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Blindflansch richtig dimensionieren: PN-Stufe nach EN 1092-1 und Dickennachweis im Umfeld der EN 13445

· 4 Minuten Lesezeit
Yurii
Ingenieur für CAD-Automatisierung

Ein Blindflansch sieht einfach aus: eine runde Platte mit Lochkreis. Trotzdem entscheiden bei seiner Auslegung gleich mehrere Nachweise über die Dicke – und nicht immer der, den man erwartet. Dieser Beitrag geht den Weg vom Betriebsdruck bis zur empfohlenen Plattendicke Schritt für Schritt durch.

:::info Werkzeug Der Blindflansch-Rechner führt alle Schritte dieses Beitrags aus und läuft vollständig im Browser. :::

1. Die PN-Stufe nach EN 1092-1​

EN 1092-1 legt die Anschlussmaße von Stahlflanschen fest. Der Blindflansch ist dort der Flanschtyp 05. Für jede Kombination aus Nennweite (DN) und Druckstufe (PN) sind unter anderem festgelegt:

  • Flanschaußendurchmesser D
  • Lochkreisdurchmesser K
  • Anzahl und Größe der Schrauben

Die genormten Druckstufen sind PN 2,5 – 6 – 10 – 16 – 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 250 – 320 – 400. Der Rechner beginnt bei PN 10 und wählt die nächsthöhere Stufe, die den Betriebsdruck abdeckt – sofern sie für die gewählte Nennweite genormt ist:

BetriebsdruckGewählte Stufe
10 barPN 10
12 barPN 16
40 barPN 40
41 barPN 63

:::caution PN ist kein zulässiger Druck Die PN-Stufe ist eine Kennzahl für die Anschlussmaße. Welcher Druck bei welcher Temperatur tatsächlich zulässig ist, hängt vom Werkstoff ab und ist in EN 1092-1 über Druck-Temperatur-Zuordnungen geregelt. Bei erhöhter Temperatur kann ein PN-16-Flansch deutlich weniger als 16 bar aufnehmen. :::

2. Zulässige Spannungen​

Für nichtaustenitische Stähle ergibt sich die Nennberechnungsspannung nach EN 13445-3 aus dem kleineren Wert von Streckgrenze und Zugfestigkeit, jeweils mit Sicherheitsbeiwert:

f = min( R_p0,2/T / 1,5 ; R_m/20 / 2,4 )
f_test = R_p0,2/T_test / 1,05

Der Rechner verwendet vereinfachend den streckgrenzenbasierten Anteil (R_p0,2/T / 1,5 im Betrieb, R_p0,2 / 1,05 bei der Prüfung). Bei Werkstoffen, deren Zugfestigkeit im Verhältnis zur Streckgrenze niedrig ist, sollte das Zugfestigkeitskriterium von Hand gegengeprüft werden.

3. Welcher Nachweis bestimmt die Dicke?​

Die erforderliche Dicke ist das Maximum aus vier Kriterien:

KriteriumIdeeLastfall
Festigkeit (Betrieb)Biegemoment aus Druckkraft × Hebelarm zum LochkreisBetriebsdruck, f
Festigkeit (Prüfung)dasselbe Moment unter PrüfdruckPrüfdruck, f_test
PlastizitätBiegespannung der Kreisplatte bleibt unter der StreckgrenzePrüfdruck
SteifigkeitDurchbiegung in Plattenmitte ≤ 1 mmBetriebsdruck

Zur ermittelten Mindestdicke wird der Korrosionszuschlag addiert und auf die nächste handelsübliche Blechdicke aufgerundet.

Das Steifigkeitskriterium wird oft unterschätzt: Eine Platte kann fest genug sein und sich trotzdem so stark durchbiegen, dass die Dichtung am Innenrand entlastet wird und undicht wird.

Rechenbeispiel: Kreisplatte unter Innendruck​

Die Plattenformeln stammen aus der klassischen Plattentheorie (frei aufliegende Kreisplatte unter Flächenlast). Eingaben: Druck p = 1,6 MPa (16 bar), wirksamer Radius R = 125 mm, Dicke t = 20 mm, E = 200 000 MPa, ν = 0,3.

Maximale Biegespannung in Plattenmitte:

σ = 3 · p · R² · (3 + ν) / (8 · t²)
= 3 · 1,6 · 125² · 3,3 / (8 · 20²) = 77,34 MPa

Durchbiegung in Plattenmitte, mit der Plattensteifigkeit D = E · t³ / (12 · (1 − ν²)):

w = (5 + ν) · p · R⁴ / (64 · D · (1 + ν)) = 0,170 mm

Beide Werte sind Teil der automatisierten Tests des Rechners und auf der Dokumentationsseite als Validierungsfall veröffentlicht.

4. Schrauben und Dichtung​

Bei niedrigem Druck und großer Nennweite bestimmt oft nicht der Betriebsdruck die Schraubenkräfte, sondern das Vorverformen der Dichtung – also die Last, die schon vor jedem Druckaufbau aufgebracht werden muss. Nach dem klassischen Dichtungsmodell mit den Kennwerten m und y:

W_m1 = π · G · b · y

mit dem wirksamen Dichtungsdurchmesser G, der wirksamen Dichtungsbreite b und dem Dichtungskennwert y. Für G = 250 mm, b = 12 mm und y = 11 MPa (Graphit):

W_m1 = π · 250 · 12 · 11 ≈ 103 673 N

Der Rechner vergleicht den vorhandenen Schraubenquerschnitt (Anzahl × Spannungsquerschnitt) mit dem größten Bedarf aus Vorverformung, Betrieb und Prüfung und nennt den maßgebenden Lastfall.

Prüfdruck​

Für die Druckprüfung nach EN 13445-5 gilt als Mindestwert

P_t = max( 1,25 · P_d · f_a / f_T ; 1,43 · PS )

mit der Nennberechnungsspannung bei Prüftemperatur f_a und bei Berechnungstemperatur f_T. Tragen Sie den Prüfdruck aus Ihrer Behälterspezifikation im Rechner ein, wenn er vorliegt – er hat Vorrang vor dem automatisch ermittelten Wert.

Häufige Fehler​

  • PN-Stufe mit zulässigem Druck gleichgesetzt – bei hoher Temperatur ein echtes Sicherheitsrisiko.
  • Korrosionszuschlag vergessen, oder nur auf einer Seite berücksichtigt.
  • Nur den Betriebsfall geprüft. Prüfdruck und Dichtungsvorverformung bestimmen häufig die Auslegung.
  • Standarddicke abgerundet statt aufgerundet.

Begriffe Deutsch – Englisch​

DeutschEnglisch
Blindflanschblind flange
Nennweite / Druckstufenominal size (DN) / pressure class (PN)
Lochkreisdurchmesserbolt circle diameter
Nennberechnungsspannungnominal design stress
Dichtungsvorverformunggasket seating
Korrosionszuschlagcorrosion allowance
Prüfdrucktest pressure

:::caution Hinweis Der Rechner dient der Vorauslegung und bildet EN 13445-3 nicht vollständig ab. Maßgebend sind die aktuellen Ausgaben von EN 1092-1 und EN 13445 sowie die Projektspezifikation. Die Freigabe erfolgt durch eine qualifizierte Fachkraft. :::

Zum Werkzeug: Blindflansch berechnen · Dokumentation

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