Aktualisiert am: 18.01.2022
Themengebiet
Grundlagen | Service Engineering
Bauteilermüdung
Ein Ermüdungsbruch ist schwer vorherzusehen. Die Auswahl einer geeigneten Instandhaltungsstrategie umso schwerer.
Unter Ermüdung wird in der Werkstofftechnologie eine Verminderung der Festigkeit aufgrund einer mechanischen Wechselbelastung bezeichnet. Die einwirkenden Belastungen können in diesem Zusammenhang unterschiedlichster Natur sein. Oft anzutreffen ist ein Ermüdungsversagen aufgrund einer zyklischen Krafteinwirkung mit starken Spitzen beim Richtungswechsel. Aber auch andere Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder korrosionsfördernde Atmosphäre können ein plötzliches Nachgeben des Werkstoffs auslösen.
Vorhersagen sind nicht immer einfach
Schäden, die durch einen schleichenden Ermüdungsprozess ausgelöst werden, können besonders tückisch sein, da viele visuelle Inspektionsverfahren nicht geeignet sind die voranschreitende Schädigung aufzudecken. Aus diesem Grund kommt es auch immer wieder zu schwerwiegenden Unglücksfällen in Folge einer Bauteilermüdung, trotz regelmäßiger Prüfung.
Vorbeugende Maßnahmen
Konstruktive Prävention
Oftmals wird versucht möglichen Ermüdungserscheinungen konstruktiv durch hohe Sicherheitszuschläge zu begegnen. Bei bekannten Einsatzszenarien und erprobten Verfahren ist diese konstruktive Vorbeugung auch eine erprobte Methode.
Frühzeiger Austausch
Bei günstigeren Komponenten, die Schadensgefährdet, aber deren Schadensauswirkung sich in einem tolerierbaren Akzeptanzbereich befindet, kann ebenso in das Instandhaltungsintervall ein geeigneter Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden. In der Regel sollten die betroffenen Bauteile im Zuge der regelmäßigen Wartungsarbeiten gut zu erreichen sein.
Zusätzliche aktive und passive Schutzeinrichtungen
Ist die Schadenauswirkung nicht akzeptabel und sowohl eine Verkürzung des Austauschintervalls als auch eine Konstruktionsänderungen nicht in Frage kommen, sind zusätzliche aktive oder passive Schutzeinrichtungen vorzusehen. Diese haben dann im Ausfallszenario die Aufgabe die Auswirkungen zu reduzieren. Nicht immer ist aber auch wirklich sichergestellt, dass diese auch den angedachten Zweck erfüllen, da nicht alle Kausalzusammenhänge zum Zeitpunkt der Auslegung bekannt waren oder Verkettung unglücklicher Umstände nicht vorhergesehen wurde. Handelt es in der Konsequenz dann z.B. um einen Maschinenschaden, da der Prozess doch anders ablief als in der CAM-Software prognostiziert, stellt sich zumindest nur die monetäre Haftungsfrage
Condition Monitoring & prädiktive Instandhaltungsstrategien
Bei hochwertigen Baugruppen und Erzeugnissen, die hohe Stillstandskosten verursachen könnten, wird durch eine kontinuierliche Erfassung von Zustandsdaten versucht, mögliche Abweichungen vom Sollzustand (sog. Anomalien) frühzeitig zu erkennen. Im besten Fall wurden in der Vergangenheit sogar ausreichend Erfahrungswerte gesammelt, um das Schadensmodell in die Zukunft prognostizieren zu können. Können Abweichungen erkannt aber nicht zuverlässig prognostiziert werden, wird von zustandsorientierter (engl. condition monitotin) , in anderem Fall von prädiktiver Instandhaltung (engl. predictive maintenance) gesprochen.
Auswahl geeigneter Verfahren
In einem ersten Schritt sind durch eine geeignete Risikoanalyse, die Grenzfälle zu bestimmen, um den Entscheidungsraum für Optimierungsalternativen abzugrenzen. Sind die sicherheitskritischen Bereiche identifiziert und Maßnahmen zur Risikominimierung festgelegt worden, bleibt ein großes Feld möglicher Maßnahmen übrig. Hier sind dann wirtschaftliche und qualitätsorientierte Kriterien, sowie die angestrebte Kundenbeziehung als maßgebliche Entscheidungsparameter heranzuziehen. Allein schon die Bestimmung der Ersatzteilstruktur birgt oftmals ein großes Optimierungspotential, denn es sind weniger die technischen Belange, sondern die Akzeptanzgrenze des Kunden, die diesbezüglich eine Rolle spielen. Geht vom Ermüdungsbruch also kein Sicherheitsrisiko aus, ist die Festlegung der Instandhaltungs- und Servicestrategie ein multivariantes Optimierungsproblem und keinesfalls eine triviale Bauchentscheidung.
Grundsätzlich empfehlen wir deshalb sicherheitstechnische und wirtschaftliche Überlegungen in Bezug auf die Instandhaltungsstrategie voneinander zu trennen.