] = general / allgemein [ te ] = technical / fachlich [ ed ] = editorial / redaktionell [ tr ] = Übersetzung

unterschieden. Vergleicht man die Anzahl der Änderungen des Abschnitts 13 mit den anderen Teilen der Norm, so sind überdurch-schnittlich viele Änderungen notwendig. Ein sehr großer Teil sind den Sinn verändernde Übersetzungsfehler bzw. unglücklich gewähl-te Übersetzungen. In der deutschen Version lautet der Titel „Abstützungen“ – die wörtli-che Übersetzung des englischen Titels „Sup-ports“. Üblicherweise werden im englischen Sprachgebrauch alle Rohrhalterungen, d. h. Unterstützungen und Abhängungen, als „sup- ports“ bezeichnet – die sinnvollere Überset-zung ist „Rohrhalterungen“.

Anhand einiger Beispiele soll demonstriert werden, wie unglücklich gewählte Begriffe und Übersetzungen den Leser verwirren können.

In der Legende von (Bild 4) „Verbindung zu Stahltragwerk“ [Bild 13.1.4-2] befinden sich folgende Erläuterungen:

(A) Rohr (B1) Rohrschelle (B2) Rohrtragelement (B3) Zwischentragwerkskonstruktion, vom

Hersteller der Aufhängung einzubauen (C) TragwerkAuch ein Blick in die englische Originalfas-sung der Norm hilft nicht wesentlich weiter:

(B3) secondary or intermediate steel work, to be constructed by the support manufacturer

Hier treffen gleich mehrere unglückliche Um- stände zusammen: sicherlich ist die deutsche Übersetzung nicht das, was die Ersteller der Norm beabsichtigten. Eine wortwörtliche Er-füllung der Norm, wie häufig pauschal in Spe-zifikationen gefordert, führt im Zweifelsfall zu Diskussionen bzgl. der verschiedenen Lie-ferumfänge, zumal das im Bild dargestellte Zwischentragwerk u. U. in den Bereich des Baurechts fällt.

Ein weiteres Beispiel für verwirrende Formu-lierungen im Abschnitt „13.1.3 Zusätzliche Begriffe“ ist die Definition

„13.1.3.1 Verankerung: starre Vorrichtung, die an der Stützstelle die gesamte relative Ver- drehung und Verschiebung der Rohrleitung bei Auslegungstemperatur und -belastung verhindert und selbst Bewegungen unterwor-fen sein kann“.

Ein Blick in die englische Version zeigt, wel-cher Typ von Rohrhalterung eigentlich ge-meint sein sollte:

“13.1.3.1 anchor: rigid device, which may itself be subject to imposed displacement, used to prevent all relative pipe rotation and displacement at the point of application, un-der the design conditions of temperature and loading”.

Mit „anchor“ sind normalerweise Festpunkte gemeint. Beim Lesen des Textes muss man u. U. an das berühmte Zitat „... und sie be-

Bild 4: Verbindung von Federhänger und Zwi-schentragwerkskonstruktion [Bild 13.1.4-2]

Fig. 4: Spring support to steel Intermediate structures [Figure 13.14.4-2]

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73R international (48) Heft 5/2009

wegt sich doch!“ denken. Bei der Diskussion in der Working Group 3 des TC 267 wurde auch die Formulierung „... und selbst Bewe-gungen unterworfen sein kann“ geklärt. Da-mit sind Anschlusspunkte an Behälter o. ä. gemeint, die in einigen Berechnungsprogram- men ähnlich wie Festpunkte definiert werden. In der nächsten Ausgabe der Norm werden Festpunkte, wie allgemein üblich, definiert:

„13.1.3.1 Festpunkt: starre Vorrichtung, die an der Stützstelle die gesamte relative Ver-drehung und Verschiebung der Rohrleitung bei Auslegungstemperatur und -belastung verhindert.“

Die Liste der Korrekturen der deutschen Übersetzung ist relativ umfangreich. Als ab- schließendes Beispiel aus der Gruppe der „Übersetzungsfehler“ soll hier noch die De- finition von Gelenkstreben erwähnt werden:

„13.1.3.9 Gelenkstrebe: Einrichtung, die die Rohrleitung in einer Ebene hält; gilt üblicher-weise für dynamische Belastung“

Das englische Original beschreibt die Funk-tion von Gelenkstreben deutlicher, denn Ge-lenkstreben wirken nur in einer Richtung:

„13.1.3.9 rigid strut: device to restrain the piping in a single direction, generally during dynamic loading“

Auch hier wird in der nächsten Version der Norm eine übliche Definition verwendet:

„13.1.3.9 Gelenkstrebe: Einrichtung, die die Rohrleitung in einer Richtung hält und übli-cherweise für dynamische Belastung einge-setzt wird.“

Im Definitionsteil des Abschnitts 13 sind zusätzlich einige nicht allgemeingültige Detaildarstellungen in den Abbildungen zu finden. So zeigt (Bild 5) „An das Rohr an- geschweißte Abstützung“ [Bild 13.1.5-1] zwei Schweißnähte.

Bei Rohrstützen mit DN 900 ist es bis zu ei-ner gewissen Länge möglich, die Rohrstütze, wie im linken Bild dargestellt, am Rohr anzu- schweißen. Im Allgemeinen wird es sich aber um eine Kehlnaht oder (bei Rohrleitungen im Zeitstandbereich) um einen Vollanschluss handeln.

Ähnlich verhält es sich mit (Bild 6) „Verbin-dung zu Stahltragwerk“ [Bild 13.1.4-1] in dem

Bild 5: An das Rohr angeschweißte Abstützung [Bild 13.1.5-1] (akt. Norm / Änderungsvorschlag)

Fig. 5: Support welded to the piping [Figure 13.1.5-1] (act. Standard / modification proposal)

Bild 6: Verbindung zu Stahltragwerk [Bild 13.1.4- 1] (akt. Norm)

Fig. 6: Connections to steel structures [Figure 13.1.4.-1] (act. Standard)

Legende: (A) Rohr (B) Rohrtragelement (C) Tragwerk

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8 3R international (48) Heft 5/2009

ein Festpunkt, also eine Sonderkonstruktion dargestellt ist. Die meisten Anwender der Norm werden aber möglichst standardisier-te Rohrhalterungen einsetzen. Ausschließlich ein derartiges Bild im Definitionsteil führt bei weniger routinierten Rohrleitungsplanern zu Konfusion. Über die Abbildung wurde in der Working Group 3 ausgiebig diskutiert. Die franz. Delegation bestand darauf, diese Ab-bildung beizubehalten, da sie in dieser Form auch im CODETI [4] abgebildet ist. Als Kom-promiss wird in der nächsten Version der Norm neben dem Festpunkt als Sonderkons-truktion auch eine Abstützung aus standardi-sierten Bauteilen abgebildet, wie in (Bild 7) dargestellt.

Abschnitt 13.3.7: Bestimmung der BauteilabmessungenGrößere Änderungen waren im Abschnitt „Bestimmung der Bauteilabmessungen“ not-wendig. Im Abschnitt 13.3.7.2 „Spannungen“ findet sich die folgende Definition:

„Die einzelnen oder äquivalenten Span-nungen dürfen die in [Tabelle 13.3.7-1] und [Tabelle 13.3.7-2] angegebenen zulässigen Spannungen nicht überschreiten.

Der Wert der kombinierten Spannung se muss folgende Gleichung erfüllen:

Dabei ist:sa die berechnete Axial-(Membran-)spannung; sb die berechnete Biegespannung;ss die berechnete Schubspannung.“

Innerhalb dieser kurzen Definition werden für die „Vergleichsspannung“ zwei unterschied-liche Begriffe „äquivalente Spannung“ und „kombinierte Spannung“ verwendet. Die Verwendung der „Tresca“-Vergleichspannung ist eigentlich im Maschinenbau unüblich, in anderen Regelwerken (VGB R 510 L, KTA 3205.3) wird explizit die Ermittlung der „von-Mises“-Vergleichsspannung gefordert. Bei der Überarbeitung dieses Abschnitts wurde für die Schubspannung das üblicherweise ver-wendete Symbol „t“ benutzt. In der letzten im TC 267 verteilten internen Arbeitsversion der Norm (englische Version) findet sich als Definition der Vergleichsspannung:

Die zulässigen Spannungen werden im Ab-schnitt 13.3.7.2 definiert. Dabei handelt es sich um zwei unterschiedliche Definitionen:

(Auslegung im Streckgrenzbereich) und

(für Bauteile mit einer Auslegungstemperatur im Zeitstandbereich)

Für Bauteile, die im Streckgrenzbereich ausgelegt werden, wird das übliche Sicher-heitsniveau gefordert. Die zul. Spannung im Zeitstandbereich „fCR“ wird im Abschnitt 5 [Gl. 5.3.2-1] definiert:

fCR = SR 200.000t / 1.25

mit SR 200.000t als Mittelwert der Zeitstandfes-tigkeit nach Werkstoffnorm bei Berechnungs-temperatur t und betrachteter Lebensdauer von 200.000 h (wobei die übliche Streuung von max. ± 20 % des Mittelwertes vorausge-setzt wird).

Damit ist die zul. Spannung im Zeitstandbe-reich

fCR = 0,8 Mittelwert der Zeitstandfestigkeit bei 200.000 h oder

fCR = Mindestwert der Zeitstandfestigkeit bei 200.000 h.

Dabei handelt es sich um die übliche Defi-nition für die Rohrleitungsberechnung. Für Rohrhalterungen wird ein zusätzlicher Sicher- heitsfaktor von 1,25 verlangt:

f = 0,64 Mittelwert der Zeitstandfestigkeit bei 200.000 h oder

f = 0,8 Mindestwert der Zeitstandfestig-keit bei 200.000 h.

Diese Forderung ist definitiv nicht üblich und führt, verglichen mit der Auslegung gem. VGB R 510 L, zu unnötig überdimensionierten Bauteilen. Der Grund für diese unwirtschaftli-che Anforderung ist erst in den weiteren De-finitionen zu erkennen. In Abschnitt 13.3.7.3 und 13.3.7.4 werden für „Lineare Abstützun-gen“ und „Platten- und Schalenabstützungen“ verschiedene zul. Spannungen definiert. Die Definitionen der beiden verschiedenen Typen lauten:

„Lineare Abstützungen können nach der Balkentheorie berechnet werden, und die da-für zulässigen Spannungen müssen [Tabelle 13.3.7-1] entsprechen.

Platten- und Schalenabstützungen werden aus flachen Stäben und Platten gefertigt und können nicht nach der Balkentheorie berech-net werden; die dafür zulässigen Spannungen müssen [Tabelle 13.3.7-2] entsprechen.“

In Tabelle 4 sind die zul. Spannungen aus [Tabellen 13.3.7-1] und [Tabellen 13.3.7-2] für „normale Betriebsbedingungen“ gegenüber-gestellt.

Beim direkten Vergleich wird deutlich, dass bei Verwendung der Schalen- / Plattentheorie die zul. Biegespannung 50 % über dem üb-lichen Wert liegt. Bei genauerer Betrachtung

Bild 7: Verbindung zu Stahltragwerk [Bild 13.1.4-1] (Änderungsvorschlag)

Fig. 7: Connections to steel structures [Figure 13.1.4.-1] (modification proposal)

Tab. 4: Zulässige Spannungen für normale Betriebsbedingungen (akt. Norm)

Table 4: Permissible stress for normal operating conditions (act. Standard)

Spannungsartzul. Spannungen (normale Betriebsbedingungen)

Lineare Abstützungen Platten- und Schalenabstützungen

Zug sa 1.0 f 1.0 f

Biegung sb 1.0 f 1.5 f (!!!)

Schub t 0.5 f 0.5 f

Vergleich se 1.0 f 1.5 f (!!!)

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93R international (48) Heft 5/2009

ergibt sich mit der Definition von f (f = fCR / 1,25) das folgende Spannungsniveau:

1,5 f = 0,96 Mittelwert der Zeitstandfes-tig-keit bei 200.000 h oder

1,5 f = 1,2 Mindestwert der Zeitstandfes-tigkeit bei 200.000 h.

Diese Faktoren sprechen eigentlich für sich und benötigen keinerlei weitere Erläuterun-gen. Der Grund für diese „fragwürdigen“ Definitionen ist die 1:1-Übernahme aus dem franz. Regelwerk CODETI.

Der deutsche Änderungsvorschlag unter-scheidet nicht mehr die verwendete Berech-nungstheorie; die zul. Spannung wird, wie üblich, als

definiert. Für die einzelnen Spannungen erge- ben sich dann die in Tabelle 5 dargestellten Begrenzungen.

Die Änderung der max. Schubspannung ist dabei die Konsequenz aus der Umstellung von der „Tresca“-Vergleichsspannung auf die „von-Mises“-Vergleichsspannung. Die zul. Spannungen für gelegentlich auftretende Be- triebsbedingungen betragen ca. das 1,2- fache der zul. Spannungen für normale Be-triebsbedingungen.

Für Rohrhalterungen, die NICHT im Zeitstand- bereich eingesetzt werden, sind höhere Bie- ge- und Vergleichsspannungen zulässig:

Für Rohrhalterungen analysiert mit der Platten- oder Schalentheorie:

normale Betriebsbedingungen: sb ≤ 1.5 f, se ≤ 1.5 f Für doppeltsymmetrische, massive Quer-

schnitte: normale Betriebsbedingungen: sb ≤ 1.1 f, se ≤ 1.1 f

Abschnitt 13.5.1.2: Konstanthänger/-stützenIn der aktuellen Ausgabe der EN 13480-3 findet sich im Abschnitt 13.5.1.2 „Konstanthänger/-stützen“ die folgende An-forderung:

„Konstanthänger/-stützen müssen Querbe-anspruchungen von bis zu 30 % der Nennbe-lastung widerstehen können. Werden höhere Querbeanspruchungen erwartet, so ist bei der Konstruktion die Aufnahme von Gleitflä-chen in Betracht zu ziehen.“

Die Anforderung „Konstanthänger müssen eine Querbeanspruchung von 30 % wider- stehen“ ist unrealistisch, schließlich ist die Auslenkung der Zugstangen auf 4° begrenzt – das entspricht ca. 7 % der Vertikalbelastung. In diesem Abschnitt unterscheiden sich die deutsche und die englische Version der Norm. In der englischen Version werden nur

„base mounted supports“ erwähnt. Die For-derung „30 % Querbelastung“ ist, verglichen mit deutschen Regelwerken, unüblich und un-realistisch. Theoretisch sind Konstantstützen für derartig hohe Querbelastungen denkbar. Aufgrund der inneren Reibung hätten sie eine Hysterese, die die übliche Anforderung „Lastabweichung max. ±5 %“ übersteigt. Alle denkbaren konstruktiven Maßnahmen (unab-hängig vom Funktionsprinzip des Hängers) stehen in keinem Verhältnis zum Einsatz ge-eigneter Gleitflächen (z. B. PTFE).

Von dem deutschen Spiegelgremium wurde die Formulierung „Konstanthänger müssen

Bild 8: Einstellbereich für Konstantstützen [Bild I.1-2]

Fig. 8: Adjustment range for constant load support [Figure I.1-2]

Bild 9: Einstellbe-reich für Federstüt-zen [Bild I.2-1]

Fig. 9: Adjustment range for variable spring supports [Figure I.2-1]

Tab. 5: Zulässige Spannungen für normale Be- triebsbedingungen (Änderungsvorschlag)

Table 5: Permissible stress for normal operating conditions (modification proposal)

Spannungsart zul. Spannungen(normale Betriebs-

bedingungen)

Zug sa 1.0 f

Biegung sb 1.0 f

Schub t 0.6 f

Vergleich se 1.0 f

(maximale Einstellkraft)

nachträgliche Verstellmöglichkeit + 15%

FD.max

(maximale Einstellkraft)

FD.min

(minimale Einstellkraft)

FN = 1,15 FD.max

Fmin = 0,85 FD.min

planmäßiger Einstellbereich

nachträgliche Verstellmöglichkeit - 15%

(minimale Einstellkraft)

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10 3R international (48) Heft 5/2009

für einen Schrägzug von 4° ausgelegt sein. Konstantstützen müssen einer Querbelas-tung von 10 % der Solllast widerstehen. Treten Querbewegungen auf sind geeigneten Gleitflä- chen vorzusehen.“ vorgeschlagen.

Abschnitt 13.5.2.2: FederstützenAuch im Abschnitt 13.5.2.2 „Federstützen“ ist eine unrealistische Anforderung zu finden:

„Federstützen müssen Querbeanspruchun-gen von bis zu 30 % der Nennbelastung aufnehmen können. Werden Querbeanspru-chungen erwartet, ist bei der Konstruktion die Aufnahme von Gleitflächen in Betracht zu ziehen.“

Auch bei Federstützen würde die Forderung „30 % Querbelastung“ zu unrealistischen Konstruktionen mit sehr hoher Hysterese führen. Sinnvoller ist der Einsatz geeigneter Gleitflächen. Der Änderungsvorschlag der deutschen Delegation der TC 267 lautet:

„Federhänger müssen für einen Schrägzug von 4° ausgelegt sein. Federstützen müssen einer Querbelastung von 10 % der Solllast wi-

derstehen. Treten Querbewegungen auf sind geeigneten Gleitflächen vorzusehen.“

Anhang I: Fertigungsprüfungen von federnden Halterungen und StoßbremsenDie Bilder im Anhang I wurden überarbeitet. Abgesehen von ein paar falsch positionierten Pfeilen in Bild 8 „Einstellbereich für Kons- tantstützen“ [Bild I.1-2] wurde die Abbildung nur redaktionell bearbeitet, der neue Titel lau-tet: „Einstellbereich für Konstanthänger/-stüt-zen“. Das Bild beinhaltet keine Texte mehr: sie werden, wie bei allen anderen Bildern der Norm, als Legende unter bzw. neben dem Bild platziert.

In Bild 9 wird der „Einstellbereich für Fe-derstützen“ [Bild I.2-1] definiert, der neue Ti-tel lautet: „Einstellbereich für Federhänger/ -stützen“. Zwei Erläuterungen „(a) Ab- wärtsbewegung der Aufhängung“ und „(b) Aufwärtsbewegung der Aufhängung“ sind falsch platziert. Im Diagramm finden sich die Buchstaben „(c)“ und „(d)“, die aber in der deutschen Ausgabe der EN13480-3 nicht

erläutert werden. In der englischen Ausgabe befindet sich an dieser Stelle „(c) Tolerance field“ und „(d) Permitted spring rate toleran-ce“.

Die am schwierigsten zu verstehende bzw. nachzuvollziehende Abbildung ist Bild 10 [Bild I.3-1]. Die deutsche Bildunterschrift lautet: „Typische Prüfkurven von Schwin-gungsdämpfern“, in der englischen Ausgabe ist „Typical test curves for shocks arrestors“ zu finden, dabei handelt es sich bei Stoß-bremsen und Dämpfern um unterschiedliche Bauteile. Das Diagramm zeigt im oberen Teil zwei Kraft-Zeit bzw. Weg-Zeit-Diagramme. Die Bildunterschriften in der englischen Version lauten: „a) Drag force test“ und „b) Lost moti- on test“. Eine bessere Übersetzung von „Drag force test“ wäre „Messung des Verstellwider-standes“. Das zweite Bild soll die „Prüfung der Aktivierungsgeschwindigkeit“ darstellen. Alle drei Bilder entsprechen nicht den übli-chen Darstellungen. In der nächsten Ausgabe der Norm werden Diagramme (Bild 11), wie sie z. B. in der KTA 3205.3 und der VGB R 510 L zu finden sind, verwendet.

Anhang J: Baumusterprüfung von RohrhalterungenIm normativen Anhang J wird eine Baumus-terprüfung von „Abstützungsbauteilen“ defi-niert. Im Gegensatz zu der Eignungsprüfung gem. KTA 3205.3 oder der Typenprüfung gem. VGB R 510 L werden bei der Baumus-terprüfung die Funktion bzw. die Funktionsda- ten (z. B. Lastabweichungen von Feder- oder Konstanthängern) nicht überprüft. Die Bau-musterprüfung ermittelt ausschließlich die zu- lässige Betriebslast. Die Anforderung lautet:

„Als zulässige Betriebslast ist die ermittel-te kleinste Prüflast zu verwenden, bei der die Bruchgrenze (Bruchlast FU), Fließgrenze (Fließlast Fy) bzw. Knickgrenze (Knicklast FB) erreicht wird, wobei für das betreffende Bau-teil der nach [Tabelle J.4-1] niedrigste Wert zu verwenden ist.“

Bild 11: Typische Prüfkurven von Stoßbremsen [Bild I.3-1] (Änderungsvorschlag)

Fig. 11: Typical characteristics of shock arrestors [Figure I.3-1] (modification proposal)

Bild 10: Typische Prüfkurven von Schwingungsdämp-fern [Bild I.3-1] (akt. Norm)

Fig. 10: Typical test curves for shock arrestors [Figure I.3-1] (act. Standard)

(a) Verschiebung/Kraft d) Dämpfungskraft(b) Verschiebung (e) Leerweg(c) Kraft (f) Zeit

S

F F

S

Sa

Sb

+FN

- FN

S b tt

(a) Geschwindigkeit/Kraft (e) Entlüftungsgeschwindigkeit(b) Geschwindigkeit (f) Aktivierungsgeschwindigkeit(c) Nennlast (g) Geschwindigkeit(d) Kraft

a) Prüfung der Dämpfungskraft b) Prüfung des Leerwegs c) Prüfung der Aktivierungsgeschwindigkeit

a) Kolbenstangen – Zeit-Diagramm

b) Kraft-Zeit-Diagramm

c) schematisches Kraft- Weg-Diagramm

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113R international (48) Heft 5/2009

Tabelle 6 definiert die „Durch Prüfung er-mittelte Nennlast“ [Tabelle J.4-1]. Auf den ersten Blick erinnert diese Tabelle an deut-sche Regelwerke. Allerdings ist die vorletzte Zeile merkwürdig: Von „Ankerzugstangen“ wird eine Knicksicherheit von 4 bzw. 2.4 K1 verlangt; dabei ist K1 das Verhältnis der Zugfestigkeit des verwendeten Materials und den Werten in der Werkstoffnorm. Der physi-kalische Zusammenhang von „Knicken“ und „Zugfestigkeit“ ist nicht leicht zu erkennen. Ein Blick in die englische Version zeigt, dass statt „Ankerzugstangen“ der Begriff „rods“, womit „Zugstangen“ gemeint sind, verwen-det wird. In diesem Zusammenhang ist eine Knicklast recht sinnlos.

In der Überarbeitung wurden daher einige klarere Formulierungen eingefügt:

„Als zulässige Betriebslast ist die ermittelte kleinste Prüflast zu verwenden, bei der die Bruchgrenze (Bruchlast FU), Fließgrenze (Fließlast Fy), Knickgrenze (Knicklast FB) bzw. Stabilitätsgrenze (Stabilitätslast FS) erreicht wird, wobei für das betreffende Bauteil der nach Tabelle J.4-1 niedrigste Wert zu verwen- den ist.“

Zusätzlich wurde ein Hinweis bzgl. der Stabili- tätslast aufgenommen:

„Anmerkung: Versagen durch Instabilität kann in den verschiedensten Formen wie Kni- cken, Biegeknicken, Biegedrillknicken, Beulen sowohl elastisch als auch plastisch auftreten.“

Die Tabelle wurde den üblichen Anforderun-gen angepasst (Tabelle 7).

Anhang L: Knicken von stabförmigen AbstützungenDer informative Anhang L behandelt das Knicken von stabförmigen Abstützungen. Bei den grundlegenden Gleichungen kann, durch unglücklich gewählte Symbole bzw. Schreibfehler, beim Leser Konfusion auftre-ten. Der Trägheitsradius wird wie üblich als

definiert. Die Knicklänge des Stabes wird als Ib = K I (mit K = { 0.5; 0.7; 1; 2 }) berechnet. Hier müsste die Länge „L“ des Stabes verwendet werden. Der Schlank-heitsgrad wird als l = Ib / r definiert und soll kleiner 200 sein. Das Berechnungsverfahren unterscheidet elastisches Knicken und plas-tisches oder elastischplastisches Knicken. Elastisches Knicken beginnt bei Schlankheits- graden l ≥ lc . Für die beiden Bereiche wird die zul. Druckspannung sa definiert:

Die Formel sa (l < lc) beinhaltet einen Feh-ler: beim letzten Term im Nenner fehlt der Faktor 1/8. Durch Vergleich verschiedener Regelwerke, z.B. ASME BPVC [5] und AISC [6] (USA) RCCM [7] und CODETI [4] (FR) ist erkennbar, dass sich dieser Fehler aus der Übernahme der Gleichungen aus dem fran-zösischen Regelwerk CODETI eingeschlichen hat. Die Darstellung der beiden Gleichungen als Diagramm zeigt den Fehler (Bild 12).

Die Bilder der [Tabelle L.5-1] müssen größten- teils überarbeitet werden, da die Randbedin-gungen der Knickbiegelinien undeutlich bzw. falsch dargestellt sind. Als Beispiel soll hier eine Variante des 3. Eulerknickfalls (Drehfeder statt einer starren Einspannung) gezeigt wer-den. An beiden Enden ist die Knickbiegelinie mit einer waagerechten Tangente dargestellt,

an beiden Auflagern ist aber eine Neigung der Biegelinie möglich (Bild 13).

Besonders aufwändig ist die Korrektur des letzten Abschnitts des Anhangs L: „Über-prüfung der Knicksicherheit für Bauteile, die gleichzeitig mit axialer Druckbeanspruchung

Bild 12: Zulässige Druckspannung in Abhängigkeit vom Schlankheitsgrad

Fig. 12: Permissible compression stress in depen- dence of slenderness ratio

Tab. 6: Durch Prüfung ermittelte Nennlast [Tabelle J.4-1] (akt. Norm)

Table 6: Rated load derived by testing (act. Standard)

Tab. 7: Durch Prüfung ermittelte Nennlast [Tabelle J.4-1] (Änderungsvorschlag)

Table 7: Rated load derived by testing (modification proposal)

Typ der HalterungZulässige Last auf Grundlage der

Bruchlast Fließlast Knicklast

Stabförmiges Bauteil Fu/4,0 oder Fu/2,4 K1 Fy/1,6 K2 Fb/1,6 K2

Schelle Fu/4,0 oder Fu/2,4 K1 Fy/1,6 K2 Fb/1,6 K2

Gelenkstrebe oderStoßbremse

Fu/4,0 oder Fu/2,4 K1 Fy/4,0 oder Fy/2,4 K1 Fb/2,5

Schwingungsbremse Fu/4,0 oder Fu/2,4 K1 Fy/4,0 oder Fy/2,4 K1 Fb/2,5

Ankerzugstange Fu/4,0 oder Fu/2,4 K1 Fy/4,0 oder Fy/2,4 K1 Fb/4,0 oder Fb/2,4 K1

Dabei ist

Typ der RohrhalterungZulässige Last auf Grundlage der

Bruchlast Fließlast Stabilitätslast,Knicklast

starre HalterungenFU / 4.0 oderFU / (2.4 K1)

FY / (1.6 K2) FS / 2.5Hängerschellen

Hänger

Gelenkstreben

FU / 4.0 oderFU / (2.4 K1)

FY / (1.6 K2) FB / 2.5

Stoßbremsen

Federstreben (Sway brace)

auf Druck belasteteRohrhalterungen

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12 3R international (48) Heft 5/2009

und Biegemomenten belastet werden“. Für derartig belastete Bauteile sind die folgenden beiden Gleichungen [L.5-1] und [L.5-2] einzu-halten:

Mit der Definition der Gleichungen ist der An-hang L beendet. Der Anwender muss sehr viel Erfahrung mit ausländischen Regelwerken haben, um zu erkennen, dass mit „f“ berech- nete Spannungen und mit „F“ zulässige Span- nungen gemeint sind. Diese Nomenklatur passt nicht zu dem vorderen Teil der Norm. Die Indizes „x“ und „y“ kennzeichnen die Bie-geachsen des Trägers, üblicherweise ist „x“ die Längsachse des Trägers. Insgesamt sind, bis auf sa, alle anderen acht Symbole der [Gl. L.5-1] nicht definiert.

Anhang N: Dokumentation für RohrhalterungenIm Anhang N ist die Dokumentation für Rohr-halterungen geregelt. Die Ausgabe 2002 unterteilt dabei in Werkstoff, Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Zertifizierung für die drei Halterungsklassen S1 – S3. Die Anfor-derungen sind recht allgemein gehalten, so sind für Rohrhalterungen der Klasse S3 alle Materialien, unabhängig von z.B. der Einsatz-temperatur, mit Abnahmeprüfzeugnissen 3.1 zu liefern. Basierend auf einem deutschen Änderungsvorschlag wurde der Anhang N überarbeitet, der sich als EN 13480-3:2002 / prA5:2007 in der europäischen Abstimmung befindet. In diesem Vorschlag wird die Zeug-nisbelegung detailliert nach den Produktfor-men, z. B. Federn, Schweißzusätze, Bleche, Verbindungsmitteln und Kleinteilen, aufge-schlüsselt. Dabei wird die Einsatztemperatur, ähnlich wie in der VGB R 510 L, berücksich-tigt. Im zweiten Teil der Tabelle (Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Zertifizierung) wur-den Referenzen auf den Anhang I (Fertigungs- prüfungen von federnden Halterungen und

Stoßbremsen) und Abschnitt 13 (Rohrhalte- rungen) eingefügt.

Abschnitt 11: Feste AnbauteileIm Abschnitt 11 wird die Spannungsermitt-lung für rohrförmige und rechteckige Anbau-teile definiert. Eigentlich gehören Rund- und Flachnocken zur Rohrleitung und nicht zu den Rohrhalterungen, doch ist diese Schnittstelle zwischen Rohrstatik und Rohrhalterungskons- truktion nicht rückwirkungsfrei.

Die Berechnungsmethode ist aus verschiede-nen anderen Regelwerken (z. B. ASME Code Cases N-392-3 und N-318-5 [8]) bekannt. Der deutsche Änderungsvorschlag umfasste vier Punkte:

Vorschlag 1: Umstrukturierung der Norm

Der Abschnitt „Feste Anbauteile“ sollte hinter dem Abschnitt „Spannungsanalyse“ platziert werden, da die Ausgabe der Spannungsanaly- se die Eingabegrößen der Berechnung der An- bauteile bereitstellt. (Wurde auf Wunsch der französischen Delegation nicht umgesetzt.)

Vorschlag 2: Korrektur der „Schreibfehler“

Zum Teil sind in den Formeln des Kap. 11 etli- che Schreibfehler - auch die DIN EN 13480-3 Berichtigung 2 beinhaltet noch einige Fehler. Als Beispiel sollen an dieser Stelle nur die Korrekturen von Gleichung [11.3.5-2] erwähnt werden.

Vorschlag 3: Umsortierung des Abschnitts

Unter dem Aspekt der Benutzerfreundlich-keit und der einfacheren Anwendung soll der Abschnitt 11 umsortiert werden. Die Be- rechnungsmethoden für rohrförmige / recht-eckige Anbauteile sollen in je einem eigenen Abschnitt zusammengefasst werden.

Vorschlag 4: Feste Anbauteile imZeitstandbereich

In der aktuellen Version der Norm werden die berechneten Spannungen für das Grundrohr, das Anbauteil und die Schweißnaht gegen die Streckgrenze abgesichert. Für den Zeitstand-bereich sollen entsprechende Spannungsbe-grenzungen aufgenommen werden.

Für das Grundrohr wird die zusätzliche Bezie-hung aufgenommen:

Die folgende Gleichung begrenzt die Span-nungen in der Rohrwand auf den Mittelwert

der Zeitstandfestigkeit in ähnlicher Weise wie [Gl. 12.3.5-1].

≤ 1,25 fcrmit:0,75 i ≥ 1,sMT, sPT: zusätzliche Spannungen resultie-rend aus Eigengewicht, ständig wirkenden Belastungen und Belastungen durch behin-derte Wärmedehnung

Eine weitere Bedingung begrenzt die maxi-male Spannung im Anbauteil:

Im Zeitstandbereich ist die Vergleichsspan-nung zu begrenzen auf kleiner oder gleich dem Mittelwert der Zeitstandfestigkeit: sNT** ≤ 1,25 fcr

Je eine Bedingung für Rund- / Flachnocken begrenzt die resultierende Schubspannung im Anbauteil bzw. in der Schweißnaht: Für Rundnocken im Zeitstandbereich

wird die resultierende Schubspannung begrenzt auf den Mittelwert der (Schub-) Zeitstandfestigkeit gem. der von-Mises-Hypothese:

Für rechteckige Anbauteile im Zeitstand-bereich wird die resultierende Schubspan-nung begrenzt auf den Mittelwert der (Schub-) Zeitstandfestigkeit gem. der von-Mises-Hypothese:

Abschnitt 12:Spannungsanalyse und Annahmekriterien (12.2.8 Stützzustände)Im Abschnitt 12.2.8 werden die Stützzustän- de bzw. die Randbedingungen für die Rohrlei- tungsberechnung definiert. Leider werden in der deutschen Übersetzung nicht die üblichen Begriffe verwendet. An zwei Beispielen soll hier exemplarisch gezeigt werden wie Leser, die sich hauptsächlich mit Rohrleitungsbe-rechnungen beschäftigen, verwirrt werden können. In der aktuellen Ausgabe der Norm finden sich die Definitionen: „Typische Abstützungen sind: Halte-

rungen: Abstützungen, die Kräften und Momenten in allen Richtungen standhal-ten, z. B. Verankerungen;“

Die Verwendung üblicher Begriffe erhöht die Lesbarkeit: „Typische Rohrhalterungen sind: Fest-

punkte: Rohrhalterungen, die Kräfte und Momente in allen Richtungen aufnehmen“

Bild 13: Darstellung der Knickbieglinie - aus [Tabelle L.5-1]

Fig. 13: Picture of buckling-bending line – taken from [Table L.5-1

F F

L

0,7 < K < 1

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133R international (48) Heft 5/2009

Ein weiteres Beispiel für eine unglückliche Wortwahl:

„Abstützungen mit variabler Stützkraft: Abstützungen, deren Fähigkeit zur Auf-nahme von Kräften und Momenten in linearer Beziehung zu Federsteifigkeit und Verformung steht;“

Damit sind im Allgemeinen Federhänger bzw. Federstützen gemeint; Drehfedern kom-men seltener zum Einsatz. Auch der Begriff „Verformung“ ist nicht besonders glücklich gewählt, ist aber die wörtliche Übersetzung des englischen Begriffs „deformation“. Eine bessere Formulierung ist:

„Rohrhalterung mit variabler Kraft: Rohr-halterung, deren Fähigkeit zur Aufnahme von Kräften in linearer Beziehung von Fe-dersteifigkeit und Verschiebung steht;“

Auch die weiteren Definitionen dieses Ab-schnitts werden sich in der nächsten Ausgabe der Norm geringfügig von der aktuellen Fas-sung unterscheiden.

Literatur

[1] Specification for Unfired fusion welded pres-sure vessels – PD 5500:2003 (Herausgeber: British Standards Institution BSI, 389 Chis-wick High Road, London)

[2] ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section III, Division 1, Subsection NB (Herausgeber: The American Society of Mechanical Engineers, New York – USA)

[3] ASME B31.1-2007 – Power Piping, ASME Code for Pressure Piping (Herausgeber: The Ameri-can Society of Mechanical Engineers, New York – USA)

[4] CODETI Devision 1 Code de construction des Tuyauteries Industrielles (Herausgeber: SNCT (Société Nationale de Contrôle Technique) – Frankreich)

[5] ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section III Division 1 - Subsection NF: Supports (Her-ausgeber: The American Society of Mechanical Engineers, New York – USA)

[6] ANSI/AISC 360-05 - An American National Stan-dard: Specification for Structural Steel Buil- dings (Herausgeber: American Institute of Steel Construction, INC. Chicago, Illinois – USA)

[7] Règles De Conception Et De Construction Des Matériels Mecaniques Des Îlots Nucléaires Rep

(Design And Construction Rules For Mechanical Components Of PWR Nuclear Islands), (Heraus- geber: AFCEN – Frankreich)

[8] ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section III Division 1 Code Case N-392-3 / N-318-5 (Herausgeber: The American Society of Mecha- nical Engineers, New York – USA)

Autoren:

Dr.-Ing. Jochen WeberBHR Hochdruck-Rohrleitungsbau GmbH, Essen

Tel. +49(0)201/3645486E-Mail: j.weber@bhr.bilfinger.de

Dr.-Ing. Heinz-Wilhelm LangeLISEGA AG, Zeven

Tel. +49(0)4281/713-276E-Mail: lange-ft@lisega.de

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