FEM gibt Sicherheit

Wärmetauscher mit Vorkammer (Bild: CADFEM GmbH)

18.03.2019 FEM gibt Sicherheit

Die Vorteile der Dichtstellensimulation

von Dipl.-Ing. Gerd Lannewehr (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG), Dr.-Ing. Ansgar Polley (CADFEM GmbH)

Eigentlich sollte eine Konstruktion bei der Auslegung oder Überprüfung so berechnet werden, wie sie gebaut werden soll. Bei Flanschen wird jedoch meist eine vereinfachte analytische Berechnung durchgeführt und davon ausgegangen, dass dies für die Dichtheit und generelle Sicherheit der Anlage ausreichend ist. Damit entsteht ein unnötiges Risiko.

Flansche – als wiederlösbare Verbindungen von Medien führenden Komponenten – werden sowohl im Anlagenbau als auch in vielen anderen Branchen in vielfältiger Weise verwendet. Diese Standardbauelemente sind für die Funktionsfähigkeit von vielen Maschinen von zentraler Bedeutung, denn nicht selten führt eine versagende Flanschverbindung zum Ausfall einer kompletten Anlage. Dichtheit – abhängig von vielen Parametern Die Dichtheit ist eine zentrale Anforderung an einen Flansch, wobei das Dichtverhalten durch zahlreiche Faktoren beeinflusst wird, die bei der Auslegung zu berücksichtigen sind. Die Dichtheitscharakteristik wird u.a. durch die Verformungseigenschaften unter Be- und Entlastung sowie durch das Verhalten unter Temperatureinfluss bestimmt. Maßgeblich sind auch die Form der verwendeten Dichtungen und ihre Materialeigenschaften sowie die Schraubenvorspannung und die Elastizität der Schrauben bei Druck- und Temperaturbeanspruchungen sowie bei inneren und äußeren Lasten. Somit sind das Dichtverhalten eines Flansches und seine prognostizierte Lebensdauer von etlichen Parametern abhängig.

Das Hauptinteresse der Konstrukteure lässt sich mit folgenden zwei Fragestellungen zusammenfassen:
• Erfüllt meine Auslegung die definierten Anforderungen?
• Wie lässt sich die Auslegung, die den grundlegenden Sicherheitsanforderungen entspricht, noch weiter optimieren?

Häufig passiert es, dass bei der Berechnung nach bestehender Norm alles richtig gemacht wurde, der Flansch im Betrieb aber trotzdem versagt. Dann beginnen Schadensanalyse und Fehlersuche, z.B. mit FEM-Simulationen. Ist die Fehlerursache gefunden und durch entsprechende Maßnahmen behoben,
lassen sich gleichzeitig zusätzliche Optimierungen durchführen.