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Schadensanalyse – so können Sie mit Hilfe der Simulation die Schadensursache gezielt finden und beheben!

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Schadensanalyse-Schadensursache

Ein Rohrbündeltrockner zeigt nach 2 Jahren der Inbetriebnahme Risse am Kopfstück. Ein beträchtlicher Anteil der Jahresweltproduktion eines bestimmten Kunststoffs läuft über die Fertigungsstraße in Südamerika. Beim Abschalten des Trockners für Reparaturen treten innerhalb weniger Tage Kosten in Millionenhöhe auf. Die Reparaturschweißungen sind in einer Woche abgeschlossen, nach einem halben Jahr zeigen sich aber erneut Risse. Das Problem ist nicht gelöst, nur verschoben.

Schadensanalyse-Schadensursache
Bild 1 Kopfstück eines Rohrbündeltrockners

Operative Hektik beginnt. Es stehen unterschiedliche Meinungen im Raum, was zu dem Schaden geführt hat. Experten werden eingeschaltet, die sich anfangs sicher sind, dass der Schaden seine Ursache in ihrem Spezialgebiet, z.B. Werkstofftechnik, Schweißtechnik oder Schwingung hat. Später ist es dann aber doch etwas komplizierter…

Bild 2 Risse in der Schweißnaht an der Welle

Der Druck wird umso größer, je länger es dauert, die Ursache zu finden bzw. nach geeigneten Reparaturmaßnahmen zu suchen.

Das neu konstruierte Kopfstück ist bereits in der Fertigung, aber hält es wirklich oder sind nach einem Jahr die Risse wieder da? Der Endkunde hat sich in die Lösungsfindung eingeschaltet und führt eigene Untersuchungen durch.

Geschichten wie diese sind mir in meiner mehr als 30-jährigen beruflichen Laufbahn oft begegnet. In fast allen Fällen konnten wir unseren Kunden mit Hilfe der numerischen Simulation aufzeigen,

  1. was die Schadensursache ist.
  2. wie der Schadensfall repariert werden kann.
  3. wie man vergleichbare Schadensfälle in Zukunft vermeiden kann.

Ein Schadensfall ist meistens mit hohen Kosten verbunden. Er kostet nicht nur Geld, sondern bringt einen erheblichen Imageschaden mit sich. Je länger man im Trüben fischt, desto teurer ist es.

Daher ist der Faktor Zeit für die obigen 3 Schritte ausschlaggebend.

Zeit sparen heißt, die richtigen Dinge in der richtigen Reihenfolge tun.

Doch was sind die richtigen Dinge?

Schadensursachen können sein:

  • Auslegungsfehler
  • Konstruktionsfehler
  • Fertigungsfehler
  • Materialfehler
  • Schweißfehler
  • Resonanzschwingungen
  • Statische Überlastung
  • Dynamische Überlastung
  • Überlastung der Schweißnähte
  • Überlastung des Grundmaterials
  • Thermomechanische Überlastung stationär
  • Thermomechanische Überlastung beim Aufheizen und Abkühlen
  • Zu hohe Verformungen
  • Kriecheffekte
  • Schocklasten
  • Vibrationslasten
  • Bedienungsfehler
  • Transport
  • Nicht betrachtete oder unzulässige Lastfälle
  • Ungleichmäßige Druckverteilung
  • usw.

Vorab gilt es, mit Hilfe von Simulationen (CAE, FEM, CFD) herauszufinden, welche Schadensursachen in Frage kommen. Oft begegnet mir dabei bei unseren Kunden der Ansatz, alles möglichst in ein Simulationsmodell packen zu wollen, man könnte ja etwas vergessen. Ergebnisse hier zu bewerten und Rückschlüsse zu ziehen, ist dann ein Ding der Unmöglichkeit. Die Simulationen sind aufwendig und dauern so auch zu lange.

Ebenso falsch ist es, bereits das optimierte Modell untersuchen zu wollen, ohne den Schadensfall zu analysieren.

Ich verfolge erfolgreich einen anderen Ansatz:

Von der einfachen Physik bei einfachen Modellen hin zu komplexer Physik bei komplexen Modellen, aber nur, falls wirklich erforderlich!

Beobachtungen müssen plausibel sein und zueinander passen.

Aus einer simplen statischen FEM-Untersuchung mit Einheitslastfällen und der Bestimmung der Eigenfrequenz lassen sich schon verschiedene Schadensursachen ausschließen bzw. bestätigen.

Mit entsprechenden Checklisten stelle ich sicher, dass ich nichts vergesse.

Dabei gehe ich davon aus, dass die Angaben vom Kunden oder dem Betreiber nicht immer alle richtig sind. Insbesondere bei Bedienungs- oder Konstruktionsfehlern versuchen beide Seiten oft, die Wahrheit zu ihren Gunsten zu biegen. Das hilft nur nicht, da es das Problem nicht löst.

Des Weiteren nutze ich Hilfsmittel des TRIZ wie die Ursache-Wirkungs-Analyse oder die Funktionsanalyse, um die Schadensursachen besser einzugrenzen.

Ist die Schadensursache eindeutig bekannt, kann man Reparaturmaßnahmen ableiten und die Erfahrungen bei Neukonstruktionen nutzen.

Ich habe gelernt, dass es immer eine Grundursache für Schadensfälle gibt. Nie ist es die unglückliche Verkettung mehrerer Umstände.

Auch Murphys Law ist nicht ganz außen vor: Die Maßnahme, die am besten geeignet ist, die Konstruktion zu reparieren bzw. neu zu konstruieren, geht immer aus irgendeinem Grund nicht. Die Sichtweise der Verantwortlichen kann sich aber mit steigendem Leidensdruck auch ändern.

Zusammenfassung der Vorgehensweise

  1. Sammeln Sie Daten und versehen Sie fragliche Daten mit einem Fragezeichen.
  2. Untersuchen Sie immer zuerst die Konfiguration, bei der der Schaden aufgetreten ist.
  3. Machen Sie einfache FEM-Modelle oder CFD-Modelle, um sich einen ersten Eindruck zu verschaffen.
  4. Schließen Sie bestimmte Schadensursachen nach Möglichkeit aus.
  5. Konzentrieren Sie sich auf die verbleibenden Möglichkeiten und machen Sie die FEM- und CFD-Modelle, soweit erforderlich, komplexer.
  6. Bestimmen Sie eindeutig die Schadensursache.
  7. Überlegen Sie, wie Sie das Problem vermeiden können.
  8. Legen Sie Reparaturmaßnahmen fest, analysieren Sie sie und bewerten Sie die Umsetzungsmöglichkeiten
  9. Legen Sie Richtlinien fest, um den Fehler bei einer Neukonstruktion zu vermeiden.

Die Schadensursache beim obigen Trockner war übrigens ein unzulässiger Lastfall: Beim Reinigen des Trockners hat man ihn komplett mit Wasser gefüllt mehrere Tage laufen lassen. Die 40t Umlaufbiegung waren in keiner Betrachtung berücksichtigt.
Manchmal hilft es, wenn man mit den Betreibern der Maschine spricht und dumme Fragen stellt. 😉

Ihr Stefan Merkle

PS: Wir gehen davon aus, dass Sie alles richtig machen und es zu keinen Schadensfällen kommt.

PPS: Sollten wider Erwarten doch mal Probleme auftreten, helfen wir Ihnen gerne professionell weiter. Schicken Sie mir eine Mail an s.merkle@merkle-partner.de

Mehr zum Thema Schadensanalyse finden Sie hier.

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