Sicherheit: Auf den Punkt genau

Ralf Diederichs

Sicherheitsberstscheiben, egal aus welchem Werkstoff oder ob mit hohen oder niedrigen Auslösedrücken, sollten möglichst genau, d. h. auf den eingestellten Ansprechdruck, bersten. Tatsache ist jedoch, dass die Berstscheiben das genau nicht erfüllen. Aus diesem Grund steht auch in der DIN EN ISO 4126-2 unter Punkt 17.2 Absatz (e) geschrieben, dass auf dem Typenschild der Berstscheibe ein maximaler und minimaler Berstdruck oder der Berstdruck mit Ansprechtoleranz anzugeben ist. Wo liegt die Ursache für dieses Verhalten der Berstscheiben? Die erste Ursache ist bereits in dem verwendeten Material zu finden. Denn das Vormaterial, aus dem eine Berstscheibe hergestellt werden soll, trägt bereits eine gewisse Ungenauigkeit in sich, die sogenannte Materialtoleranz. Das Ausgangsmaterial also, entweder eine Folie aus Metall oder eine Scheibe aus Grafit, verhindert bereits, dass die Berstscheibe einmal genau auf den Punkt auslösen wird. Die zweite Ursache liegt in dem Herstellungsprozess selbst. Darum sind die Konstrukteure seit jeher bemüht, die Berstscheiben und die Vorrichtungen, mit denen sie hergestellt werden, so zu gestalten, dass zur Materialtoleranz nicht auch noch eine allzu üppige Bersttoleranz hinzuaddiert werden muss. Beides zusammengenommen ergibt die Gesamttoleranz. Die Norm spricht hier unter Punkt 3.15 von Ansprechtoleranz und definiert sie als „Druckbereich zwischen maximalem und minimalem festgelegten Berstdruck oder Druckbereich in positiven und negativen Werten oder Prozentzahlen, der auf den festgelegten Berstdruck bezogen ist“. Diese erscheint schließlich auf dem Typenschild mit z. B. ±10 %. Was nichts anderes bedeutet, als dass der tatsächliche Auslösedruck der Berstscheibe um maximal 10 % nach unten und um 10 % nach oben um den festgelegten Berstdruck herum abweichen kann. Die zulässige Streuung beträgt somit insgesamt 20 %. Oder anders ausgedrückt: Eine Berstscheibe mit einem festgelegten Berstdruck von z. B. 10 bar Überdruck löst irgendwo zwischen 9 und 11 bar aus.

Grundsätzlich gilt: Je höher der Berstdruck, um so eher lassen sich Berstscheiben mit engen Toleranzen herstellen. Umgekehrt gilt, je niedriger der Ansprechdruck, um so aufwendiger und schwieriger wird die Herstellung von Berstscheiben mit engen Toleranzen. In absoluten Zahlen ausgedrückt, wird das Ganze besonders anschaulich: Bei einem Berstdruck von 100 bar bedeutet eine Gesamttoleranz von ±10 % immerhin eine Bandbreite von 20 bar. Bei einem Berstdruck von 0,1 bar Überdruck bedeutet die gleiche Toleranz lediglich einen Spielraum von 0,02 bar.

Lange Zeit galt eine Gesamttoleranz von ±5 % als das Nonplusultra auf diesem Gebiet. Und das auch erst bei Berstdrücken von 3 bar Überdruck an aufwärts. Nach sorgfältiger Auswahl hat sich die Firma Schwing daher entschlossen, mit dem Mailänder Berstscheiben-Hersteller Donadon SDD zusammenzuarbeiten, dessen Produkte zum Teil Toleranzen von ±2 % und besser einhalten.

Für die Herstellung von Berstscheiben aus Metall eignen sich insbesondere die Werkstoffe Edelstahl 1.4435 und 1.4401, Nickel 200 (2.4060) sowie die Nickellegierungen Monel 400 (2.4360), Inconel 600 (2.4816) und Hastelloy C276 (2.4602). Kommt die Berstscheibe mit besonders aggressiven Chemikalien in Berührung, wird auf den Werkstoff Tantal (3.7024) ausgewichen. Je nach Anwendungsfall kann auch eine PTFE-Folie helfen. Prozessseitig montiert, verhindert sie, dass das Medium direkt mit dem Metall der Berstscheibe in Berührung kommt.

Lange Produktionserfahrung, kombiniert mit modernster Fertigungstechnik, ermöglicht die Herstellung von Berstscheiben in allen Druckbereichen mit sehr engen Toleranzen. Allerdings lassen sich die Berstscheiben nicht in allen beliebigen Nennweiten mit niedrigen Ansprechdrücken und engen Toleranzen herstellen. Zwar sind einige Typen schon mit Nennweiten von 5 mm zu bekommen, jedoch nur mit hohen Berstdrücken und eingeschweißt in spezielle Einschraubhalterungen, wie z. B. für den Einsatz in Extruder. Die lieferbaren Nennweiten der hier besonders herausgestellten Berstscheibentypen beginnt bei DN 25, z. B. Typ DCD bzw. DN 50 für die Typen LPD und DIF. Die größte lieferbare Nennweite ist DN 900. Die Limitierung bei DN 900 hat mehrere Ursachen. Ein Grund liegt in den maximalen Abmessungen, mit denen das Vormaterial erhältlich ist. Ein weiterer Grund sind die bei den Herstellern vorhandenen Vorrichtungen und Maschinen zur Produktion der Berstscheiben. Hier ist insbesondere die maximale Nutzbreite der Laser zu beachten, auf denen bei den modern ausgestatteten Produzenten die Metallfolien, aus denen später die Berstscheiben entstehen, geschnitten werden. Nicht außer Acht gelassen werden sollten zudem auch die Monteure, die die Berstscheibe letztendlich vor Ort montieren müssen. Die Masse der ausgelieferten Berstscheiben bewegt sich in dem Bereich zwischen den Nennweiten 25 und 500. Größere Nennweiten kommen dagegen nicht so häufig vor.

Besonders hervorzuheben ist die LPD. Diese Berstscheibe für niedrige und niedrigste Berstdrücke kommt nicht nur ohne teure Halterung aus, sondern hat selbst bei Berstdrücken von 10 mbar Überdruck eine Ansprechgenauigkeit, die für sich spricht. Die noch aus der Vergangenheit stammenden zulässigen max. ±20 % werden mittlerweile deutlich unterschritten und nur noch 1/10 davon, nämlich ±2 %, werden benötigt, wie das Werksprüfzeugnis beweist.

Ein vergleichbarer Berstscheibentyp für etwas höhere Berstdrücke, die DIF, auch zum direkten Einbau ohne Halterung zwischen die Flansche geeignet, zeigt bei einem Berstdruck von 0,45 bar Überdruck ähnliche Werte. Hier wird die noch mit ±10 % angegebene zulässige maximale Gesamttoleranz mit ±2,2 % erheblich unterboten.

Auch die Berstscheibe DCD, sie ist speziell für höhere Ansprechdrücke konstruiert und deswegen zum Einbau in eine Halterung vorgesehen, unterbietet die geforderten ±5 % sowohl bei den Berstdrücken 7 bar Überdruck als auch bei 70 bar Überdruck mit Werten von 1 % und weniger respektabel.

cav 436

Berstscheiben von Donadon SDD

Die Berstscheiben bei Schwing