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Verfahrenstechnik 9/2021

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Verfahrenstechnik 9/2021

BETRIEBSTECHNIK Alles im

BETRIEBSTECHNIK Alles im Einklang Dichtes Flanschsystem mit optimalem Montagedrehmoment Die Festlegung des erforderlichen Montagedrehmoments für ein dichtes Flanschsystem ist eine Herausforderung. Alle Komponenten des Flanschsystems haben ihre individuellen Montagevorgaben, umweltbedingte Anforderungen, wie beispielsweise ein Nachweis nach TA Luft, müssen berücksichtigt werden. Die Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Anlagenbetreiber ist entscheidend, um alles in Einklang zu bringen. Es gibt unterschiedliche Vorgehensweisen für die Auswahl des erforderlichen Montagedrehmoments. Mithilfe von Berechnungsnormen, wie zum Beispiel der DIN EN 1591-1 oder des AD 2000-Regelwerks, werden konventionelle Flanschsysteme analytisch berechnet. Ein konventionelles Flanschsystem gemäß den genannten Berechnungsnormen ist definiert als Flanscheinlass, Flanschauslass, Dichtung und Verbindungselemente (z. B. Schrauben). In der Praxis kommt es häufiger vor, dass ein Flanschsystem durch zusätzliche Komponenten erweitert wird. Dies kann Vergleich konventionelles Flanschsystem (links) zu Flanschsystem mit Berstscheibe und Halter (rechts) eine Druckabsicherung sein, wie zum Beispiel eine Berstscheibe. Eine Berstscheibe wird in der Regel mit einer Aufnahmeeinheit (nachfolgend Halter genannt), bestehend aus Aufnahme-Einlassteil und Aufnahme-Auslassteil montiert. Außerdem ist eine zweite Dichtung erforderlich. In diesem Fall müssen gleich vier zusätzliche Komponenten berücksichtigt werden. Die konventionellen Berechnungsnormen verlieren für diese erweiterten Flanschsysteme ihre Gültigkeit, da die in diesen Normen zu Grunde liegenden Gleichungen keine weiteren Komponenten berücksichtigen. Bisher wird außerdem metallischer Dichtflächenkontakt ausgeschlossen und auch Systeme, deren Steifigkeit über die Dichtungsbreite stark schwankt. Bei dem erweiterten Flanschsystem ist beides der Fall. Insbesondere der metallische Dichtflächenkontakt wird zukünftig durch die Novellierung der TA Luft in den Anforderungen integriert. Unterschiedliche Anforderungen Aus Sicht des Berstscheibenherstellers werden die Anforderungen an die Auslegung der Flanschverbindung in erster Linie durch die Funktionalität der Berstscheibe bestimmt. Mit Blick auf die Verbindung zwischen Halter und Berstscheibe muss der Kontaktdruck ausreichend sein, damit die Berstscheibe gehalten wird und sich im Prozess nicht herauszieht. Außerdem muss das System dicht sein, sodass kein Medium austreten kann. Gleichzeitig darf der Kontaktdruck nicht so hoch sein, dass dieser zur Zerstörung des Berstscheibenmaterials führt. Als Summe dieser Faktoren ergibt sich ein Bereich für die zulässige Flächenpressung in dieser Ver- Autorin: Carina Wegener, Process Engineer/CAE Engineer, Rembe GmbH Safety + Control, Brilon 50 VERFAHRENSTECHNIK 09/2021 www.verfahrenstechnik.de

Wenn die Berstscheibe durch eine Überlastung des Prozesses auslöst, müssen Berstscheibe und Dichtungen anschließend ausgetauscht werden. Flansch und Halter werden jedoch in der Regel mehrfach verwendet. Aus diesem Grund muss gewährleistet sein, dass Flansch und Halter auch nach wiederholter Demontage und Montage ihre funktionssichernde Geometrie behalten. Bleibende plastische Verformungen bei den Lastfällen Montage, Prüfung und Betrieb sind deshalb nicht zulässig. Um dies sicherzustellen, muss für Grundlagen elektrohydraulischer Antriebe und Steuerungen Ursprünglich haben wir Virtual Engineering nur intern genutzt, jetzt profitieren auch die Kunden davon Stefan Penno, Geschäftsführer Rembe GmbH bindung, der über das Montagedrehmoment eingestellt werden muss. Ein Dichtungshersteller richtet seinen Blick auf die Dichtstelle zwischen Flansch und Dichtung. Hierzu gibt jeder Hersteller eine Mindestdichtflächenpressung und eine maximale Dichtflächenpressung vor. Dadurch ergibt sich ein Bereich für die zulässige Flächenpressung in der Dichtstelle, der ebenfalls über das Montagedrehmoment eingestellt werden muss. Es ergeben sich zwei unterschiedliche Anforderungen für das erforderliche Montagedrehmoment. Berstscheiben werden in den meisten Anwendungen aus Edelstahl hergestellt, Dichtungen sind oft aus nichtmetallischen Materialien. Es müssen verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften jeweils eine erforderliche Flächenpressung erfahren. Zur Einstellung dieser Flächenpressung ist für beide Fälle allerdings nur ein gemeinsames Montagedrehmoment einzustellen. Es entsteht ein Optimierungsproblem. Der Lösungsansatz liegt in der geometrischen Anpassung der Kontaktflächen zwischen Berstscheibe und Halter und somit beim Berstscheibenhersteller. Aufgrund der metallischen Abdichtung in dieser Verbindung liegen die erforderlichen Flächenpressungen in diesem Bereich in der Regel höher als die zulässigen Spannungen der Dichtungen. Durch gezielte konstruktive Maßnahmen werden in der Dichtfläche zwischen Berstscheibe und Halter Spannungsüberhöhungen geschaffen. Hierdurch kann die optimale Flächenpressung eingestellt werden, ohne dass die Flächenpressung in den Dichtungen unzulässig ansteigt. Zusätzlich muss untersucht werden, ob die Bestandteile des Flanschsystems in der jeweiligen Konstellation überlastet werden. Durch den Einbau einer Berstscheibe und eines Halters in ein Flanschsystem verändern sich die mechanischen Eigenschaften des Gesamtsystems. Hieraus resultiert eine höhere Flanschblattneigung und dadurch ein insgesamt höheres Spannungsniveau im Flansch. die Auslegung ein Festigkeitsnachweis durchgeführt werden, der für alle Lastfälle einen hinreichenden Abstand zur Elastizitätsgrenze der Werkstoffe sicherstellt. Einsatz von Virtual Engineering Alle oben genannten erforderlichen Berechnungen zur Auslegung des Montagedrehmoments können aktuell nicht hinreichend genau anhand von analytischen Berechnungsgrundlagen durchgeführt werden. Um den Herausforderungen an die Auslegung des Montagedrehmoments gerecht zu werden, setzt der Berstscheibenhersteller Rembe auf den Einsatz von Virtual Engineering mit der Methode der Finiten Elemente. Damit kann das Flanschsystem inklusive aller zusätzlichen Komponenten als digitaler Zwilling abgebildet und das mechanische Verhalten vor Fertigung und Inbetriebnahme simuliert werden. Damit werden im Vorfeld die wechselseitigen Beeinflussungen aller Komponenten berücksichtigt, bevor diese in der Realität zusammengefügt werden. Anhand der Simulationsergebnisse und der nötigen Erfahrung werden die einzelnen Komponenten so lange virtuell optimiert, bis alle Komponenten mit ihren individuellen Montagevorgaben im Einklang sind. Erst danach werden die Komponenten gefertigt oder bestellt und anschließend montiert. Fotos: Rembe www.rembe.de ISBN 978-3-7830-0387-1 nur 32,- € Jetzt bestellen! @ E-Mail: vertrieb@vfmz.de 6 Telefax: 06131/992-100 Internet: vereinigte-fachverlage.de & Telefon: 06131/992-147 www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 09/2021 51 OUP_Buch_elektrohydraulische_Antriebe_60x265_2019_11.indd 04.12.2019 1 16:32:31

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