Die integrale Schadensanalyse kommt ins Spiel, wenn Bauteile wiederholt versagen oder Schäden gefährlich werden.

Bild: iStock, porcorex

Integrale Schadensanalyse Gemeinsam auf Spurensuche in der Produktion

04.08.2022

Ungeplante Maschinenstillstände kosten Hersteller durchschnittlich 532.000 USD pro Stunde, so eine Studie. Neben Produktionsausfällen drohen Aufwendungen für Ersatzteile und Einbau sowie Imageprobleme bis hin zu Kundenverlusten. Deshalb müssen Schäden frühzeitig ermittelt werden. Treten sie aber wiederholt auf oder ist das Problem komplexer, reicht eine einfache Bauteilanalyse nicht aus. Wie man den Ursachen nachhaltig auf den Grund geht, zeigt TÜV SÜD am Beispiel zweier Produktionsanlagen.

Im Kessel einer Entsorgungsanlage für Sondermüll trat ein Schaden auf. Dem Fachpersonal des Betreibers waren während einer Kontrolle eines Saugzuglüfters erhöhte Schwingungen aufgefallen. Bei der anschließenden Reparatur fiel auf, dass das Festlager des Lüfters Beschädigungen aufwies und sich das Sicherungsblech gelöst hatte. Erst vier Monate zuvor waren der Lüfter gewartet und unter anderem die Wälzlager ausgetauscht worden. Das Entsorgungsunternehmen beauftragte TÜV SÜD mit der Schadensklärung.

Fachübergreifende Ermittlung am Lüfter

Zu Beginn steht die Dokumentation des Schadens und des entsprechenden Bauteils. Bruchstücke und ihre Position im Raum können Aufschluss darüber geben, ob es sich um einen direkten Schaden handelt oder um einen Folgeschaden. Diese Unterscheidung ist wichtig, um die Ursache eindeutig bestimmen zu können. Außerdem werden Werkstoffeigenschaften, Einbaudaten und Bruchflächen analysiert. Versagen technische Bauteile wiederholt oder gefährdet ein Schaden Verbraucher, Mitarbeiter, Sachwerte oder die Umwelt, kommt die Integrale Schadensanalyse ins Spiel. Mit ihr lassen sich Wechselwirkungen zwischen Konstruktions-, Herstellungs-, Betriebs- oder Anwendungsfehlern identifizieren.

Mit werkstofftechnischen Untersuchungen, Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode oder analytischen Verfahren der Qualitätssicherung werden Hypothesen aufgestellt und geprüft. Dazu arbeiten TÜV SÜD-Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen zusammen. Bei einer Ortsbegehung inspizierte zunächst ein Sachverständiger den Lüfter samt Komponenten sowie die Betriebsbedingungen.

Das Fachpersonal vor Ort bestätigte, dass das Gebläse bis zum Schadensfall im Dauerbetrieb gelaufen war. Beim Öffnen des schwingungsauffälligen Festlagers stellte er fest, dass der Sicherungsring für die Lagermutter fehlte – das Lager ließ sich händisch von der Welle lösen. Weiter wiesen die Welle und der Lageraußenring Verschleißspuren in Form von Abrieb sowie Bearbeitungsspuren eines Zerspanungsprozesses auf.

Einflussfaktoren richtig gewichten

Zusammen mit einem Kollegen aus der Maschinen- und Anlagensicherheit wertete der Schadensanalytiker die Ergebnisse aus. Dabei identifizierten sie direkte Schadensursachen und schadensbegünstigende Einflüsse. Ausschließen konnten sie einen Materialausbruch an der Welle: Hier deuteten Korrosionsspuren darauf hin, dass der Ausbruch bereits länger zurück lag. Weil der Lüfter vor der Wartung jahrelang unauffällig im Einsatz lief, war auch ein Herstellungsfehler unwahrscheinlich. Gleiches galt für Betriebsweise und -umgebung, da unter anderem der Lüfter schwingungsisoliert aufgestellt war.

Leider fehlten detaillierte Aufzeichnungen über die durchgeführten Wartungsarbeiten. Dennoch konnte das Team aus seinen Untersuchungsergebnissen den Schaden wie folgt rekonstruieren: Während der Wartung waren Schäden am Lagersitz entdeckt und durch Abdrehen abgetragen worden. Dadurch entstand eine Abweichung vom Solldurchmesser. Weil eine Maßkontrolle ausblieb, fiel das Untermaß der Welle nicht auf. Das Lager war nicht länger zentriert, so dass im Betrieb Schwingungen auftraten. In Folge löste sich die Lagermutter. Um dies künftig zu vermeiden, soll das Wartungspersonal die entscheidenden Daten protokollieren wie Maße, Ausrichtung des Motors sowie Schraubenanziehmomente.

Störungsfindung in der Presse

In einem weiteren Fall ermittelte TÜV SÜD im Rahmen eines gerichtlichen Gutachtens den Schaden an einer hydraulischen Einständerpresse. Hier lag das Problem im Pressvorgang: Im Automatikbetrieb versagte nach dem Senken der Stößelplatte und dem Pressvorgang der Rückzug der Stößelplatte, selbst ohne eingelegtes Werkstück. Mit Werkstück blockierte die Presse sogar vollständig. Die Vorwürfe des Betreibers an den Hersteller bezogen sich:

  1. auf den minderwertigen Stahl der Stößelplatte,

  2. auf Pressen gleicher Bauweise, die das Werkstück auch ohne Auswerfer aus der Form lösen können, und

  3. auf die mangelhafte Konstruktion der Presse.

Es stellte sich heraus, dass der Stahl für den Einsatzzweck tatsächlich ungeeignet war. Dafür inspizierten Schadensanalytiker die Presse sowie die Werkzeuge und nahmen werkstofftechnische Untersuchungen vor. Bei Probehüben im ausgerüsteten Zustand wurden Verformungen der Stößelplatte festgestellt. Darüber hinaus variierte die Härte zwischen Tischmitte und dem Randbereich. In Ihrer Nutzung war die Presse somit eingeschränkt.

Auch die zweite Behauptung, dass für das Herauslösen des Werkstücks kein Auswerfer nötig sein sollte, verifizierten die Experten. Ob sich ein Werkstück verklemmt, hängt vor allem von der Presskraft und der Geometrie des Werkstücks ab. Die Nennkraft der Presse war jedoch ausreichend für das Gewicht der Werkzeughälften zuzüglich der Masse der umzuformenden Werkstücke und Rohlinge. Ein Zusammenhang zwischen Werkstückgeometrie und Schaden wurde ausgeschlossen.

Der dritte Vorwurf bestätigte sich ebenfalls. Ein Abgleich mit dem Hydraulikplan der Betriebsanleitung ergab, dass eine zu geringe Hydraulikleistung für die mangelnde Rückzugskraft des Stößels verantwortlich war. Somit lag ein konstruktiver und funktionaler Mangel vor. Außerdem wird das eingesetzte Werkzeug auf anderen Pressen – auch mit geringerer Leistung – einwandfrei eingesetzt. Weil die Maschinenkennzeichnung und die Verschlussschrauben der seitlichen Schutzeinrichtung sicherheitstechnische Mängel aufwiesen, lagen Verstöße gegen die Maschinenrichtlinie vor. Im technischen Bericht bewertete das interdisziplinäre Team aus der Schadensanalyse, der Werkstofftechnik und Hydraulik die Presse als nicht betriebsfähig.

Fazit

In beiden Fällen ermöglichte die integrale Schadensanalyse den Betreibern, Schadensersatz gegenüber den Herstellern geltend zu machen. Mit der gebündelten Expertise der Sachverständigen konnten alle Einflussfaktoren ganzheitlich beurteilt und Lösungswege für die Instandsetzung eingeschlagen werden. Gleichzeitig lassen sich Strategien ableiten, wie Schäden zukünftig vermieden werden. Neben einem tiefgehenden Technikverständnis ist eine vertrauensvolle Interaktion mit Kunden und Kollegen Grundvoraussetzung für den Erfolg.

Fortführende Informationen finden Sie in der Studie von Senseye.

Bildergalerie

  • Der Lagersitz des Festlagers nach Demontage mit Drehriefen und Verschleißspuren.

    Bild: TÜV Süd

  • Ein Materialausbruch an der Welle konnte als Sekundärschaden ausgeschlossen werden.

    Bild: TÜV Süd

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