Thüringer Werkstofftag, 15.03.1999
Technische Universität Ilmenau
M. Hofmann
Schadensanalysen an metallischen Werkstoffen
Einleitung
Zielstellung
Ziel des Vortrages ist die allgemeine Darstellung von Ablauf und Inhalt
einer Schadensanalyse. Neben den dazugehörigen Hilfsmitteln werden zum
besseren Verständnis praktische Beispiele diskutiert. Eine tiefgreifende
Darstellung ist nicht beabsichtigt, und durch die Kürze der zur Verfügung
stehenden Zeit auch nicht möglich. Die Aufgabenstellung, eine Schadensanalyse
durchzuführen, ergibt sich in der Regel erst nach einem Schadenseintritt.
Als Ergebnis einer komplexen Untersuchung zur Klärung der Schadensursache
gehört auch eine entsprechende Aussage zur Vermeidung gleichartiger Schäden.Die
Notwendigkeit einer Schadensvorbeugung ergibt sich aus dem rechtzeitigen
Erkennen von Gefahrenquellen an Baugruppen, Maschinen und Anlagen um katastrophale
Schäden weitestgehend zu vermeiden oder im kalkulierbaren Rahmen zu halten.
Die regelmäßige Kontrolle an sicherheits-technischen Anlagen ist durch
Gesetze und technische Regelwerke unter anderem in der Gewerbeordnung
geregelt (z.Bsp. bei Druckbehältern bzw. Kraftwerksanlagen). Der zunehmende
Zwang sich mit diesem Thema zu beschäftigen, wird auch durch die Einführung
von Qualitätssicherungssystemen oder durch das seit 1989 geltende Produkthaftungsgesetz
begründet.
Allgemeine Grundbegriffe
Eine Versagenswahrscheinlichkeit, d.h der mögliche Eintritt eines
Schadens, ist in der Technik immer vorhanden. Durch geeignete technologische
und konstruktive Maßnahmen muß daher das Risiko für einen Schadenseintritt
möglichst gering gehalten werden. Die wichtigsten Begriffe und Definitionen
sind in der VDI - Richtlinie 3822 erläutert.
Begriffe zur Beurteilung von Schadensfällen (Auswahl) [1]
Schaden:
Eine Veränderung am Bauteil, durch die dessen vorgesehene Funktion
beeinträchtigt oder unmöglich gemacht wird, bzw. eine Beeinträchtigung
zu erwarten ist.
Schaden=Versagen
Schadensanalyse:
Schadensuntersuchung und Ableitung der Maßnahmen für Schadensabhilfe
und gegebenenfalls Ableitung allgemeiner Maßnahmen zur Schadensverhütung.
Schadensbild:
Äußerer Zustand des beschädigten Bauteils; Veränderungen am
Bauteil bzw. Werkstoff.
Anlaßfarben durch thermische Schädigungen, Oxid- / Zunderschichten,Korrosion
Zäher oder spröder Gewaltbruch, Dauerbruch
Schadensart:
Benennung des Schadens;
Art der Überbeanspruchung: Mechanische Belastung, thermisch, chemisch/korrosiv,
tribologisch o. deren Kombinationen
Schadensursache:
Summe der schadensauslösenden Einflüsse
primäre Schadensursache:
Zeitlich zuerst auftretende Schadensursache
Auslösende Fehlerart (primär/sekundär):
Beispiel:
Die Spannschraube am Messer einer Kunststoffverarbeitungsanlage versagt
durch einen Dauerbruch nach kurzer Einsatzzeit. Die Betriebstemperatur
der Anlage beträgt ca. 280°C. Eine Analyse des Schraubenwerkstoffes ergab,
daß man bei der konstruktiven Berechnung zwar einen Werkstoff ausreichender
Festigkeit (8.8) ausgewählt hat, dieser aber für den Dauereinsatz bei
dieser Temperatur keine Beständigkeit der Streckgrenze aufweist (Warmstreckgrenze).
Die Schadensart ist ein Dauerbruch mit einem Konstruktionsfehler als primäre
Schadensursache.
Schadensverhütung:
Vorbeugende Maßnahmen gegen das Eintreten von Schäden
Voraussetzung für eine wirksame Schadensverhütung ist die Ermittlung der primären Schadensursache.
Beanspruchungsprozeß [9]
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| Beanspruchung: | statisch, dynamisch, schwellend.... |
| Widerstand Bauteil / Werkstoff: | Festigkeit, Zähigkeit, Streckgrenze |
Versagensbeispiele: |
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| B >> W | Gewaltbruch |
| W < Werforderlich | Materialfehler; Behandlungsfehler (Wärmebehandlung, Schweißen, Galvanik) |
| B > W | Versagen im Betrieb durch Überlastung infolge Konstruktionsfehler, Überlagerung der Belastung durch Zusatzbeanspruchung |
| W < Werforderlich | Festigkeitsminderung im Betrieb, z.Bsp.Korrosion, Alterung (Verspröden), Kriechen |
Aufgabenstellung der Schadensanalyse:
Werkzeuge und Hilfsmittel zur Durchführung einer Schadensanalyse Schadensanalyse = Summe der Bewertungen von:
Chemische Zusammensetzung
Materialauswahl
Schadensbegünstigung
Simulation der Schadensbedingungen am PC und VergleichswerkstoffenEine ausführliche Darstellung der verschiedenen Methoden (APM, Kepner-Tregoe; Relevanzbaum ...) sind in [1] - [5] enthalten. Diese Komplexität der Aufgabenstellung macht eine systematische
Vorgehensweise notwendig. Bei der Bearbeitung ist vor allem darauf
zu achten, daß es sich bei den Beweismitteln in der Regel um Unikate
handelt. Durch eine Zerstörung oder Vernichtung von Informationen
wird eine nachträgliche Überprüfung von Untersuchungsergebnissen
unmöglich. |
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| Einflussgrößen : Prüfverfahren: Simulation: |
Relevanzbaum Schmitt-Thomas [1] Beispiele [4] Datenbank Dr. Sommer GmbH; Programm PSIM |
Inhalt und systematischer Ablauf einer Schadensanalyse Art und Weise der Durchführung einer Schadensanalyse wird wesentlich durch die spezielle Aufgabenstellung bestimmt. Beispielsweise ist die Fragestellung nach der Ursache für eine schlechte Umformbarkeit von Blechen beim Tiefziehen nicht mit dem gleichen Bearbeitungskonzept wie die Fragestellungen nach der Ursache für den erhöhten Verschleiß an einem Getriebeteil oder der Ursache für die Rissbildung an einer Schweißnaht zu beantworten. Unterschiedliche Werkstoffkenngrößen, deren Abweichung vom Soll-Wert als mögliche Schadensursache in Frage kommen, bestimmen die Vorgehensweise (Streckgrenze - E-Modul; Wärmeleitfähigkeit; elektrische Leitfähigkeit; Härte; mechanische Fließgrenze) Zielstellung:
Die inhaltliche Aufgabenstellung einer Schadensanalyse besteht aus verschiedenen Elementen:
Beispiel einer unsachgerechten Vorgehensweise: Zur Untersuchung mittelalterlicher Waffen wurden aus Hakenbüchsen mit der Handsäge Proben wahllos herausgetrennt. Es sollte geklärt werden, ob die Läufe durch Gießen oder Schmieden hergestellt wurden.Eine Zerstörung war weder notwendig, noch ließ sich über das Gefüge im Querschnitt auf diesem Weg eine eindeutige Aussage treffen. Durch eine Röntgenuntersuchung oder andere zerstörungsfreie Verfahren kann man Seigerungsstrukturen oder andere gußtypische Merkmale auch ohne Schädigung der wertvollen Waffen nachweisen. Literatur zur Schadensfalluntersuchung: |
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[1] |
VDI - Richtlinie 3822 "Schadensanalyse" Beuth-Verlag Berlin |
| [2] | Grosch, J. : Schadenskunde im Maschinenbau expert Verlag, 1995 |
| [3] | Broichhausen, J. : Schadenskunde Carl Hanser Verlag München 1985 |
| [4] | Schmitt-Thomas,u.a. : Technik und Methode der Schadensanalyse
VDI-Verlag Düsseldorf 1990 |
| [5] | Uhlig, W. : Schadensanalyse, Systematik-Methoden-Werkstofftechnische Bewertung VEB Verlag Technik Berlin1986 |
| [6] | Allianz- Handbuch der Schadenverhütung Allianz Versicherungs-AG München und Berlin 1976 |
| [7] | Eckstein, H.-J.: Technologie der Wärmebehandlung von Stahl
VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie 1987 |
| [8] | Schumann, H, u.a.:Metallographie Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie 1990 |
| [9] | Müller, H.: Beurteilung technischer Schadensfälle Vortrag am 08.12.90 in Suhl |
| [10] | Wendler-Kalsch, E. ; Gräfen H.: Korrosionsschadenskunde Springer Verlag Berlin-Heidelberg 1998 |
| Autorenangaben: Dipl.-Ing. Hofmann, M. MartinHofmannWerkstofftechnik MHW-Ingenieur-und Sachverständigenbüro D-98547 Schwarza/Thüringen Zella-Meininger Str. 13 Telefon: 036843- 60206 Telefax: 036843 - 70396 E-mail: info@mhw-werkstofftechnik.de |
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