Die Angabe “10 bar” oder “16 bar” für ein Filtergehäuse in einem Angebot sagt dem Käufer nur sehr wenig darüber aus, über wie viel Spielraum das Gehäuse tatsächlich verfügt. Bei 10–15 bar ist die Gehäuseschale oft nicht der schwächste Teil. Der Verschluss, die Dichtung, der Anschluss, das Manometer oder ein unvorhergesehener Druckstoß können die tatsächliche Grenze darstellen. Auch der Begriff “Sicherheitsfaktor” wird in verschiedenen Dokumenten unterschiedlich definiert: als Auslegungsreserve des Werkstoffs, als Differenz zwischen Betriebs- und Auslegungsdruck oder als Multiplikator, der bei der werkseitigen Druckprüfung verwendet wird.
Dieser Leitfaden unterscheidet zwischen diesen Bedeutungen und zeigt auf, wo bei einem Filtergehäuse aus Edelstahl Sicherheitsreserven verloren gehen. Er erläutert, wie Prüfdrücke berechnet werden, wann Vorschriften für Druckgeräte gelten und was in einer Angebotsanfrage anzugeben ist, damit Beschaffungs- und Entwicklungsteams Gehäuse auf einer vergleichbaren Basis gegeneinander abwägen können.
Es gibt keinen einheitlichen Sicherheitsfaktor für ein Filtergehäuse. Käufer sehen sich mit mindestens vier verschiedenen Sicherheitsmargen konfrontiert, und eine Broschüre, in der nur eine davon angegeben ist, kann die anderen verschleiern.
| Begriff | Was darin beschrieben wird | Wer legt das fest? | Was Sie den Lieferanten fragen sollten |
|---|---|---|---|
| Betriebsdruck | Normaler Betriebsdruck in der Leitung | Prozess- oder Systementwickler | Normal- und Maximalwerte, einschließlich Pumpenabschaltdruck |
| Auslegungsdruck (PS oder MAWP) | Druck, für den das Gehäuse bei einer bestimmten Temperatur ausgelegt und zertifiziert ist | Gehäusehersteller gemäß einer Konstruktionsnorm | Welche Norm, welche Temperatur, welche Korrosionszugabe |
| Einstelldruck der Überdruckvorrichtung | Druck, bei dem die Schutzvorrichtung auslöst | Systementwickler | Ob der Auslegungsdruck des Gehäuses über diesem Wert liegt |
| Prüfdruck | Jedes fertige Gehäuse wird einem Drucktest unterzogen, um seine Festigkeit und Dichtheit zu prüfen | Konstruktionsvorgabe oder Käuferspezifikation | Testfaktor, Haltezeit, Testmedium, Berichtsformat |
| Berstdruck | Druck, bei dem eine Probe versagt | Typenprüfung, in der Regel zerstörend | Ob die Burst-Daten aus einem tatsächlichen Test oder aus einer Schätzung stammen |
Die Materialauslegungsreserve – also der Abstand zwischen der zulässigen Spannung gemäß der Norm und der Zug- bzw. Streckgrenze des Metalls – hängt vom Auslegungsdruck ab und variiert je nach Norm. Laut einer Leitfaden zur Wasserdruckprüfung gemäß ASME Abschnitt VIII, Abteilung 1 von EPCLand, Bei ASME-Behältern, die nach 1999 hergestellt wurden, wird bei der Zugfestigkeit eine Auslegungsreserve von 3,5 zugrunde gelegt, gegenüber zuvor 4,0. Ein “Sicherheitsfaktor von 4:1” in einem Datenblatt lässt sich daher nicht direkt zwischen verschiedenen Auslegungsnormen vergleichen. Fragen Sie nach, auf welche Norm sich die Angabe bezieht.
Häufig wird angenommen, dass ein 16-bar-Gehäuse bei gleicher Einsatzbedingung automatisch sicherer ist als ein 10-bar-Gehäuse. Dies trifft jedoch nur zu, wenn der Nenndruck bei beiden Ausführungen durch dieselbe Komponente bestimmt wird und wenn die Differenz zwischen dem maximal zu erwartenden Druck und dem Auslegungsdruck tatsächlich so groß ist, wie Sie annehmen.
Betrachten wir ein Beispielsystem, kein reales Projekt. Der normale Betriebsdruck beträgt 7 bar. Der Abschaltdruck der Pumpe liegt bei 12 bar, und das Überdruckventil öffnet bei 13 bar. Ein Gehäuse mit einem Auslegungsdruck von 10 bar verfügt in diesem System über keinerlei Sicherheitsspanne, auch wenn 7 bar auf den ersten Blick ausreichend erscheinen. Ein Gehäuse, das für 15 oder 16 bar ausgelegt ist, verfügt über eine echte Sicherheitsreserve. Ausschlaggebend ist der maximal zu erwartende Druck, nicht der normale.
Das Gleiche gilt auch umgekehrt. Die Angabe von 16 bar für eine schwerkraftgespeiste oder Niederdruckleitung führt zu einer Erhöhung der Wandstärke, des Flanschgewichts und der Kosten, ohne die Sicherheit des Prozesses in irgendeiner Weise zu verbessern. Passen Sie den Auslegungsdruck an den höchsten Druck an, den das System erzeugen kann, und vergewissern Sie sich anschließend, dass alle Komponenten dafür ausgelegt sind. Das Ablesen der Druckangabe eines Filtergehäuses ohne diesen Kontext kann in beide Richtungen zu Fehlkäufen führen.
Zur Information: Wenn auf den von Lvyuan verlinkten Produktseiten ein Nenndruck angegeben ist, beträgt dieser 10 bar oder weniger. Der Hygienisches Mehrkartuschengehäuse ist für maximal 145 psi (10 bar) und 150 °C ausgelegt, und der im Folgenden beschriebene mobile Filterwagen ist für 6 bar ausgelegt. Auf keiner der verlinkten Produktseiten wird eine Nennleistung von 15 bar angegeben. Für den Betrieb oberhalb der angegebenen Nennwerte sollten Sie eine projektspezifische Auslegungsbestätigung anfordern, anstatt davon auszugehen, dass das Standardmodell über seine Nennwerte hinaus eingesetzt werden kann.
Ein Gehäuse ist eine Druckhülle, die aus mehreren Teilen besteht. Sein sicherer Betriebsdruck wird durch das schwächste dieser Teile bei der Auslegungstemperatur bestimmt.
Wandstärke, Kopfform und Schweißnahtqualität bestimmen die Belastbarkeit des Gehäuses. Polierte oder elektropolierte Oberflächen verbessern die Reinigungsfreundlichkeit, tragen jedoch nicht zur Druckfestigkeit bei. Ein dünnwandiges, poliertes Sanitärgehäuse kann für hygienische Anwendungen gut geeignet sein und erfordert dennoch eine Druckberechnung – eine Einschätzung allein aufgrund seines Aussehens reicht nicht aus. Fragen Sie nach der Konstruktionsberechnung oder einem normkonformen Konstruktionsbericht sowie nach den Schweißnahtprüfprotokollen.
Die Schließkraft steigt mit dem Quadrat des Dichtungsdurchmessers. Bei 15 bar (1,5 MPa) wirkt bei einem Dichtungsdurchmesser von 300 mm eine Trennkraft von etwa 106 kN. Bei 10 bar hält ein Durchmesser von 100 mm etwa 7,9 kN stand. Größere Gehäuse bei höherem Druck erfordern daher eine gezielte Konstruktion der Verschlussvorrichtung und nicht nur dickere Wände.
Die verschiedenen Arten von Closures verhalten sich unterschiedlich:
Flansche sind häufig ein begrenzender Faktor. Laut Erläuterung der Flanschklassen nach ASME B16.5 durch Forgepoint Engineering, ist eine Klassennummer wie beispielsweise 150 eine Bezeichnung und keine Druckstufe. Der zulässige Druck hängt von der Werkstoffgruppe, der Temperatur und der geltenden Norm ab. Kohlenstoffarme “L”-Sorten weisen zudem niedrigere Druckstufen auf als die Standardwerkstoffe 304 oder 316. In einem Von Unified Alloys wiedergegebene Druck-Temperatur-Tabelle gemäß ASME B16.5, Klasse 150 bei Umgebungstemperatur beträgt 275 psi (ca. 19 bar) für die Typen 304 und 316, jedoch 230 psi (ca. 15,9 bar) für 304L und 316L. Das liegt nur knapp über einem Auslegungsdruck von 15 bar vor der Temperaturderating, und viele hygienische Gehäuse werden aus 316L gefertigt. Bei 10–15 bar lässt ein Flansch der Klasse 150 oder PN16 bei steigender Temperatur nur wenig Spielraum. Vergleichen Sie die Angaben mit der aktuellen Norm und erfragen Sie die Druck-Temperatur-Bewertung des tatsächlichen Flanschmaterials bei Ihrer Auslegungstemperatur.
Auch hygienische Tri-Clamp-Verbindungen müssen ebenso genau geprüft werden. Der Nenndruck hängt von der Größe der Klemmhülse, dem Klemmentyp und der Dichtung ab und nimmt im Allgemeinen mit zunehmendem Durchmesser ab. Erkundigen Sie sich nach der Nennleistung der gesamten Verbindung, nicht nur nach der des Gehäuses.
Diese kleinen Anschlüsse sind Teil der Druckhülle. Auch der Messbereich spielt eine Rolle. Laut Tamesons Zusammenfassung zur Auswahl von Messgeräten gemäß EN 837-2, der maximale Betriebsdruck sollte bei konstantem Druck 75% des Skalenendwerts bzw. bei zyklischem Druck 65% nicht überschreiten. Ein Manometer mit einem Messbereich von 0–10 bar an einem 10-bar-Gehäuse würde gegen diese Richtlinie verstoßen. Ein Manometer mit einem Messbereich von 0–16 bar ist für den 10-bar-Betrieb die sinnvollere Kombination.
Die Nennleistung des Gehäuses sagt nichts über das Filterelement aus. Filterpatronen, Filterbeutel und Filterkörbe haben jeweils einen eigenen Differenzdruckgrenzwert, und ein verstopftes Element erhöht den Druckabfall, während der Druck vor dem Filter unverändert bleibt. Die Nennleistungen von Gehäuse und Element sind voneinander unabhängig; überprüfen Sie daher beide Werte.
Der Prüfdruck ist ein Vielfaches des Auslegungsdrucks, der durch die Auslegungsnorm festgelegt ist. Zwei Referenzwerte sind weit verbreitet.
Die folgende Tabelle zeigt die rechnerischen Mindestwerte für typische Auslegungsdrücke. Hierbei handelt es sich um berechnete Mindestwerte und nicht um Herstellerangaben; bei erhöhten Auslegungstemperaturen kann der PED-Wert höher ausfallen.
| Auslegungsdruck | PED-Boden (1,43 × PS) | ASME-Mindestwert (1,3 × MAWP, vor Beanspruchungsverhältnis) |
|---|---|---|
| 10 bar | 14,3 bar | 13,0 bar |
| 12 bar | 17,2 bar | 15,6 bar |
| 15 bar | 21,5 bar | 19,5 bar |
| 16 bar | 22,9 bar | 20,8 bar |
Daraus ergeben sich zwei praktische Konsequenzen. Erstens liegt der Prüfdruck eines 15-bar-Gehäuses über dem Nennwert vieler gängiger Leitungskomponenten, sodass das Gehäuse isoliert geprüft werden muss, wobei das Element entfernt und die Öffnungen verschlossen werden müssen. Zweitens werden in einigen Herstellerunterlagen Prüfkoeffizienten angegeben, die nicht mit diesen Normwerten übereinstimmen; fragen Sie daher nach, aus welcher Norm der Koeffizient stammt. Eine hydrostatische Prüfung sollte mit Wasser durchgeführt, anschließend entleert und getrocknet werden. Für Edelstahl empfiehlt der EPCLand-Leitfaden zudem, den Chloridgehalt im Prüfwasser zu überprüfen und den Behälter umgehend zu trocknen.
Oftmals nicht, aber die Antwort hängt von der Flüssigkeit, dem Volumen und der Temperatur ab. Artikel 4 der Richtlinie 2014/68/EU legt die Grenzwerte fest; Geräte, die diese nicht überschreiten, fallen unter den Begriff “gute technische Praxis” und dürfen nicht mit der PED-CE-Kennzeichnung versehen werden.
Für Behälter, die Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck der Gruppe 2 enthalten (im Großen und Ganzen Flüssigkeiten, die nicht als gefährlich eingestuft sind), gelten die vollständigen PED-Anforderungen nur, wenn der Betriebsdruck (PS) 10 bar übersteigt und das Produkt aus Betriebsdruck und Volumen 10.000 bar·L übersteigt. Ein mit Wasser gefülltes Gehäuse mit 15 bar Druck müsste ein Volumen von mehr als etwa 667 L aufweisen, um diesen Schwellenwert zu erreichen. Kartuschen- und Beutelgehäuse sind weitaus kleiner.
In anderen Fällen liegen die Grenzwerte deutlich niedriger:
So kann es sein, dass ein Gehäuse für Dampf, Druckgas oder heiße Prozessflüssigkeiten eine vollständige Konformitätsbewertung erfordert, während dies bei einem Kaltwassergehäuse derselben Größe möglicherweise nicht der Fall ist. “Gute technische Praxis” ist keine Lücke im Gesetz. Das bedeutet, dass das Gehäuse dennoch eine dokumentierte Konstruktionsgrundlage, eine Druckprüfung und eine Gebrauchsanweisung benötigt. Behandeln Sie das Fehlen einer CE-Kennzeichnung an einem kleinen Flüssigkeitsgehäuse als normal, das Fehlen einer Konstruktionsberechnung und eines Prüfberichts hingegen als Problem.
Drei Faktoren schmälern die Marge, ohne dass dies in den Zahlen im stationären Zustand zum Ausdruck kommt.
Druckschwankung. Ein schnelles Schließen eines Ventils oder das Abschalten einer Pumpe erzeugt eine Druckwelle. Nach der Joukowsky-Gleichung lässt sich der Druckstoß als Produkt aus Flüssigkeitsdichte × Wellengeschwindigkeit × Geschwindigkeitsänderung abschätzen. In mit Wasser gefüllten Stahlrohren sind Wellengeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1.000 m/s typisch, sodass eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung von 1 m/s einen Druckanstieg in der Größenordnung von 10 bar zur Folge haben kann. Dies ist eine veranschaulichende Schätzung; tatsächliche Druckstöße hängen von der Schließzeit, der Rohrsteifigkeit und der Leitungslänge ab. Sind schnell schließende Ventile oder Pumpenstartvorgänge vorhanden, sind der Druckstoß oder die Maßnahmen zur Druckstoßdämpfung anzugeben.
Pumpengetriebene Systeme. Bei Skid- und Cart-Konstruktionen werden Gehäuse mit Pumpen, Ventilen und Messgeräten kombiniert, sodass die Komponente mit der geringsten Nennleistung die Systemgrenze bestimmt. Die mobiler Filterwagen aus Edelstahl Die Nennwerte liegen bei 87 psi (6 bar) und maximal 80 °C, daher kann die Nennleistung eines Wagens unter der der einzelnen, daran montierten Gehäuse liegen. Fragen Sie nach der Nennleistung auf Systemebene.
Ablagerungen und Verschmutzungen. Vorschaltfilter schützen das Gehäuse, die Pumpe und die Dichtungen vor Partikeln. A Korbsieb aus rostfreiem Stahl ausgelegt für 150 psi (10 bar) oder eine Industrielles Sieb mit Schnellzugangsdeckel Angegeben bis zu 10 bar, deckt die Grobvorfilterung ab, fügt jedoch eine weitere druckabhängige Komponente hinzu, die bei Auslegungstemperatur eine eigene Nennleistung erfordert.
Temperatur und Zyklen. Die zulässige Belastung und die Flanschbelastbarkeit nehmen mit steigender Temperatur ab, und Elastomerdichtungen werden weicher oder quellen auf. In Sanitärleitungen mit Heißreinigungs- oder Sterilisationszyklen kommen Temperaturwechsel sowie – in Verbindung mit Pulsationen – Ermüdungsbelastungen hinzu. Geben Sie in der Anfrage den vollständigen Temperaturbereich und das erwartete Zyklusmuster an.
Ein höherer Auslegungsdruck führt zu höheren Kosten aufgrund von dickeren Werkstoffen, schwereren Flanschen, größeren Verschlusselementen, einem höheren Prüfdruck und – je nach Norm – umfangreicheren Prüfungen. Zudem erhöht sich das Gewicht des Gehäuses und seiner Halterungen. Es empfiehlt sich, eine Sicherheitsmarge für spezifische Risiken wie das Abschalten der Pumpe, Druckstöße oder Leistungsminderungen bei Hochtemperaturbetrieb einzuplanen, anstatt pauschal eine höhere Druckklasse zu wählen.
| Option | Vorteil | Einschränkung | Optimale Passform |
|---|---|---|---|
| Auslegungsdruck, abgestimmt auf den maximal anzunehmenden Druck zuzüglich einer festgelegten Sicherheitsmarge | Niedrigste Kosten bei einer gerechtfertigten Gewinnspanne | Erfordert genaue Systemdaten | Gut charakterisierte Systeme mit Reliefschutz |
| Nächste Standarddruckklasse (zum Beispiel 16 bar) | Einfach zu spezifizieren; Standard-Flanschklassen | Schwerer und teurer; behebt möglicherweise nicht das Problem der schwächsten Komponente | Variable oder nur unzureichend bekannte Druckverläufe |
| Sonderanfertigungen über das Standardangebot hinaus | Eignet sich für ungewöhnliche Aufgaben | Längere Vorlaufzeit; erfordert eine Entwurfsüberprüfung und Tests | Druck über den Nennwerten der Standardprodukte |
Bei Gehäusen für 10–15 bar fragen Sie bitte vor der Bestellung nach folgenden Artikeln:
Eine präzise Angebotsanfrage ermöglicht es einem Lieferanten, den Umfang des Projekts einzuschätzen und einen realistischen Testplan anzubieten. Bitte geben Sie Folgendes an:
Wenn in einem Angebot lediglich “10 bar” oder “16 bar” angegeben ist, fragen Sie nach, auf welches Bauteil sich dieser Wert bezieht und bei welcher Temperatur er gilt.
Es gibt keine einheitliche Zahl. Die Normen sehen eine Auslegungsreserve vor und fügen dann eine hydrostatische Prüfung hinzu, die in der Regel das 1,3- bis 1,43-Fache des Auslegungsdrucks beträgt. Käufer sollten den Auslegungsdruck über dem maximal zu erwartenden Systemdruck festlegen – einschließlich der Abschalt- und Entlastungswerte der Pumpe – und eine normgerechte Prüfung verlangen.
Nicht automatisch. Wenn der Abschaltdruck, der Überdruckeinstellwert oder der Druckstoß der Pumpe 10 bar überschreiten kann, ist eine Auslegung für 16 bar gerechtfertigt. Liegt der maximal zu erwartende Druck bei 10 bar oder darunter, kann ein ordnungsgemäß ausgelegtes 10-bar-Gehäuse ausreichen. Prüfen Sie die schwächsten Bauteile, nicht nur das Gehäuse.
Gemäß PED beträgt der Prüfdruck mindestens das 1,43-Fache von PS, d. h. 21,5 bar bei 15 bar. Gemäß ASME VIII-1 beträgt der Standardprüfdruck mindestens das 1,3-Fache von MAWP, d. h. 19,5 bar vor der Korrektur des Spannungsverhältnisses. Halten Sie sich stets an die geltende Norm.
Oftmals nicht für kleine Flüssigkeitsbehälter geeignet, da Flüssigkeitsbehälter der Gruppe 2 erst ab 10 bar und 10.000 bar·L unter die PED-Kategorien fallen. Für Gas, Dampf, gefährliche Flüssigkeiten und heiße Flüssigkeiten gelten deutlich niedrigere Grenzwerte. Klären Sie die Flüssigkeitsgruppe und das Volumen mit dem Lieferanten ab.
Nicht für die Serienfertigung geeignet. Eine Berstprüfung ist zerstörend und wird in der Regel nur an Typen oder Prototypen durchgeführt. Jedes Seriengehäuse sollte stattdessen eine zerstörungsfreie hydrostatische Prüfung bestehen. Fragen Sie nach, ob die angegebene Berstdruckangabe aus einem tatsächlichen Prüfbericht oder aus einer Berechnung stammt.
Ja. Die zulässige Spannung im Metall, die Druck-Temperatur-Nennwerte der Flansche und die Dichtungsleistung nehmen mit steigender Temperatur ab. Ein Wert wie “10 bar” ist nur in Verbindung mit einer angegebenen Temperatur aussagekräftig; geben Sie daher in der Angebotsanfrage stets die Auslegungstemperatur an.
