Reproduzierbare Berstdruckprüfung für Kunststoffgehäuse verbessert Datenqualität und Prozessstabilität
Die Berstdruckprüfung ist ein zerstörendes Prüfverfahren zur Ermittlung der maximalen Druckbelastbarkeit eines Bauteils. Bei Kunststoffgehäusen erfordert die Berstdruckprüfung häufig eine reproduzierbare, kontrolliert geregelte Druckrampe, um den tatsächlichen Berstpunkt eindeutig bestimmen zu können.
– Maximilian Krieg // Poppe + Potthoff Maschinenbau GmbH
Instabile Druckverläufe im Grenzbereich stellen bei Berstdruckprüfungen von Kunststoffgehäusen und Kunststoffteilen im Allgemeinen ein häufig unterschätztes Problem dar. Sie erschweren die eindeutige Bestimmung des Berstdrucks und reduzieren die Aussagekraft der Prüfdaten erheblich. Insbesondere im Bereich kurz vor dem Bauteilversagen sind jedoch präzise und reproduzierbare Druckverläufe entscheidend, um belastbare Aussagen zur Bauteilqualität und Prozessstabilität treffen zu können.
Die Bürkert Fluid Control Systems entwickelt und produziert weltweit Fluidik- und Automatisierungskomponenten für industrielle Anwendungen. Die Komponenten kommen in unterschiedlichsten Einsatzfeldern zum Einsatz, in denen Medienströme präzise gesteuert werden müssen und hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Dichtheit bestehen.
Bedeutung der Berstdruckprüfung in der Qualitätssicherung
In der Qualitätssicherung werden unter anderem Kunststoffgehäuse geprüft, die später in Ventilen und weiteren Baugruppen verbaut werden. Diese Gehäuse übernehmen eine zentrale Funktion im Gesamtsystem, da sie sowohl mechanischen Belastungen als auch medienspezifischen Anforderungen standhalten müssen. Ihre Zuverlässigkeit hat direkten Einfluss auf die Funktionssicherheit der gesamten Baugruppe.
Die Berstdruckprüfung ist dabei ein wesentliches Prüfverfahren. Als zerstörende Prüfung liefert sie Informationen über die maximale Belastbarkeit eines Bauteils und damit über vorhandene Sicherheitsreserven. Im Unterschied zu Dichtheits- oder Funktionsprüfungen ermöglicht sie eine direkte Bewertung der mechanischen Grenzbelastung und dient als Referenz für die Auslegung und Validierung von Komponenten. Vor diesem Hintergrund kommt der Qualitätssicherung eine zentrale Rolle zu, da bereits geringe Abweichungen im Bauteilverhalten Auswirkungen auf die Funktion und Lebensdauer der Komponenten haben können. Insbesondere bei Kunststoffgehäusen ist eine reproduzierbare Druckrampe entscheidend. Nur wenn der Druckanstieg kontrolliert erfolgt, lassen sich Unterschiede im Materialverhalten oder im Fertigungsprozess zuverlässig erkennen.
Grenzen der bisherigen Lösung und daraus abgeleitete Anforderungen
In der bisherigen Prüfumgebung kam ein konventioneller Pumpenprüfstand zum Einsatz. In der praktischen Anwendung zeigte sich jedoch eine systembedingte Schwäche. Kurz vor dem Erreichen des Berstdrucks traten wiederholt Druckinstabilitäten und Unregelmäßigkeiten im Druckanstieg auf. Diese Instabilitäten führten dazu, dass Druckverläufe nur eingeschränkt vergleichbar waren und der tatsächliche Berstdruck nicht in allen Fällen eindeutig bestimmt werden konnte. Gleichzeitig war die Aussagekraft der Prüfdaten begrenzt, da insbesondere der kritische Bereich unmittelbar vor dem Bauteilversagen nicht reproduzierbar durchfahren wurde.
Daraus ergab sich die Anforderung, eine Prüflösung zu etablieren, die einen stabilen und reproduzierbaren Druckaufbau bis zum Berstpunkt ermöglicht und gleichzeitig konsistente, auswertbare Druckkurven liefert, um eine belastbare Datengrundlage für die Qualitätsbewertung und weiterführende Prozessanalysen zu schaffen.
Geregelte Druckerzeugung als Lösungsansatz
Im Jahr 2021 wurde ein hydraulischer Berstdruckprüfstand implementiert, der von der Poppe + Potthoff Maschinenbau GmbH konstruiert wurde und über eine geregelte Druckerzeugung verfügt. Das System basiert auf einem hydraulisch angetriebenen Druckübersetzer, der eine gleichmäßige und kontrollierte Drucksteigerung über den gesamten Prüfbereich hinweg ermöglicht. Die Anlage arbeitet mit Wasser als Prüfmedium und ist für einen Druckbereich bis 200 bar ausgelegt.
Geprüft werden Kunststoffgehäuse für Fluidiksysteme, die manuell adaptiert werden. Der Prüfablauf umfasst einen automatisierten Vorfüllprozess, die eigentliche Druckprüfung sowie die anschließende Datenauswertung. Die Prüfung erfolgt in einer Sicherheitsprüfkammer aus Edelstahl mit Sichtfenster. Pro Test wird ein Prüfling bearbeitet, die Anlage ist für den täglichen Einsatz in der Qualitätssicherung ausgelegt. Im Vergleich zur vorherigen Lösung zeigt sich der zentrale Unterschied in der Stabilität des Druckaufbaus. Während konventionelle Pumpensysteme insbesondere im Grenzbereich zu instabilem Verhalten neigen, ermöglicht die geregelte Druckerzeugung eine kontinuierliche und reproduzierbare Druckrampe bis zum Versagen des Bauteils.
Verbesserte Aussagekraft der Prüfergebnisse
Mit der neuen Prüfanlage konnte die Aussagekraft der Berstdruckprüfung deutlich verbessert werden. Die Prüfungen sind heute durch eine hohe Wiederholbarkeit gekennzeichnet. Druckverläufe lassen sich konsistent erfassen und direkt miteinander vergleichen, wodurch eine belastbare Grundlage für die Bewertung von Bauteilen entsteht. Der kritische Bereich kurz vor dem Versagen kann stabil durchfahren werden. Dadurch lässt sich der Berstdruck eindeutig bestimmen, was die Genauigkeit der Prüfergebnisse erhöht und Interpretationsspielräume reduziert. Auch die Auswertbarkeit der Daten hat sich verbessert. Abweichungen im Bauteilverhalten werden unmittelbar sichtbar und können systematisch analysiert werden. Dies ermöglicht es, Veränderungen im Material oder im Fertigungsprozess frühzeitig zu erkennen. In der praktischen Anwendung führt dies zu einer erweiterten Rolle der Berstdruckprüfung. Sie dient nicht mehr ausschließlich als Nachweis der Bauteilfestigkeit, sondern entwickelt sich zu einem Instrument der Prozessüberwachung. Veränderungen im Berstdruckverhalten können als Indikator für Abweichungen in Materialchargen oder Fertigungsprozessen genutzt werden.
Beispielhafte Druckkurve: entspricht nicht der Kurve von Bürkert Fluid Control Systems (confidential)
Übertragbarkeit auf weitere Anwendungen
Die Anwendung verdeutlicht, dass die Qualität von Berstdruckprüfungen maßgeblich von der Stabilität des Druckaufbaus abhängt. Eine reproduzierbare Druckrampe ist die Voraussetzung für vergleichbare Ergebnisse und belastbare Aussagen zur Bauteilqualität. Diese Anforderungen sind nicht auf die vorliegende Anwendung beschränkt. Ähnliche Rahmenbedingungen finden sich überall dort, wo druckbelastete Kunststoffkomponenten eingesetzt werden, etwa in der Medizintechnik, der Wasseraufbereitung oder der chemischen Industrie. In diesen Bereichen ist die Kombination aus kontrollierter Druckerzeugung und reproduzierbarer Prüfmethodik entscheidend, um sowohl die Bauteilsicherheit zu gewährleisten als auch Rückschlüsse auf die Stabilität von Fertigungsprozessen ziehen zu können.
Wir danken dem Team von Bürkert Fluid Control Systems für die sehr gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit bei diesem Projekt.
Weiterführende Links:
Bürkert Fluid Control Systems – offizielle Website
Vollständige Case Study als PDF herunterladen: Berstdruckprüfung bei Bürkert