Schadensanalyse
Die Schadensanalyse dient dazu, die Ursachen und Mechanismen von Material- oder Bauteilversagen zu identifizieren und zu verstehen. Sie ist ein wesentliches Instrument der Qualitätssicherung und der Produktentwicklung. Dabei werden verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um den Schadensfall zu untersuchen und die primäre Schadensursache zu ermitteln. Diese wird auch als Initialursache bezeichnet, die häufig zu weiteren Schäden führt, welche jedoch nur Folgeschäden darstellen. Erst durch die Ermittlung dieser sogenannten Root Cause („Wurzel allen Übels“) wird die Ableitung von Abhilfemaßnahmen ermöglicht.
Wir führen als unabhängiges Labor ganzheitliche Schadensanalysen als Dienstleistung durch und analysieren:
- Brüche
- Risse
- Verschleiß
- Korrosion
- Flecken
- Ablagerungen
- Einschlüsse
- Fehlstellen
Wozu dient die Schadensanalyse?
- Schadensursachenermittlung: Eine Schadensanalyse hilft, die einem Schaden zugrundeliegenden Ursachen zu ermitteln. Dies ermöglicht eine gezielte Behandlung der primären Ursache des Problems.
- Ableitung Abhilfemaßnahmen: Basierend auf den Erkenntnissen einer Schadensanalyse können Maßnahmen abgeleitet werden, um zukünftige Schäden zu vermeiden.
- Vermeidung zukünftiger Schäden: Durch das Erkennen der Ursachen von Schäden können ähnliche Vorfälle in der Zukunft verhindert werden. Dies ist entscheidend für die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten und Systemen.
- Produktverbesserung: Durch die Analyse von Schadensfällen können Schwachstellen in der Konstruktion oder Produktion identifiziert und verbessert werden, was zu qualitativ hochwertigeren Produkten führt.
Die Schadensanalyse ist ein unverzichtbares Werkzeug in vielen Industrien, um Probleme zu erkennen, zu beheben und zukünftige Schäden zu verhindern.
Was bietet unser Steinbeis-Transferzentrum?
- Ganzheitliche Schadensanalyse: Unsere systematischen Schadensanalysen beschränken sich nicht auf die Untersuchung oberflächlicher Schäden. Wir untersuchen ganzheitlich, um die zugrundeliegenden Ursachen zu ermitteln.
- Datengetriebene Analyse: Wir stellen Schadenshypothesen auf und überprüfen diese mit den Daten aus unseren Analysen, um die Hypothesen zu bestätigen oder zu widerlegen.
- Fachkundige Expertise: Unser erfahrenes Team aus Experten und Expertinnen setzt verschiedenste Analysemethoden ein, um einen Schadensfall zu untersuchen.
- Aussagekräftiger Bericht: Unsere Kunden erhalten von uns einen aussagekräftigen Bericht mit Interpretationen und einem Fazit.
Dienstleistungen
- Analyse von schadhaften Bauteilen
- Lichtmikroskopische Untersuchungen
- Hochauflösende Aufnahmen mittels REM
- Materialanalysen mittels EDX, RFA, FTIR
- Werkstoffbestimmung
- Härteprüfungen aller Art
- Metallographische Untersuchung
- Beratung zur Schadensprävention
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Schadensanalyse.
Ablauf 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.
Analysemethoden
LICHTMIKROSKOPIE
Die 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.
RAUHEITSMESSUNG
Die Rauheitsmessung dient dazu die Unregelmäßigkeiten der Mikrostruktur einer Oberfläche zu bewerten. Diese werden in feine und grobe Strukturen unterteilt, die je nach Größenordnung als Rauheit, Welligkeit und Ebenheit bezeichnet werden. Sie beeinflussen in unterschiedlicher Weise das Funktionsverhalten einer Bauteiloberfläche. Die Strukturen einer Oberfläche werden idealerweise durch optische Messungen erfasst und durch 2D- und 3D-Kenngrößen quantitativ charakterisiert.
RASTERELEKTRONEN MIKROSKOPIE (REM)
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM Analyse) dient der hochauflösenden bildgebenden Untersuchung von Mikrostrukturen und zur Durchführung von Materialanalysen. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab, um Topographieaufnahmen (SE) und Materialkontrastbilder (BSE) zu erzeugen. Die chemische Zusammensetzung kann dabei mit der 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.
METALLOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNG
Metallographische Untersuchungen dienen der qualitativen und quantitativen Beschreibung des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren. Für metallographische Untersuchungen werden Schliffe von metallischen Proben hergestellt und anschließend geätzt. An diesen werden dann mittels Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskop (REM) die Gefügestrukturen untersucht und Merkmale wie Phasenanteile, Korngrößen, Korngrößenverteilung, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt.
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung ist eine Materialprüfungsmethode, die dazu dient, die Härte eines Materials als Widerstand gegen das Eindringen eines Prüfkörper zu bestimmen. Als Messgröße für die Makrohärte dient verfahrensabhängig die Größe des bleibenden Abdruckes 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. Bei diesen Verfahren wird die Härte aus der während der Prüfung gemessenen Kraft-Weg-Kurve berechnet.
EINHÄRTETIEFE BESTIMMEN
Die Einhärtetiefe, auch Randschichtdicke oder Härtetiefe genannt, wird gemessen, um festzustellen, bis zu welcher Tiefe der Werkstoff durch einen Härtevorgang verändert wurde.Zur Bestimmung der Einhärtetiefe wird im Querschliff eine Serie von Härteeindrücken vom Rand zur Mitte der Probe mit geringen Prüfkräften erzeugt. Daraus wird die sogenannte Grenzhärte (GH) berechnet und in Abhöngigkeit des Randschichthärteverfahrens die Einhärtetiefe ( CHD, Eht), Randschichthärtetiefe (SHD, Rht) oder Nitrierhärtetiefe (NHD, Nht) ermittelt.
ZUGFESTIGKEITSPRÜFUNG
Die Zugfestigkeitsprüfung mittels Zugversuch 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
Ziel Schadensanalyse
Inhalt einer Schadensanalyse ist die systematische und gründliche Ermittlung der Ursachen für das Versagen von Bauteilen. Ziel ist es, den Schaden zu verstehen, um geeignete Maßnahmen zur Behebung und zukünftigen Vermeidung zu ergreifen. Das Versagen von Bauteilen führt in der Regel zu wirtschaftlichen Verlusten (Produktionsausfall, Folgeschäden, Rückrufaktionen, …) und ggf. zur Gefährdung der Gesundheit von Menschen. Die Aufklärung von technischen Schäden und deren Ursachen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Schadensverhütung. Die Schadensanalyse ist daher ein unverzichtbarer Bestandteil des Lernens aus Schadensfällen.
In der Industrie können unvorhergesehene Schäden erhebliche Auswirkungen auf Anlagen, Produkte oder Bauwerke haben. Trotz sorgfältiger Konstruktion, geeigneter Werkstoffauswahl, präziser Fertigung und umfangreicher Erprobung lässt sich das Versagen von Produkten im Betrieb nicht immer vollständig vermeiden. Daraus ergibt sich die enorme wirtschaftliche Bedeutung der Schadensanalyse und vor allem der Schadensvermeidung!
Bruchanalyse
Im Rahmen der Schadensanalyse dient die Bruchanalyse dazu, die zugrundeliegende Ursache eines Werkstoff-, Bauteil- oder Strukturversagens zu ermitteln. Ziel der Bruchanalyse ist es, die spezifischen Umstände und Faktoren zu identifizieren, die zum Bruchereignis beigetragen haben, um zukünftige Ausfälle zu vermeiden und die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten zu verbessern.
Die Bruchanalyse umfasst mehrere Schritte und Techniken:
- Visuelle Inspektion: Eine erste Untersuchung des Bruchstücks mit bloßem Auge oder mit Hilfe von Vergrößerungseinrichtungen, um offensichtliche Anzeichen von Schäden oder Unregelmäßigkeiten zu identifizieren.
- Makroskopische Analyse: Untersuchung der Bruchfläche bei niedriger Vergrößerung, um grobe Merkmale des Bruchs wie Risse, Korrosion, Verformungen oder Fremdkörper zu identifizieren.
- Mikroskopische Analyse: Detaillierte Untersuchung der Bruchfläche unter einem Mikroskop (z.B. Rasterelektronenmikroskop), um feine Strukturen und Oberflächenmerkmale zu analysieren, die Hinweise auf die Art des Bruches geben können (z.B. spröder Bruch, duktiler Bruch).
- Materialanalyse: Chemische und physikalische Analyse des Materials, um seine Zusammensetzung, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften zu bestimmen. Dies kann Techniken wie Spektroskopie, Härtemessung oder Röntgenbeugung umfassen.
Durch die Kombination dieser verschiedenen Ansätze kann die Ursache des Versagens ermittelt werden, ob es sich um Materialfehler, Herstellungsfehler, Konstruktionsfehler, Überlastung, Korrosion oder andere Faktoren handelt. Die Ergebnisse der Versagensanalyse helfen dann, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um ähnliche Versagensfälle in Zukunft zu vermeiden.
Bruchflächenanalyse
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.
Der Inhalt einer Verschleißanalyse umfasst mehrere Aspekte und Schritte:
- Visuelle Inspektion: Erste Untersuchung des verschlissenen Bauteils, um offensichtliche Abnutzungserscheinungen wie Kratzer, Riefen, Abrieb oder Materialverlust zu identifizieren.
- Betriebsbedingungen: Erfassung der Einsatzbedingungen des Bauteils, einschließlich Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, chemischer Umgebung und mechanischer Belastungen.
- Makroskopische Analyse: Untersuchung des verschlissenen Bereichs bei niedriger Vergrößerung, um das Ausmaß und Muster des Verschleißes zu dokumentieren.
- Mikroskopische Analyse: Detaillierte Untersuchung der verschlissenen Oberflächen mit einem Lichtmikroskop oder einem Rasterelektronenmikroskop (REM), um Mikrostrukturen und Verschleißspuren zu analysieren.
- Materialanalyse: Chemische und physikalische Analyse des Werkstoffs, einschließlich Härte, Zähigkeit, Mikrostruktur und Zusammensetzung, um festzustellen, ob Materialfehler oder ungeeignete Werkstoffe den Verschleiß begünstigt haben.
- Oberflächenrauheitsmessung: Messung der Oberflächenrauheit vor und nach dem Verschleiß, um Veränderungen in der Oberflächenstruktur zu quantifizieren.
- Verschleißidentifizierung: Bestimmung der spezifischen Verschleißmechanismen wie Abrasionsverschleiß, Adhäsionsverschleiß, tribochemischer Verschleiß, Korrosionsverschleiß, Ermüdungsverschleiß und Erosionsverschleiß.
- Empfehlungen: Erarbeitung von Empfehlungen zur Verschleißminderung, wie z.B. Werkstoffänderungen, Optimierung der Schmierung, Verbesserung der Oberflächenbehandlung, Konstruktionsänderungen oder Anpassung der Betriebsbedingungen.
- Berichterstellung: Zusammenfassung der Ergebnisse der Verschleißanalyse in einem umfassenden Bericht, der die festgestellten Ursachen und Mechanismen des Verschleißes dokumentiert und Empfehlungen zur Verschleißminderung enthält.