So winzig, aber eine ausgewachsene Berstscheibe: Dieses Modell hat einen Durchmesser von nur 3 mm. (Bild: Bormann & Neupert by BS&B + by-studio - Fotolia)
- Die Strategie ist zwar ein wichtiger Erfolgsfaktor, weitaus wichtiger ist jedoch eine zielstrebige Unternehmens- und vor allen Dingen Führungs-Kultur.
- Führungskräfte sollten dazu nicht nur Ziele setzen, sondern auch tatsächlich Maßnahmen zu deren Erreichen ergreifen – indem sie selbst als Vorbild dienen und Mitarbeiter konstruktiv anleiten.
- Drei Gruppen von Mitarbeitern – die Low-Performer, die High-Performer und dazwischen die „fleißigen Bienen“ – bieten unterschiedliches Verbesserungspotential und erfordern daher unterschiedliche Führungsansätze.
Vor allem in hochsicherheitsrelevanten Anwendungen wie Sicherheitssystemen zum Schutz vor Feuer oder in Kühlsystemen, aber auch in der Luftfahrt oder der Automobilindustrie, sind miniaturisierte funktionssichere Lösungen gefragt.
Einfach verkleinern führt nicht zum Ziel
Berstscheiben sind bewährte Sicherheitsarmaturen, die auch in anspruchsvollen Umgebungen eine zuverlässige, schnelle Druckentlastung sicherstellen. Die Gestaltung von sehr kleinen Berstscheiben für geringe Druckbereiche – etwa mit nur 3 mm Durchmesser und Ansprechdrücken ab 8 bar – stellt Entwickler jedoch vor neue Herausforderungen. Denn bei derart kleinen Bauteilen verstärken sich neben der Abhängigkeit von Qualität und Maßhaltigkeit der Fertigungsmaterialien auch die Einflüsse von Haltern und Einbauart.
Darum werden Berstscheiben in solchen kleinsten Durchmessern – anders als diejenigen in herkömmlichen Abmessungen, die per Flansch in Druckgeräte eingebaut werden – in der Regel als integrierte einbaufertige Baugruppe angeboten. Berstscheibe und Halter sind dann untrennbar verbunden. Die Montage erfolgt je nach Einsatzbedingungen geschraubt, geschweißt, gelötet oder geklemmt, um eine hohe Leckagesicherheit zu gewährleisten.
Die Abmessungen bei der Miniatur-Berstscheibe auf Basis einer größeren Ausführung einfach zu verkleinern, führt allerdings nicht zum Ziel, da sie sich konstruktiv von größeren Exemplaren unterscheidet. Der Grund liegt in der Funktionsweise: Der Ansprechdruck klassischer zugbelasteter Berstscheiben ergibt sich aus der Festigkeit des verwendeten Rohmaterials und des Durchmessers. Für eine Anwendung mit kleinen Abmessungen und geringen Drücken ergäben sich extrem geringe Materialstärken. Die Scheibe müsste so dünn sein, dass eine Beschädigung bei der Montage kaum auszuschließen ist. Zudem sind Standard-Materialien wie Aluminium dann sehr empfindlich gegenüber atmosphärischer oder anwendungsbedingter Korrosion und hohen Prozesstemperaturen. Mögliche Alternativmaterialien wie Silber kommen in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht.
Schnittmodell einer QRB-Baugruppe. Einkerbungen der Berstscheibe stellen präzises Ansprechen sicher. (Bild: Bormann & Neupert by BS&B)
Umgekehrt ist überlegen
Ein Ausweichen auf andere Druckentlastungen wie Sicherheitsventile bringt ebenso Nachteile: Zwar lassen sich diese für kleine Drücke auslegen; in zahlreichen maßgeblichen Eigenschaften wie Dichtheit, Durchflusscharakteristik oder Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen, reichen sie jedoch nicht an die Leistung von Berstscheiben heran. Zudem sind letztere leichter, kompakter und benötigen weniger Wartungsaufwand. Die Mitarbeiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Bormann & Neupert by BS&B setzten darum bei der Entwicklung neuer Miniatur-Druckentlastungen auf das bewährte Prinzip der Berstscheiben, gestalteten diese aber grundlegend neu.
Dabei war die Fokussierung auf das Prinzip der Umkehr-Berstscheiben schnell gefallen, denn diese sind klassischen zugbelasteten Berstscheiben in mehreren Bereichen überlegen. Bei der Auslegung des Berstdrucks sind Form und Struktur der Scheibe ausschlaggebend, Eigenschaften und Qualität des Fertigungsmaterials beeinflussen die Eigenschaften dagegen in geringerem Maße. So lässt sich eine höhere Ansprechgenauigkeit erreichen, und auch die dauerhafte Beständigkeit gegenüber hohen Betriebsdrücken und -temperaturen steigt. Ein dauerhafter Prozessdruck von bis zu 90 % des Ansprechdrucks – sowohl zyklisch wie auch statisch – ist problemlos möglich. Ein ungewolltes Ansprechen durch Materialermüdung ist nahezu ausgeschlossen. Zum Vergleich: Zugbelastete Berstscheiben lassen sich nur bei maximal 70 % des Ansprechdrucks dauerhaft betreiben.
Zudem vereinfachen Umkehr-Berstscheiben die Qualitätsprüfung während der Fertigung. So lässt sich eine durchgängig hohe Maßhaltigkeit in einem besonders kleinen Toleranzbereich schneller und zuverlässiger sicherstellen – ein Vorteil sowohl für Kleinserien wie auch in der Massenfertigung.
Die FRB-Berstscheibe weist Wölbungen in verschiedene Richtungen auf.(Bilder: Bormann & Neupert by BS&B)
Herausforderung: kleiner Durchmesser
Je nach Prozessanforderung haben sich für die Form der vom Entwickler angebotenen Scheiben erhebliche Unterschiede ergeben. Der Grund liegt in einer konstruktiven Besonderheit, die sich aus dem geringen Durchmesser ergibt. Die individuelle druckspezifische Gestaltung bewirkt, dass die Scheibe kontrolliert birst und sich die Fragmente so verformen, dass der maximale Durch-flussquerschnitt schnellstens freigegeben wird. Designmerkmale sind etwa Sollbruchstellen, die das Nachgeben an präzise definierter Stelle sichern. Ein Beispiel ist die mittige Einkerbung der QRB-Berstscheiben. Manche Scheiben sind auch innerhalb bestimmter Bereiche ihres Radius in verschiedene Richtungen gewölbt, wie etwa das Modell FRB. Sie verbinden so die positiven Eigenschaften von zugbelasteten und Umkehr-Berstscheiben.
Die Vielfalt der unterschiedlichen Ausführungen ermöglicht eine sehr hohe Bandbreite an Druckbereichen, für die diese Armaturen geeignet sind – sowohl bei flüssigen wie auch gas- oder dampfförmigen Medien. Die Varianten reichen von Durchfluss-Durchmessern von nur 3 mm und besonders niedrigen Drücken ab 8 bar über 5 mm Größe für Anwendungen bis 1.200 bar bis hin zu Berstdrücken von 4.000 bar bei 6 mm Durchmesser. Zahlreiche Ausführungen – vor allem die für sehr hohe Drücke – sind als einteilige Elemente gefertigt. Undichtigkeiten zwischen ihren Komponenten sind damit konstruktionsbedingt ausgeschlossen.
Kleinste montagefertige Berstscheiben-Baugruppe mit Lasergravur zur Rückverfolgung.(Bild: Bormann & Neupert by BS&B)
Diese Gestaltungsmerkmale – ergänzt um den Einsatz moderner Materialien und spezifischer Haltelösungen – erweitern nahhaltig die Anwendungsmöglichkeiten von Berstscheiben. Bei der Zulassung als Druckentlastungseinrichtung stellten natürlich zahlreiche, zumeist branchenspezifische, nationale und internationale Normen und Richtlinien zurecht umfassende Forderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit. Dem begegnete der Hersteller als Teil des weltweiten Unternehmensnetzwerks BS&B Safety Systems mit zeitgemäßen Fertigungsverfahren wie Laser- oder TIG-Schweißen und einer effektiven Qualitätskontrolle. Die verschiedenen Berstscheiben erfüllen alle gängigen Normen – etwa die europäische Druckgeräterichtlinie, die Standards der amerikanischen ASME, der russischen GOST sowie der chinesischen und koreanischen Kontrollbehörden.
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