1、 Dezember 2006DIN 28159 Beiblatt 1 ICS 71.120.10 Ersatz fr DIN 28159 Beiblatt 1:1984-03 Wellenende fr einteilige Rhrer aus Stahl, emailliert Mae Beiblatt 1: Informationen zur Festigkeit Shaft end for externally coupled glass lined steel agitators Dimensions Supplement 1: Information concerning stren
2、gth Ttes dagitateurs monoblocs en acier vitrifi Dimensions Supplment 1: Informations concernant la resistance mcanique Estremit dalbero per agitatori in un pezzo in acciaio smaltato Dimensioni Supplemento 1: Informazione per stabilita Gesamtumfang 19 SeitenNormenausschuss Chemischer Apparatebau (FNC
3、A) im DIN DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin gestattet. Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Preisgruppe 12 www.din.de www.beuth.de !,ok“9766172Diese
4、s Beiblatt enthlt Informationen zu DIN 28159, jedoch keine zustzlich genormten Festlegungen. DIN 28159 Bbl 1:2006-12 2 Vorwort Dieses Beiblatt wurde vom Unterausschuss NA 012-00-01-02 UA Anbauteile des Normenausschusses Chemischer Apparatebau (FNCA) erarbeitet. nderungen Gegenber DIN 28159 Beiblatt
5、1:1984-03 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Hinweis auf die Anwendbarkeit der Berechnungsergebnisse der Vorgngerausgabe auf den euro-pischen genormten Ersatzwerkstoff fr St 37 aufgenommen; b) Inhalt redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 28159 Bbl 1: 1984-03 1 Allgemeines Die Informat
6、ionen nach diesem Beiblatt stellen Anhaltswerte dar fr die Festigkeit von Rhrwellen aus Stahl, emailliert, mit Rhrwellenenden nach DIN 28159, ausgefhrt als Impellerrhrer nach DIN 28157 oder als Ankerrhrer nach DIN 28158. Die durchgefhrten Berechnungen bercksichtigen nur die Geometrie der Rhrwellenen
7、den und es wird vorausgesetzt, dass die brigen Teile der Rhrer ausreichend bemessen sind. Die Informationen gelten sinngem auch fr Rhrwellenenden nach DIN 28154 und DIN 28156. Die Berechnungsergebnisse wurden gegenber der Vorgngerausgabe nicht gendert und basieren auf den Festigkeitskennwerten des m
8、ittlerweile nicht mehr genormten Werkstoffes St 37 (Werkstoff-nummer 1.0037) nach DIN 17100. Sie sind jedoch auf den europischen genormten Werkstoff S235JR (Werkstoffnummer 1.0037) nach DIN EN 10025-2:2005-04 anwendbar. 2 Symbole und Abkrzungen Fr die Anwendung dieses Dokumentes gelten die folgenden
9、 Symbole und Abkrzungen. bauftretende Biegespannung auftretende Verdrehspannung vVergleichspannung aus Biegung und Verdrehung v zulzulssige Vergleichspannung b zulzulssige Biegespannung, entweder als Wechselbiegefestigkeit bW zuloder als Schwell-biegefestigkeit bS zul zulzulssige Verdrehspannung oAn
10、strengungsverhltnis k1,8 Kerbwirkungszahl Passfedernut b10,9 Beiwert zur Bercksichtigung des Einflusses der Oberflchengte b20,7 . 0,9 Beiwert zur Bercksichtigung des Durchmessereinflusses d4Zapfendurchmesser, siehe DIN 28159 (siehe Bild 1) DIN 28159 Bbl 1:2006-12 3 dpDurchmesser eines Ersatzquerschn
11、ittes im Bereich der Passfedernut (siehe Bild 1) S 1,5 Sicherheitsbeiwert F maximale Bremskraft MbBiegemoment bM durch F erzeugtes maximales Biegemoment, wirksam in der Ebene der Mitte des unteren Rhr- wellenlagers MtVerdrehmoment tM Zur berwindung von F erforderliches Verdrehmoment Wbaxiales Widers
12、tandsmoment Wppolares Widerstandsmoment Bild 1 Zapfenquerschnitt 3 Festigkeit 3.1 Allgemeines Die in den Bildern 2 bis 9 wiedergegebenen Diagramme und die Zahlenwerte der Tabellen 1 und 2 sind berechnet mit den Annahmen und Gleichungen nach Abschnitt 4 dieses Beiblattes. 3.2 Wechselbeanspruchung Die
13、 als Voll-Linien gezeichneten Kurven in den Bildern 2 bis 9 zeigen jeweils fr ein Rhrwellenende mit dem Durchmesser d3nach DIN 28159 das vom Rhrwellenende bertragbare Verdrehmoment in Abhngigkeit von der Gre des auf die Rhrwelle wirkenden Biegemomentes unter der Voraussetzung, dass die Rhrwelle schw
14、ellend auf Verdrehen und wechselnd auf Biegung beansprucht wird. Diese Voraussetzung ist beim Rhren eines mehr oder weniger homogenen Rhrgutes und beim Einsatz von Stromstrern gegeben. 3.3 Schwellbeanspruchung Die gestrichelt gezeichneten Kurven in den Bildern 2 bis 9 zeigen jeweils fr ein Rhrwellen
15、ende mit dem Durchmesser d3nach DIN 28159 das vom Rhrwellenende bertragbare Verdrehmoment in Abhngigkeit von der Gre des auf die Rhrwelle wirkenden Biegemomentes unter der Voraussetzung, dass die Rhrwelle schwellend auf Verdrehen und schwellend auf Biegung beansprucht wird. DIN 28159 Bbl 1:2006-12 4
16、 3.4 Kurvenpunkte P45Die in den Bildern 2 bis 9 mit P45gekennzeichneten Kurvenpunkte entsprechen jeweils einem Betriebspunkt, in dessen Nhe eine nicht zu groe Minderung (bzw. Steigerung) des Verdrehmomentes eine annhernd gleich groe Steigerung (bzw. Minderung) des ertragbaren Biegemomentes ergibt. 3
17、.5 Maximale Bremskrfte Die in den Tabellen 1 und 2 fr Impellerrhrer nach DIN 28157 und Ankerrhrer nach DIN 28158 ange-gebenen maximalen Bremskrfte F entsprechen jeweils der fr eine Rhrergre grtmglichen, tangential an einem Rhrflgel angreifenden und den Rhrer abbremsenden Kraft. Dabei hlt das Rhrwell
18、enende dem von dieser Kraft verursachten Biegemoment stand und bertrgt noch das zur berwindung der Bremskraft erforderliche Verdrehmoment. Die angegebenen Werte fr Bremskraft und wirksame Rhrerlnge lJ, lAiund lAasind errechnet mit den Zahlenwerten nach der zurckgezogenen DIN 28157:1979-07, Tabelle 1
19、 bzw. nach DIN 28158:1984-01, Tabelle 1, bercksichtigen also keine Toleranzen. Als Angriffspunkt der Bremskraft wurde angenommen: a) beim Impellerrhrer: der tiefste, am weitesten auen liegende Punkt eines Rhrflgels; b) beim Ankerrhrer: der tiefste, am weitesten auen liegende und der hchste, am weite
20、sten innen liegende Punkt eines Rhrflgels. Der zuerst genannte Punkt beim Ankerrhrer entspricht dem ungnstigsten Fall der Beeinflussung des Rhrers durch die Behlterwand und der zweite der ungnstigsten Beeinflussung durch Thermometerrohre. Die Zahlenwerte sind Orientierungsdaten, die gerechnet sind f
21、r die in den Tabellen genannten Abstnde a zwischen Oberkante Rhrwerkflansch bis zur Mitte des unteren Rhrwellenlagers. Die Werte fr a wurden anhand ausgefhrter Konstruktionen als Mittelwerte bestimmt. Die Werte fr F basieren auf den Momenten entsprechend 3.3. DIN 28159 Bbl 1:2006-12 5 3.6 Momentenku
22、rven Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 2 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 40 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 6 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 3 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 50 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 7 Legende aWechselbeanspruchung bSchw
23、ellbeanspruchung Bild 4 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 60 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 8 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 5 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 80 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 9 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 6 Verdrehmoment =
24、f (Biegemoment) fr d3= 100 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 10 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 7 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 125 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 11 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 8 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 140 mm DIN 28
25、159 Bbl 1:2006-12 12 Legende aWechselbeanspruchung bSchwellbeanspruchung Bild 9 Verdrehmoment = f (Biegemoment) fr d3= 160 mm DIN 28159 Bbl 1:2006-12 13 3.7 Maximale Bremskrfte Tabelle 1 Maximale Bremskrfte fr Impellerrhrer MaximaleBremskraftMaximaleBremskrafta lJFJa lJFJRhrergre nach DIN 28157 mm m
26、m N Rhrergre nach DIN 28157 mm mm N 63 508 40 200 750 265 8 000 2200 100 250 3358 1392 100 508 40 200 950 212 10 000 2400 125 G 280 3571 2348 160 600 40 200 1062 189 12 500 2400 125 G 280 4171 2024 250 700 50 200 1184 379 16 000 2600 125 G 280 4471 1892 400 800 50 200 1381 325 16 000 2800 125 G 280
27、4118 2046 6301000 60 200 1420 591 20 000 2800 140 G 300 4798 2254 10001200 60 200 1654 506 25 000 2800 140 G 300 5648 1924 16001400 80 230 1928 1150 25 000 3000 140 G 300 5160 2097 25001600 80 230 2168 1004 32 000 3200 160 G 320 5721 3010 40001800 80 G 230 2638 843 32 000 3400 160 G 320 5303 3231 40
28、001800100 G 250 2688 1719 40 000 3400 160 G 320 6223 2768 63002000100 250 3208 1454 40 000 3600 160 G 320 5784 2966 ANMERKUNG Die Werte fr Impellerrhrer nach DIN 28157:1992-01 mit G bei der Angabe der Rhrergre wei-chen von den Werten der entsprechenden Rhrer nach der zurckgezogenen DIN 28157:1979-07
29、 trotz der gender-ten Auendurchmesser nur unwesentlich ab. Tabelle 2 Maximale Bremskrfte fr Ankerrhrer Maximale Bremskraft Maximale Bremskraft a lAilAaFAiFAaa lAilAaFAiFAaRhrergre nach DIN 28158 mm mm mm N N Rhrergre nach DIN 28158 mm mm mm N N 63 50840 200 585 700 327 271 1000 1200 60 200 990 1536
30、765 519100 50840 200 685 900 284 217 1600 1400 80 230 1115 1762 1769 1187160 60040 200 740 1006 259 193 2500 1600 80 230 1230 1994 1576 1045250 70050 200 800 1099 534 393 4000 1800 100 250 1575 2423 2655 1812400 80050 200 950 1307 448 332 6300 2000 100 250 1975 2941 2164 1511630100060 200 870 1306 8
31、85 610 DIN 28159 Bbl 1:2006-12 14 4 Berechnungsgrundlagen 4.1 Allgemeines Bei einer oberhalb des Rhrbehlters fliegend gelagerten Rhrwelle liegt der durch das grte Biegemoment belastete Querschnitt in der Ebene des unteren Lagers. Orientierende Rechnungen haben ergeben, dass der schwchste Rhrwellenqu
32、erschnitt in Hhe des unteren Endes der Passfedernut liegt. Die den jeweiligen Wellengren zugerechneten ertragbaren Biegemomente wurden als im schwchsten Rhrwellenquerschnitt wirkend angenommen. Da der oben beschriebene schwchste Wellenquerschnitt oberhalb der Ebene des unteren Lagers liegt, kommt di
33、e gemachte Annahme einer zustzlichen, in der Rechnung nicht direkt aus-gewiesenen Sicherheit gleich, deren Gre von der jeweiligen Lageranordnung abhngt. 4.2 Rechenanstze 4.2.1 Allgemeines 22)(3 +=obv(1) mit ptbbbvvWMWM= ;zulerhlt man aus Gleichung (1) 221 btMKKM = (2) mit 2opv3 =22zul1WK (3) 2bpoWWK
34、22231=(4) Ferner gilt 32und16334bppdWdW=Die zulssige Vergleichsspannung ist gerechnet nach den Anstzen zulzulzul21zul1,73und=bokbvSbbDIN 28159 Bbl 1:2006-12 15 4.2.2 Wechselbeanspruchung Die als Voll-Linien gezeichneten Kurven in den Bildern 2 bis 9 sind ermittelt mit =2zul2zul N/mm140N/mm170bWentsp
35、rechend St 371)4.2.3 Schwellbeanspruchung Die als gestrichelte Linien gezeichneten Kurven in den Bildern 2 bis 9 sind ermittelt mit =2zul2zul N/mm140N/mm026bSentsprechend St 371)4.2.4 Kurvenpunkte P45Die in den Bildern 2 bis 9 mit P45gekennzeichneten Kurvenpunkte gengen der Bedingung 1dd2212=bbbtMKK
36、MKMM1) siehe Abschnitt 1 DIN 28159 Bbl 1:2006-12 16 4.2.5 Maximale Bremskrfte Die fr die Gleichungen (5) bis (12) notwendigen Mae sind in Bild 1 dargestellt. Mae in Millimeter Legende 1 Ankerrhrer 2 Impellerrhrer aobere Lagerseite buntere Lagerseite Bild 10 Krfte am Rhrer DIN 28159 Bbl 1:2006-12 17
37、Aus rMFrFM=tt(5) lMFlFM=bb(6) folgt =btMlrM (7) Gleichung (7) eingesetzt in Gleichung (2) ergibt 221KlrKM+=b(8) Gleichung (8) eingesetzt in Gleichung (6) ergibt 2221lKrKF+= (9) ANMERKUNG Zur Vereinfachung sind in den obigen Gleichungen die Gren: a) l (lJ; LAi; lAa); b) r (rJ; rAi; rAa); c) F (FJ; FA
38、i; FAa) ohne Indizes geschrieben. lJ= lRJ h1+ a rJ tan (10) lAJ= lRA h1+ a h2(11) a+=2a2111a)2()2( brbededhllARAA(12)wobei r1= d1r2= 2 b DIN 28159 Bbl 1:2006-12 18 5 Hinweise fr die Anwendung Fr die Bemessung der Rhrwellen nach festigkeitsmigen Gesichtspunkten sind bei homogenem Rhrgert drei Grenzfl
39、le des Einsatzes zu unterscheiden. Fall A: Rhren eines Fluids mit sehr geringer Zhigkeit (z. B. wenn der Rhrer ohne Flssigkeitsfllung des Rhrbehlters in Luft umluft). Sofern die Drehzahl des Rhrers und der Auendurchmesser des Rhrorgans dem beim Rhren von Flssigkeiten blichen Werten entspricht, wirkt
40、 das Rhrgut weder mit Trgheits- noch mit Reibungskrften in technisch bedeutsamem Mae auf das Rhrorgan. Es muss lediglich das aus der berwindung der Dichtungsreibung resultierende Verdrehmoment von der Rhrwelle ertragen werden. Die Drehzahl des Rhrers muss mglichst weitab von der (biege-)kritischen D
41、rehzahl liegen. Der Fall A tritt auf, wenn bei ablaufender Befllung der Rhrer weiterdreht und der Fllstand gegen null geht. Fall B: Rhren im laminaren Strmungsbereich. Auf das Rhrorgan wirken ausschlielich Zhigkeitskrfte. Fr die Bemessung der Rhrwelle ist magebend das aus der berwindung der Dichtung
42、s- und Flssigkeitsreibung resultierende Verdrehmoment. Das den Rhrer beanspruchende Verdrehmoment ist zeitlich konstant, sofern nicht zustzlich Inhomogenitten des Rhrgutes Schwankungen hervorrufen. Fall C: Rhren im turbulenten Strmungsbereich. Zustzlich zum Verdrehmoment aus Dichtungs- und Flssigkei
43、tsreibung wirken Querkrfte mit zeitlich stark wechselnder Gre und Richtung auf das Rhrorgan. Sie resultieren unter anderem aus der Turbulenz der Strmung im Rhrgut. Die tatschlichen Zusammenhnge sind komplex und bis heute einer einfachen Vorausberechnung kaum zugnglich 2. Als Nherung wird folgende Vo
44、rgehensweise empfohlen: Bestimmung des Verdrehmomentes aus der Leistungscharakteristik 3 des Rhrers. Annahme, dass zustzlich mindestens ein Drittel dieses Verdrehmomentes wirksam durch eine tangential an einem Rhrflgel (Angriffspunkt siehe 3.5) angreifende Querkraft wird. Aus dieser Querkraft Ermitt
45、lung eines in Hhe des unteren Wellenlagers wirksam werdenden Biegemomentes. Vergleich von Biege- und Verdrehmoment mit den Momentenkurven in 3.6. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Annahme einer Querkraft von der Gre Verdreh-moment/3 mal Rhrerradius nicht durch Versuche belegt ist. Durch Inhom
46、ogenitten im Rhrgut (z. B. bei Feststoffeintrag) und bei Annherung der Betriebsdrehzahl des Rhrers an seine biegekritische Drehzahl knnen grere Querkrfte auftreten. DIN 28159 Bbl 1:2006-12 19 Literaturhinweise DIN 28154, Wellenende fr Rhrer aus unlegiertem und nichtrostendem Stahl, fr Gleitringdicht
47、ungen Mae DIN 28156, Wellenende fr Rhrer aus unlegiertem und nichtrostendem Stahl, fr Stopfbuchsen Mae DIN 28157:1979-07, Impellerrhrer, Stahl, emailliert, einteilig Mae DIN 28157:1992-01, Impellerrhrer, Stahl, emailliert, einteilig Mae DIN 28158:1984-01, Ankerrhrer, Stahl emailliert, einteilig Mae DIN 28159, Wellenende fr einteilige Rhrer aus Stahl, emailliert Mae 1 Matek, W.; Muhs, D.; Wittel, H. Roloff/Matek, Maschinenelemente, Normung, Berechnung, Gestaltung, 15. Auflage (2001), Tabellen, TB 3-1. 2 Dr. S. Burger, Beitrag zur Berechnung von schnelllaufenden Rhrwerken, D
