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Hallo,
In unserer Firma werden Durchflussmesser hergestellt. Mit diesen Geräten wollen wir jetzt auf den amerikanischen Markt gehen. Hierzu hat mir mein Chef folgende aufgabe gestellt. Bei einem unserer Geräte werden Vorschweißflansche verwendet die nicht 100% der Norm entsprechen. Das heißt, der Anschweißhlas wird immer der Anschlußgrösse des Gerätes angepaßt. Jetzt ist es aber so das die Abnahmestelle für die Geräte jeden Flansch analysiert haben will sei es nach AD-Merkblättern, DIN-Normen oder mit einem FEM Programm. Ich habe mir die Normen mal kurz reingezogen aber ich finde immer nur Berechnungen von Stadardflanschen. Also das heißt ich muss die Dinger mit einem FEM Programm nachrechnen. Das wäre auch das einfachste für uns da wir die Flansche mit Inventor gezeichnet haben. Als Berechnungsprogramm haben wir Designspace. Nun mein Problem, erstens kenne ich mit dem Berechnungsprogramm sehr schlecht da wir es nur hin und wieder für Schwingungsberechnungen einsetzen und nicht für Kräfteberechnungen und zweitens wie gehe ich bei dieser Aktion vor. Was für Kräfte wo halte ich den Flansch fest usw. Habe mir mal die DIN EN1591-1 angesehen und bin so vorgegangen. Flansch DN100 PN16 an der Dichtleite festgehalten einen Innendruck von 16bar definiert und jetzt sollte ich noch die Schraubenkräfte definieren und daran scheitere ich. Ich weiß nich was für Kräfte ich annehmen soll. Wenn ich die Schraubenkräfte für eine Metalldichtung einsetzte und den Flansch dann berechne habe ich noch ein Sicherheitsfaktor von 0,2 das heißt Flansch wäre kaputt. Für mich würde das heußen ich darf bei einem Flansch DN100 PN16 keine Metalldichtung einsetzen. Woher bekomme ich dann die maximalen Schraubenkräfte die der Flansch aushalten muss unter Berücksichtigung der Dichtung Material der Flansche usw. Gibt es Unterlagen welche zeigen was für eine Dichtung kann ich für welchen Flansch einsetzen kann oder wie greife ich dieses Problem an.

Ich bin für jede Hilfe dankbar

Gruß Matthias   

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Hallo Matthias

Grunsätzlich ist die Berechnung mit Designspace mit den IV-Modellen möglich.

Voraussetzung ist natürlich eine "klassische" Auslegung des Flansches und der Schrauben mittels der althergebrachten MEthoden.

Als nächstes solltest Du Dir dann die Randbedingungne überlgen. Das festlegen des Flansches an der Dichtfläche ist sicher suboptimal  .

Du solltest Dir eher eine Baugruppe aus 2 Flanschen und den Schrauben zusammenstellen und dann eines der Rohrenden festlegen, damit sich die Flansche dann auf wirklichkeitsnah verformen können.

Die Schraubenvorspannung kannst DU im Designspace leider nicht aufbringen (es sei denn Du trickst mit thermischer Vorspannung  ).
Dann brauchst dann schon eine größere Lösung, aber die ist ja auch temporär zu einigermaßen erschwinglichen Kosten verfügbar, zumal Du ja die Voruntersuchungen und das Pre- / Postprocessing mit Designspace machen kannst.

lg Mathias

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Hallo,

die Berechnung des Flansches sollte wie Charly Setter schon geschrieben hat, in der Baugruppe passieren. Das fixieren der kompletten Dichtfläche versteift das Bauteil zu stark, da die Fläche sehr gross ist und "fixierte Lagerung" an der angegebenen Stelle wirklich fixiert (unendlich starr). Die Elastizität spielt da aber durchaus eine Rolle, deshalb dürfte diese Vereinfachung zu gravierend sein (->als Baugruppe rechnen).
->Zwischen den beiden Dichtflächen Kontakt.
Verbund-Kontakt klebt die Teile einfach zusammen, d. h. wenn der hergenommen wird, kriegt man nicht den Effekt, dass die beiden Dichtflächen evtl in Teilbereichen die Tendenz haben abzuheben (es ist also besser, einen abhebenden Kontakt zu nehmen z. B. rauh). Dazu kommt, dass die Spannungen aus den Schraubenvorspannkräften fehlen. Diese als Kräfte zu definieren ist nicht das Wahre, weil  sich die Schraubenkraft mit der Flanschbelastung ändert. In ANSYS/DesignSpace kann man das über therm. DEhnung realisieren. Dazu wird die Schraube in einer ersten Kalibrierungsrechnung abgekühlt (z. B. um -100 Grad), der Rest des Bauteils auf 0Grad gehalten (wichtig: Referenz-Temperatur nicht vergessen: Ebenfalls auf 0 Grad setzen); sonst keine mechan. Lasten. Dann ermittelt man die entstehenden Schraubenkräfte (über Reaktionskräfte an Lagerstellen im Kraftfluss oder das Integral der Spannungen über die Schrauben-Querschnittsfläche). Anschliessend Temperatur nachjustieren, damit die resultierende Schraubenkraft stimmt und erst dann den eigentlichen Lastfall rechnen mit äusserer Last (Druck) + therm. Vorspannung der Schraube (=Schraubenvorspannkraft). Wer's schöner mag, kann die Schraube in 3 Teile teilen und nur den mittleren Teil abkühlen. Sieht besser aus, die prinzipielle Vorgehensweise bleibt dabei aber die gleiche.

Wie gesagt, die erweiterten ANSYS-Module erlauben die direkte Definition der Schraubenkräfte, dann wird die Vorspannung intern in einem ersten Lastfall separat gerechnet und dann erst der eigentliche. Das ist von der Handhabung deutlich angenehmer, weil man sich dieses manuelle austarieren spart, setzt allerdings eine Lizenz ANSYS /Structural oder höher voraus. Weiterer Vorteil ist, das jede Schraube die korrekte Vorspannkraft bekommt, unabhängig von der lokalen Flansch-Steifigkeit (d. h. unabhängig davon, wie stark man anziehen muss), während man bei der therm. Dehnung oft nur eine Schraube rechnet und dieses Ergebnis für die anderen hernimmt in der Annahme, dass alle ähnlich angezogen werden (die Anschluss-Steifigkeiten ähnlich sind).

Am besten das ganze mal an einem kleinen Prinzipmodell ausprobieren, da mit dem nichtlinearen Kontakt mehrere Gleichgewichtsiterationen pro Berechnung notwendig sind, die Rechenzeiten im Vergleich zum Verbund-Kontakt (oder ganz ohne)länger werden.

Gruss
Christof Gebhardt, CADFEM

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt@cadfem.de
www.cadfem.de

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Fl_DN100_PN16_Normipt.txt.txt Fl_DN100_PN16_Rotaipt.txt.txt

Hallo,

Danke schon mal für eure Hilfe. Jetzt muss ich aber nochmals nachfragen ich bin mir nicht ganz sicher ob der Lösungsansatz richtig ist. Wir stellen Durchfllussmeser her und verkaufen diese Geräte ohne Gegenflansch, Dichtung und Schrauben. Das heißt das wir nicht wissen was unsere Kunden für Dichtungen usw. einsetzen. Deswegen ist es für uns schwer eine Berechnung mit Dichtung, Gegenflansch und Schrauben zu machen.
Ist es eigentlich möglich soetwas wie eine Vergleichsrechnung zu machen. Ich habe mal zwei Dateien angehängt eine davon ist ein Flansch nach Norm DN100 PN16 und die andere ist so wie wir den Flansch einsetzen. Wenn nun eine Möglichkeit besteht diese beiden Flansche gegezurechnen und das noch Normtechnisch irgend wie nachvollziehbar ist wäre das die einfachste Methode.

Bin für jede Hilfe dankbar

Gruß

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