Containment

Containment bezeichnet im technischen Sinne:
• eine Sicherheitseinrichtung in Kernkraftwerken, siehe Sicherheitsbehälter
• das Verdichter- und Turbinengehäuse eines Flugzeug-Strahltriebwerks
• die Abschottung eines Herstellungsprozesses oder gefährlichen Ortes, z. B. zum Mitarbeiterschutz

Erstellt von Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle

27.07.2021

Bild zu Merkle & Partner Containment Beispiel

Containment ist somit die Eindämmung von etwas Gefährlichem oder Unangenehmen und umfasst die Handlung oder den Prozess, das Gefährliche oder Unangenehme in einem bestimmten Gebiet oder an einem bestimmten Ort unter Kontrolle zu halten.

Hierzu gibt es auch den Begriff Einhausung, also ein Gehäuse oder ein Raum, der durch gefährliche Partikel zum Schutz der Umgebung nicht durchbrochen werden darf.

Ein explodierender Tank, ein zerbrochener Rotor, abgelöste Turbinenschaufeln, Bruchstücke einer Schleifscheibe, Flüssigkeiten, Gase sollten bei einem kontrollierten Test oder einem Versagen von Bauteilen unter Druck, Beschleunigung oder Fliehkraft die Einhausung oder Prüfkammer also nicht durchdringen.

Rotierende Teile

Bei rotierenden Teilen versteht man unter Containment den Schutz vor versagenden, schnell rotierenden Bauteilen durch entsprechend dimensionierte Gehäuse. Bricht z.B. eine Schleifscheibe, so dürfen die Bruchstücke das Schutzgehäuse nicht verlassen. Dies trifft für Turbolader, Triebwerksschaufel, Verdichterschaufeln und rotierenden Wellen gleichermaßen zu. Bei sich ablösenden Triebwerksschaufeln eines Flugzeuges dürfen die Bruchstücke das Triebwerksgehäuse nicht durchdringen, um die Passagiere und das Flugzeug zu schützen.

Beschleunigte Teile und Flüssigkeiten

Dies können Maschinenkomponenten wie z.B. Roboterarme sein, die bei einem Versagen der Steuerung den Schutzraum nicht verlassen. Trifft der Roboterarm mit einer bestimmten, definierten Energie auf das Sicherheitsgehäuse, darf es zu keinem Durchstossen kommen. Beschleunigte Flüssigkeiten sind ein Sonderfall. Anwendung findet dies z.B. bei der Simulation des Tankschwappens. Durch Schwallbleche kann vermieden werden, dass Flüssigkeit den Tank zerstört.

Teile unter Hochdruck

Versagen Pumpen, Schläuche, Tanks oder Behälter z.B. bei Abdrück- oder Berstversuchen, so müssen die Bruchstücke, aber auch die Medien, mit denen der Druck erzeugt wird (z.B. Wasser, Öl oder Luft bzw. Gas) in der Prüfkammer verbleiben, die im Regelfall auch nicht zerstört werden sollte.

Die Druckbehälternormen schreiben hier entsprechende Tests in Prüfkammern vor.

Beschuss

Bei einem Beschuss von gepanzerten Fahrzeugen oder Gebäuden darf das Projektil den zu sichernden Bereich nicht erreichen. Auch der Schutz von Menschen durch schusssichere Westen kann betrachtet werden. Hier können die Prellungen bzw. das brechen von Rippen aufgrund des Impacts betrachtet werden.

Explosion

Explosionen sind ein Sonderfall von Drucklasten, die wir mit den gleichen Verfahren berechnen können. Die Drucklast wird hier als zeitliche Druckwelle rechnerisch beschrieben. Dies ist eine Erweiterung der quasistatischen Druckstoßfestigkeitsprüfung, die wir natürlich ebenfalls rechnerisch abdecken können.

Anmerkungen

Merkle & Partner ist weltweit führend bei der Berechnung und Auslegung von Prüfkammern.

Wir setzen unterschiedlichste Verfahren ein und können auch das Verhalten von Medien (Wasser, Dampf, Gas, Luft) in der Berechnung berücksichtigen.

Warum:

Warum werden solche Simulationen durchgeführt?

Containment kostet Geld und muss vor allem sicher sein.

Ziel der Simulation ist der Nachweis bzw. die Optimierung / Auslegung der Einhausung, der Panzerung, der Kammer, so dass gewährleistet ist, dass das Containment sicher, aber auch nicht überdimensioniert ist.

Wie:

Die Physik ist bei dieser Art der Simulation sehr komplex, da es sich um hochdynamische Vorgänge mit unterschiedlichen Medien (Festkörper, Flüssigkeiten, Gase) handelt, bei denen insbesondere das Verhalten der Werkstoffe (Dehnratenabhängigkeit, Bruchverhalten, Triaxilität) mit eine gravierende Rolle besitzt. Die freigesetzten Energien sind teilweise enorm und entsprechen oft Oberklassewagen bei 200 km/h Geschwindigkeit.

In Video 1 sehen Sie eine Prüfkammer in Containerbauweise, bei denen Wasserstoffflaschen mit Wasser bis zum Bruch getestet werden. Die Opferplatten, die wie ein Duschvorhang an Ketten hängen, können notfalls bei Beschädigungen einfach ausgetauscht werden.

Video 1: Berstsimulation eines Wasserstoffbehälters in einem Prüfcontainer

Komprimierte Gase beinhalten zusätzliche Energie im Vergleich zu Flüssigkeiten, die vergleichsweise inkompressibel sind. Allerdings spielt auch bei Flüssigkeiten die Kompressibilität bei hohen Drücken eine große Rolle und darf nicht vernachlässigt werden.

Das Thema ist prädestiniert für uns, da wir hier einen langjährigen Vorsprung besitzen und halten werden.
Viele namhafte Hersteller von Prüfkammern, Schläuchen, Turboladern, Zerkleinerern usw. setzen hier auf unsere Expertise.

Gerne helfen wir Ihnen, effizientere Prüfkammern, Einhausungen, Gehäuse, Gebäude, Panzerungen oder Schutzvorrichtungen zu bauen, ohne sinnlos Geld zu verschwenden.

Video 2 zeigt das Berstverhalten eines Vakuumgenerators, der zur Kabinenbelüftung in der Luftfahrt eingesetzt wird. Die Drehzahlen beim Bruch liegen bei etwa 25.000 U/min.

Das Containment versagt, die Bruchstücke des Axialfeldrotors durchschlagen das Gehäuse. Mehrere Optimierungsschleifen waren notwendig, bis ausreichender Schutz gegeben war.