Dichtungstechnik Dichtungen für dynamische und statische Anwendungen (Vorschau)

Die Idealisierung der Dichtung als Feder mit (ggf.
temperaturabhängiger) linearer Federkennlinie setzt
voraus, dass das im Allgemeinen nichtlineare Rückfederungsverhalten
der Dichtung (d. h. die Abhängigkeit
der mittleren Dichtungspressung vom Rückverformungsweg
bzw. von der Spaltvergrößerung s)
durch Messungen bekannt ist. Ein nichtlinearer Kurvenverlauf
wird durch eine im relevanten Belastungsbereich
an die Kurve angelegte Sekante ersetzt. Die
Dichtungssteifigkeiten im Einbau- und Betriebszustand
(c D,KNS,0
und c D,KNS,x
) ergeben sich damit als Produkt der
Dichtungsfläche mit der jeweiligen Sekantensteigung.
Der für die Bestimmung der Sekanten benötigte relevante
Rückverformungsbereich umfasst den Zustand
der maximalen Verpressung bis zu der belastungsabhängigen
maximalen Rückfederung.
Die maximale Verpressung der Dichtung liegt
beim Montagevorgang mit dem Erreichen der Blocklage
vor. Die Flächenpressung in diesem Zustand
(Kennwert KNS
) wird als bekannt vorausgesetzt. Die
maximalen Rückfederungen bzw. Spaltvergrößerungen
im Einbau- und im Betriebszustand sind anfangs
nicht bekannt und können zunächst nur abgeschätzt
werden. Eine verbesserte Anpassung der Sekanten
kann durch eine iterative Vorgehensweise (Rechenlaufwiederholungen
mit variierten Sekantensteigungen
bzw. Federsteifigkeiten) erfolgen.
Soweit keine explizit angegebenen Rückverformungskurven
der Dichtung vorliegen, kann die Federsteifigkeit
auch aus Angaben zu den von der Flächenpressung
abhängigen E-Moduln abgeleitet werden.
Zur Berücksichtigung des Setzens der Dichtung
wird ein Relaxationsfaktor (g KNS
), mit dem die beim
Montagevorgang mit dem Erreichen der Blocklage
auftretende Dichtungskraft abgemindert wird, eingeführt.
Der Kontaktbereich zwischen den beiden verschraubten
Flanschen wird formal als starr angenommen.
Demnach müsste die Kontaktkraft zwischen
den Flanschen am äußeren Rand der Auflagefläche
eingeleitet werden. Durch elastische und plastische
Verformungen wandert jedoch der reale mittlere
Lasteinleitungspunkt weiter nach innen, was im Berechnungsverfahren
überschlägig berücksichtigt wird.
Die für die Berechnung der Gesamtverspannung
benötigten Drehfedersteifigkeiten der Flansche werden
als bekannt vorausgesetzt. Sie können prinzipiell
nach den für KHS-Verbindungen geltenden Berechnungsgleichungen
aus den Regeln [1] bis [3] bestimmt
werden. Bei diesen Gleichungen handelt es sich um
stark vereinfachte und damit ungenaue Ansätze. Bei
der Nachweisführung zu Kraftnebenschlussverbindungen,
einschließlich der Berechnung der sich aus
Flanschblattverdrehungen ergebenden Spaltvergrößerungen
im Dichtungsbereich, wird vorausgesetzt,
dass die Drehsteifigkeit der Flansche nicht überschätzt
wird. Berechnungsbeispiele mit verfeinerten Ansätzen
(FE-Berechnungen) zeigen, dass bei Anwendung der
Gleichungen aus den Regeln [1] bis [3] derartige
Überschätzungen möglich sind. Diese basieren im
Wesentlichen auf den von der Modellannahme abweichenden
realen Querschnittsverformungen der
Flansche, auf dem im Rechenmodell unberücksichtigten
radial wirkenden Innendruck und auf Ungenauigkeiten
der in die Drehsteifigkeit CF eingehenden
Formelgröße hB. Zur Berücksichtigung dieser Effekte
sind – abgestützt auf FE-Berechnungen – folgende
abdeckende Abminderungsfaktoren f für die auf der
Grundlage der Regeln [1] bis [3] berechneten Drehsteifigkeiten
der Flansche CF vorgesehen:
Flansche, bei denen das Rohr mit kegeligem Ansatz
anschließt: f = 0,9
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Dichtungstechnik
Heft 1 / 2011
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