Berstscheibe am Extruder richtig auswählen: Öffnungsdruck, Temperatur und Einbaurichtung beachten

→ Produktkategorie: Berstschrauben

 

Der Schmelzedruck eines Extruders steigt bei einer Prozessstörung innerhalb kurzer Zeit stark an. Ein verstopftes Siebpaket, eine blockierte Düse, ein zugesetzter Schmelzekanal oder eine fehlerhafte Prozessführung können dazu führen, dass der Druck im Extruderzylinder deutlich über den normalen Betriebsbereich steigt.

Zum Schutz der Maschine ist deshalb eine Berstscheibe beziehungsweise ein sogenannter Burst Plug eingebaut.

Doch welche Berstscheibe ist richtig?

Einfach einen Berstdruck auszuwählen, der etwas oberhalb des normalen Prozessdrucks liegt, genügt nicht.

Für eine technisch sinnvolle Auslegung müssen gleichzeitig berücksichtigt werden:

• normaler Betriebsdruck,
• maximal auftretende Prozessdruckspitzen,
• zulässiger Druck der zu schützenden Maschinenkomponenten,
• Nennberstdruck und Bersttoleranz,
• Temperatur am Einbauort,
• Materialkontakt mit der Kunststoffschmelze,
• Prozessanschluss und Einbaubohrung,
• Einbaurichtung,
• Totraum beziehungsweise Lage der Berstmembran,
• mechanische Beschädigung bei Montage oder Reinigung.

Besonders wichtig ist:

Der angegebene Berstdruck einer Berstscheibe gilt nicht losgelöst von der Temperatur.

Die mechanischen Eigenschaften der Membran verändern sich mit der Temperatur. Deshalb muss eine Berstscheibe für den tatsächlichen Temperaturbereich des Prozesses beziehungsweise für die vom Hersteller definierte Referenztemperatur ausgewählt werden.

Ebenso darf eine Berstscheibe nicht mit einem Drucksensor verwechselt werden.

Ein Drucksensor:

misst und überwacht den Prozessdruck

eine Berstscheibe:

öffnet einmalig bei einem definierten Überdruck und entlastet das System

Beide Komponenten ergänzen sich, erfüllen jedoch vollkommen unterschiedliche Aufgaben.

Dynisco-Berstscheiben und zugehörige Messgeräte finden Sie bei ICS Schneider unter Messgeräte / Berstscheiben. Eine Übersicht weiterer Lösungen für Kunststoffextrusion und Schmelzedruckmessung finden Sie unter Dynisco-Produkte.

Wie funktioniert eine Berstscheibe am Extruder?

Eine Berstscheibe ist eine passive Druckentlastungseinrichtung.

Sie besitzt eine gezielt dimensionierte metallische Membran.

Solange der Prozessdruck innerhalb des vorgesehenen Bereichs bleibt, bleibt die Membran geschlossen.

Wird der für die jeweilige Ausführung definierte Berstdruck erreicht, versagt die Membran gezielt und öffnet einen Entlastungsweg.

Damit kann der Druck im zu schützenden System schnell abgebaut werden.

Der grundsätzliche Ablauf lautet:

normaler Betrieb → Druckanstieg → definierter Berstdruck erreicht → Membran öffnet → Druckentlastung

Die Berstscheibe benötigt dazu:

• keine elektrische Energie,
• keinen Aktor,
• keine Steuerung,
• keinen beweglichen Ventilmechanismus.

Sie ist damit eine sehr direkte Form des Überdruckschutzes.

Einmalige Schutzfunktion

Eine Berstscheibe ist keine selbsttätig wieder schließende Druckregelung.

Nach dem Bersten ist die Schutzmembran geöffnet.

Die Ursache des Überdrucks muss ermittelt und die ausgelöste Einheit anschließend durch eine geeignete neue Berstscheibe ersetzt werden.

Ein angesprochener Burst Plug ist deshalb kein Prozessereignis, das einfach zurückgesetzt werden kann.

Berstscheibe, Berststopfen und Burst Plug unterscheiden

Im Bereich der Kunststoffverarbeitung werden unterschiedliche Begriffe verwendet.

Berstscheibe

Der allgemeine Begriff beschreibt das eigentliche Druckentlastungselement mit einer definiert versagenden Membran.

Berststopfen oder Berstschraube

Bei Extrudern wird die Berstscheibe häufig als komplette einschraubbare Baugruppe ausgeführt.

Diese besteht beispielsweise aus:

• Gewindekörper,
• Prozessspitze,
• verschweißter Berstmembran.

Umgangssprachlich werden solche Baugruppen häufig als Berststopfen oder Berstschraube bezeichnet.

Burst Plug

Dynisco verwendet für diese einteiligen Baugruppen den Begriff:

Burst Plug

Der Vorteil besteht darin, dass die Berstmembran bereits fest in einer definierten Geometrie mit dem Prozessanschluss verbunden ist.

Warum benötigt ein Extruder einen Überdruckschutz?

Während der Extrusion wird Kunststoff unter hoher Temperatur durch Schnecke, Zylinder, Siebwechsler und Werkzeug gefördert.

Der notwendige Schmelzedruck hängt unter anderem ab von:

• Material,
• Viskosität,
• Temperatur,
• Schneckendrehzahl,
• Durchsatz,
• Werkzeuggeometrie,
• Siebpaket,
• Fließwiderständen im Schmelzekanal.

Unter normalen Bedingungen stellt sich ein bestimmter Prozessdruck ein.

Eine Störung kann diesen Druck jedoch stark erhöhen.

Typische Ursachen für Überdruck

• zugesetztes Siebpaket,
• blockierter Siebwechsler,
• verstopfte Düse,
• blockierter Werkzeugkanal,
• zu niedrige Schmelzetemperatur,
• stark erhöhte Schmelzeviskosität,
• zu hoher Durchsatz,
• Fehlbedienung beim Anfahren,
• unerwartete Materialeigenschaften.

Der Druck kann dabei schneller steigen, als der Bediener reagieren kann.

Eine geeignete Berstscheibe bildet deshalb eine zusätzliche passive Sicherheitsebene.

Betriebsdruck und Berstdruck unterscheiden

Der normale Betriebsdruck ist nicht automatisch der richtige Berstdruck.

Angenommen, ein Extruder arbeitet normalerweise bei:

pBetrieb = 250 bar

Während regulärer Prozessschwankungen treten kurzzeitig beispielsweise:

300 bar

auf.

Eine Berstscheibe mit einem nominalen Berstdruck von nur geringfügig oberhalb 300 bar könnte dann bei normalen Prozessspitzen unnötig ansprechen.

Wird der Berstdruck dagegen deutlich zu hoch gewählt, kann im Fehlerfall zunächst eine andere Maschinenkomponente überlastet werden.

Deshalb muss gelten:

Der Berstdruck muss ausreichend oberhalb des zulässigen normalen Prozessbereichs liegen und gleichzeitig unterhalb der kritischen Druckgrenze der zu schützenden Anlage bleiben.

Mehrere Druckgrenzen berücksichtigen

Bei der Auslegung sollten mindestens bekannt sein:

• typischer Prozessdruck,
• maximaler zulässiger Betriebsdruck,
• normale Druckspitzen,
• zulässiger Druck von Extruderzylinder, Adapter, Siebwechsler und Werkzeug,
• zulässiger Druck angeschlossener Sensoren und Komponenten,
• Bersttoleranz der vorgesehenen Berstscheibe.

Der Berstdruck sollte deshalb nicht isoliert ausgewählt werden.

Berstdruck richtig auswählen

Die Auswahl kann vereinfacht als Druckfenster betrachtet werden.

Unterhalb befindet sich der normale Prozess:

normaler Betrieb + zulässige Prozessspitzen

oberhalb befindet sich die Grenze der zu schützenden Maschine:

maximal zulässiger Druck der Anlage

Dazwischen muss sich die Berstcharakteristik befinden.

Vereinfachtes Beispiel

Angenommen:

• typischer Schmelzedruck: 220 bar,
• regelmäßige kurzzeitige Spitzen: 280 bar,
• kritische zulässige Druckgrenze der betrachteten Komponente: 500 bar.

Eine Berstscheibe darf nicht einfach auf:

280 bar

ausgelegt werden, weil reguläre Spitzen sonst zu einem unerwünschten Ansprechen führen könnten.

Ebenso wäre ein Nennberstdruck:

> 500 bar

für die Schutzaufgabe offensichtlich ungeeignet, wenn die zu schützende Komponente bereits vorher ihre zulässige Grenze erreicht.

Der tatsächlich geeignete Nennwert muss anhand der gesamten Anlage, Temperatur und Bersttoleranz bestimmt werden.

Eine allgemeine feste Prozentregel für alle Extruder ist dafür nicht ausreichend.

Bersttoleranz bei der Auswahl berücksichtigen

Eine Berstscheibe öffnet nicht mathematisch exakt bei einem einzigen Druckwert.

Für die jeweilige Ausführung gibt der Hersteller eine Bersttoleranz beziehungsweise einen zulässigen Berstdruckbereich an.

Angenommen, eine Berstscheibe besitzt:

Nennberstdruck = 400 bar

und beispielhaft:

Bersttoleranz = ±10 %

dann liegt der theoretische Toleranzbereich bei:

360…440 bar

Dieses Beispiel zeigt einen wesentlichen Punkt:

Für den Anlagenschutz muss die obere Toleranzgrenze betrachtet werden. Für die Vermeidung unerwünschten Berstens ist gleichzeitig die untere Toleranzgrenze relevant.

Unterer Grenzfall

Die Berstscheibe darf nicht bereits innerhalb eines normalen Prozesszustandes öffnen.

Oberer Grenzfall

Auch am oberen Ende der zulässigen Bersttoleranz muss die zu schützende Anlage noch ausreichend geschützt sein.

Die reine Angabe des Nennberstdrucks reicht deshalb nicht für eine vollständige Sicherheitsbewertung.

Warum die Prozesstemperatur entscheidend ist

Eine Berstmembran ist ein mechanisches Bauteil.

Die Festigkeit ihres Werkstoffes ist temperaturabhängig.

Damit ist auch der Druck, bei dem die Membran versagt, von der Temperatur abhängig.

Für die Auswahl muss deshalb nicht nur gefragt werden:

Bei welchem Druck soll die Berstscheibe öffnen?

sondern:

Bei welchem Druck und bei welcher Temperatur soll sie öffnen?

Schmelzetemperatur statt Umgebungstemperatur betrachten

Ein häufiger Denkfehler wäre, nur die Umgebungstemperatur an der Maschine zu berücksichtigen.

Die Berstmembran befindet sich am Prozessende der Baugruppe und steht mit dem heißen Extrusionsprozess in Kontakt.

Relevant ist deshalb die thermische Belastung am tatsächlichen Einbauort.

Temperaturänderung nach Materialwechsel

Ein Extruder kann beispielsweise zunächst mit einem Polymer bei:

220 °C

betrieben werden.

Nach einem Produktwechsel steigt die Schmelzetemperatur auf:

330 °C

Auch wenn Druckbereich und Gewinde unverändert bleiben, muss überprüft werden, ob die verwendete Berstscheibe für diesen Temperaturzustand noch korrekt spezifiziert ist.

Normale Druckspitzen nicht mit einem Störfall verwechseln

Extrusionsprozesse besitzen häufig dynamische Druckschwankungen.

Diese können beispielsweise entstehen durch:

• Schneckendrehzahländerungen,
• Siebwechsel,
• Materialchargenwechsel,
• Anfahrvorgänge,
• Temperaturänderungen,
• wechselnden Durchsatz.

Bei der Auslegung sollte deshalb zwischen:

normaler Prozessdynamik

und:

gefährlichem Überdruckereignis

unterschieden werden.

Ist der Berstdruck zu nah am normalen Prozessmaximum gewählt, kann dies zu unnötigen Stillständen führen.

Druckhistorie nutzen

Wenn Schmelzedruckmessungen bereits vorhanden sind, sollte vor der Auswahl beispielsweise ausgewertet werden:

• mittlerer Druck,
• maximaler Druck im stabilen Betrieb,
• Druck beim Anfahren,
• Druck vor einem Siebwechsel,
• kurzzeitige Spitzenwerte.

Dadurch lässt sich der tatsächliche Prozessbereich wesentlich besser einschätzen als nur anhand eines einzelnen typischen Betriebswertes.

Einbauort am Extruder sinnvoll wählen

Die Berstscheibe schützt primär den Druckbereich, mit dem sie direkt hydraulisch beziehungsweise über die Schmelze verbunden ist.

Der Einbauort sollte deshalb zum zu schützenden Bereich passen.

Typische Positionen befinden sich beispielsweise:

• am Extruderzylinder,
• vor einem Siebwechsler,
• in einem Adapterblock,
• in einem Schmelzekanal.

Druckverlust innerhalb der Anlage beachten

In einem Extrusionssystem ist der Druck nicht an jedem Punkt identisch.

Ein Siebpaket oder enger Fließkanal kann beispielsweise einen erheblichen Druckverlust verursachen.

Eine Berstscheibe hinter einem solchen Widerstand sieht deshalb möglicherweise einen anderen Druck als ein Maschinenbereich davor.

Die Position der Berstscheibe muss deshalb zur tatsächlich abzusichernden Druckzone passen.

Schmelzekontakt und Totraum beachten

Kunststoffschmelze kann in Hohlräume eindringen und dort:

• verweilen,
• thermisch abbauen,
• aushärten,
• verkoken,
• die Druckübertragung beeinflussen.

Deshalb ist eine möglichst geeignete Prozessgeometrie wichtig.

Bündige Membran

Bei einer Bauform mit bündig am Prozessende liegender Berstmembran entsteht nur ein geringer zusätzlicher Totraum.

Dies reduziert Bereiche, in denen sich Polymer vor der eigentlichen Membran ansammeln kann.

Zu tief eingebaut

Liegt die Membran weit hinter der eigentlichen Zylinderinnenwand, kann ein längerer Schmelzekanal entstehen.

Dort kann sich Material ansammeln oder aushärten.

Zu weit in den Prozess hineinragend

Auch eine zu tiefe Einschraubung beziehungsweise falsche Einbaugeometrie kann problematisch sein.

Deshalb müssen:

• Bohrungsgeometrie,
• Gewindelänge,
• Dichtfläche,
• Einbautiefe

zur vorgesehenen Baugruppe passen.

Gewinde und Einbaubohrung müssen passen

Der richtige Berstdruck allein macht eine Berstscheibe noch nicht passend für einen Extruder.

Der mechanische Anschluss muss ebenfalls korrekt sein.

Zu prüfen sind unter anderem:

• Gewindeart,
• Gewindegröße,
• Gewindelänge,
• Bohrungsdurchmesser,
• Sitzfläche,
• Einbautiefe.

Ähnliche Gewinde nicht verwechseln

Bei Hochdruckkomponenten werden unterschiedliche Gewinde verwendet.

Ein Gewinde darf deshalb nicht nur danach ausgewählt werden, ob sich die Baugruppe scheinbar einschrauben lässt.

Gewinde und Einbaubohrung müssen exakt der vom Hersteller vorgesehenen Geometrie entsprechen.

Vorhandene Altanlage

Bei Ersatz für eine ältere Berstschraube sollten deshalb mindestens aufgenommen werden:

• Hersteller,
• Typ,
• eingravierte Kennzeichnung,
• Nennberstdruck,
• Temperaturspezifikation,
• Gewinde,
• Einbaulänge.

Nur anhand des Außendurchmessers sollte keine Ersatzkomponente ausgewählt werden.

Einbaurichtung nicht vertauschen

Die Berstmembran muss auf der dafür vorgesehenen Prozessseite liegen.

Die Druckbelastung muss damit entsprechend der konstruktiv vorgesehenen Richtung auf die Membran wirken.

Bei einem einschraubbaren Burst Plug ist die Geometrie in der Regel eindeutig:

Prozess / Kunststoffschmelze → Berstmembran → Körper des Burst Plugs → Entlastungsseite

Eine falsche Einbausituation kann:

• die Berstcharakteristik verändern,
• die Druckentlastung behindern,
• den Schutz unwirksam machen.

Entlastungsweg ebenfalls berücksichtigen

Nach dem Bersten tritt heißes Prozessmedium beziehungsweise Druck aus.

Deshalb muss auch die Entlastungsseite der Installation sicher ausgeführt sein.

Der Entlastungsweg darf nicht:

• absichtlich verschlossen,
• durch eine ungeeignete Abdeckung blockiert,
• auf Personen gerichtet

sein.

Die konkrete Ausführung muss dem Maschinen- und Sicherheitskonzept entsprechen.

Montage ohne Beschädigung der Membran

Die Berstmembran ist bewusst so ausgelegt, dass sie bei einer definierten Belastung versagt.

Mechanische Beschädigungen können ihre Eigenschaften deshalb verändern.

Problematisch sind beispielsweise:

• Stoß gegen die Membran,
• Werkzeugkontakt,
• Kratzer,
• Eindrücken,
• unsachgemäße Reinigung,
• Herunterfallen der Baugruppe.

Membran nicht zur Reinigung bearbeiten

Polymerreste dürfen nicht mit:

• Schraubendreher,
• Bohrer,
• Drahtbürste,
• Schleifwerkzeug

von der Berstmembran entfernt werden.

Bereits eine kleine mechanische Vorschädigung kann das spätere Berstverhalten beeinflussen.

Drehmoment beachten

Auch das Anzugsdrehmoment ist ein Bestandteil der Montagevorgabe.

Zu geringes Drehmoment kann zu:

• Undichtigkeit,
• lockerem Sitz

führen.

Zu hohes Drehmoment kann:

• Gewinde,
• Dichtfläche,
• Bauteilgeometrie

unnötig mechanisch belasten.

Es sollte deshalb ausschließlich das für die konkrete Baureihe spezifizierte Montageverfahren verwendet werden.

Einbaubohrung richtig reinigen

Eine verschmutzte Einbaubohrung gehört zu den typischen Problemen bei Sensoren und Burst Plugs an Extrudern.

In der Bohrung können sich befinden:

• ausgehärtete Polymerreste,
• verkoktes Material,
• Grate,
• beschädigte Gewindegänge.

Wird eine neue Berstscheibe gegen solche Rückstände eingeschraubt, kann sie:

• nicht korrekt sitzen,
• mechanisch verspannt werden,
• beschädigt werden,
• eine falsche Einbautiefe erreichen.

Bohrung statt Membran reinigen

Ein wichtiger Unterschied:

Nicht die empfindliche Berstmembran sollte mechanisch bearbeitet werden, sondern die Einbaubohrung muss vor der Montage sachgerecht vorbereitet werden.

Dafür sind für die jeweiligen Montagebohrungen geeignete Reinigungs- und Prüfwerkzeuge erhältlich.

Mechanische Beschädigungen erkennen

Eine Berstscheibe mit sichtbarer mechanischer Beschädigung sollte nicht eingebaut werden.

Zu prüfen sind vor der Montage insbesondere:

• Membranoberfläche,
• Prozessspitze,
• Gewinde,
• Dichtfläche,
• Kennzeichnung.

Typische Auffälligkeiten

• Delle in der Membran,
• Kratzer,
• verbogene Spitze,
• beschädigtes Gewinde,
• Korrosion,
• fehlende beziehungsweise unlesbare Kennzeichnung.

Eine optisch beschädigte Berstscheibe darf nicht dadurch bewertet werden, dass sie „noch dicht aussieht“.

Die entscheidende Eigenschaft ist ihr reproduzierbares Berstverhalten.

Was nach dem Ansprechen der Berstscheibe zu tun ist

Hat eine Berstscheibe angesprochen, sollte nicht nur das Bauteil ersetzt werden.

Das Bersten zeigt an, dass der Prozess einen kritischen Zustand erreicht hat.

Vor der Wiederinbetriebnahme muss deshalb die Ursache untersucht werden.

Mögliche Ursachen

• verstopftes Sieb,
• blockierter Werkzeugkanal,
• zu kalte Schmelze,
• zu hoher Durchsatz,
• Fehlfunktion eines Siebwechslers,
• Fehlparametrierung der Maschine,
• ungeeignete Berstdruckauslegung.

Systematische Vorgehensweise

1. Extruder sicher stoppen.
2. Prozess druckfrei machen.
3. Ursache des Überdrucks bestimmen.
4. Entlastungskanal kontrollieren.
5. Einbaubohrung prüfen und reinigen.
6. Maschinenparameter überprüfen.
7. Ausgelöste Berstscheibe identifizieren.
8. Ersatz mit identischer beziehungsweise technisch freigegebener Spezifikation auswählen.
9. Neue Baugruppe gemäß Montageanleitung installieren.
10. Prozess beim Wiederanfahren besonders überwachen.

Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit

Bei einem sicherheitsrelevanten Bauteil sollte später nachvollziehbar sein, welche Ausführung eingebaut wurde.

Zu dokumentieren sind beispielsweise:

• Hersteller,
• Typ beziehungsweise Baureihe,
• Artikel- oder Bestellnummer,
• Nennberstdruck,
• zugehörige Temperaturangabe,
• Gewinde,
• Einbaudatum,
• Einbauposition.

Nur nach Aussehen bestellen ist riskant

Zwei Burst Plugs können äußerlich nahezu identisch aussehen und dennoch besitzen:

• unterschiedlichen Berstdruck,
• unterschiedliche Temperaturcharakteristik,
• unterschiedliche Einbaulänge,
• unterschiedliche Gewinde.

Ein Ersatzteil sollte deshalb anhand seiner vollständigen technischen Spezifikation ausgewählt werden.

Berstscheibe und Schmelzedrucksensor richtig kombinieren

Eine Berstscheibe ersetzt keine kontinuierliche Druckmessung.

Ebenso ersetzt ein Schmelzedrucksensor nicht automatisch eine passive Not-Druckentlastung.

Die Funktionen sind unterschiedlich.

Komponente	Aufgabe
Schmelzedrucksensor	Kontinuierliche Messung des Prozessdrucks
Anzeige / Maschinensteuerung	Überwachung, Alarmierung und Prozessregelung
Berstscheibe / Burst Plug	Passive einmalige Druckentlastung bei kritischem Überdruck

Früherkennung durch Drucksensor

Ein Schmelzedrucksensor kann beispielsweise erkennen, dass der Druck langsam ansteigt:

250 bar → 280 bar → 320 bar → 350 bar

Die Maschinensteuerung kann daraufhin:

• Alarm auslösen,
• Durchsatz reduzieren,
• Maschine abschalten.

Die Berstscheibe bleibt als unabhängige mechanische Schutzebene für den vorgesehenen Überdruckfall vorhanden.

Berstdruck nicht nach Sensor-Messbereich auswählen

Der Messbereich des installierten Drucksensors und der Berstdruck der Berstscheibe sind zwei unterschiedliche Parameter.

Beispielsweise bedeutet ein:

0…700-bar-Schmelzedrucksensor

nicht automatisch, dass:

700 bar

der geeignete Berstdruck der Maschine ist.

Maßgeblich ist das zulässige Druckniveau der gesamten zu schützenden Anlage.

Typische Fehlerbilder bei Berstscheiben am Extruder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Berstscheibe öffnet regelmäßig im normalen Betrieb	Berstdruck zu niedrig oder Prozessspitzen zu hoch	Druckhistorie, Temperatur und Berstspezifikation prüfen
Berstscheibe öffnet direkt beim Anfahren	Hohe Anfahrdruckspitze, zu niedrige Temperatur oder falsche Auslegung	Anfahrprofil und tatsächlichen Schmelzedruck prüfen
Neue Berstscheibe öffnet deutlich früher als erwartet	Mechanische Beschädigung oder falsche Temperaturauslegung	Membran, Montage und Typkennzeichnung kontrollieren
Falscher Berstdruck trotz identischem Gewinde	Falsche Variante eingebaut	Vollständige Artikelkennzeichnung vergleichen
Polymer sammelt sich vor der Berstmembran	Totraum beziehungsweise ungeeignete Einbaugeometrie	Bohrung und Einbautiefe kontrollieren
Berststopfen lässt sich schwer einschrauben	Polymerreste oder beschädigtes Gewinde	Einbaubohrung mit geeignetem Werkzeug prüfen
Membran weist Delle oder Kratzer auf	Montage- oder Transportschaden	Bauteil nicht einsetzen, Spezifikation überprüfen
Extruder erreicht kritischen Druck, Berstscheibe reagiert nicht wie erwartet	Falscher Berstdruck, Temperatur, Einbauort oder Entlastungsweg	Gesamte Schutzfunktion fachgerecht überprüfen
Nach dem Bersten tritt kein deutlicher Druckabbau auf	Entlastungsweg behindert oder Prozesskanal blockiert	Entlastungsweg und Einbauposition prüfen
Berstereignis wird von Bediener nicht sofort bemerkt	Keine Berstanzeige vorhanden	Variante mit separater Berstanzeige prüfen
Berstscheibe hält nach Produktwechsel nicht mehr zuverlässig	Neue Prozess- beziehungsweise Schmelzetemperatur	Temperaturspezifikation neu bewerten
Wiederholt unterschiedliche Berstereignisse bei ähnlichem Prozess	Prozessdynamik, Montage oder Spezifikation nicht reproduzierbar	Druck-/Temperaturverlauf und Einbauzustand dokumentieren

Systematische Auswahl einer Berstscheibe

Für eine neue Anwendung oder einen Ersatz empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:

1. Anwendung bestimmen: Extruder, Siebwechsler, Adapter, Werkzeug oder anderer Prozessbereich?
2. Einbauposition festlegen: Welche Druckzone soll geschützt werden?
3. Normalen Prozessdruck erfassen: Typischen Betriebswert dokumentieren.
4. Prozessspitzen erfassen: Anfahren, Siebwechsel und maximale Produktion berücksichtigen.
5. Zulässigen Anlagendruck bestimmen: Schwächste relevante Komponente berücksichtigen.
6. Temperatur bestimmen: Tatsächliche Schmelze- beziehungsweise Membrantemperatur am Einbauort betrachten.
7. Bersttoleranz berücksichtigen: Untere und obere Grenze des möglichen Öffnungsdrucks betrachten.
8. Nennberstdruck auswählen: Passendes Druckfenster zwischen Normalbetrieb und kritischer Anlagenbelastung festlegen.
9. Prozessanschluss bestimmen: Gewinde und Einbaubohrung exakt identifizieren.
10. Einbaulänge prüfen: Membranposition zum Schmelzekanal kontrollieren.
11. Werkstoff prüfen: Eignung für Temperatur und Prozessmedium berücksichtigen.
12. Entlastungsweg bewerten: Sicherstellen, dass beim Bersten eine wirksame und sichere Druckentlastung möglich ist.
13. Berstanzeige prüfen: Falls eine automatische Meldung benötigt wird, entsprechende Variante auswählen.
14. Kennzeichnung dokumentieren: Typ, Berstdruck, Temperatur und Einbauposition festhalten.
15. Montagevorgabe festlegen: Herstellerdrehmoment und Einbauanleitung berücksichtigen.
16. Nach Inbetriebnahme plausibilisieren: Druckverlauf im normalen Betrieb kontrollieren.

Praxisbeispiel: Berstscheibe öffnet während normaler Produktion

Ein Extruder arbeitet seit mehreren Jahren mit einem bestimmten Polymer.

Der typische Schmelzedruck beträgt:

p ≈ 240 bar

Die vorhandene Berstscheibe hat in der Vergangenheit zuverlässig funktioniert.

Schritt 1: neues Material

Das verarbeitete Polymer wird gewechselt.

Das neue Material besitzt bei der bisherigen Prozesseinstellung eine höhere Schmelzeviskosität.

Schritt 2: Druck steigt

Während der Produktion werden nun regelmäßig:

300…330 bar

gemessen.

Beim Anfahren treten kurzzeitig noch höhere Werte auf.

Schritt 3: Berstscheibe öffnet

Nach einigen Produktionsläufen spricht die Berstscheibe während des Anfahrens an.

Die Maschine wird gestoppt.

Zunächst wird vermutet:

Berstscheibe fehlerhaft

Schritt 4: Druckhistorie auswerten

Die Messdaten des Schmelzedrucksensors zeigen jedoch, dass der neue Prozess dauerhaft wesentlich näher am Berstbereich arbeitet.

Außerdem wurde die Schmelzetemperatur gegenüber dem früheren Prozess geändert.

Schritt 5: gesamte Schutzkette bewerten

Nun werden überprüft:

• maximal zulässiger Druck des Extruders,
• Siebwechsler,
• Werkzeug,
• Schmelzedrucksensor,
• Berstdruck der vorhandenen Berstscheibe,
• Bersttoleranz,
• Temperaturspezifikation.

Schritt 6: nicht einfach höheren Berstdruck einsetzen

Eine naheliegende, aber potenziell falsche Reaktion wäre:

„Dann nehmen wir einfach eine Berstscheibe mit höherem Druck.“

Damit könnte jedoch die Schutzgrenze der Maschine überschritten werden.

Zunächst muss deshalb geklärt werden, ob der Prozessdruck reduziert werden kann oder ob die gesamte Anlage tatsächlich für einen höheren Druck ausgelegt ist.

Ergebnis

Das Bersten war in diesem Beispiel nicht zwingend ein Fehler der Berstscheibe.

Es war ein Hinweis darauf, dass sich der Prozess gegenüber der ursprünglichen Auslegung verändert hatte.

Der richtige Berstdruck kann deshalb nur zusammen mit tatsächlichem Prozessdruck, Druckspitzen, Temperatur und zulässigem Anlagendruck beurteilt werden.

Passende ICS-Produkte für den Überdruckschutz an Extrudern

Dynisco BP420 – Berststopfen für Kunststoff-Extrusionssysteme

Die bei ICS verfügbare Dynisco BP420 Baureihe wurde speziell für die Druckentlastung in Kunststoff-Extrusionssystemen entwickelt.

Die einteilige Baugruppe besteht aus:

• einem Edelstahlkörper,
• einer aufgeschweißten Inconel-Berstscheibe.

Die Berstmembran befindet sich bündig am Prozessende der Baugruppe.

Dadurch entsteht kein unnötiger tiefer Hohlraum unmittelbar vor der Membran, in dem sich Kunststoffschmelze ansammeln kann.

Für die Baureihe sind unterschiedliche Berstdruckausführungen verfügbar.

Die aktuelle Spezifikation umfasst je nach Variante Berstdruckbereiche von:

1.000…15.000 psi

und die Baugruppe ist für hohe Schmelzetemperaturen ausgelegt.

Bei der Auswahl müssen Berstdruck und Temperatur gemeinsam spezifiziert werden.

Weitere Informationen finden Sie unter Dynisco BP420 bei ICS Schneider.

Dynisco BP520 – Burst Plug mit Pop-Top-Berstmeldung

Die Dynisco BP520 Baureihe kombiniert die passive Überdruckentlastung mit einer mechanischen Berstanzeige.

Die Grundbaugruppe besitzt ebenfalls:

• einen Gewindekörper,
• eine verschweißte Berstmembran,
• eine einteilige Hochtemperaturkonstruktion.

Zusätzlich besitzt die Ausführung ein Pop-Top-System.

Beim Bersten öffnet die Anzeigeeinrichtung und kann einen Berstanzeigedraht unterbrechen.

Damit lässt sich ein ausgelöstes Berstereignis in eine Maschinen- beziehungsweise Steuerungsüberwachung einbinden.

Die aktuelle Baureihe ist je nach Ausführung für Berstwerte von:

750…15.000 psig

verfügbar.

Die angegebene Bersttoleranz beträgt:

±10 %

des spezifizierten Berstwertes.

Weitere Informationen finden Sie unter Dynisco BP520 bei ICS Schneider.

BP420 oder BP520?

Anforderung	Sinnvolle Baureihe
Passive Not-Druckentlastung am Extruder	BP420
Bündige Berstmembran am Prozessende	BP420
Berstereignis soll zusätzlich elektrisch beziehungsweise über Steuerung erkannt werden	BP520 mit Pop-Top-Berstindikation
Kundenspezifische Einbausituation am Extruderzylinder	BP520 je nach Ausführung
Kontinuierliche Druckmessung erforderlich	Zusätzlicher geeigneter Dynisco-Schmelzedrucksensor

Schmelzedruckmessung als Ergänzung

Für die kontinuierliche Überwachung des Extruderdrucks bietet ICS zusätzlich Dynisco-Schmelzedrucksensoren und -transmitter.

Damit lässt sich ein Konzept aus:

kontinuierlicher Druckmessung + Prozessalarm + Maschinenabschaltung + passiver Berstentlastung

realisieren.

Welche Schutzfunktionen tatsächlich erforderlich sind, richtet sich nach der jeweiligen Maschine und ihrer Sicherheitsauslegung.

Weitere Dynisco-Produkte finden Sie unter Dynisco-Produkte bei ICS Schneider.

Fazit

Eine Berstscheibe am Extruder ist ein vergleichsweise kleines Bauteil mit einer entscheidenden Sicherheitsfunktion.

Ihre Auswahl darf deshalb nicht ausschließlich anhand des Gewindes oder eines einzelnen Druckwertes erfolgen.

Entscheidend sind gemeinsam:

• normaler Schmelzedruck,
• maximale Prozessdruckspitzen,
• zulässiger Druck der Anlage,
• Nennberstdruck,
• Bersttoleranz,
• Schmelzetemperatur,
• Einbauposition,
• Gewinde und Bohrungsgeometrie,
• Einbaulänge,
• Entlastungsweg.

Besonders wichtig ist die Temperaturabhängigkeit.

Eine Berstscheibe besitzt nicht einfach einen universellen Öffnungsdruck unabhängig von ihrem thermischen Zustand.

Deshalb müssen Berstdruck und Temperatur immer gemeinsam betrachtet werden.

Auch die Bersttoleranz gehört zur Auslegung.

Nicht nur der nominelle Berstdruck, sondern sowohl die mögliche untere als auch die obere Berstgrenze müssen zur Maschine passen.

Die untere Grenze darf nicht innerhalb normaler Prozessspitzen liegen.

Die obere Grenze darf den sicheren Schutz der Maschine nicht gefährden.

Ebenso wichtig ist eine korrekte Montage.

Die Berstmembran darf nicht:

• verkratzt,
• eingedrückt,
• mit Werkzeug bearbeitet

werden.

Die Einbaubohrung muss sauber und geometrisch korrekt sein.

Nach einem Berstereignis sollte außerdem nicht lediglich eine neue Berstscheibe eingeschraubt werden.

Das Ereignis zeigt einen Überdruckzustand an.

Deshalb muss die Ursache untersucht werden.

Schließlich sollte die Berstscheibe als Teil eines Gesamtkonzeptes betrachtet werden.

Ein Schmelzedrucksensor kann Druckanstiege früh erkennen und die Maschinensteuerung informieren.

Die Berstscheibe bildet dagegen eine passive, einmalig ansprechende Druckentlastung.

Für die Praxis gilt:

Prozessdruck erfassen → Druckspitzen bewerten → maximal zulässigen Anlagendruck bestimmen → Temperatur am Einbauort festlegen → Bersttoleranz berücksichtigen → geeigneten Nennberstdruck auswählen → Gewinde und Einbaubohrung prüfen → Membranposition und Entlastungsweg kontrollieren → Berstscheibe unbeschädigt montieren → Kennzeichnung dokumentieren → nach einem Berstereignis Ursache analysieren und die Einheit ersetzen.

FAQ: Berstscheiben und Burst Plugs für Extruder

Was ist eine Berstscheibe am Extruder?

Eine Berstscheibe ist eine passive Überdruck-Schutzeinrichtung. Ihre Membran öffnet bei einem definierten Druck- und Temperaturzustand und ermöglicht dadurch eine Druckentlastung.

Was ist ein Burst Plug?

Ein Burst Plug ist eine komplette einschraubbare Baugruppe aus Gewindekörper und integrierter Berstmembran. Solche Ausführungen werden besonders häufig bei Kunststoffextrudern verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen Berstscheibe und Berstschraube?

Die Berstscheibe bezeichnet das eigentliche druckabhängig öffnende Membranelement. Bei einer Berstschraube beziehungsweise einem Burst Plug ist diese Membran bereits fest in einen einschraubbaren Körper integriert.

Wie wähle ich den richtigen Berstdruck?

Der Berstdruck muss oberhalb der normalen Betriebs- und Prozessdruckspitzen liegen und gleichzeitig so gewählt werden, dass die zu schützenden Maschinenkomponenten nicht unzulässig belastet werden. Zusätzlich müssen Temperatur und Bersttoleranz berücksichtigt werden.

Sollte der Berstdruck einfach 10 % über dem Betriebsdruck liegen?

Nein. Eine allgemeine feste Prozentregel ist nicht für jede Extruderanwendung geeignet. Normaldruck, Prozessspitzen, Temperatur, Bersttoleranz und zulässiger Anlagendruck müssen gemeinsam bewertet werden.

Was bedeutet Bersttoleranz?

Die Bersttoleranz beschreibt den Bereich, innerhalb dessen eine Berstscheibe um ihren angegebenen Nennberstdruck tatsächlich öffnen kann.

Warum muss die Bersttoleranz berücksichtigt werden?

Die untere Grenze darf nicht in den normalen Prozessbereich fallen. Gleichzeitig muss die obere Grenze noch einen ausreichenden Schutz der Maschine sicherstellen.

Ist der Berstdruck temperaturabhängig?

Ja. Die mechanischen Eigenschaften der Berstmembran ändern sich mit der Temperatur. Deshalb ist die angegebene Temperatur beziehungsweise der entsprechende Temperaturbereich Bestandteil der Auslegung.

Welche Temperatur muss ich angeben?

Relevant ist die tatsächliche thermische Belastung der Berstmembran am Einbauort. Bei Extrudern ist deshalb insbesondere die Prozess- beziehungsweise Schmelzetemperatur zu berücksichtigen.

Was passiert, wenn die Prozesstemperatur später verändert wird?

Dann sollte überprüft werden, ob die vorhandene Berstscheibe weiterhin für den neuen Temperaturzustand und den gewünschten Berstdruck geeignet ist.

Warum öffnet meine Berstscheibe schon im normalen Betrieb?

Mögliche Ursachen sind ein zu niedrig gewählter Berstdruck, höhere Prozessdruckspitzen als angenommen, eine geänderte Temperatur, mechanische Vorschädigung oder eine falsche Ausführung.

Warum steigt der Druck am Extruder plötzlich an?

Mögliche Ursachen sind beispielsweise ein verstopftes Siebpaket, ein blockierter Schmelzekanal, eine zu kalte Schmelze, ein zu hoher Durchsatz oder ein Problem am Siebwechsler beziehungsweise Werkzeug.

Kann ich einfach eine Berstscheibe mit höherem Berstdruck einsetzen?

Nicht ohne Prüfung der Anlagenfestigkeit. Ein höherer Berstdruck kann dazu führen, dass andere Maschinenkomponenten vor dem Ansprechen der Berstscheibe unzulässig belastet werden.

Wo sollte eine Berstscheibe am Extruder eingebaut werden?

Der geeignete Einbauort hängt von der Druckzone ab, die geschützt werden soll. Dabei müssen insbesondere Schmelzekanal, Druckverluste und Maschinenkonstruktion berücksichtigt werden.

Warum ist ein geringer Totraum wichtig?

In Toträumen kann Kunststoffschmelze stehen bleiben, thermisch abbauen oder aushärten. Eine geeignete bündige Prozessgeometrie reduziert solche Bereiche.

Was passiert, wenn die Einbaubohrung verschmutzt ist?

Polymerreste oder beschädigte Gewinde können verhindern, dass der Burst Plug korrekt sitzt, und können zu mechanischer Beschädigung oder einer falschen Einbauposition führen.

Darf ich eine Berstmembran mit einer Drahtbürste reinigen?

Nein. Die Membran darf nicht mechanisch beschädigt oder abgeschliffen werden. Die Einbaubohrung sollte mit dafür geeigneten Werkzeugen gereinigt werden.

Kann ein kleiner Kratzer die Funktion beeinflussen?

Eine mechanische Vorschädigung kann das definierte Berstverhalten der Membran verändern. Beschädigte Bauteile sollten deshalb nicht eingebaut werden.

Was passiert nach dem Bersten?

Die Membran bleibt geöffnet. Die Prozessursache muss untersucht und die ausgelöste Baugruppe durch einen technisch geeigneten neuen Burst Plug ersetzt werden.

Kann eine ausgelöste Berstscheibe zurückgesetzt werden?

Nein. Eine Berstscheibe ist eine einmalig wirkende Schutzeinrichtung.

Muss nach jedem Berstereignis die Ursache untersucht werden?

Ja. Ein Berstereignis zeigt an, dass ein kritischer Druckzustand erreicht wurde oder dass die Auslegung beziehungsweise der Prozess überprüft werden muss.

Ist eine Berstscheibe dasselbe wie ein Sicherheitsventil?

Nein. Eine Berstscheibe öffnet durch gezieltes Versagen einer Membran und bleibt anschließend geöffnet. Ein Sicherheitsventil besitzt einen mechanischen Öffnungs- und Schließmechanismus.

Ist eine Berstscheibe dasselbe wie ein Drucksensor?

Nein. Ein Drucksensor misst kontinuierlich den Prozessdruck. Eine Berstscheibe ist eine passive Druckentlastungseinrichtung und liefert normalerweise keinen kontinuierlichen Messwert.

Brauche ich zusätzlich einen Schmelzedrucksensor?

Für die Prozessüberwachung ist eine kontinuierliche Schmelzedruckmessung häufig sinnvoll. Der Sensor kann Druckanstiege erkennen, während die Berstscheibe eine separate passive Sicherheitsfunktion erfüllt.

Kann der Messbereich des Drucksensors als Berstdruck verwendet werden?

Nein. Der Sensormessbereich und der erforderliche Berstdruck sind unterschiedliche Größen. Die Schutzgrenze muss anhand der zu schützenden Maschine bestimmt werden.

Was ist der Dynisco BP420?

Der BP420 ist ein einschraubbarer Burst Plug für Kunststoff-Extrusionssysteme mit einer verschweißten Inconel-Berstscheibe am Prozessende.

Welche Berstdruckbereiche bietet der BP420?

Die aktuell verfügbare Baureihe deckt je nach Ausführung Berstdruckbereiche von ungefähr 1.000 bis 15.000 psi ab.

Für welche Temperaturen ist der BP420 vorgesehen?

Die Baureihe ist für Hochtemperaturanwendungen in der Kunststoffextrusion ausgelegt und wird aktuell für Schmelzetemperaturen bis etwa 425 °C spezifiziert. Die konkrete Ausführung muss zur tatsächlichen Anwendung passen.

Was ist der Unterschied zwischen BP420 und BP520?

Der BP520 ergänzt die Berstschutzfunktion um eine Pop-Top-Berstindikation, mit der ein ausgelöstes Berstereignis an eine Steuerung gemeldet werden kann.

Welchen Berstdruckbereich bietet der BP520?

Je nach Ausführung sind aktuell Berstwerte von ungefähr 750 bis 15.000 psig verfügbar.

Wie hoch ist die Bersttoleranz des BP520?

Dynisco gibt für die aktuelle BP520-Baureihe eine Bersttoleranz von ±10 % an.

Welche Angaben benötige ich für eine Anfrage?

Hilfreich sind mindestens normaler Prozessdruck, maximaler Druck, gewünschter Berstdruck, Prozesstemperatur, vorhandenes Gewinde, Einbaubohrung, Einbaulänge und die Bezeichnung der bisher verwendeten Berstscheibe.

Was sollte bei einem Ersatzteil zusätzlich angegeben werden?

Am besten sollten Hersteller, vollständige Typenbezeichnung, eingravierter Berstdruck, Temperaturangabe, Gewinde und Fotos der vorhandenen Baugruppe beziehungsweise Einbaustelle angegeben werden.

Wo finde ich Dynisco-Berstscheiben bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Messgeräte / Berstscheiben bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Dynisco-Produkte?

Eine Übersicht finden Sie unter Dynisco-Produkte bei ICS Schneider.