Axel’s Helferchen – Balgkompensator: Kräfte auf den Festpunkt

Kräfte auf den Festpunkt bei Axial-Balgkompensatoren

Interaktiver Rechner zur Dimensionierung von Rohrleitungs-Festpunkten
📖 Hilfe und Herleitung 📐 Zur Druckfläche
Im Rohrleitungsbau nehmen Axial-Balgkompensatoren thermische Längenänderungen durch die elastische Verformung ihrer Wellenflanken auf. Da ein ungespannter Balg keine axialen Zugkräfte übertragen kann, wirken an Festpunkten erhebliche Stützkräfte aus Druckreaktionskraft FP, Balgwiderstand FB und Lagerreibung FR.
1. Druckreaktionskraft
Dominierender Druckanteil (oft 80–90 %)
FP = p · A
Unabhängig von der Rohrlänge
2. Balgwiderstand
Elastische Rückstellkraft (Hooke)
FB = cax · Δx
Proportional zur Wärmedehnung
3. Reibungskraft
Gleit- und Führungslagerreibung
FR = μ · GRohr
Proportional zur Trassenlänge
Gesamte Festpunktkraft
Superposition im Betriebsfall
FFP = FP + FB + FR
Dimensionierung für Bauwerk/Statik

Theoretische Grundlagen & physikalische Herleitung der Kräfte

Warum verhält sich die Balgstelle wie ein offenes Rohrende? Wie beeinflusst eine 50 % Kaltvorspannung die Federkraft? Und weshalb ist die kalte Druckprüfung häufig der statisch maßgebende Lastfall für das Betonfundament? Die vollständigen Herleitungen, mathematischen Formeln, Lastfalltabellen und Richtwerte finden Sie in unserer Dokumentation.

Zur vollständigen Herleitung & Theorie →

Interaktiver Festpunktkräfte-Rechner

Geben Sie die Abmessungen und Betriebsdaten Ihrer Rohrleitung ein, um die drei Teilkräfte und die resultierende Festpunktbelastung live zu berechnen:

⚙️ 1. Eingabewerte gegliedert nach den drei Kraftanteilen
1

1. Parameter für Druckreaktionskraft FP

Balg-Geometrie & Druckstufen (FP = p · A)
Balg-Außendurchmesser
Balg-Innendurchmesser
Druck im Normalbetrieb
Standard EN 13480: 1,43
2

2. Parameter für Balgwiderstand FB

Wärmedehnung & Rückstellkraft (FB = cax · Δx)
Dehnungsdistanz Festpunkt → Kompensator
TBetrieb - TMontage
Schnellauswahl für Wärmeausdehnung
Wärmeausdehnungskoeffizient
Balg-Axialsteifigkeit (Katalogwert)
3

3. Parameter für Reibungskraft FR

Trassengewicht & Lagerreibung (FR = μ · m' · g · L)
Rohr + Medium + Dämmung + Armaturen
Typische Reibpaarungen
Reibungszahl (Gleitstrecke L = 30 m)
Rohrfläche ARohr: 78,54 cm²
Flankenfläche AFlanke: 25,92 cm²
Wirkfläche A (statisch): 104,46 cm²
Wärmedehnung Δx: 43,20 mm
Dehnbeiwert α: 0,0120 mm/(m·K)
Prüfdruck pPrüf: 22,88 bar
📊 2. Berechnete Reaktionskräfte
1. Druckreaktionskraft FP
F_P = p · A (statischer Anteil)
Im normalen Betrieb:
16,71 kN
16.713 N
≈ 1.704 kgf (1,70 t)
Bei kalter Druckprobe (1,43 · p):
23,90 kN
23.900 N
≈ 2.437 kgf (2,44 t)
2. Balgwiderstand FB
F_B = c_ax · Δx (Verstellkraft)
Elastische Rückstellkraft:
3,67 kN
3.672 N
≈ 374 kgf
Bei 50 % Kaltvorspannung:
1,84 kN
1.836 N
≈ 187 kgf
3. Reibungskraft FR
F_R = μ · m' · g · L
Gesamte Lagerreibung:
2,47 kN
2.472 N
≈ 252 kgf
Gesamtgewicht der Trasse:
840 kg
ca. 8.240 N (840 kgf)
Gesamte Festpunktkraft FFP
Überlagerung der Komponenten
Lastfall 1: Betrieb (F_P + F_B + F_R):
22,86 kN
22.857 N
≈ 2.331 kgf (2,33 t)
Lastfall 2: Kalte Druckprobe:
23,90 kN
23.900 N
≈ 2.437 kgf (2,44 t)
⚠️ Maßgebend für Fundamentstatik!
📌 Ergebnis-Bewertung für das Festpunktfundament
Anteil der Druckkraft an der Gesamtlast: 73,1 % (Hauptlast)
Anteil des Balgwiderstands: 16,1 %
Anteil der Rohrleitungsreibung: 10,8 %
Maßgebender Bemessungslastfall: Lastfall 2: Druckprüfung (23,90 kN)