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Verfahrenstechnische Anlagen, in denen Gase oder Flüssigkeiten unter Druck stehen, werden häufig durch metallische Berstscheiben abgesichert. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, als Sollbruchstelle zu agieren: Sie sprechen bei Erreichen eines unzulässigen Über- oder Unterdrucks kontrolliert an und leiten das Fluid über ihren Öffnungsquerschnitt sicher ab. In ihrer Funktion als sicherheitsrelevante Komponenten leisten Berstscheiben so einen bedeutenden Beitrag zum Schutz von Mensch, Anlage und Umwelt.

Obwohl Berstscheiben eine weit verbreitete und bewährte Technologie zur Druckentlastung sind, bestehen noch einige Forschungslücken hinsichtlich ihres strukturmechanischen Verhaltens. Basierend auf dem aktuellen Stand der Technik erfolgen Dimensionierung und Auslegung derzeit über eine iterativ-experimentelle Prozedur auf Grundlage quasistatischer Berstversuche. In der Praxis sind verfahrenstechnische Anlagen jedoch häufig zyklischen Lastregimen ausgesetzt. Dies führt zu einer Materialermüdung des Berstscheibenwerkstoffs, die im Zeitverlauf eine kontinuierliche Reduktion des festgelegten Berstdrucks zur Folge hat – ein Effekt, der mit quasistatischen Versuchsverfahren allein nicht erfasst werden kann. Unplanmäßige Anlagenstillstände sind die Folge. Diese stellen die Betreiber vor finanzielle Herausforderungen und führen zu einem ineffizienten Umgang mit energetischen Ressourcen.

An dieser Stelle knüpft das vorliegende Forschungsvorhaben an und zielt darauf ab, das Langzeitverhalten von Berstscheiben zu analysieren sowie eine geeignete Auslegungssystematik zu entwickeln. Im Rahmen des aktuellen Forschungsprojekts soll daher ein spezieller Dauerschwingprüfstand entwickelt werden, der die Durchführung von Bauteilwöhlerversuchen ermöglicht und als Schlüsselkomponente für die anschließende Zeitfestigkeitsbewertung von metallischen Berstscheiben dient. Darüber hinaus wird der gesamte Fertigungs- und Auslegungsprozess durch numerische Simulationstechniken begleitet, um ein tiefergehendes Verständnis des elastisch-plastischen Deformationsverhaltens sowie der resultierenden Schädigung im Werkstoff zu gewinnen. Die Modellgüte wird dabei durch begleitende Versuche an zu entwickelnden Prüfvorrichtungen evaluiert und die Simulationsergebnisse gezielt mit berührungslosen DIC-Messergebnissen abgeglichen. Mithilfe dieses Wissens soll es zukünftig möglich sein, das Berstscheibendesign zielgerichteter und effizienter an die Anforderungen des abzusichernden Prozesses anzupassen und die Grundlage für vorausschauende Instandhaltungsstrategien zu schaffen.