Schadensanalyse
Die Schadensanalyse dient dazu, die Ursachen und Mechanismen eines Schadens oder Versagens an einem Bauteil, Produkt oder System zu untersuchen und zu verstehen. Ihr Ziel ist es, die Gründe für den aufgetretenen Schaden zu identifizieren, um daraus gezielt Maßnahmen zur Vermeidung zukünftiger Schäden abzuleiten. Zur Ursachenfindung werden verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um den Schadensfall zu untersuchen und die primäre Schadensursache zu ermitteln. Diese wird auch als Initialursache oder Root Cause („Wurzel allen Übels“) bezeichnet.
Wir führen als unabhängiges Labor ganzheitliche Schadensanalysen als Dienstleistung durch.
Wozu dient die Schadensanalyse?
Die Schadensanalyse ist ein entscheidendes Instrument in der Qualitätssicherung, Produktentwicklung und Betriebssicherheit. Durch die systematische Untersuchung von Schadensfällen können Unternehmen ihre Produkte und Prozesse verbessern, Sicherheitsrisiken reduzieren und wirtschaftliche Verluste minimieren.
- Ursachenermittlung: Klärung, warum der Schaden aufgetreten ist (z. B. Materialfehler, Konstruktionsfehler, Fertigungsfehler, Überlastung, Korrosion, Ermüdung). Dies ermöglicht eine gezielte Behandlung der primären Ursache des Problems.
- Schadensmechanismen verstehen: Erkennen, wie der Schaden entstanden ist (z. B. Rissbildung durch Materialermüdung, Spannungsrisskorrosion, thermische Überlastung).
- Definition von Abhilfemaßnahmen: Basierend auf den Erkenntnissen einer Schadensanalyse können Maßnahmen abgeleitet werden, um zukünftige Schäden zu vermeiden.
- Vermeidung Schäden: Entwickeln von Lösungen und Verbesserungen in Konstruktion, Materialauswahl oder Fertigung, um ähnliche Schäden in Zukunft zu vermeiden.
Bruchflächenanalyse
Analysemethoden
VISUELLE INSPEKTION
Die visuelle Inspektion mittels Lichtmikroskopie spielt eine entscheidende Rolle bei der Schadenserkennung, der Ursachenklärung und der Verbesserung der Material- und Produktsicherheit in verschiedenen Industriezweigen. Stereo-, Auflicht- und Digitalmikroskope werden zur Erstuntersuchung von Bauteilen im Schadensfall und zur Dokumentation eingesetzt, um detaillierte Informationen über Materialschädigungen und Versagensmechanismen zu erhalten.
BRUCHFLÄCHENANALYSE
Die Bruchflächenanalyse ist eine Methode zur Untersuchung der Bruchfläche eines beschädigten Bauteils, um die Art und Ursache des Versagens zu ermitteln. Zunächst erfolgt eine erste Begutachtung der Bruchfläche unter dem Lichtmikroskop oder mit bloßem Auge, um makroskopische Anzeichen wie Bruchmuster oder den Rissverlauf zu erkennen. Anschließend wird die Bruchfläche unter hoher Vergrößerung untersucht, um Details wie Rissmuster und die Oberflächenstruktur sichtbar zu machen. Danach erfolgt die Analyse der Bruchmerkmale, um die Bruchart, beispielsweise Sprödbruch, Ermüdungsbruch oder Mischbruch, zu bestimmen.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) dient der hochauflösenden bildgebenden Untersuchung von Mikrostrukturen und der Materialanalyse. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab, um topographische Bilder (SE) und Materialkontrastbilder (BSE) zu erzeugen. Die chemische Zusammensetzung kann dabei mittels Röntgenmikroanalyse (EDX) oder Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) bestimmt werden.
MATERIALANALYSE
Die Materialanalyse umfasst die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Materialien, von Einschlüssen, Korrosionserscheinungen und Ablagerungen bis hin zur Werkstoffbestimmung. Als Techniken für die Analyse von Materialien werden die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) und die Infrarotspektroskopie (IR) eingesetzt. Mit diesen wird die chemische Zusammensetzung oder das Bindungsverhältnis eines Materials bestimmt.
METALLOGRAPHIE
Die Metallographie als Teilgebiet der Metallurgie dient der Untersuchung des Gefüges und der Kornstruktur metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren. Dazu werden an Schliffen metallischer Proben mittels Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskop (REM) Gefügestrukturen untersucht und Merkmale wie Phasenanteile, Korngrößen, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt.
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung ist ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes eines Werkstoffes gegen das Eindringen eines Prüfkörpers. Als Messgröße für die Makrohärte dient je nach Verfahren die Größe des bleibenden Eindrucks des Prüfkörpers (Vickers, Knoop, Brinell) oder die Eindringtiefe (Rockwell, Super Rockwell). Die Härteprüfung an kleinen Bauteilen, spröden Werkstoffen und Beschichtungen erfolgt mit geringen Prüfkräften mittels Mikrohärteprüfung oder Nanoindentation indem die Kraft-Weg-Kurve während des Eindringvorganges analysiert wird.
ZUGPRÜFUNG
Die Zugprüfung ist ein genormtes Standardverfahren der Werkstoffprüfung zur Bestimmung verschiedener Werkstoffkennwerte. Im Zugversuch werden genormte Proben mit definiertem Querschnitt bis zum Bruch gedehnt. Dabei wird die Dehnung bzw. der Weg gleichmäßig, stoßfrei und mit geringer Geschwindigkeit erhöht. Während des Versuchs werden die Kraft an der Probe und die Längenänderung in der Messstrecke kontinuierlich gemessen.
Aus der Zugprüfung ergeben sich wichtige Werkstoffkennwerte wie:
- Elastizitätsmodul (): Beschreibt das linear-elastische Verformungsverhalten
- Dehngrenze (): Erster erkennbarer Beginn plastischer Deformation
- Untere Streckgrenze () und Obere Streckgrenze ()
- Zugfestigkeit ()
- Bruchdehnung () der Zugprobe
- Lüdersdehnung () und Brucheinschnürung ()
- Querkontraktionszahl (µ): Verhältnis der Querdehnung zur Längsdehnung
OBERFLÄCHENMESSUNG
Die Oberflächenmesstechnik dient dazu, die Mikrostrukturen einer Oberfläche zu erfassen und durch Kenngrößen quantitativ zu bewerten. Diese Mikrostrukturen werden üblicherweise als Rauheit und Welligkeit einer Oberfläche bezeichnet. Die Mikrostrukturen einer Oberfläche werden idealerweise durch optische Messungen erfasst, z.B. durch Weißlichtinterferometrie, konfokale Mikroskopie und konfokale Laserscanningmikroskopie.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Schadensanalyse.
Schadensanalyse VDI 3822
Die Schadensanalyse ist ein integraler Bestandteil der Ingenieurwissenschaft und -praxis. Die Richtlinie VDI 3822 des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) bietet einen strukturierten Ansatz zur Durchführung von Schadensanalysen. Die VDI-Richtlinie 3822 stellt eine bewährte Vorgehensweise dar, die sich in der Praxis als sehr nützlich erwiesen hat. Dieser Ansatz berücksichtigt nicht nur technische, sondern auch ökonomische, ökologische und soziale Aspekte, um nachhaltige Lösungen zu entwickeln und zukünftige Schäden zu vermeiden.
Versagensanalyse
Der Inhalt einer Versagensanalyse technischer Bauteile umfasst alle Schritte, die erforderlich sind, um die Ursachen, die Mechanismen und die Folgen eines Versagens zu identifizieren und daraus Maßnahmen zur Fehlerbehebung und Fehlervermeidung abzuleiten. Die Analyse folgt einer strukturierten Vorgehensweise und enthält typischerweise folgende Bestandteile:
- Problemdefinition – Klare Beschreibung des Problems:
- Erfassung der Rahmenbedingungen – Sammeln aller relevanten technischen und betrieblichen Daten:
- Sichtprüfung und makroskopische Analyse – Erste Untersuchung des Bauteils zur Identifikation offensichtlicher Schäden.
- Bruchflächenanalyse (Fraktografie) – Untersuchung der Bruchfläche zur Bestimmung des Versagensmechanismus:
- Materialanalyse – Prüfung der Materialeigenschaften und Zusammensetzung:
- Mechanische und strukturelle Analyse – Überprüfung der mechanischen Eigenschaften und der Belastungssituation:
- Zerstörungsfreie Prüfungen – Prüfung auf innere Fehler und Risse ohne Zerstörung des Bauteils:
- Fehlerursachenanalyse – Identifikation der primären und sekundären Fehlerursachen:
- Dokumentation und Ergebnisbewertung – Zusammenstellung aller Analyseergebnisse:
- Entwicklung von Korrekturmaßnahmen – Ableitung gezielter Maßnahmen zur Vermeidung zukünftiger Ausfälle:
- Präventive Maßnahmen und Prozessverbesserung – Einführung von präventiven Maßnahmen:
Methoden
Bruchanalyse
Die Bruchanalyse dient dazu, die Ursachen eines Material- oder Bauteilversagens zu untersuchen und zu verstehen. Wenn ein Bauteil oder Material unter Belastung bricht oder versagt, liefert die Bruchanalyse wichtige Erkenntnisse darüber, wie und warum der Bruch aufgetreten ist. Ziel ist es, die zugrunde liegenden Mechanismen zu identifizieren, um zukünftige Versagen zu verhindern und die Konstruktion oder das Material zu optimieren.
Materialanalyse
Die Materialanalyse im Rahmen einer Schadensanalyse dient dazu, die Eigenschaften, die Zusammensetzung und das Verhalten des verwendeten Materials zu untersuchen, um die Ursachen für das Versagen eines Bauteils zu ermitteln. Dabei werden sowohl die Materialqualität als auch mögliche Abweichungen von den spezifizierten Anforderungen überprüft, um herauszufinden, ob Materialfehler, Fertigungsfehler oder Betriebsbeanspruchungen zum Versagen geführt haben.
Härteprüfung
Die Härteprüfung dient bei einer Schadensanalyse dazu, die mechanischen Eigenschaften eines Materials zu bestimmen und Rückschlüsse auf die Ursachen des Versagens eines Bauteils zu ziehen. Die Härte eines Materials ist ein Maß für seinen Widerstand gegen plastische Verformung und gibt Aufschluss über die Festigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Wärmebehandlung des Werkstoffs.
Metallographie
Die Metallographie im Rahmen einer Schadensanalyse dient dazu, die Mikrostruktur und die Gefügebeschaffenheit eines metallischen Werkstoffs zu untersuchen, um die Ursachen und die Mechanismen eines Versagens zu identifizieren. Die Mikrostruktur eines Metalls gibt Aufschluss über die Festigkeit, die Zähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und das Bruchverhalten des Werkstoffs.
Durch die metallographische Untersuchung lassen sich Materialfehler, Wärmebehandlungsfehler, Produktionsfehler und Betriebsbeanspruchungen gezielt analysieren. Die Metallographie ist daher ein zentraler Bestandteil der Schadensanalyse in der Werkstofftechnik, der Fertigungstechnik und im Qualitätsmanagement.
Korrosionsuntersuchung
Zur detaillierten Untersuchung von Korrosionsfällen werden im Rahmen der Schadensanalyse verschiedene mikroskopische Verfahren eingesetzt, die jeweils spezifische Einblicke in die Struktur und Zusammensetzung der Proben ermöglichen. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie kann die Oberfläche auf mikroskopischer Ebene untersucht werden, was erste Hinweise auf das Ausmaß der Korrosion liefert. Ergänzend liefert die Rasterelektronenmikroskopie (REM) hochaufgelöste Bilder der Oberflächentopographie, die mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) weiter detailliert werden können, um die chemische Zusammensetzung der korrodierten Bereiche zu analysieren.
Verschleißanalyse
Die Verschleißanalyse als Teil der Schadensanalyse zielt darauf ab, die Ursachen und Mechanismen des Verschleißes von Werkstoffen und Bauteilen zu verstehen, um deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu verbessern. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff Verschleiß sowohl für den Prozess als auch für das Ergebnis verwendet. Verschleiß ist das Ergebnis einer komplexen Wechselwirkung zwischen der Mikro- und Makrostruktur der Oberfläche und den Werkstoffeigenschaften. In der 1997 zurückgezogenen DIN 50320 wird Verschleiß als fortschreitender, mechanisch bedingter Materialverlust an der Oberfläche eines festen Körpers (Grundkörper) definiert, also als Massenverlust (Oberflächenabtrag) an einer Werkstoffoberfläche. Diese Definition greift jedoch zu kurz, da Verschleiß bereits dann vorliegt, wenn die Funktion des Bauteils beeinträchtigt ist.