Berstdrucksimulation für Druckgeräte: Sicherheit frühzeitig simulieren.

Berstdrucksimulation für Druckgeräte: Sicherheit frühzeitig simulieren

Stehst du auch manchmal unter Druck?
Oder sind es nur deine Bauteile?

In der Entwicklung von Druckgeräten, Pumpen und Ventilen spielt der Berstdruck eine zentrale Rolle. Ob ein Bauteil den geforderten Innendruck sicher aushält, entscheidet über Zulassung, Markteinführung und letztlich über die Betriebssicherheit. Ein konstruktiv sauber wirkendes Bauteil kann im Berstdrucktest dennoch versagen – häufig aufgrund lokaler Spannungsüberhöhungen, die erst unter Druck sichtbar werden.

Die Berstdrucksimulation ermöglicht es, solche Schwachstellen frühzeitig zu erkennen. Voraussetzung ist jedoch, dass Simulation im Entwicklungsalltag praktikabel einsetzbar ist.

Berstdrucktests als feste Anforderung für Druckgeräte

Berstdrucktests sind kein optionales Qualitätssicherungsinstrument.
Für viele Bauteile sind sie im Rahmen der EU-Druckgeräterichtlinie (DGRL/PED) vorgeschrieben und müssen regelmäßig durchgeführt sowie dokumentiert werden.

Physische Berstdrucktests sind jedoch aufwendig:

• Prototypen werden zerstört
• Entwicklungszeiten verlängern sich
• Iterationen sind teuer

Eine frühzeitige numerische Simulation des Berstdrucks kann helfen, kritische Designentscheidungen bereits vor dem Bau von Prototypen abzusichern und so Prototypenexperimente gezielt zu reduzieren.

Warum Berstdrucksimulation bei Druckgeräten anspruchsvoll ist

Die physikalischen Grundlagen einer Berstdrucksimulation sind gut verstanden. Die eigentliche Herausforderung liegt in der Geometrie moderner Druckgeräte.

Insbesondere Bauteile mit komplexen innenliegenden Geometrien erschweren die Simulation:

• verzweigte innere Strömungskanäle
• variierende Wandstärken
• organische Übergänge und Verrundungen
• innenliegende Hohlräume

Für eine korrekte Simulation müssen alle druckbeaufschlagten Innenflächen zuverlässig identifiziert werden. In klassischen FEA-Workflows ist das ein manueller und fehleranfälliger Schritt. Die Modellvorbereitung kann dabei mehr Zeit in Anspruch nehmen als die eigentliche Berechnung.

Gerade bei Gussteilen oder komplexen CAD-Baugruppen wird Simulation dadurch oft spät oder nur extern eingesetzt.

Simulation dort einsetzen, wo sie entsteht: im Designprozess

Unser Ziel bei Dr.Q ist es, Simulation als festen Bestandteil der mechanischen Entwicklung zu etablieren – nicht als nachgelagerten Spezialprozess.

Ein entscheidender Vorteil dabei ist, dass wir den Simulations-Workflow vollständig selbst entwickeln. Dadurch können wir gezielt Funktionen umsetzen, die speziell für die Anforderungen von Druckgeräten, Pumpen und Ventilen relevant sind.

Ein zentrales Beispiel ist die automatisierte Erkennung aller Nassflächen für die Berstdrucksimulation.

Automatisierte Nassflächen-Erkennung für Berstdrucksimulation

Für eine realistische Berstdrucksimulation müssen alle vom Medium benetzten Innenflächen korrekt mit Innendruck beaufschlagt werden. Bei komplexen Druckgeräten ist das manuell nur schwer zuverlässig umzusetzen.

Durch den direkten Zugriff auf den Code kann Dr.Q:

• zusammenhängende Innenräume analysieren
• druckführende Volumina automatisch erkennen
• alle relevanten Nassflächen ableiten

Ohne manuelle Flächenselektion.

Für Anwender bedeutet das:

• geringerer Aufwand in der Modellvorbereitung
• reproduzierbare Berstdrucksimulationen
• höhere Sicherheit bei komplexen Geometrien

Damit wird FEA-Simulation für Druckgeräte auch bei anspruchsvollen Innenstrukturen praxistauglich.

Fachlicher Austausch mit WILO SE

Bei der Entwicklung der Berstdruck-Funktion wurden wir fachlich von Experten der WILO SE unterstützt. Der Austausch half uns, typische Anforderungen aus der Praxis der Pumpen- und Druckgeräteentwicklung besser zu verstehen.

Besonders wertvoll war dabei der offene Dialog und die regionale Nähe, die einen direkten und konstruktiven Austausch ermöglicht hat. Für diese Unterstützung sind wir sehr dankbar.

Von der CAD-Geometrie zur belastbaren Berstdruckbewertung

Der Simulationsablauf ist bewusst schlank gehalten:

1. CAD-Modell eines Druckgeräts hochladen
2. Analyseziel definieren (Berstdrucksimulation)
3. Material auswählen
4. Prüfdruck festlegen

Die Geometrieaufbereitung, Nassflächen-Erkennung, Netzerstellung und Berechnung erfolgen automatisiert. Innerhalb kurzer Zeit entstehen belastbare Aussagen zu:

• Spannungsverteilungen
• potenziellen Versagensstellen
• konstruktiven Sicherheitsreserven

Simulation wird so zu einem frühen Entscheidungswerkzeug in der Entwicklung von Druckgeräten – noch bevor physische Berstdrucktests durchgeführt werden.

Berstdrucksimulation in der Valve World

Der zugrunde liegende Fachartikel zur Simulation von Berstdrucktests ist in der Dezemberausgabe der Valve World erschienen und ordnet das Thema im Kontext der Pumpen- und Ventilentwicklung ein. Du findest ihn kostenlos hier: https://valve-world.net/subscriptions/

‍