Bauteilversagen

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Bauteilversagen

Ein Bauteilversagen (siehe Bild) tritt dann auf, wenn das Eigenschaftsprofil des Werkstoffes (physikalische, mechanische, thermische und chemische Eigenschaften) nicht mit dem Anforderungsprofil des Bauteils übereinstimmt (siehe: Bruchverhalten von Kunststoffbauteilen).

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Bild:

Gewaltbruch eines Rohres aus Polyamid (Kurzzeichen: PA)

Schäden an Bauteilen aus Kunststoffen treten meist in Form von Deformationen, Rissbildungen, Verfärbungen und Brüchen auf, wobei eine der häufigsten Versagensursachen der Sprödbruch – das katastrophale Versagen des Bauteils – ist. Der Sprödbruch wird durch verschiedene Einflussfaktoren, die sowohl einzeln als auch komplex auftreten können, begünstigt (siehe: Sprödbruchfördernde Faktoren). Zu nennen wäre hier die chemische Zusammensetzung und die Werkstoffmorphologie (siehe: Mikroskopische Struktur), die Bauteilgeometrie und evtl. vorhandene Ungänzen und Risse, die Beanspruchungsart und -geschwindigkeit und der auftretende Spannungszustand (siehe: einachsiger und mehrachsiger Spannungszutand) sowie die Temperatur und die das Bauteil umgebenden Medien.

Bei einem Bauteilversagen infolge mechanischer Beanspruchung lassen sich zwei Versagensursachen unterscheiden:

• Bauteilversagen infolge einer rein mechanischen Beanspruchung ist relativ selten zu finden. Versagt ein Bauteil im Gebrauch als Folge ausschließlich mechanischer Beanspruchungen, ist das ein Indiz dafür, dass dieses Bauteil über die zulässige Belastungsgrenze hinaus beansprucht wurde (Überbeanspruchung) oder dass es nicht dem bestimmungsgemäßen Gebrauch ausgesetzt war (Missbrauch). Die zulässige Belastungsgrenze ist dabei durch die Bauteilauslegung festgelegt.
• Wesentlich häufiger tritt ein Bauteilversagen als Folge mechanischer Beanspruchung auf, obwohl die mechanische Belastung eine aufgrund der Bauteilauslegung zugedachte Belastung nicht überschreitet (unterkritische Beanspruchung). In diesen Fällen ist die mechanische Beanspruchung selbst nicht die eigentliche Schadensursache. Diese ist in der Bauteilkonstruktion, der Verarbeitungsqualität, der Werkstoffauswahl oder in der Wirkung äußerer Einflüsse – die gemäß Bauteilauslegung nicht vorgesehen waren – zu suchen. Die mechanische Beanspruchung und das daraus folgende Versagen ist also in diesen Fällen lediglich als Indikator für andere Schadensursachen wirksam.

Zur Verminderung des Bauteilversagens ist eine enge Verzahnung zwischen Werkstoffauswahl, Konstruktion, Verarbeitung und Einsatz von Kunststoffbauteilen erforderlich. Die daraus resultierenden möglichen Einflussgrößen auf das Versagensverhalten der Bauteile müssen herausgearbeitet werden, wobei eine mechanische Beanspruchung grundsätzlich beteiligt ist, aber nicht immer schadensursächlich wirksam sein muss. Die mechanische Beanspruchung kann somit die eigentliche Schadensursache sein oder aber als Indikator für eine andere Schadensursache wirksam werden (siehe auch: Schadensanalyse-Grundlagen und Schadensanalyse an Kunststoffprodukten).

Literaturhinweise

• Bierögel, C., Langer, B., Müller, H., Grellmann, W.: Schadensfallanalyse an Kunststoffbauteilen. Tagung Werkstoffprüfung 2004, Neu-Ulm, 25.–26. November 2004, Werkstoff-Verlag Informationsgesellschaft mbH Frankfurt (ISBN 3-88355-337-9), S. 231–236 Download des Artikels als pdf-Datei
• Bierögel, C., Langer, B., Müller, H., Grellmann, W.: Schadensfallanalyse an Kunststoffbauteilen. 10. Tagung Problemseminar "Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen", Merseburg, 15.–17. Juni 2005, Tagungsband CD-Rom (ISBN 3-86010-795-X), S. 363–368