Aktueller Stand der DIN EN 13480-3 - Bilfinger Piping Technologies

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Fachberichte
Aktueller Stand der DIN EN 13480-3
Metallische industrielle Rohrleitungen – Konstruktion und
Berechnung
Current status of the DIN EN 13480-3
Metallic industrial piping - Design and calculation
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 (Rohrleitungstechnische Tagung) im März 2009 in Magdeburg berichtet. Die Norm wurde im Jahre 2002
veröffentlicht und zunächst nur zögerlich, mittlerweile aber doch auf breiter Front, angewendet. Eine gemeinsame europäische Norm „Metallische industrielle Rohrleitungen
– Konstruktion und Berechnung“ zu erstellen, die aus verschiedenen nationalen Regelwerken 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 Anwendung 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.
Entstehung, Geschichte und
aktueller Stand
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, zuständig für EN 13480-3, und der WG 8, der „Maintenance Group“.
2
3R international (48) Heft 5/2009
Die „Final Draft Version“ der EN 13480-3 wurde 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 Committee“, 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 speziell 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. Unmittelbar nach Erscheinen der Norm wurde
beim TC267 ein „Helpdesk“ (WG 8) mit der
Zielsetzung installiert, eingehende Fragen innerhalb von 30 Tagen zu beantworten.
Ein Gremium, das sich in Deutschland sehr
schnell mit den Unzulänglichkeiten der EN
13480-3 auseinandersetzte, ist der FDBRAK Rohrleitungen. Sein Verdienst ist das
„legendäre“ Merkblatt FDBR-MB 7, das erste
Korrekturvorschläge enthält. Alle von deutscher Seite eingegangenen Korrekturen und
Vorschläge wurden im FDBR-Arbeitskreis
„Festigkeitsberechnung und Technische
Regelwerke“ (FuTR) gesammelt und bearbeitet. Dieser Arbeitskreis ist mittlerweile
als Gemeinschaftsarbeitskreis FDBR „Festigkeitsberechnung / Technische Regelwerke“
/ DIN NA082-00-17 AA „Rohrleitungen“ offizielles 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) einbringen. Über diese Ergänzungen zur Norm
wird dann üblicherweise mittels „Unique
Acceptance Procedure“ (UAP) durch die Mitgliedsländer abgestimmt. Die UAP ist ein
einstufiges Annahmeverfahren, das vorbereitete Dokument (Amendment) wird europaweit
zur schriftlichen Abstimmung innerhalb eines
vorgegebenen Zeitraums gestellt. Die Anhänge O und P sind auf diese Weise entstanden,
Fachberichte
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 beschlossen, alle Teile der EN 13480 zu überarbeiten.
Zieltermin für die Neuausgabe der EN 134803 ist das 1. Quartal 2010.
Im Folgenden werden die wesentlichen Korrekturen und Ergänzungen in verschiedenen
Abschnitten der Norm sowie in den Anhängen
beschrieben. Es schließt sich die Behandlung
des Abschnitts Rohrhalterungen mit den zugehörigen Anhängen an.
Abschnitt 6.4 Reduzierstücke
Der 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 inhaltlichen Gestaltung des Abschnitts zusätzliche
Gleichungen und Hinweise gegenüber BS
5500 aufzunehmen. So wurden z. B. Gleichungen ergänzt, die eine Bestimmung des
zulässigen Drucks PS eines Reduzierstücks
erlauben – also praktisch die Probe, ob die
Auslegung richtig erfolgt ist. Diese zusätzlichen Passagen verwirren allerdings z. T.
mehr, als dass sie helfen.
Bei der Dimensionierung eines Reduzierstücks treten zwei grundsätzliche Probleme
zutage:
Bild 1: Geschmiedete Spezialreduzierstücke,
alternative Bauform
(Vorschlag) [Bild
6.4.10-2]
Fig. 1: Special
forged reducers,
alternative solution
(proposal) [Fig.
6.4.10-2]
Aus den Ergebnissen solcher FEM-Analysen
wurde der Vorschlag abgeleitet, unter bestimmten Umständen auf die Einhaltung der
Länge 2l2 zwischen zwei Zylinder-/Konusverbindungen ohne zusätzliche Nachweise zu
verzichten.
Der inzwischen akzeptierte Vorschlag an
CEN/TC267 sieht vor, den folgenden Text zusätzlich in Abschnitt 6.4.5 einzufügen:
Der Konus kann auf eine Länge kleiner als
2l2 reduziert werden, wenn beide der folgenden Bedingungen erfüllt sind.
Die nach Abschnitt 6.4.6 oder 6.4.7 berechnete Wanddicke e2 ist über die gesamte Länge des Konus vorhanden.
Die Verbindung Konus / Zylinder am kleinen
 Das erforderliche Vorgehen bei der DimenDurchmesser ist entsprechend Abschnitt
sionierung entspricht nicht der Reihen6.4.8 ausreichend dimensioniert.
folge, in der die Gleichungen aufgeschrieben sind. Zunächst müssen die zylindri- Durchgeführte FEM-Analysen zeigen, dass
schen Teile des Reduzierstücks (großer eine Verkürzung des Konus auf eine Länge
und kleiner Durchmesser) entsprechend kleiner als das geforderte Maß 2l2 unter den
der Gleichungen in Abschnitt 6.1 dimen- genannten Randbedingungen zulässig ist.
sioniert werden. Danach ist der maßgebli- Damit wird die Dimensionierung von Reduche Durchmesser Dk zu bestimmen, wozu zierungen geringer Durchmesserdifferenzen
einige Gleichungen aus den Abschnitten nach EN 13480-3 ermöglicht.
6.4.5 und 6.4.6 bzw. 6.4.7 auszuwerten
Im Abschnitt 6.4.10 Geschmiedete Spezialsind, bevor man die Wanddicke des Kegels
reduzierstücke wird die bisher fehlende
gemäß Abschnitt 6.4.4 bestimmen kann.
Gleichung (6.4.10-5) sowie eine Erläuterung

Die Ergebnisse werden z. T. iterativ
ergänzt:
bestimmt, indem Annahmen für Wanddicken zu treffen sind, die dann durch Auser = max (ecyl; ej)
(6.4.10-5)
werten von Gleichungen bestätigt wermit ecyl entsprechend Abschnitt 6.1 und ej
den oder zu korrigieren sind. Das führt
nach Gl. (6.4.7-4)
u. a. dazu, dass Berechnungsprogramme,
abhängig von der Genauigkeitsschranke der
durchgeführten Iteration, unterschiedliche In Bild 6.4.10-1 wurden einige kleine KorrekResultate liefern, was bereits zu Diskussio- turen vorgenommen. Eine alternative Baunen mit Benannten Stellen geführt hat.
form wird als Bild 6.4.10-2 aufgenommen
– Bild 1.
Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn nur
geringe Nennweitenunterschiede mittels Reduzierstück zu verbinden sind. In diesen Fäl- Abschnitt 8.4
len kann die geforderte Länge 2l2 zwischen Einzelausschnitte
zwei Zylinder-/Konusverbindungen nicht im- Die Berechnung schräger Stutzen sollte anamer eingehalten werden. In der Konsequenz log TRD 301 bzw. TRD 303 erfolgen und damit
bedeutet das u. U., dass Benannte Stellen ein den auch in EN 12952-3 enthaltenen Berechanderes Nachweisverfahren fordern, was da- nungsregeln entsprechen. Dieser Vorschlag
mit endet, dass FEM-Analysen durchgeführt der deutschen Delegation wurde bereits 1996
werden müssen.
in der WG C akzeptiert. Allerdings dauerte
es bis zum Frühjahr 2001, bis die entsprechenden Bilder dann auch tatsächlich in den
„Drafts“ auftauchten. Im letzten Schritt der
Bearbeitung der Norm – im „Editing Committee“ – 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, diesen Fehler nun endlich korrigieren zu können
ohne bei CEN ein „work item“ beantragen zu
müssen, da das TC267 den Umstand akzeptiert hat, dass hier tatsächlich nur ein redaktioneller und kein inhaltlicher Fehler vorliegt.
Abschnitt 12.3
Elastizitätsanalyse
Die grundlegenden Gleichungen zur Durchführung 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 Erhöhung 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 flexibility analysis – einzuführen. Dieser im TC267
bereits akzeptierte Vorschlag zielt darauf ab,
die alte Begrenzung für die Primärspannungen wieder herzustellen.
Problem
In 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
3R international (48) Heft 5/2009
3
Fachberichte
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)
Bereich I
Bereich II
Vorschlag
Ein neues Symbol (Formelzeichen) ff sollte
eingeführt werden.
ff – A
uslegungsspannung 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
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)
austenitischen Stählen und moderaten Betriebstemperaturen – typisch: Speisewasserdruckleitung aus 15NiCuMoNb5-6-4 (WB
36) – zu restriktiveren Spannungsgrenzen
als in der Quelle für den Abschnitt 12, der
FDBR-Richtlinie „Berechnung von Kraftwerksrohrleitungen“, siehe nachfolgendes
Beispiel:
FDBR-Richtlinie:
EN 13480-3:
*resultierend aus fh = min. (fc; f; fcr) (12.1.3-3)
Tab. 1: Spannungsbegrenzungen für Werkstoff 15NiCuMoNb5-6-4 bei TS = 300 °C nach EN 13480-3, FDBRRichtlinie 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-Guideline and proposed change to EN 13480-3
4
EN 13480-3
FDBR-Richtlinie
Vorschlag
Primärspannungen
Gl. (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
Sekundärspannungen
Gl. (12.3.4-1)
fa = 276 MPa
Sa = 207 MPa
fa = 276 MPa
Primär+ Sekundärspannungen
Gl. (12.3.4-2)
fh + fa = 479 MPa
Sm + Sa = 461 MPa
ff + fa = 530 MPa
3R international (48) Heft 5/2009
In Übereinstimung mit der Druckgeräterichtlinie (DGRL) gilt die Spannungsbegrenzung
Rm/2,4 für die Dimensionierung von Bauteilen (Komponenten) auf Basis von Membranspannungen. 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 Konsequenzen dieser Änderung für eine Rohrleitung aus
dem Werkstoff 15NiCuMoNb5-6-4 bei TS =
300 °C. Die zulässigen Spannungen zur Be­wertung ständig wirkender Lasten und der
Summe aus ständig und gelegentlich wirkenden oder außergewöhnlichen Lasten wer­den damit wieder auf das Niveau der
FDBR-Richtlinie gebracht. Die zulässigen
Spannungen zur Bewertung wechselnder
Sekundärlasten sind gegenüber der FDBRRichtline in diesem Fall erhöht, was auf die
oben erwähnte Reduzierung des Sicherheitsbeiwertes zurückzuführen ist.
Amendment 1: 2005-11,
Anhang O (normativ)
Alternatives Verfahren
für die Prüfung von
Abzweigverbindungen
In Abschnitt 8 Ausschnitte und Abzweige wurde ein Verweis auf den normativen Anhang O
aufgenommen, der ein alternatives Berechnungsverfahren für Ausschnitte, Ausschnittverstärkungen und Abzweige beinhaltet. Das
im Anhang O beschriebene Verfahren basiert
auf Traglastverfahren und Lasteinspielung,
Fachberichte
die Angabe von Quellen (Literatur) wurde
leider versäumt. Folgende Vorteile gegenüber
dem Standardverfahren in Abschnitt 8 werden hervorgehoben:
Tab. 2: Vergleich EN 13480-3 Abschnitt 8, Anhang O und ASME B31.1 – Abmessungen und Berechnungsdrücke
Table 2: Comparison EN 13480-3 clause 8, Annex O and ASME B31.1 – dimensions and calculation pressures
Dm
in mm
dm
in mm
es
in mm
eb
in mm
pc
in MPa
200
80
20
20
16,78
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

Besonders
geeignet
für
„Große
Aus­
Beispiel Nr.
schnitte“
1

Berücksichtigung von Biege- und Torsionsmomenten ist zusätzlich zur Berück2
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 Bewertungsverfahren.
Das Verfahren darf nicht auf Abzweige angewendet 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.
bei denen bereits Plastifizieren/Fließen einsetzt.
Dem Anhang O ist mittels UAP zugestimmt
worden.
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 Abschnitt 6.1.
Das deutsche Spiegelgremium DIN NA08200-17 AA – im Wesentlichen repräsentiert
durch den FDBR-AK „Festigkeitsberechnung
/ Technische Regelwerke“ – hat versucht,
diesen Anhang O zu verhindern oder zumindest einer tieferen fachlichen Überprüfung
zu unterziehen, da Bedenken bezüglich der
Anwendung des Verfahrens auf Ausschnitte
in dünnwandigen Schalen bestehen.
Die Tabellen 2 und 3 zeigen anhand einiger
Beispiele einen Vergleich zwischen den Berechnungsverfahren. Es wurde von gegebenen 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.
Deutschland war das einzige europäische
Land, das den Anhang O in dieser Form abgelehnt hat. Da die UAP jedoch zu diesem
Zeitpunkt bereits eingeleitet war, konnten nur
noch die offensichtlichen Fehler in Gleichungen und Diagrammen korrigiert werden.
Die Symbole es und eb stehen für „ermittelte
Wanddicken“. Falls damit ausgeführte (gemessene) 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 verwendenden Verschwächungsbeiwerte abhängig von
den Wanddickenverhältnissen ändern.
Die Gleichungen (O.3.1-1) und (O.3.1-2) zur
Bestimmung des zulässigen Drucks in geraden 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,
Die Beispiele zeigen, dass für dünnwandige
Abzweige z.T. wesentlich geringere Wanddicken ermittelt werden, als mit dem Standard-
verfahren nach Abschnitt 8. Zum Vergleich
wurde noch die Berechnung nach ASME
B31.1 [3] mit aufgenommen. Die Abweichungen zwischen EN 13480-3 und ASME B31.1
sind durch die unterschiedlichen Verfahren
– Flächenvergleichsverfahren/Flächenersatzverfahren – 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 Bewertung 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 1591
Die erste Ausgabe der EN 13480-3 behandelt
die Berechnung von Flanschverbindungen in
Rohrleitungen recht stiefmütterlich im Abschnitt 6.6 Verschraubte Flanschverbindungen. 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
Beispiel Nr.
dm / Dm
Dm / es
eb / es
es nach
Abschnitt 8
in mm
es nach
Anhang O
in mm
Abweichung
Anhang O
es nach
ASME B31.1
in mm
Abweichung
ASME 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.
3R international (48) Heft 5/2009
5
Fachberichte
die P-T-Ratings hinausgehenden Einsatz, als
auch über das Festigkeits- und Dichtheitsverhalten der Flanschverbindung, was ja letztlich
auch von Schrauben und Dichtung abhängt,
untersagt. Besser wäre an dieser Stelle: „ ...
darf der Flansch nach der Druck- / Temperaturzuordnung – soweit anwendbar – gewählt
werden.“
Bild 4: Verbindung von Federhänger und Zwischentragwerkskonstruktion [Bild 13.1.4-2]
Fig. 4: Spring support to steel Intermediate
structures [Figure 13.14.4-2]
unterschieden. Vergleicht man die Anzahl
der Änderungen des Abschnitts 13 mit den
anderen Teilen der Norm, so sind überdurchschnittlich viele Änderungen notwendig. Ein
sehr großer Teil sind den Sinn verändernde
Übersetzungsfehler bzw. unglücklich gewählte Übersetzungen. In der deutschen Version
lautet der Titel „Abstützungen“ – die wörtliche Übersetzung des englischen Titels „SupDem Anhang P wurde ebenfalls mittels UAP
ports“. Üblicherweise werden im englischen
zugestimmt.
Sprachgebrauch alle Rohrhalterungen, d. h.
Unterstützungen und Abhängungen, als „supDer Anhang P enthält:
ports“ bezeichnet – die sinnvollere Überset Hinweise zur Anwendung der EN 1591
zung ist „Rohrhalterungen“.

empfohlene
Dichtungswerkstoffe
für
inAnhand einiger Beispiele soll demonstriert
dustrielle Rohrleitungen
wie unglücklich gewählte Begriffe und

Dichtungskennwerte in erster Linie werden,
für
Weichstoffdichtungen sowie Kammprofil- Übersetzungen den Leser verwirren können.
dichtungen mit Grafitauflage
In der Legende von (Bild 4) „Verbindung zu
Stahltragwerk“ [Bild 13.1.4-2] befinden sich
folgende Erläuterungen:
Amendment 3: 2009-01,
Diverse Änderungen
aufgezeigt, das Festigkeitsverhalten einer Das Amendment 3 enthält Korrekturen zu
Abschnitt 2, zu den Unterabschnitten 8.4.3,
Flanschverbindung zu bewerten:
13.1.4, 13.3.1, C.1.1, D.4.1, E.2.1.1 sowie zu

Auswahl nach P-T-Ratings d. h. Anwen-den Anhängen H und N und zum Literaturverdung der EN 1092
zeichnis und wurde per UAP im April 2008

Anwendung
des
Taylor-Forge-Verfahrens,
angenommen.
siehe auch EN 13480-3 Anhang D (normativ)
 Anwendung der EN 1591 – wenn beson- Amendment 4:
dere Anforderungen an die Dichtheit ge- UAP gestartet 2009-04,
Anhang Q (informativ)
stellt werden.
Dass die Berechnung von DIN – Flanschverbindungen nach dem Taylor-Forge-Verfahren
meist nicht funktioniert, ist bekannt. Mit der
Anwendung der EN 1591 wurde der Berechner 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 Dichtungskennwerte 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 ausreichend.
Mit dem informativen Anhang P wurde versucht, diese Lücke zu schließen und die
Anwendung der EN 1591 im Rohrleitungsbau
besser zu etablieren. Zudem enthält der Anhang 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 Anforderungen gegeben sind, muss der Flansch
nach der Druck- / Temperaturzuordnung gewählt werden.“, ist nach Auffassung der Autoren unglücklich gewählt. Damit wird implizit das Nachdenken, sowohl über einen über
6
3R international (48) Heft 5/2009
Vereinfachte Analyse von
Spannungen in Rohrleitungen
Die EN 13480-3 beinhaltet bisher keine
Regeln für eine vereinfachte Spannungsanalyse (Verlegerichtlinie), wie sie in anderen
Regelwerken üblich ist. Im Entwurf der Norm
existierte wenigstens noch eine Stützweitentabelle, sie wurde aber nicht in die erste Ausgabe 2002 übernommen. Aus einem deutschen
Vorschlag entstand der Anhang Q. Dieser
Anhang beinhaltet eine Berechnungsmethode
zur Festlegung der zulässigen Stützweiten sowie 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 unterscheiden sich geringfügig von den Werten im AD
2000-Merkblatt HP 100 R.
Abschnitt 13: Rohrhalterungen
Eine der größten „Baustellen“ der EN 134803 ist der Abschnitt 13 mit den damit verbundenen Anhängen. Bei den Änderungen wird
zwischen
 [ ge ] = general / allgemein
 [ te ] = technical / fachlich
 [ ed ] = editorial / redaktionell
 [ tr ] = Übersetzung
 (A) Rohr
 (B1) Rohrschelle
 (B2) Rohrtragelement
 (B3) Zwischentragwerkskonstruktion, vom
Hersteller der Aufhängung einzubauen
 (C) Tragwerk
Auch ein Blick in die englische Originalfassung der Norm hilft nicht wesentlich weiter:

(B3)
secondary
or
intermediate
work, to be constructed by the support
manufacturer
Hier treffen gleich mehrere unglückliche Umstände zusammen: sicherlich ist die deutsche
Übersetzung nicht das, was die Ersteller der
Norm beabsichtigten. Eine wortwörtliche Erfüllung der Norm, wie häufig pauschal in Spezifikationen gefordert, führt im Zweifelsfall
zu Diskussionen bzgl. der verschiedenen Lieferumfänge, zumal das im Bild dargestellte
Zwischentragwerk u. U. in den Bereich des
Baurechts fällt.
Ein weiteres Beispiel für verwirrende Formulierungen im Abschnitt „13.1.3 Zusätzliche
Begriffe“ ist die Definition
„13.1.3.1 Verankerung: starre Vorrichtung,
die an der Stützstelle die gesamte relative Verdrehung und Verschiebung der Rohrleitung
bei Auslegungstemperatur und -belastung
verhindert und selbst Bewegungen unterworfen sein kann“.
Ein Blick in die englische Version zeigt, welcher Typ von Rohrhalterung eigentlich gemeint 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, under 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-
steel
Fachberichte
Die Liste der Korrekturen der deutschen
Übersetzung ist relativ umfangreich. Als abschließendes Beispiel aus der Gruppe der
„Übersetzungsfehler“ soll hier noch die Definition von Gelenkstreben erwähnt werden:
„13.1.3.9 Gelenkstrebe: Einrichtung, die die
Rohrleitung in einer Ebene hält; gilt üblicherweise für dynamische Belastung“
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)
wegt sich doch!“ denken. Bei der Diskussion
in der Working Group 3 des TC 267 wurde
auch die Formulierung „... und selbst Bewegungen unterworfen sein kann“ geklärt. Damit sind Anschlusspunkte an Behälter o. ä.
gemeint, die in einigen Berechnungsprogrammen 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 Verdrehung und Verschiebung der Rohrleitung
bei Auslegungstemperatur und -belastung
verhindert.“
Das englische Original beschreibt die Funktion von Gelenkstreben deutlicher, denn Gelenkstreben 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 üblicherweise für dynamische Belastung eingesetzt wird.“
Im Definitionsteil des Abschnitts 13 sind
zusätzlich einige nicht allgemeingültige
Detaildarstellungen in den Abbildungen zu
finden. So zeigt (Bild 5) „An das Rohr angeschweißte Abstützung“ [Bild 13.1.5-1]
zwei Schweißnähte.
Legende:
(A) Rohr
(B) Rohrtragelement
(C) Tragwerk
Bild 6: Verbindung zu Stahltragwerk [Bild 13.1.41] (akt. Norm)
Fig. 6: Connections to steel structures [Figure
13.1.4.-1] (act. Standard)
Bei Rohrstützen mit DN 900 ist es bis zu einer gewissen Länge möglich, die Rohrstütze,
wie im linken Bild dargestellt, am Rohr anzuschweißen. 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) „Verbindung zu Stahltragwerk“ [Bild 13.1.4-1] in dem
3R international (48) Heft 5/2009
7
Fachberichte
(Auslegung im Streckgrenzbereich) und
(für Bauteile mit einer Auslegungstemperatur
im Zeitstandbereich)
Für Bauteile, die im Streckgrenzbereich
ausgelegt werden, wird das übliche Sicherheitsniveau 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 Zeitstandfestigkeit nach Werkstoffnorm bei Berechnungstemperatur t und betrachteter Lebensdauer
von 200.000 h (wobei die übliche Streuung
von max. ± 20 % des Mittelwertes vorausgesetzt wird).
Bild 7: Verbindung zu Stahltragwerk [Bild 13.1.4-1] (Änderungsvorschlag)
Fig. 7: Connections to steel structures [Figure 13.1.4.-1] (modification proposal)
ein Festpunkt, also eine Sonderkonstruktion
dargestellt ist. Die meisten Anwender der
Norm werden aber möglichst standardisierte 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 Abbildung beizubehalten, da sie in dieser Form
auch im CODETI [4] abgebildet ist. Als Kompromiss wird in der nächsten Version der
Norm neben dem Festpunkt als Sonderkonstruktion auch eine Abstützung aus standardisierten Bauteilen abgebildet, wie in (Bild 7)
dargestellt.
Abschnitt 13.3.7: Bestimmung
der Bauteilabmessungen
Größere Änderungen waren im Abschnitt
„Bestimmung der Bauteilabmessungen“ notwendig. Im Abschnitt 13.3.7.2 „Spannungen“
findet sich die folgende Definition:
„Die einzelnen oder äquivalenten Spannungen dürfen die in [Tabelle 13.3.7-1] und
[Tabelle 13.3.7-2] angegebenen zulässigen
Spannungen nicht überschreiten.
Der Wert der kombinierten Spannung
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 unterschiedliche 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 „vonMises“-Vergleichsspannung gefordert. Bei der
Überarbeitung dieses Abschnitts wurde für
die Schubspannung das üblicherweise verwendete 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 Abschnitt 13.3.7.2 definiert. Dabei handelt es
sich um zwei unterschiedliche Definitionen:
Table 4: Permissible stress for normal operating conditions (act. Standard)
zul. Spannungen (normale Betriebsbedingungen)
8
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
3R international (48) Heft 5/2009
Damit ist die zul. Spannung im Zeitstandbereich
 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 Definition für die Rohrleitungsberechnung. Für
Rohrhalterungen wird ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor von 1,25 verlangt:
 f = 0,64 Mittelwert der Zeitstandfestigkeit
bei 200.000 h oder

f = 0,8 Mindestwert der Zeitstandfestigkeit 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 unwirtschaftliche Anforderung ist erst in den weiteren Definitionen zu erkennen. In Abschnitt 13.3.7.3
und 13.3.7.4 werden für „Lineare Abstützungen“ 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 dafür 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 berechnet werden; die dafür zulässigen Spannungen
müssen [Tabelle 13.3.7-2] entsprechen.“
Tab. 4: Zulässige Spannungen für normale Betriebsbedingungen (akt. Norm)
Spannungsart
se
(!!!)
(!!!)
In Tabelle 4 sind die zul. Spannungen aus
[Tabellen 13.3.7-1] und [Tabellen 13.3.7-2] für
„normale Betriebsbedingungen“ gegenübergestellt.
Beim direkten Vergleich wird deutlich, dass
bei Verwendung der Schalen- / Plattentheorie
die zul. Biegespannung 50 % über dem üblichen Wert liegt. Bei genauerer Betrachtung
Fachberichte
(maximale Einstellkraft)
Tab. 5: Zulässige Spannungen für normale Betriebsbedingungen (Änderungsvorschlag)
FN = 1,15 FD.max
Table 5: Permissible stress for normal operating
conditions (modification proposal)
Spannungsart
nachträgliche Verstellmöglichkeit + 15%
zul. Spannungen
(normale Betriebsbedingungen)
Zug
sa
1.0 f
Biegung
sb
1.0 f
Schub
t
0.6 f
Vergleich
se
1.0 f
FD.max
(maximale Einstellkraft)
planmäßiger Einstellbereich
ergibt sich mit der Definition von f (f = fCR /
1,25) das folgende Spannungsniveau:
FD.min
(minimale Einstellkraft)
 1,5 f = 0,96 Mittelwert der Zeitstandfestig-keit bei 200.000 h oder
 1,5 f = 1,2 Mindestwert der Zeitstandfestigkeit bei 200.000 h.
Diese Faktoren sprechen eigentlich für sich
und benötigen keinerlei weitere Erläuterungen. Der Grund für diese „fragwürdigen“
Definitionen ist die 1:1-Übernahme aus dem
franz. Regelwerk CODETI.
Der deutsche Änderungsvorschlag unterscheidet nicht mehr die verwendete Berechnungstheorie; die zul. Spannung wird, wie
üblich, als
definiert. Für die einzelnen Spannungen ergeben 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 Betriebsbedingungen betragen ca. das 1,2fache der zul. Spannungen für normale Betriebsbedingungen.
nachträgliche Verstellmöglichkeit - 15%
Fmin = 0,85 FD.min
(minimale Einstellkraft)
Bild 8: Einstellbereich für Konstantstützen [Bild I.1-2]
Fig. 8: Adjustment range for constant load support [Figure I.1-2]
„Konstanthänger/-stützen müssen Querbeanspruchungen von bis zu 30 % der Nennbelastung widerstehen können. Werden höhere
Querbeanspruchungen erwartet, so ist bei
der Konstruktion die Aufnahme von Gleitflächen in Betracht zu ziehen.“
Die Anforderung „Konstanthänger müssen
eine Querbeanspruchung von 30 % widerstehen“ 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 Forderung „30 % Querbelastung“ ist, verglichen
mit deutschen Regelwerken, unüblich und unrealistisch. 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 (unabhängig vom Funktionsprinzip des Hängers)
stehen in keinem Verhältnis zum Einsatz geeigneter Gleitflächen (z. B. PTFE).
Von dem deutschen Spiegelgremium wurde
die Formulierung „Konstanthänger müssen
Für Rohrhalterungen, die NICHT im Zeitstandbereich eingesetzt werden, sind höhere Biege- und Vergleichsspannungen zulässig:

Für Rohrhalterungen analysiert mit der
Platten- oder Schalentheorie:
 normale Betriebsbedingungen:
sb ≤ 1.5 f, se ≤ 1.5 f

Für doppeltsymmetrische, massive Querschnitte:
 normale Betriebsbedingungen:
sb ≤ 1.1 f, se ≤ 1.1 f
Abschnitt 13.5.1.2:
Konstanthänger/-stützen
Bild 9: Einstellbereich für Federstützen [Bild I.2-1]
In der aktuellen Ausgabe der EN 13480-3
findet sich im Abschnitt 13.5.1.2
„Konstanthänger/-stützen“ die folgende Anforderung:
Fig. 9: Adjustment
range for variable
spring supports
[Figure I.2-1]
3R international (48) Heft 5/2009
9
Fachberichte
Bild 10: Typische
Prüfkurven von
Schwingungsdämpfern [Bild I.3-1]
(akt. Norm)
Fig. 10: Typical
test curves for
shock arrestors
[Figure I.3-1]
(act. Standard)
(a)Verschiebung/Kraft
(b) Verschiebung
(c)Kraft
d)Dämpfungskraft
(e)Leerweg
(f)Zeit
a) Prüfung der Dämpfungskraft
(a) Geschwindigkeit/Kraft
(b) Geschwindigkeit
(c) Nennlast
(d) Kraft
b) Prüfung des Leerwegs
(e) Entlüftungsgeschwindigkeit
(f) Aktivierungsgeschwindigkeit
(g) Geschwindigkeit
c) Prüfung der Aktivierungsgeschwindigkeit
F
+FN
F
Sb
S
t
t
S
Sa
a) Kolbenstangen – Zeit-Diagramm
- FN
b) Kraft-Zeit-Diagramm
Sb
c) s chematisches KraftWeg-Diagramm
Bild 11: Typische Prüfkurven von Stoßbremsen [Bild I.3-1] (Änderungsvorschlag)
Fig. 11: Typical characteristics of shock arrestors [Figure I.3-1] (modification proposal)
für einen Schrägzug von 4° ausgelegt sein.
Konstantstützen müssen einer Querbelastung von 10 % der Solllast widerstehen. Treten
Querbewegungen auf sind geeigneten Gleitflächen vorzusehen.“ vorgeschlagen.
Abschnitt 13.5.2.2:
Federstützen
Auch im Abschnitt 13.5.2.2 „Federstützen“
ist eine unrealistische Anforderung zu finden:
„Federstützen müssen Querbeanspruchungen von bis zu 30 % der Nennbelastung
aufnehmen können. Werden Querbeanspruchungen 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-
10
3R international (48) Heft 5/2009
derstehen. Treten Querbewegungen auf sind
geeigneten Gleitflächen vorzusehen.“
Anhang I:
Fertigungsprüfungen von
federnden Halterungen und
Stoßbremsen
Die Bilder im Anhang I wurden überarbeitet.
Abgesehen von ein paar falsch positionierten
Pfeilen in Bild 8 „Einstellbereich für Konstantstützen“ [Bild I.1-2] wurde die Abbildung
nur redaktionell bearbeitet, der neue Titel lautet: „Einstellbereich für Konstanthänger/-stützen“. 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 Federstützen“ [Bild I.2-1] definiert, der neue Titel lautet: „Einstellbereich für Federhänger/
-stützen“. Zwei Erläuterungen „(a) Abwärtsbewegung 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 tolerance“.
Die am schwierigsten zu verstehende bzw.
nachzuvollziehende Abbildung ist Bild 10
[Bild I.3-1]. Die deutsche Bildunterschrift
lautet: „Typische Prüfkurven von Schwingungsdämpfern“, in der englischen Ausgabe
ist „Typical test curves for shocks arrestors“
zu finden, dabei handelt es sich bei Stoßbremsen 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 motion test“. Eine bessere Übersetzung von „Drag
force test“ wäre „Messung des Verstellwiderstandes“. Das zweite Bild soll die „Prüfung
der Aktivierungsgeschwindigkeit“ darstellen.
Alle drei Bilder entsprechen nicht den üblichen 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 Rohrhalterungen
Im normativen Anhang J wird eine Baumusterprüfung von „Abstützungsbauteilen“ definiert. Im Gegensatz zu der Eignungsprüfung
gem. KTA 3205.3 oder der Typenprüfung
gem. VGB R 510 L werden bei der Baumusterprüfung die Funktion bzw. die Funktionsdaten (z. B. Lastabweichungen von Feder- oder
Konstanthängern) nicht überprüft. Die Baumusterprüfung ermittelt ausschließlich die zulässige Betriebslast. Die Anforderung lautet:
„Als zulässige Betriebslast ist die ermittelte kleinste Prüflast zu verwenden, bei der
die Bruchgrenze (Bruchlast FU), Fließgrenze
(Fließlast Fy) bzw. Knickgrenze (Knicklast FB)
erreicht wird, wobei für das betreffende Bauteil der nach [Tabelle J.4-1] niedrigste Wert
zu verwenden ist.“
Fachberichte
Tabelle 6 definiert die „Durch Prüfung ermittelte Nennlast“ [Tabelle J.4-1]. Auf den
ersten Blick erinnert diese Tabelle an deutsche 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 physikalische 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, verwendet wird. In diesem Zusammenhang ist eine
Knicklast recht sinnlos.
Tab. 6: Durch Prüfung ermittelte Nennlast [Tabelle J.4-1] (akt. Norm)
Table 6: Rated load derived by testing (act. Standard)
Zulässige Last auf Grundlage der
Typ der Halterung
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 oder
Stoßbremse
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
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 verwenden ist.“
Tab. 7: Durch Prüfung ermittelte Nennlast [Tabelle J.4-1] (Änderungsvorschlag)
Table 7: Rated load derived by testing (modification proposal)
Zulässige Last auf Grundlage der
Typ der Rohrhalterung
Fließlast
Stabilitätslast,
Knicklast
FU / 4.0 oder
FU / (2.4 K1)
FY / (1.6 K2)
FS / 2.5
FU / 4.0 oder
FU / (2.4 K1)
FY / (1.6 K2)
FB / 2.5
starre Halterungen
Hängerschellen
Zusätzlich wurde ein Hinweis bzgl. der Stabilitätslast aufgenommen:
Hänger
„Anmerkung: Versagen durch Instabilität
kann in den verschiedensten Formen wie Knicken, Biegeknicken, Biegedrillknicken, Beulen
sowohl elastisch als auch plastisch auftreten.“
Stoßbremsen
Die Tabelle wurde den üblichen Anforderungen angepasst (Tabelle 7).
Bruchlast
Gelenkstreben
Federstreben
(Sway brace)
auf Druck belastete
Rohrhalterungen
Anhang L: Knicken von
stabförmigen Abstützungen
Der informative Anhang L behandelt das
Knicken von stabförmigen Abstützungen.
Bei den grundlegenden Gleichungen kann,
durch unglücklich gewählte Symbole bzw.
Schreibfehler, beim Leser Konfusion auftreten. 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 Schlankheitsgrad wird als l = Ib / r definiert und soll
kleiner 200 sein. Das Berechnungsverfahren
unterscheidet elastisches Knicken und plastisches oder elastischplastisches Knicken.
Elastisches Knicken beginnt bei Schlankheitsgraden l ≥ lc . Für die beiden Bereiche wird
die zul. Druckspannung sa definiert:
an beiden Auflagern ist aber eine Neigung der
Biegelinie möglich (Bild 13).
Besonders aufwändig ist die Korrektur des
letzten Abschnitts des Anhangs L: „Überprüfung der Knicksicherheit für Bauteile, die
gleichzeitig mit axialer Druckbeanspruchung
Die Formel sa (l < lc) beinhaltet einen Fehler: 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 französischen Regelwerk CODETI eingeschlichen
hat. Die Darstellung der beiden Gleichungen
als Diagramm zeigt den Fehler (Bild 12).
Die Bilder der [Tabelle L.5-1] müssen größtenteils überarbeitet werden, da die Randbedingungen der Knickbiegelinien undeutlich bzw.
falsch dargestellt sind. Als Beispiel soll hier
eine Variante des 3. Eulerknickfalls (Drehfeder
statt einer starren Einspannung) gezeigt werden. An beiden Enden ist die Knickbiegelinie
mit einer waagerechten Tangente dargestellt,
Bild 12: Zulässige Druckspannung in Abhängigkeit
vom Schlankheitsgrad
Fig. 12: Permissible compression stress in dependence of slenderness ratio
3R international (48) Heft 5/2009
11
Fachberichte
F
F
L
0,7 < K < 1
Bild 13: Darstellung der Knickbieglinie - aus
[Tabelle L.5-1]
Fig. 13: Picture of buckling-bending line – taken
from [Table L.5-1
und Biegemomenten belastet werden“. Für
derartig belastete Bauteile sind die folgenden
beiden Gleichungen [L.5-1] und [L.5-2] einzuhalten:
Stoßbremsen) und Abschnitt 13 (Rohrhalterungen) eingefügt.
Abschnitt 11: Feste Anbauteile
Im Abschnitt 11 wird die Spannungsermittlung für rohrförmige und rechteckige Anbauteile definiert. Eigentlich gehören Rund- und
Flachnocken zur Rohrleitung und nicht zu den
Rohrhalterungen, doch ist diese Schnittstelle
zwischen Rohrstatik und Rohrhalterungskonstruktion nicht rückwirkungsfrei.
Die Berechnungsmethode ist aus verschiedenen 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 Spannungsanalyse die Eingabegrößen der Berechnung der Anbauteile bereitstellt. (Wurde auf Wunsch der
französischen Delegation nicht umgesetzt.)
Mit der Definition der Gleichungen ist der Anhang L beendet. Der Anwender muss sehr viel
Erfahrung mit ausländischen Regelwerken
haben, um zu erkennen, dass mit „f“ berechnete Spannungen und mit „F“ zulässige Spannungen gemeint sind. Diese Nomenklatur
passt nicht zu dem vorderen Teil der Norm.
Die Indizes „x“ und „y“ kennzeichnen die Biegeachsen 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
Rohrhalterungen
Im Anhang N ist die Dokumentation für Rohrhalterungen geregelt. Die Ausgabe 2002
unterteilt dabei in Werkstoff, Konstruktion,
Fertigung, Prüfung und Zertifizierung für die
drei Halterungsklassen S1 – S3. Die Anforderungen sind recht allgemein gehalten, so
sind für Rohrhalterungen der Klasse S3 alle
Materialien, unabhängig von z.B. der Einsatztemperatur, 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 Zeugnisbelegung detailliert nach den Produktformen, z. B. Federn, Schweißzusätze, Bleche,
Verbindungsmitteln und Kleinteilen, aufgeschlüsselt. Dabei wird die Einsatztemperatur,
ähnlich wie in der VGB R 510 L, berücksichtigt. Im zweiten Teil der Tabelle (Konstruktion,
Fertigung, Prüfung und Zertifizierung) wurden Referenzen auf den Anhang I (Fertigungsprüfungen von federnden Halterungen und
12
3R international (48) Heft 5/2009
der Zeitstandfestigkeit in ähnlicher Weise
wie [Gl. 12.3.5-1].
≤ 1,25 fcr
mit:
0,75 i ≥ 1,
sMT, sPT: zusätzliche Spannungen resultierend aus Eigengewicht, ständig wirkenden
Belastungen und Belastungen durch behinderte Wärmedehnung
Eine weitere Bedingung begrenzt die maximale Spannung im Anbauteil:
Im Zeitstandbereich ist die Vergleichsspannung 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-MisesHypothese:
Vorschlag 2: Korrektur der
„Schreibfehler“
Zum Teil sind in den Formeln des Kap. 11 etliche 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.
 Für rechteckige Anbauteile im Zeitstandbereich wird die resultierende Schubspannung begrenzt auf den Mittelwert der
(Schub-) Zeitstandfestigkeit gem. der vonMises-Hypothese:
Vorschlag 3: Umsortierung des
Abschnitts
Abschnitt 12:
Spannungsanalyse
und Annahmekriterien
(12.2.8 Stützzustände)
Unter dem Aspekt der Benutzerfreundlichkeit und der einfacheren Anwendung soll
der Abschnitt 11 umsortiert werden. Die Berechnungsmethoden für rohrförmige / rechteckige Anbauteile sollen in je einem eigenen
Abschnitt zusammengefasst werden.
Vorschlag 4: Feste Anbauteile im
Zeitstandbereich
In der aktuellen Version der Norm werden die
berechneten Spannungen für das Grundrohr,
das Anbauteil und die Schweißnaht gegen die
Streckgrenze abgesichert. Für den Zeitstandbereich sollen entsprechende Spannungsbegrenzungen aufgenommen werden.
Für das Grundrohr wird die zusätzliche Beziehung aufgenommen:
Die folgende Gleichung begrenzt die Spannungen in der Rohrwand auf den Mittelwert
Im Abschnitt 12.2.8 werden die Stützzustände bzw. die Randbedingungen für die Rohrleitungsberechnung 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 Rohrleitungsberechnungen beschäftigen, verwirrt werden
können. In der aktuellen Ausgabe der Norm
finden sich die Definitionen:
 „Typische Abstützungen sind: Halterungen: Abstützungen, die Kräften und
Momenten in allen Richtungen standhalten, z. B. Verankerungen;“
Die Verwendung üblicher Begriffe erhöht die
Lesbarkeit:
 „ Typische Rohrhalterungen sind: Festpunkte: Rohrhalterungen, die Kräfte und
Momente in allen Richtungen aufnehmen“
Fachberichte
Ein weiteres Beispiel für eine unglückliche
Wortwahl:

„Abstützungen mit variabler Stützkraft:
Abstützungen, deren Fähigkeit zur Aufnahme von Kräften und Momenten in
linearer Beziehung zu Federsteifigkeit und
Verformung steht;“
Damit sind im Allgemeinen Federhänger
bzw. Federstützen gemeint; Drehfedern kommen 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: Rohrhalterung, deren Fähigkeit zur Aufnahme
von Kräften in linearer Beziehung von Federsteifigkeit und Verschiebung steht;“
Auch die weiteren Definitionen dieses Abschnitts werden sich in der nächsten Ausgabe
der Norm geringfügig von der aktuellen Fassung unterscheiden.
Literatur
[1]Specification for Unfired fusion welded pressure vessels – PD 5500:2003 (Herausgeber:
British Standards Institution BSI, 389 Chiswick 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 American 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 (Herausgeber: The American Society of Mechanical
Engineers, New York – USA)
[6]ANSI/AISC 360-05 - An American National Standard: Specification for Structural Steel Buildings (Herausgeber: American Institute of Steel
Construction, INC. Chicago, Illinois – USA)
(Design And Construction Rules For Mechanical
Components Of PWR Nuclear Islands), (Herausgeber: 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 Mechanical Engineers, New York – USA)
Autoren:
Dr.-Ing. Jochen Weber
BHR Hochdruck-Rohrleitungsbau
GmbH, Essen
Tel. +49(0)201/3645486
E-Mail: [email protected]
Dr.-Ing. Heinz-Wilhelm Lange
LISEGA AG, Zeven
Tel. +49(0)4281/713-276
E-Mail: [email protected]
[7]Règles De Conception Et De Construction Des
Matériels Mecaniques Des Îlots Nucléaires Rep
3R international (48) Heft 5/2009
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Power für unsere Kunden
Höchsten Drücken und Temperaturen bis 700 °C
müssen die Hochdruck-Rohrleitungssysteme
standhalten, die wir für Kraftwerke in aller Welt
entwickeln, fertigen und montieren.
Mit einer weiteren Rohrbiegemaschine – sie ist
Europas leistungsfähigste induktive DA 850 Rohrbiegeanlage – hat der BHR die technologische
Unabhängigkeit bei der Fertigung aller für die
Wasser-Dampfkreisläufe in Kraftwerken notwendigen HD-Rohrbiegungen erreicht.
Weiterer Schlüssel zur Erfüllung der steigenden Anforderungen ist der Einsatz von
hoch entwickelten, effizienten Schweißtechniken wie z.B. UP-Engspalt- und Stutzenschweißung in der Vorfertigung, WIG-Orbital-Engspaltschweißung in der Montage
oder Band-Innenplattierung bei Rohrleitungen für die Hauptkühlmittelleitung von
Kernreaktoren. Hier verfügt das Unternehmen über hoch spezialisiertes Know-how.
www.bhr.bilfinger.de
BHR Hochdruck-Rohrleitungsbau GmbH
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