Thema des Monats - Plötzlich und unvermittelt gebrochen

(Mai 2019) Schadensfall: Beim plötzlichen Bruch eines Kettengliedes eines Kettenhebezugs in einer Autowerkstatt kam zum Glück kein Mensch zu Schaden. Der Autor beschreibt die komplizierte Suche nach der Ursache und das überraschende Ergebnis. Prof. Jochen Schuster

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Das Kettenglied des Kettenhebezugs wurde durch einen verformungslosen Bruch zerstört. Fotos: Schuster/SLV Halle

Für den Ein- und Ausbau von Motoren und Getrieben in einer Autowerkstatt wurde ein mobiler Säulenschwenkkran installiert. An seinem Ausleger trug dieser einen Kettenhebezug des Originalherstellers. Kran und Hebezug waren durch einen entsprechend dafür qualifizierten Sachverständigen vor der ersten Inbetriebnahme begutachtet und als sicher bewertet worden. Die gesamte Werkstattkrananlage erfüllte ohne jegliche Einschränkungen die erforderlichen nationalen, europäischen und internationalen Richtlinien.

Die zulässige Tragfähigkeit der Krananlage betrug 2.000 Kilogramm. Beim ersten Betriebseinsatz kam es beim Anheben eines Getriebes mit einem Gewicht von lediglich 250 Kilogramm zu einer Havarie. Bei einer Hubhöhe von etwa einem Meter brach ohne jegliche Verformung ein Glied der Kette des Hebezugs. Die zu hebende Last krachte aus dieser Höhe ungebremst auf den Betonboden der Werkstatthalle und wurde irreparabel beschädigt. Da sich im unmittelbaren Arbeitsbereich der Krananlage kein Mitarbeiter aufhielt, wurde zum Glück niemand verletzt
Da die Schädigung unmittelbar am Anfang der Gewährleistungsfrist der Krananlage eintrat, wurde das sofort dem Hersteller gemeldet. Seine erste Annahme, dass es infolge einer Überlastung der Hebeeinrichtung zum Bruch der Kette gekommen war, konnte schnell widerlegt werden. Alle relevanten Sicherheitseinrichtungen waren intakt und eine Überlastung konnte mit Sicherheit ausgeschlossen werden.
Hinzu kam, dass sich bei einem weiteren Kunden des Herstellers der Hebevorrichtung eine nahezu identische Havarie ereignete. Ein externer Gutachter zur Klärung der tatsächlichen Schädigungsursache wurde hinzugezogen.

Gehen Sie systematisch vor

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Deutlich ist im metallographische Schliffbild die verformungslose Bruchfläche am Kettenglied zu erkennen.

Die Sichtung aller im Rahmen der Kranabnahme erfolgten Prüfungen ergab keinerlei Hinweise auf die tatsächliche Ursache der Schädigung. Es zeigte sich auch, dass die Abnahmeprüfung mit großer Sorgfalt und Fachwissen durchgeführt wurde und eine potenzielle Schwächung der Kette des Hebezugs nicht erkennbar war.
Somit lag die Vermutung nahe, dass für die Havarie die Ursache im Werkstoff lag. Aus diesem Grund wurde zunächst untersucht, ob es bei der Herstellung der Kette möglicherweise zu einer Materialverwechslung gekommen war. Die emissionsspektrometrische Analyse ergab keinerlei Abweichungen von der geforderten chemischen Zusammensetzung des Kettenwerkstoffs. Dann wurde untersucht, ob das betroffene Kettenglied im Bereich einer Schweißverbindung zerstört wurde. Wie im metallographische Schliffbild (Makroschliff) zu erkennen ist, erfolgte der Bruch außerhalb der Schweißverbindung und auch außerhalb der Wärmeeinflusszone. Diese ist als horizontaler Streifen mit einer helleren Färbung zu erkennen. Somit kann ein Schweißfehler ausgeschlossen werden.
Auch die am metallographischen Schliff erfolgte Härteprüfung nach Vickers (DIN EN ISO 6707-1) lieferte keine Auffälligkeiten. Die Härtewerte entsprachen sowohl der vorgegebenen Werkstoffsorte als auch dem vorliegenden Wärmebehandlungszustand (+QT). So zeigten sich weder Spitzen noch Abfälle der ermittelten Härtewerte. Diese lagen bei etwa 430 HV 10. Das untersuchte Kettenglied wies im Mikroschliff ein gleichmäßiges und feinnadliges Vergütungsgefüge (+QT) auf, das ebenfalls keine Hinweise auf den tatsächlichen Schädigungsablauf zuließ.

Achten Sie auf die Wasserstoffversprödung

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Die gereinigte Bruchfläche mit interkristalliner Struktur.

Die Klärung der Schädigungsursache lieferte erst die rasterelektronenmikroskopische Bruchflächenanalyse. Wurde dabei aufgrund der makroskopisch festgestellten verformungslos erfolgten Zerstörung zunächst ein typischer transkristalliner Sprödbruch mit charakteristischen Spaltflächen erwartet, zeigte sich ein davon vollständig abweichendes Bruchbild. Dieses wies überraschend auf 85 bis neunzig Prozent der Bruchfläche eine interkristalline Struktur auf.
Für diese Art der Zerstörung kommen bei Stahlwerkstoffen und somit auch bei Vergütungsstählen im Wesentlichen drei potenzielle Schädigungsmechanismen in Frage.

  • ein Angriff durch interkristalline Spannungsrisskorrosion,
  • eine Schädigung durch schmelzflüssige Korngrenzenphasen (Wiederaufschmelzrisse),
  • eine Schädigung durch Angriff von diffusiblem Wasserstoff.

Von diesen Mechanismen konnten die ersten beiden ausgeschlossen werden, da das Kettenglied einerseits nicht korrosiv angegriffen wurde (Neuteil) und andererseits die untersuchte Brucherscheinung nicht in der Schweißverbindung entstand. Auch konnte ein Zinkeinfluss auf den Korngrenzen ausgeschlossen werden. Somit verblieb als wahrscheinlichste Schädigungsursache der Wasserstoffeinfluss.
Wie die daraufhin erfolgte Untersuchung der Bedingungen bei der Fertigung der galvanisch verzinkten Kette durch ihren Originalhersteller ergab, wichen zeitweise die Parameter der Elektrolyse von den Vorgaben ab, so dass es über einen kurzen Zeitraum zu einer unkontrollierten Wasserstoffaufnahme im Galvanikbad kam. In dieser Zeit wurden die geschädigten Ketten gefertigt. Das in den metallographischen Untersuchungen ermittelte Vergütungsgefüge ist aufgrund seines hohen inneren Spannungszustandes anfällig für eine Wasserstoffversprödung. Es wirkte sich somit begünstigend auf die eingetretene Schädigung aus.

Fazit: Dokumentieren Sie genau

Im vorliegenden Fall konnte die Schädigung einer galvanisch verzinkten Kette nicht im Rahmen der Abnahmeprüfung ermittelt werden. Das Bauteil wurde bei seiner ersten nennenswerten Belastung zerstört. Somit kommt der regelmäßigen Kontrolle und Überwachung der Fertigungsbedingungen und -parameter sowie deren lückenloser Dokumentation eine wichtige Bedeutung zu. Durch diese konnte nach Vorliegen der Ergebnisse der werkstofftechnischen Untersuchungen die zukünftige Gefährdung durch eine Wasserstoffversprödung ausgeschlossen und betroffene Ketten im Rahmen einer Rückrufaktion gesichert werden.

TIPP
Werkstoff : Vermeiden Sie Wasserstoffversprödung
Bei Anwesenheit von atomarem Wasserstoff, kann dieser im Bereich von Korngrenzen rekombinieren und damit den Werkstoff schädigen. Die Folge ist ein interkristalliner Sprödbruch. Für einen Wasserstoffangriff besonders gefährdet sind Gefüge mit einer Vielzahl von Gitterbaufehlern (zum Beispiel Feinkorn oder vergütete Gefüge). Somit kommt der regelmäßigen Kontrolle und Überwachung der Fertigungsbedingungen und -parameter sowie deren lückenloser Dokumentation eine wichtige Bedeutung zu.

Letzte Aktualisierung: 06.05.2019