Berstdrucksimulation für Druckgeräte: Sicherheit früh nachweisen

Fühlen Sie sich manchmal unter Druck? Oder sind es nur Ihre Bauteile?

In der Entwicklung von Druckgeräten, Pumpen und Ventilen spielt der Berstdruck eine zentrale Rolle. Ob ein Bauteil dem geforderten Innendruck sicher standhält, entscheidet über Zulassung, Markteinführung und letztlich die Betriebssicherheit. Ein Bauteil, das strukturell in Ordnung wirkt, kann im Berstdruckversuch dennoch versagen: oft durch lokale Spannungsspitzen, die erst unter Druck sichtbar werden.

Die Berstdrucksimulation ermöglicht es, solche Schwachstellen früh zu erkennen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Simulation praxistauglich und im Engineering-Alltag einsetzbar ist.

Berstdrucktests als Pflicht für Druckgeräte

Berstdruckprüfungen sind kein optionales Instrument der Qualitätssicherung. Für viele Bauteile sind sie durch die europäische Druckgeräterichtlinie (DGRL) vorgeschrieben und müssen regelmäßig durchgeführt und dokumentiert werden.

Physische Berstdruckversuche sind allerdings anspruchsvoll:

• Prototypen werden zerstört
• Entwicklungszeiten steigen
• Iterationen sind teuer

Eine frühzeitige numerische Simulation des Berstdrucks kann helfen, kritische Designentscheidungen zu validieren, bevor Prototypen entstehen, und den Bedarf an physischen Tests zu reduzieren.

Warum die Berstdrucksimulation für Druckgeräte anspruchsvoll ist

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

Besonders schwierig zu simulieren sind Bauteile mit komplexen Innengeometrien:

• Verzweigte innere Strömungskanäle
• Wechselnde Wandstärken
• Organische Übergänge und Verrundungen
• Innere Hohlräume

Für eine belastbare Simulation müssen alle druckbeaufschlagten Innenflächen zuverlässig identifiziert werden. In klassischen FEM-Workflows ist dieser Schritt manuell und fehleranfällig. Die Modellvorbereitung kann mehr Zeit beanspruchen als die eigentliche Rechnung.

Gerade bei Gussteilen oder komplexen CAD-Baugruppen wird die Simulation deshalb häufig spät im Prozess oder ausgelagert eingesetzt.

Simulation in den Designprozess bringen

Bei Dr.Q ist es unser Ziel, Simulation als integralen Bestandteil der mechanischen Entwicklung zu etablieren: nicht als nachgelagerten Spezialistenprozess.

Ein zentraler Vorteil dabei ist, dass wir den kompletten Simulations-Workflow selbst entwickeln. So können wir Funktionen umsetzen, die speziell auf die Anforderungen von Druckgeräten, Pumpen und Ventilen zugeschnitten sind.

Ein zentrales Beispiel ist die automatisierte Erkennung aller benetzten Flächen für die Berstdrucksimulation.

Automatisierte Erkennung benetzter Flächen für die Berstdrucksimulation

Für eine realitätsnahe Berstdrucksimulation müssen alle Innenflächen, die mit dem Medium in Kontakt stehen, korrekt mit Innendruck beaufschlagt werden. Bei komplexen Druckgeräten ist das manuell kaum leistbar.

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

• Zusammenhängende innere Volumen analysieren
• Druckführende Bereiche automatisch identifizieren
• Alle relevanten benetzten Flächen ableiten

Ohne manuelle Flächenauswahl.

Für Nutzer heißt das:

• Weniger Aufwand in der Modellvorbereitung
• Reproduzierbare Berstdrucksimulationen
• Höhere Zuverlässigkeit bei komplexen Geometrien

So wird FEM-Simulation auch für Druckgeräte mit anspruchsvollen Innenstrukturen praxistauglich.

Fachlicher Austausch mit WILO SE

Während der Entwicklung des Berstdruck-Features haben wir Fachunterstützung von WILO SE erhalten. Die Zusammenarbeit hat uns geholfen, typische Anforderungen aus der realen Pumpen- und Druckgeräteentwicklung besser zu verstehen.

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

Von der CAD-Geometrie zur belastbaren Berstdruckbewertung

Der Simulations-Workflow ist bewusst schlank gehalten:

1. CAD-Modell eines Druckgeräts hochladen
2. Analyseziel festlegen (Berstdrucksimulation)
3. Werkstoff wählen
4. Prüfdruck angeben

Geometrieaufbereitung, Erkennung der benetzten Flächen, Vernetzung und Berechnung laufen automatisch ab. In kurzer Zeit entstehen belastbare Erkenntnisse zu:

• Spannungsverteilungen
• Potenziellen Versagensstellen
• Strukturellen Sicherheitsreserven

So wird Simulation in der Entwicklung von Druckgeräten zum frühen Entscheidungswerkzeug: schon bevor physische Berstdruckversuche gefahren werden.

Berstdrucksimulation in der Valve World

Der zugrunde liegende Fachartikel zur Berstdrucksimulation ist in der Dezember-Ausgabe von Valve World erschienen und ordnet das Thema in den Kontext der Pumpen- und Ventilentwicklung ein.

Sie können ihn hier kostenlos abrufen: https://valve-world.net/subscriptions/