Maschinenelemente

Diese Buchreihe ist als Ergänzung der Standardwerke zur Auslegung und Berechnung von Maschinenelementen gedacht. Es befasst sich mit Gesichtspunkten, die für Bauteile moderner Maschinen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Ein Anliegen ist die Anwendungsorientierung, d.h. die Praxisrelevanz. Dafür ist das Bewusstsein der Probleme wichtiger als das reine Wissen.

Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Umweltschutz führen zu höheren Belastungen, Festigkeitsauslastung und Gewichtsreduzierung. Entsprechend steigen Anforderungen an die Maschinenelemente und deren Sicherheit. Dies hat sich die Auslegung der Maschinenelemente, mit Hilfe der Standardwerke zur Aufgabe gemacht. Trotzdem muss mit Problemen und Schäden im Betrieb gerechnet werden. Unbekannte bzw. unberücksichtigte Betriebsbeanspruchungen und Bauteileigenschaften zeigen sich erst mit der anwendungsspezifischen Betriebserfahrung. Hoffentlich rechtzeitig in geeigneten Erprobungen und Nachweisen. Um in Zukunft Schäden gezielt zu vermeiden und Abhilfen für Probleme bereits verbauter Maschinenelemente zu finden, ist die Ursachenfindung entscheidend. Ein Schritt, der in der Fachliteratur zur Auslegung von Maschinenelementen nicht Schwerpunkt ist. Er soll mit diesem Buch ergänzt werden. Die Literatur zu Schadensanalysen ist besonders werkstofforientiert. Dabei geht es vorrangig um Untersuchungsverfahren, deren Auswertung und Fallstudien. So erfolgt eine Bewertung des Schadensbilds und die Zuordnung zum Schadensmechanismus. Das sind aber nur Teilaspekte einer systematischen Problemanalyse. Es handelt sich lediglich um eine sog. Faktensammlung, zu der eine Vielzahl weiterer Gebiete wie Betriebsdaten und -atmosphäre sowie zeitliche Abläufe gehören. Hier sind Konstrukteur und Praktiker gefragt. Sie fordern in Fällen einer umfangreichen Problemklärung auch Laboruntersuchungen an.

Auf den Ursachen geklärter Probleme und Schäden baut die Erfahrung und damit das Problembewusstsein. Das erfordert wiederum Erfahrung. Hilfreich ist eine systematische Problemanalyse. Darin folgt auf die Faktenermittlung die Hypothesenerarbeitung und als letzter Schritt die Überprüfung der Hypothesen anhand der Fakten.

Anzustreben ist es, erste Versagensanzeichen zu erkennen und richtig zu deuten. Das gelingt nur an der richtigen Stelle des Bauteils. Dazu ist die Kenntnis der Versagensmechanismen und Schadensbilder betroffener Maschinenelemente Voraussetzung. So lassen sich Schwachstellen bzw. Mängel der Auslegung identifizieren. Das anwenderspezifische Know How und Know Why steigt, das ist ein wichtiger Wettbewerbsvorteil.

Entgegen der Annahme, die heute zur Verfügung stehenden Computer und Berechnungsprogramme würden die Sicherheit der Maschinenelemente bereits ausreichend gewährleisten, ist bei Betriebsproblemen eher das Gegenteil zu beobachten. Zunächst geht es darum, alle relevanten Effekte zu identifizieren. Dazu sollen Zusammenstellungen typischer betroffener Bauteile dienen. Steigende Anforderungen bzw. verringerte Sicherheitsabstände verlangen die Berücksichtigung einer Rechnung kaum zugänglicher Effekte. Aus diesem Grund wurde auf diese und ihre Mechanismen besonderer Wert gelegt. Typisch sind herstellungsspezifische Fehl- und Schwachstellen sowie Betriebseinflüsse in Form von Verschleiß, Korrosion und Alterung. Kombinationen erschweren die Aufgabe weiter. Eine Berechnung kann nur so gut sein, wie sie bauteilspezifisch, lebensdauerund sicherheitsrelevant ist. So bleibt die betriebsnahe Erprobung oft unerlässlich. Für das, was sich der Berechnung entzieht gilt: „The engine will tell us“. Hier soll das Verständnis dieser ‘Sprache einer Maschine’ gefördert werden. Man muss sich aber immer bewusst sein, wenn die Maschine ‘schweigt’, ist bei Änderungen im Rahmen von Leistungssteigerung oder Reparaturen trotzdem die Möglichkeit eines Ausfalls gefährlich nah.