Einleitung: Notstopp-Symptome
Bei einer Routineinspektion des Rührwerksantriebs der Chemikalienmischlinie wurde ein kritisches Spiel an der Abtriebswelle des Reduzierers festgestellt. Die Klangbegleitung des Mechanismus veränderte sich zu einem metallischen Klopfen mit einer Frequenz, die mit der Drehung der Welle (1450 U/min) korreliert. Die Thermografiekontrolle zeigte einen lokalen Temperaturanstieg im Bereich der Welle-Nabe-Verbindung auf bis zu 85 °C bei einem Nennwert von 45 °C. Bei der Demontage der Baugruppe wurde ein vollständiges Abscheren der Prismenfeder und ein erheblicher schädlicher Verschleiß der Wellenfedernut festgestellt. Als Antrieb kam ein Elektromotor mit Anlaufsteuergeräten zum Einsatz, insbesondere Schütze und Schnittstellenrelais vom Typ Telemecanique KXA 04PM42, die für reversible zyklische Belastungen sorgten.
Komponentenübersicht und Betriebsbedingungen
Die Keilwellenverbindung dient dazu, das Drehmoment von der Welle auf die Nabe des Laufrads oder der Riemenscheibe zu übertragen, indem sie in den Nuten der Welle und des zu installierenden Teils verkeilt wird. Der Anschluss erfolgt auf der Schnell-/Zwischenwelle des Getriebes mit einem Nenndrehmoment von 320 Nm.
Parameter der Arbeitsumgebung
- Betriebstemperatur: von -10 °C bis +65 °C (unter Berücksichtigung der Erwärmung durch den Motor).
- Ladezyklus: Reversibler Modus, bis zu 120 Aktivierungen pro Stunde.
- Schaftmaterial: Stahl 40X (DSTU 4543 / EN 1.7045), Härte 28-32 HRC.
- Hauptmaterial: Stahl 45 (DSTU 1050 / EN 1.0503), temporäre Bruchfestigkeit $\sigma_v = 600$ MPa.
Fehlerbeweis (Inspektion und Messung)
Eine visuelle und instrumentelle Inspektion des defekten Geräts lieferte folgende Daten:
- Der Schlüssel ist im Querschnitt entlang der Schnittlinie in zwei Teile geteilt, Spuren von Ermüdungsversagen sind auf der Bruchfläche deutlich sichtbar – eine Zone entwickelten Ermüdungsrisses (Strand) und eine Zone endgültigen schnellen Versagens (ca. 30 % der Fläche).
- Die Mikrometermessung des Schaftdurchmessers im Sitzbereich ergab eine Ovalität von 0,04 mm mit einer zulässigen Abweichung von 0,012 mm (nach ISO 286).
- Die Furniernut des Schaftes ist in der Breite geteilt: Das Nennmaß von 12 mm hat sich auf 12,35 mm erhöht.
- Die Vibrationsanalyse vor dem Ausfall ergab einen Anstieg der Spitzenvibrationsgeschwindigkeit im Bereich der 1-fachen und 2-fachen Rotationsfrequenz auf 7,8 mm/s (entsprechend ISO 10816-3, Zustand „Betrieb verboten“).
Ursachenforschung
Um die Kette der Ereignisse zu bestimmen, die zum Unfall geführt haben, wurden die Fehlerbaumanalyse und die 5-Why-Analyse verwendet.
Analysekette 5 Warum:
1. Warum wurde der Schlüssel abgeschnitten? — Aufgrund von Überlastung durch Scherkräfte.
2. Warum überstiegen die Anstrengungen die geschätzten? — Stoßbelastungen sind aufgrund von Spiel in der Verbindung aufgetreten.
3. Warum kam es zu der Gegenreaktion? — Der Sitz der Nabe auf der Welle hatte einen zu großen Spalt anstelle der garantierten Spannung (Passung mit einem H7/h6-Spalt anstelle eines Übergangsspalts P7/h6).
4. Warum wurde die falsche Passform verwendet? — Bearbeitungstoleranzen bei der Vorreparatur wurden nicht eingehalten und die Anforderungen der ISO 286.
5-Norm wurden ignoriert. Warum wurde es nicht rechtzeitig entdeckt? — Es fehlte die regelmäßige Kontrolle des Befestigungszustandes und die Schwingungsmessung.
Identifizierte Ursachen (Rangliste)
| № | Die Grundursache | Wahrscheinlichkeit (%) | Beweise und Begründung |
|---|---|---|---|
| 1 | Inkonsistenz der Landungstoleranzen (freie Lücke in der Verbindung) | 55 | Bei der mikroskopischen Analyse der Oberfläche der Nut wurden Mikroschlagspuren (Passungsrost) festgestellt, die eine Folge der axialen und winkligen Mikroverschiebung der Teile sind. |
| 2 | Zyklische Ermüdungsermüdung des Schlüsselmaterials | 25 | Eine Makroaufnahme der Bruchfläche zeigt Ermüdungslinien. Reversible Starts durch Telemecanique KXA 04PM42-Schütze erzeugten Wechsellasten oberhalb der Dauerfestigkeit. |
| 3 | Unzureichende Länge des Schlüssels oder geschwächter Abschnitt | 15 | Die Berechnung von Knautsch- und Scherkräften gemäß DSTU 23360 (ISO 773) ergab einen Überschuss der Kontaktspannungen um 35 %. |
| 4 | Minderwertiges Schlüsselmaterial (Fälschung) | 5 | Die Spektralanalyse zeigte eine Abweichung im Kohlenstoffgehalt des Schlüsselstahls (0,32 % statt 0,45 %), was die Streckgrenze senkte. |
Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen
- Sofortige Reparatur (kurzfristig): Herstellung eines neuen Schafts mit Wiederherstellung der Geometrie des Halses auf Genauigkeitsklasse h6. Herstellung eines neuen Prismenschlüssels aus 40X-Stahl (wärmebehandelt auf 35-40 HRC nach EN 10083-3). Anwendung der Übergangslandung gemäß ISO 286-1.
- Langfristige Prävention (langfristig): Übergang zu schlüssellosen Verbindungen (Verbindungsbuchsen vom Typ Ringfeder) für Knoten mit reversiblen Betriebsweisen. Implementierung einer ständigen Überwachung des Vibrations- und Wärmezustands von Lagerbaugruppen und Wellenleitungen.
Schnelle Diagnose-Checkliste für technisches Personal
Diese Checkliste ist für den Einsatz auf einem Tablet direkt in der Werkstatt bei der monatlichen Wartung (Maintenance & Reliability) gedacht:
- Überprüfen Sie den Zustand des Lacks und Anzeichen von Rost (roter Staub) rund um die Nabe (ein Zeichen von Passungsrost).
- Messen Sie den Rundlauf der Welle mit einem Uhrzeiger (Toleranz nicht mehr als 0,03 mm).
- Führen Sie eine Schwingungskontrolle des Getriebegehäuses durch (Spektralanalyse bei Schräg- und Unwuchtfrequenzen).
- Überprüfen Sie die Temperatur der Baugruppe mit einem berührungslosen Pyrometer (Alarmschwelle: >60 °C).
- Überprüfen Sie das Anzugsdrehmoment der Sicherungsschrauben und die axiale Fixierung (bei Verwendung von Axialringen).
- Überprüfen Sie den Zustand der Schaltausrüstung, einschließlich der Stromkreise und der Steuerung des Antriebs Telemecanique KXA 04PM42, auf Phasenverzerrungen.
- Stellen Sie sicher, dass beim Starten und Stoppen des Geräts keine ungewöhnlichen Geräusche und Brummen zu hören sind.
- Messergebnisse im digitalen Wartungsprotokoll (CMMS) festhalten.
Strategie zur Vermeidung von Ausfällen
Um das MTBF-Zuverlässigkeitsziel von mehr als 25.000 Stunden zu erreichen, müssen folgende Vorschriften befolgt werden:
- Intervall zur Überprüfung der Anzugsdrehmomente und des Spiels: alle 1.000 Betriebsstunden.
- Häufigkeit der Vibrodiagnose: monatlich.
- Einhaltung der Installationsstandards: ISO 286 (passend), DSTU 23360 (prismatische Schlüssel).
- Verwendung ausschließlich zertifizierter Ersatzteile und Übertragungselemente. Ein komplettes Sortiment an Standard-Reparatur- und Nachrüstkomponenten ist im UNITEC-D E-Katalog verfügbar.
Fazit
Die Analyse zeigte, dass die Hauptursache für das Versagen der Furnierverbindung ein Komplex von Faktoren ist: Inkonsistenz der Passungstoleranzen während der vorherigen Reparatur, die zu einem freien Spalt und Mikrostößen führte, sowie zyklische Belastungen durch den Betrieb des Elektroantriebs. Durch die strikte Einhaltung der ISO 286-Toleranzen, die Verwendung hochwertiger legierter Stähle und die regelmäßige Vibrationsüberwachung wird das Risiko wiederholter Notabschaltungen in ukrainischen Produktionsbetrieben vollständig ausgeschlossen. Verwenden Sie den UNITEC-D E-Katalog, um kompatible Komponenten auszuwählen und hochwertige Ersatzteile zu bestellen.
Referenzliste
- DSTU 23360-78 (ISO 773-69) Passfederverbindungen mit prismatischen Passfedern. Abmessungen.
- ISO 286-1:2010 Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – ISO-Codesystem für Toleranzen bei linearen Größen.
- DSTU EN 10083-3:2019 Stähle zum Härten und Anlassen. Teil 3: Legierte Stähle.
- ISO 10816-3:2009 Mechanische Schwingungen – Bewertung von Maschinenschwingungen durch Messungen an nicht rotierenden Teilen.
- Handbuch zur Zuverlässigkeit von Maschinen und Mechanismen industrieller Anlagen, hrsg. Prof. M. I. Kovalya, Kiew, 2021.
