Ganzheitliche Analysen für mehr Sicherheit

Gunther Kuhn, Marcus Demetz

Werkstoffe unterliegen mechanischen, thermischen, tribologischen und korrosionschemischen Einflüssen, die zu einem Versagen eines Bauteils führen können. Um das Versagensrisiko zu minimieren, sind ganzheitliche Analysen sowie detaillierte Werkstoff- und Bauteilprüfungen notwendig. Zudem ersetzen z. B. moderne Kunststoffe immer mehr Werkstoffe aus konventionellen Materialien. So werden im Anlagenbau und bei der Herstellung von Komponenten in der Verfahrenstechnik vermehrt Bauteile aus Kunststoff eingesetzt. Der Einsatz von Kunststoffen auch in sicherheitsrelevanten Bereichen erfordert daher ebenfalls ganzheitliche Untersuchungsmethoden. Hier sind insbeson-dere detaillierte Analysen und fundierte Kenntnisse bei der Auswahl, Auslegung und Abnahme von Werkstoffen gefordert.

Exakte und praxisnahe mechanische, technologische, thermische sowie Verfahrens- und Bauteilprüfungen minimieren dabei die Risiken für ein Versagen von Werkstoffen, ob aus Metall oder aus Kunststoff. Zu den mechanischen Prüfungen zählen beispielsweise Zug-, Druck-, Biege- und Schubversuche. Je nach Anforderungsprofil führen die Experten von TÜV SÜD diese in Kurz- und/oder Langzeitanalysen durch. Darüber hinaus gehören zu einer ganzheitlichen mechanischen Prüfung insbesondere bei Kunststoffen und Elastomeren Schlag-, Stoß- und Verformungsversuche, Härteprüfungen sowie Trenn-, Schäl- und Weiterreißversuche.

Bei technologischen Prüfungen können beispielsweise bei glasfaserverstärkten Kunststoffen mittels Veraschungsanalyse der Glas- und Füllstoffanteil sowie der Lagenaufbau bestimmt werden. Neben thermischen Analysen, Schmelzindexprüfungen geben auch Rissprüfungen Aufschluss über das Versagensrisiko von Werkstoffen. Abhängig vom Anforderungsprofil bieten beispielsweise Beständigkeitsprüfungen, Ultraschall- und Röntgenprüfungen sowie die Lebensdauerabschätzung zuverlässige Analysemöglichkeiten. Letztere liefert u. a. durch Langzeitergebnisse von Zeitstandprüfungen eine verlässliche Datenbasis für ein Höchstmaß an Sicherheit und Zuverlässigkeit von Werkstoffen, insbesondere bei Kunststoffen. Die Verknüpfung unterschiedlicher Analysemethoden liefert dabei nicht nur Erkenntnisse darüber, ob sich ein Werkstoff für den vorgesehenen Einsatzbereich eignet. Auch die Verarbeitungsmerkmale und der Zustand des Werkstoffs werden geprüft und bewertet.

Ziel der Schadensanalyse ist es, die Ursache eines Schadens zu finden und künftigen Störungen vorzubeugen. Die Schadensanalyse zeigt dabei die Differenzen zwischen dem Eigenschafts- und Anforderungsprofil einer Komponente. Hieraus lassen sich Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten des Bauteils ziehen und adäquate Vorbeugungsmaßnahmen ableiten. Dabei können Aussagen zur Ursache des aufgetretenen Schadens, Aussagen zu Sanierung und Reparatur sowie zur künftigen Schadensvermeidung getroffen werden.

Um den jeweiligen Schadensmechanismus festzustellen, stehen den Experten von TÜV SÜD Industrie Service zahlreiche Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Neben fraktografischen, metallografischen, bauteilmetallografischen und mechanisch-technologischen Untersuchungen liefern detaillierte Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie Vakuum-Emissionsspektrometer (VES) verlässliche Aussagen zur Schadensursache. Wenn nötig, werden die Experten bei ihrer Analyse durch weitere Spezialisten von TÜV SÜD aus den Bereichen Spannungsanalytik, Verfahrenstechnik und Wasserchemie unterstützt.

Durch die Rasterelektronenmikroskopie werden insbesondere mechanisch, chemisch oder thermisch verursachte Brüche oder Risse an Oberflächen, Beschichtungen und Überzügen untersucht. Neben Bruchflächenuntersuchungen zeigen chemische Analysen mittels der Energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX) im Rasterelektronenmikroskop weitere detaillierte Werkstoffeigenschaften auf. Mit Hilfe der EDX-Methode im REM lässt sich so bei der Schadensanalyse nicht nur die Oberfläche eines Werkstoffs, sondern auch das Material unterhalb der Werkstoffoberfläche untersuchen.

Um weitere Erkenntnisse über die chemische Zusammensetzung von metallischen Werkstoffen zu erlangen, analysieren die Experten von TÜV SÜD Industrie Service Werkstoffe mittels Vakuum-Emissionsspektrometer (VES). Mit dem Vakuum-Emissionsspektrometer können Eisen-, Nickel-, Kupfer- und Aluminiumlegierungen untersucht werden. Bei dieser Analysemethode werden durch elektrische Energie geringe Mengen vom Probematerial verdampft und zugleich in dessen Atome zerlegt. Die auf den äußeren Schalen befindlichen Elektronen dieser Atome werden dabei in energiereichere Zustände versetzt. Bei der Rückkehr dieser Elektronen in ihren ursprünglich energieärmeren Zustand wird die Energiedifferenz in Form von Licht definierter Frequenzen frei. Da jedem chemischen Element ein diskreter Frequenzwert zuordenbar ist, können chemische Elemente unterschieden und so die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs analysiert werden. Der Vorteil dieser Untersuchungsmethode liegt darin, dass sie sowohl am Bauteil vor Ort als auch an Proben im Labor vorgenommen werden kann. Damit ist diese Untersuchungsmethode beispielsweise gegenüber nass-chemischen Analysen zeitsparender und kostengünstiger.

Exakte Werkstoff- und Bauteilprüfungen sorgen für eine größtmögliche Sicherheit. Neben der Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit helfen die Experten von TÜV SÜD Industrie Service auch die Kosten zu optimieren. Optimierungspotenziale ergeben sich dabei nicht nur bei der Werkstoffauswahl. Auch bei der Dimensionierung, Verarbeitung, Herstellung sowie Montage und Betrieb können Kosten gezielt gesteuert und optimiert werden. Für geprüfte Bauteile, die allen Anforderungen gerecht werden, wird dann das „TÜV SÜD-Prüfsiegel“ vergeben. Das Ergebnis sind nicht nur sichere, zuverlässige und leistungsfähige, sondern auch effiziente Bauteile.

Online-Info www.cav.de/1209456