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

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:

Betriebsdruck	Gewählte Stufe
10 bar	PN 10
12 bar	PN 16
40 bar	PN 40
41 bar	PN 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:

Kriterium	Idee	Lastfall
Festigkeit (Betrieb)	Biegemoment aus Druckkraft × Hebelarm zum Lochkreis	Betriebsdruck, f
Festigkeit (Prüfung)	dasselbe Moment unter Prüfdruck	Prüfdruck, f_test
Plastizität	Biegespannung der Kreisplatte bleibt unter der Streckgrenze	Prüfdruck
Steifigkeit	Durchbiegung in Plattenmitte ≤ 1 mm	Betriebsdruck

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

Deutsch	Englisch
Blindflansch	blind flange
Nennweite / Druckstufe	nominal size (DN) / pressure class (PN)
Lochkreisdurchmesser	bolt circle diameter
Nennberechnungsspannung	nominal design stress
Dichtungsvorverformung	gasket seating
Korrosionszuschlag	corrosion allowance
Prüfdruck	test 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. :::

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