Schadensanalyse

Kleiner Fehler, großer Schaden

Um Gewicht zu reduzieren oder Bauteileigenschaften zu optimieren, werden immer öfter praxisbewährte Materialien durch andere Werkstoffe ersetzt. Häufig entstehen damit jedoch neue Gefahrenpotentiale und Fehlerquellen. Durch die Berücksichtigung von Schadensmechanismen kann dies bereits in der Produktentwicklung vermieden werden.

Deutlich sichtbar sind die Korrosionsschäden an dem Wälzlager. Sie wirken sich auf den Wirkungsgrad des Lagers aus und können im weiteren Verlauf zu massiven Lagerschäden führen. (Bild: BTS)

1998 brach an dem ICE 884 auf der Fahrt von München nach Hamburg, sechs Kilometer vor Eschede, ein Rad des ersten Wagens auf Grund von Materialermüdung. Der Reifen wickelte sich ab, durchbohrte den Boden eines Abteils und blieb dort stecken. Das Metallstück stellte kurz danach eine Weiche so um, dass die nachfolgenden Wagen auf ein anderes Gleis gelenkt wurden, der Zug dadurch aus den Gleisen gerissen wurde und mit über 200km/h gegen einen Brückenpfeiler raste.

Grund des Radbruches, so wurde später festgestellt, war Materialermüdung. Die Radkonstruktion war aus Komfortgründen abgeändert worden, die aus einem Stück bestehenden Metall-Räder waren durch dreiteilige Räder ersetzt wurden, die aus Metallkern, dämpfendem Kunststoffring und metallenem Außenring bestanden. Diese Bauform wurde jedoch vor ihrem serienmäßigen Einsatz im ICE nicht bei Geschwindigkeiten von über 200 km/h dauererprobt.
101 Menschen kamen bei diesem schwersten Zugunglück in der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland ums Leben.

Glücklicherweise gehen Schäden durch Materialfehler und Materialermüdungen meist weit glimpflicher ab als beim Eschede-Zugunglück – doch um Gewicht zu sparen oder Bauteileigenschaften zu optimieren, werden immer häufiger langerprobte  Materialien durch neue Werkstoffe oder Verbundmaterialien ersetzt.

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Diesem Thema widmet sich auch die 41. VDI-Jahrestagung Schadensanalyse, die am 1./2. Oktober in Würzburg stattfindet - ein Zeichen dafür, dass das Thema nicht an Aktualität verloren hat.
Gründe für auftretende Schäden an Bauteilen gibt es viele, angefangen bei der Materialsubstitution, über geänderte Bauteilanforderungen und konstruktive Abwandelungen bis hin zu neuen Bearbeitungsverfahren.

Dr. Karin Borst, Vorsitzende des VDI-Fachausschusses Schadensanalyse: „Wir hoffen, dass die Tagung dabei hilft, bei Neuentwicklungen Fehler zu vermeiden.“

Dr. Karin Borst ist Vorsitzende des VDI-Fachausschusses Schadensanalyse. Mit langjähriger Industrieerfahrung und als jetzige Geschäftsführerin von Beratung bei technischen Schadensfällen BTS in Alfter, weiß sie, wie Schäden entstehen und wie sie zu beurteilen sind. Mit Blick auf die Veranstaltung sagt sie: „Wir haben die Tagung so konzeptioniert, dass wir mit den Beiträgen einen Überblick geben möchten, welche Versagensmechanismen bei den unterschiedlichen Werkstoffarten Metalle, hier insbesondere Stähle, sowie Thermoplaste und Elastomere auftreten können.“ Entsprechend sollen auch die Erfahrungen aus der Praxis dargestellt werden, die bisher gemacht wurden, um ein Produkt zu optimieren. Aufgezeigt werden Fallbeispiele aus dem Maschinenbau, der Automobilindustrie, dem Windenergieanlagenbau sowie aus der Luftfahrt, Bahntechnik und Schweißtechnik. „Nicht zuletzt sind auch zerstörungsfreie Prüfverfahren ein Schlüssel zur erfolgreichen Fertigung“, so Borst weiter.

Im Fokus der Veranstaltung stehen Schäden und Entwicklungspotenziale an Wälz- und Gleitlagern aus Metallen und Kunststoff. Außerdem werden Beurteilungskriterien und Schädigungsmechanismen an faserverstärkten Werkstoffen und Thermoplasten, an Gummi-Metall-Verbunden sowie Elastomeren gemäß VDI-Richtlinie 3822 aufgezeigt. Und natürlich geht es um den Einsatz moderner zerstörungsfreier Prüfverfahren in der Produktionsüberwachung und Schadensanalyse sowie um Schäden an Dichtungen durch Schmierstoffe und deren Vermeidung.
„Bei Wälz- und Gleitlagern soll dargestellt werden, welche Fortschritte in der Schadensvermeidung auf diesem Gebiet derzeit vorliegen. Verbundwerkstoffe werden sowohl unter schadensanalytischen als auch unter sicherheitstechnischen Aspekten dargestellt“, konkretisiert Borst zwei Schwerpunkte.

Auslegung anhand von Schädigungsmechanismen

Dr. Matthias De Monte, Fachexperte für Lebensdauervorhersage und Projektleiter bei der Robert Bosch GmbH: „Durch das Verständnis der Schädigungsmechanismen können physikalisch motivierte Schädigungsmodelle entwickelt werden. Die Implementierung dieser Modelle in FE-Programme ermöglicht die korrekte Prognose der potenziellen Ausfallstelle am Bauteil und eine hohe Genauigkeit der Lebensdauervorhersage.“ (Bild: Bosch

Dr. Matthias De Monte, Fachexperte für Lebensdauervorhersage und Projektleiter bei der Robert Bosch GmbH, befasst sich in seinem Beitrag mit der FE-basierten Auslegung von Kunststoffbauteilen unter Langzeitbelastung. Dabei werden besonders die Wechselwirkung zwischen mechanischer Belastung und Umwelteinflüssen wie Medien oder Temperatur betrachtet. „Durch das Verständnis der Schädigungsmechanismen können physikalisch motivierte Schädigungsmodelle entwickelt werden. Die Implementierung dieser Modelle in FE-Programme ermöglicht die korrekte Prognose der potenziellen Ausfallstelle am Bauteil und eine hohe Genauigkeit der Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung der mechanischen Belastungen sowie von Umwelteinflüssen und deren Wechselwirkung. Dies bildet die Grundlage für einen kostenoptimierten Entwicklungsprozess“, unterstreicht De Monte die Bedeutung der Thematik.

Am Beispiel des thermoplastischen Kunststoffes Polyoxymethylen, auch POM, unter Zeitstandbelastung in Biokraftstoff und des Polyamids PA66-GF35 unter Ermüdungsbelastung in Luft wird im Vortrag veranschaulicht, wie diese Mechanismen in den Auslegungsmodellen berücksichtigt werden.“ Damit kann die Bauteil-Lebensdauer bereits in der Design-Phase frühzeitig am Bauteil abgeschätzt und der Entwicklungsaufwand reduziert werden“, so De Monte weiter. Relevant sind diese Untersuchungen insbesondere für hochbelastete Bauteile aus verstärkten Kunststoffen unter Langzeitbelastung. Das betrifft im Automobilbereich beispielsweise Komponenten in der Abgasnachbehandlung und in Bremssystemen, Kraftstofffördermodule, Steuergerätgehäuse, Ölfördermodule, Sensorgehäuse oder Kunststoffgetriebe.

Ein weiterer Schwerpunkt der Tagung wird die Vorstellung einer Erweiterung der bewährten VDI-Richtlinie 3822 sein, die sich mit der Schadensanalyse und Schäden an Elastomerprodukten befasst, eine Definition von entsprechenden Schädigungsmechanismen vornimmt und auf die Besonderheiten bei der Schadensanalyse von Elastomerprodukten eingeht. An Beispielen wird die Anwendung der Richtlinie veranschaulicht.

Schadensanalyse ist Grundlage für Produktrückrufe

Prof. Dr. Thomas Klindt, Rechtsanwalt der Kanzlei Noerr LLP: „Kleine Ungenauigkeiten in der Werkstoffauswahl oder im technischen Design können katastrophal große Schadensbilder provozieren.“ (Bild: Noerr LLP)

Soweit zur Definition, zur Schadensanalyse und zur Anwendung der entsprechenden Analysemechanismen für die Produktentwicklung und -anpassung. Doch was ist, wenn doch einmal ein Produktfehler beim Kunden festgestellt wird? Wenn es in der Praxis um Produkthaftung und Produktrückrufe geht, sind juristische Kenntnisse gefragt. Für die Juristen liegt die Schadensanalyse in der Aufklärung von Produktfehlern und deren Eskalationen. In strafrechtlichen Untersuchungen, aber auch in produkthaftungsrechtlichen Klagen ist die Frage nach der technischen Ursache für den Schaden dann die entscheidende. Das bedeutet: Konstruktive, fertigungsbedingte oder umgebungsbezogene Faktoren sind zu identifizieren und auf ihre rechtliche Bedeutung hin abzuklopfen. „Kleine Ungenauigkeiten in der Werkstoffauswahl oder im technischen Design können katastrophal große Schadensbilder provozieren“, weiß Prof. Dr. Thomas Klindt aus seiner täglichen Praxis. Der Rechtsanwalt der Kanzlei Noerr LLP, München, verfügt als Industrieanwalt über große Erfahrung in der Behandlung produkthaftungsrechtlicher Krisenszenarien und hat viele grenzüberschreitende Produkt-Rückrufe aus dem b2b- und aus dem b2c-Bereich samt der notwendigen Behördenkommunikation betreut. In seinem Referat wird er daher viele Beispiele aus dem industriellen Umfeld erläutern. „Schadensersatzprozesse, internationale Produktrückrufe und selbst strafrechtliche Ermittlungen bauen häufig auf der Analytik von Schaden und Schadenshergang auf. Das Recht folgt hier der Technik“, sagt Klindt. Auch wenn es ein eher unerwünschtes Thema ist: Juristische Schadensbewertungen spielen in vertragsrechtlichen und produkthaftungsrechtlichen Schadensersatzprozessen eine wichtige Rolle, ebenso aber auch in Versicherungsauseinandersetzungen und staatsanwaltschaftlichen Ermittlungen.

Ob Werkstoffauslegung, Prüfverfahren oder rechtliche Bewertung von Schadensfällen – die 2-tägige Veranstaltung bietet nicht nur ein breites Spektrum an themenspezifischen Vorträgen sondern auch die Möglichkeit zum detaillierten Austausch oder zum Besuch einer begleitenden Fachausstellung. „Wir hoffen, dass die Tagung dabei hilft, bei Neuentwicklungen Fehler zu vermeiden“, so Tagungsleiterin Dr. Karin Borst. Annedore Munde/hs

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