Berechnung großer Flanschverbindungen von ... - GL Group

zusatzkräfte. Für die Versuchsbeispiele wurde zur besseren Vergleichbarkeit auch bei den VDI- An-
sätzen die Elastizität von Schraubenkopf, -mutter und Gewinde vernachlässigt.
4.1 Linearer Ansatz nach VDI 2230
Beim linearen Berechnungsansatz nach VDI 2230 liegt einer SV mit exzentrischem Kraftangriff und
exzentrischer Schraubenanordnung die Forderung zugrunde, daß beginnendes einseitiges Klaffen
vermieden wird. So wird zwangsläufig sichergestellt, daß die Relation Betriebskraft zu Schrauben-
kraft linear ist. Die Dimensionierung einer solchen SV führt oft zu sehr konservativen Ergebnissen
bzw. zur Überdimensionierung. Die in der VDI 2230 zugrundegelegte lineare Druckverteilung zwi-
schen den Trennfugen der gedrückten Flansche führt mit der Bedingung, daß die Druckverteilung an
einem Rand gegen Null geht zu einer Bestimmungsgleichung der erforderlichen Klemmkraft.
Die Exzentrizität a, Exzentrizität der Schraubenanordnung s, usw. sind für die hier behandelte
Flanschverbindung in Abbildung 4.1 skizziert.
Wie bereits erwähnt ist die Forderung, den Beginn einseitigen Klaffens zu verhindern aus konstrukti-
ver Sicht nicht zu begründen ( es muß keine Dichtigkeitsfunktion erfüllt werden, wie z.B. bei Rohr-
leitungen, Schornsteinen,...). Mit der Forderung soll lediglich das nichtlineare Verhalten der Schrau-
benkraft beim Klaffen bzw. der damit verbundene Berechnungsaufwand verhindert werden.
Mit Zunahme der Flanschgrößen von WEA lohnt jedoch u.U. ein erhöhter Berechnungsaufwand. Im
folgenden Abschnitt soll daher auf den nichtlinearen Berechnungsansatz der VDI 2230 eingegangen
werden.
4.2 Nichtlinearer Ansatz nach VDI 2230
Beim nichtlinearen Ansatz erfolgt die Berechnung der Schraubenkraft iterativ durch sukzessive Er-
höhung der Betriebskraft bis zum Bemessungswert der Betriebskraft. Bleibt die Schraubenkraft inkl.
Berücksichtigung der Materialsicherheitsfaktoren unter der Streckgrenze, so ist der Nachweis der
allgemeinen Festigkeit erbracht. Bei der Bestimmung der Vorspannkraft sind Anziehfaktor und Setz-
betrag zu berücksichtigen. Auch beim nichtlinearen Ansatz wird eine lineare Pressungsverteilung in
der Trennfuge angenommen. Die Integration der Pressungsverteilung über die Trennfugenoberfläche
ergibt die resultierende Klemmkraft FK und deren Angriffspunkt, die Klemmkraftexzentrizität sK, (s.
Abb. 4.1). Der als Klemmkraftexzentrizität bezeichnete Abstand zum Flächenschwerpunkt der
Trennfuge wandert bei Erhöhung der Betriebskraft in Richtung des Drehpunktes beim Kantentragen.
Ab einer kritischen Klemmkraftexzentrizität beginnt die Trennfuge einseitig aufzuklaffen. Unter
Berücksichtigung des elastischen Verhaltens (Krümmung der Flansche) wird in jedem Iterations-
schritt die Klemmkraftexzentrizität ermittelt. Anschließendes Kräftegleichgewicht am Druckkörper
ergibt die Schraubenkraft.
Ist die Klemmkraft infolge Aufklaffens theoretisch bis an den linken Rand gewandert, so beginnt das
Kantentragen.
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