Schadenskunde
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Cartes-fiches
Was sind die Ziele einer Schadensanalyse?
- Ursachen für das Versagen eines Bauteiles
- Verhütung weiterer Schäden
- Aus Summer der Erkenntnisse -> Ableiten von technischen Regeln
Was ist die Aufgabe einer schadenskundlichen Untersuchung?
- Beurteilung und Klassifizierung der Schäden (Beurteilen)
- Ermittlung der direkten Schadensursache (Untersuchen)
- Rückschlüsse und Maßnahmen zur Vermeidung künftiger Schäden (Vermeiden)
Entscheidend: Ermittlung des direkten Schadens, obwohl die Folgeschäden
meistens ungleich größer sind.
Von was hängt der Erfolg einer Schadensanalyse ab?
- Sorgfalt der Planung
- Art und Umfang der einzelnen Untersuchungsschritte
- Qualität der Untersuchungsdurchführung
Was bedeutet "Primärschaden"?
Zeitlich zuerst eingetretener Schaden, der Ursache für weitere Schäden (Sekundärschäden, Tertiärschäden…) ist.
Was bedeutet "Folgeschaden"?
Schaden, der durch einen vorangegangenen Schaden am gleichen oder einem anderen Produkt ausgelöst wird. Folgeschäden verursachen oft höhere Kosten als Primärschäden selbst.
Wie ist der Begriff "Fehler" nach VDI 3822 definiert?
Abweichung einer Eigenschaft von einem Sollzustand, die jedoch (noch) nicht zu einer maßgeblichen Einschränkung von Funktionen geführt hat, aber Ursache für einen Schaden werden kann.
Was versteht man unter "fehlerbegünstigenden Einflüssen"?
Einflussfaktoren, die zwar eine Auswirkung auf die Schadensentstehung und -ausprägung haben, jedoch isoliert nicht ursächlich sind.
Was versteht man unter dem "Referenzprodukt"?
Produkt bzw. Probestück eines Produktes zum „Ist/Soll-Vergleich“ mit dem schadhaften Produkt. Es ist stets zu hinterfragen, inwieweit das Referenzprodukt Bezug für das schadhafte Produkt ist. Gründe für das Heranziehen eines Referenzproduktes sind zu benennen. (auch Vergleichsprobe)
Wie ist ein "Schaden" nach VDI 3822 definiert?
Veränderungen an einem Produkt, durch die eine oder mehrere seiner vorgesehenen Funktionen wesentlich beeinträchtigt oder unmöglich gemacht werden.
Was versteht man unter dem "Schadensablauf"?
Zeitliche Entwicklung des Schadens.
Was versteht man unter der "Schadensanamnese"?
Aufnahme, Bewertung und Dokumentation der Schadensvorgeschichte
Was versteht man unter dem "Schadensmechanismus"?
Abfolge werkstofflicher Ereignisse, die einzeln oder kombiniert unter Berücksichtigung des Schadensumfeldes zum Schaden führen. Hier spielt die Reaktion von Werkstoffen auf äußere Belastungen eine zentrale Rolle.
Was unter dem "Schadensphänomen" zu verstehen?
Äußeres, offensichtliches bzw. augenscheinliches Erscheinungsbild des beschädigten Produkts bzw. einer fehlenden Funktionalität.
Was versteht man unter dem "Schadensumfeld"?
Die Gesamtheit der Rahmenbedingungen, unter denen der Schaden entstanden ist.
Was versteht man unter den "Schadensmerkmalen"?
Charakteristisch erscheinende Kennzeichen eines Schadens
Wo befindet sich die "Schadensstelle"?
Position des Schadens am Produkt mit dem Primärschadensbereich
Wie ist die "Schadensursache" definiert?
Summe der schadensauslösenden Einflüsse
Hierbei wird zwischen primären Ursachen und sekundären, schadens- bzw. fehlerbegünstigenden Umständen unterschieden.
Was versteht man unter der "Schadensverhütung"?
Vorbeugende Maßnahmen gegen das Auftreten von weiteren Schäden
Was versteht man unter dem "Vorschaden"?
Früher am Produkt oder im Umfeld erfolgte Funktionseinschränkung, die möglicherweise die Funktion noch nicht signifikant beeinträchtigt hat.
Welche Angaben sind für die Bestandsaufnahme hinsichtlich der Anlage, an der eine Schaden aufgetreten ist, von Bedeutung?
- Anlagenart, Herstellungsdatum, Anlagenhersteller
- Gewerbezweig, Betriebsort, Betreiber
- Inbetriebnahmedatum, Einsatzbedingungen, Betriebszeit, Zeitpunkt von Revisionen und Fremdüberwachungen, Prüfbescheinigungen
Welche Angaben sind für die Bestandsaufnahme hinsichtlich des Schadensteil von Bedeutung?
- Art, Herstellung, Weiterverarbeitung, Güteprüfung des Werkstoffes
- konstruktive Gestaltung, Fertigung, Güteprüfung des Bauteils
- Funktion des Bauteils, Betriebsbedingungen während der Betriebszeit und kurz vor dem Schadenseintritt
- zeitlicher Ablauf des Schadens
Was versteht man unter dem Untersuchungsplan und was ist bei seiner Erstellung zu beachten?
Der Untersuchungsplan legt die Art und Abfolge der Einzeluntersuchungen fest.
- sinnvollen und wirtschaftliche Untersuchungsablauf vorsehen
- Beginn mit einfachen Untersuchungen, dann erst aufwändige Verfahren
- Untersuchungsplan aus der Schadenshypothese ableiten
- Flexibilität bewahren vom Untersuchungsplan abzuweichen, wenn einzelne Untersuchungsergebnisse Hinweise dafür liefern, dass im Untersuchungsablauf eine andere Richtung eingeschlagen werden muss
Was versteht man unter "Einzeluntersuchungen" und was soll mit ihnen Beurteilt werden?
zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Werkstoff- und Bauteilprüfung sowie Simulationsversuche
- Schadensbild und -merkmalen
- Werkstoffzusammensetzung
- Werkstoffgefüge und –zustand
- chemischen, physikalischen und technologischen Eigenschaften von Werkstoffen und Bauteilen
- Gebrauchseigenschaften
Was ist hinsichtlich der Probenentnahme von großer Bedeutung?
- Probenstück muss an einer für die Schadensursache aussagekräftigen Stelle, in ausreichender Größe und unverfälscht entnommen werden
- ein Probenentnahmeplan ist zu erstellen
- aussagekräftige Stellen sind oft solche, bei denen der Schaden im Anfangszustand vorliegt, was häufig in der Nachbarschaft des fortgeschrittenen Schadens oder an einem gleichartig belasteten Bauteil der Fall ist
- Verfälschungen (Artefakte) können bei der Probenentnahme auf vielfältige Weise entstehen
Nenne Beispiele für mögliche Probenverfäschungen (Artefakte)!
- Probenverwechslung
- durch mangelhafte Dokumentation lassen sich zunächst nicht beachteteEinflussgrößen (Spannung, Temperatur, Korrosionsangriff, Strömungusw.) nicht mehr zuordnen
- mechanische oder thermische Einflüsse führen beim Heraustrennen des Probenmaterials zu Gefügeveränderungen
- mechanische oder thermische Einwirkungen verändern die Bauteiloberflächen oder die Bruchflächen
- Informationsträger, z.B. Korrosionsprodukte, gehen verloren oder werden verfälscht
- Verunreinigungen, Markierungsstifte, Reiniger oder Präparationsmittel führen zur Aufnahme schadensunspezifischer Fremdstoffe
Was ist hinsichtlich des Untersuchungsablaufs zu beachten?
- Begrenztes Probenmaterial: → Abfolge der Einzeluntersuchungen sorgfältig planen; sicherstellen, dass einerseits keine Spuren verwischt werden und andererseits alle auch später erforderlichen Untersuchungen noch durchführbar sind Beispielsweise kann an den Bruchstücken einer Zugprobe noch die Werkstoffzusammensetzung bestimmt werden, nicht aber umgekehrt
- Durchführung der einzelnen Versuche und Prüfungen im Allgemeinen nach den dafür vorliegenden Vorschriften und Normen
- alternativ können eindeutige eigene Anweisungen formuliert werden
- praktische und rechnerische Simulationsversuche entsprechend den Betriebsbedingungen des Schadensteils ansetzen
Was bildet das Zentrum der Schadensanalyse?
Ist/Soll-Vergleich der Untersuchungsergebnisse mit Herstellerangaben, Normenwerten oder mit den Ergebnissen aus Paralleluntersuchungen an nicht schadhaften Bauteilen
Wie ist der Ablauf einer Schadensanalyse laut VDI 3822 definiert?
- Schadensbeschreibung (Dokumentation, Erfassung konstr., werkstoff- & fertingungstechnischer Besonderh.)
- Bestandsaufnahme (Schadensanamnese, Betr. des Gesamtsystems, Einsatz und Umfeldbed., zeitl. & örtl. Besonderheiten)
- Schadenshypothese(n) (Leitschnur für Analysen, Bewertung von Wahrscheinlichkeiten & Nachweisaufwand)
- Instrumentelle Analysen (Untersuchungsplan, Probennahme, Prüfungen & Analysen, Simulation & Nachstellversuche)
- Untersuchungsergebnisse (Ist/Soll-Vergleich, ggf. weitere Analysen)
- Schadensursache(n) (ggf. primäre & sekundäre Fehlereinflüsse)
- Schadensabhilfe (akute & präventive Maßnahmen)
- Bericht
- Wissensmanagement
Nenne die drei grundelgenden Arten von Einzeluntersuchungen (und Beispiele)!
- zerstörungsfreie Prüfungen (makroskopische Untersuchungen, Eindringverfahren, Ultraschallprüfung, Röntgengrobstrukturprüfung...)
- zerstörende Prüfungen (mikroskopische Untersuchungen (Lichtmikr., REM), mechanische Werkstoffprüfung, chemische Zusammensetzung, Korrosionsversuche)
- Simulationsversuche
Was sollte die makroskopische Untersuchung beinhalten?
- Begutachtung der Schadensteile, ggf. mit einer Lupe
- Dokumentation der Lage verschiedener Bruchstücke und Bauteile mittels Fotoapparat oder Makroskop bzw. Stereomikroskop
- Feststellung der Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Medien,…)
Wozu dient das Farbeindringverfahren und wie funktioniert es?
Prüfung von Bauteilen auf Risse, Poren oder Spalten
- Bauteil wird mit eingefärbter Flüssigkeit getränkt/besprüht
- Eindringen durch Kapilarkräfte in Fehlstellen (Risse)
- Nach oberflächlicher Reinigung sind Fehlstellen farblich markiert
Detektion von Rissen < 1mm möglich
nur Fehler mit Kontakt zur Oberfläche feststellbar
Wie funktioniert eine Ultraschallprüfung und was kann mit ihr detektiert werden?
Akustische Schwingungen mit Frequenzen von 0,5 – 20 MHz, die sich in Festkörpern geradlinig und ohne wesentliche Schwächung fortpflanzen. Beim Erreichen einer Grenzfläche erfolgt Reflexion (Metall-Luft: Totalreflexion).
Ermittlung von Größe und Lage von Lunkern, Rissen, Schlackeeinschlüssen, Doppelungen in Blechen,…
Was kann mittels Klangprüfung ermittelt werden und was ist bei ihr zu beachten?
Bauteil wird zum Schwingen erregt -> Werkstoffzustände und Fehlerdichte bestimmen Eigenfrequenz
nur nach vorheriger Festlegung von "gut" und "schlecht" anwendbar!
Wozu dient die Lichtmirkoskopische Untersuchung und was ist dabei zu beachten?
- ungeäzt: Beurteilung von Einschlüssen, Ausscheidungen Graphitanordnungen, ggf. Phasen und Rissverläufe
- geäzt: bestimmung der Gefügebestandteile -> Gefüge liefert Infos über Vorgeschichte (Wärmebahandlung) sowie mögl. Veränderunge im Betrieb (Ausscheidunge, entkohlte Randzonen, plast. Verformung)
Entnahme representativer Proben aus schadhaftem Bauteil, Entnahmestelle dokumentieren, Entnahmeart so wählen, das keine/kaum Veräderungen im Gefüge entstehen
Proben werden i.d.R. in Kunstharz eingebettet, geschliffen/poliert und geäzt
Wozu dient ein Konfokales Mikroskop, wie funktioniert es?
Das konfokale Mikroskop arbeitet mit Weißlicht oder einem Laserstrahl einer bestimmten Wellenlänge. Durch Fokusieren auf unterschiedliche Höhen lässt sich ein Höhenprofil der Probenoberfläche erstellen. So können Risse und v.a. Oberflächenrauigkeiten und Riefen dokumentiert und vermessen werden.
Was kann alles mit der Elektronenmikroskopie ermittelt werden?
Betrachtung von (Bruch-)Flächen durch abrastern mit Primärelektronenstrahl (REM)
- typische Vergrößerungen: 100-30000 (Bruchflächen)/ 500-20000 (metallogr. Schliffe)
Bestimmung der ortsaufgelösten chem. Zusammensetzung mittels Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA)
- Austrahlung einer charaktersitischen Röntgenstrahlung nach anregung durch Elektronenstrahl
Nenne die wichtigsten mechanischen Werkstoffprüfverfahren und die dabei zu bestimmenden Kenngrößen!
- Härteprüfung (HB, HV, HRC, HRB)
- Zug-/Druckversuche (ReS, Rp0,2, Rm)
- Biegeversuch (ReS, Rp0,2, Rm)
- Torsionsversuch (ReS, Rp0,2, Rm)
- Kerbschalgbiegeversuch (aK, WK)
- Rißzähigkeitsversuch (KI,C, KC)
- Kriechversuch (Rp/Zeit/Temperatur)
- Knickversuch (RKnick)
Wann tritt Versagen ein? (Allgemein)
Wenn die Bauteilbeanspruchung größer dem Werkstoffwiederstand ist!
B > W
Spezielle Fälle:
- B >> W: Unfälle, Gewaltbrüche
- W < Werforderlich: z.B: durch Latente Schäden (Werkstofffehler, falsche Werkstoffauswahl, Wärmebehandlungsfehler, Schweißfehler) oder betriebsbedingte Verminderung von W (Korrosion, Verschleis)
- B > W: Überbeanspruchung (z.B: falsche Lastannahmen, Zusatzbeanspruchung durch falsche Montage)
Welche Werkstoffwiderstände kennen Sie?
- Streckgrenze ReS, Rp0,2 (Werkstoffwiderstand gegen plast. Verformung)
- Zugfestigkeit Rm
- Wechselfestigkeit RW (σm = 0)
- Dauerfestigkeit RD (σm nicht 0)
- Risszähigkeit KIC (Werkstoffwiderstand ggn instabile Rissausbreitung)
- Zeitstandfestigkeit RTm/t
- Zeitdehngrenze RT0,2%/t, RT1%/t
- Korrosionsbeständigkeit
- (Härte)
Was sind die Voraussetzungen für eine Versagensbetrachtung, wo kommt es zu Problemen?
Vorraussetzung:
- Kenntnisse über auftrentenden Beanspruchungszustand
- Werkstoffverhalten unter dieser Beanspurchung
mögliche Probleme:
- R wird unter einachsiger Belastung ermittelt (z.B. Zugversuch), in Praxis oft mehrachsige Belastung -> komplexer SPZ wird mit Vergleichspannung auf einachsigen Zustand zurückgeführt
- B und W sind statistische Größen! Schwankungen in B und W führen zu Fällen, in denen B > W