Wie lassen sich Berstscheiben präziser auslegen und Fertigungsprozesse effizienter gestalten? Dieser Fragestellung widmet sich unser aktuelles ZIM-FuE-Kooperationsprojekt mit der TH Köln. Im Rahmen der diesjährigen CSE-Sicherheitstage auf Wangerooge stellte unser Doktorand Benjamin Treude erste Ergebnisse aus der laufenden Forschungsarbeit vor. Im Fokus stand ein auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basierendes Simulationsmodell zur realitätsnahen Abbildung des Berstscheiben-Fertigungsprozesses.
Simulation des Fertigungsprozesses und Prognose des Berstverhaltens
Berstscheiben sind sicherheitskritische Druckentlastungseinrichtungen, die Prozessanlagen vor unzulässigen Druckszenarien schützen. Für ein zuverlässiges Ansprechverhalten müssen Berstdruck, Geometrie und Materialeigenschaften präzise auf die jeweiligen Prozessanforderungen abgestimmt werden. Die Entwicklung und Auslegung solcher Komponenten basiert in der Praxis häufig auf iterativen Versuchsreihen. Besonders bei dünnwandigen metallischen Berstscheiben entstehen komplexe Spannungs- und Verformungszustände, die experimentell nur mit hohem Aufwand untersucht werden können.
Benjamin Treude (links), Dirk van Malderen (mitte) und Marc Juckschat (rechts) bei den CSE-Sicherheitstagen auf Wangerooge 2026
Das im Forschungsprojekt entwickelte Simulationsmodell ermöglicht die numerische Abbildung des Fertigungsprozesses sowie des späteren Versagens- und Öffnungsverhaltens der Berstscheibe. Ziel ist eine belastbare Prognose von Berstdruck, Verformungsverhalten und Versagensmechanismen bereits während der Entwicklungsphase. Dadurch können kritische Prozess- und Materialparameter frühzeitig identifiziert und Berstscheiben gezielter auf spezifische Kundenanforderungen ausgelegt werden.
Validierung mittels digitaler Bildkorrelation (DIC)
Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist die experimentelle Validierung des Simulationsmodells mittels digitaler Bildkorrelation (DIC). Dabei werden lokale Verformungen und Dehnungen während der Belastung optisch erfasst und mit den Ergebnissen der FEM-Simulation verglichen. Die bisherigen Untersuchungen zeigen eine hohe Übereinstimmung zwischen experimentell ermittelten und numerisch berechneten Verformungs- und Dehnungsverläufen. Dadurch lässt sich die Aussagekraft des Modells deutlich erhöhen und das reale Bauteilverhalten präziser abbilden. Durch die Kombination aus Simulation und experimenteller Absicherung entsteht ein tiefgreifendes Verständnis der zugrunde liegenden Bauteilphysik sowie der material– und fertigungsabhängigen Einflussgrößen.
Mehr Prozessverständnis und geringerer Versuchsaufwand
Die fertigungsbegleitende Simulation eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Optimierung von Berstscheiben. Mithilfe der numerischen Analyse lassen sich unter anderem:
- kritische Prozessparameter systematisch analysieren,
- material– und geometrieabhängige Zusammenhänge im Berstverhalten identifizieren,
- Entwicklungsprozesse beschleunigen,
- sowie experimentelle Versuchsaufwände signifikant reduzieren.
Gleichzeitig ermöglicht der Ansatz eine ressourcenschonendere und wirtschaftlichere Prozessgestaltung, da geeignete Fertigungsparameter bereits im Vorfeld präziser bestimmt werden können. Für Betreiber, Anlagenbauer und Planer bietet dies zusätzliche Vorteile hinsichtlich Reproduzierbarkeit, Prozesssicherheit und anwendungsspezifischer Auslegung.
Fachlicher Austausch auf den CSE-Sicherheitstagen
Neben der Präsentation der Forschungsergebnisse boten die CSE-Sicherheitstage erneut Raum für den direkten fachlichen Austausch zwischen Industrie, Forschung und Anlagenbetreibern. Die Diskussionen vor Ort haben gezeigt, wie groß das Interesse an simulationsgestützten Entwicklungsansätzen, digitaler Prozessanalyse und belastbaren Methoden zur Auslegung sicherheitskritischer Komponenten ist. STRIKO Verfahrenstechnik bedankt sich bei allen Gesprächspartnern sowie bei CSE-Engineering für die Organisation der Veranstaltung.
Das ZIM-FuE-Kooperationsprojekt mit der TH Köln wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichen: KK5699001LL4).
Autoren: Benjamin Treude und Andrea Gerz
Zuletzt aktualisiert am 20.05.2026
