Ermüdungsschaden an einem Baggerausleger

Das ist ein Auszug aus dem Fachbuch „Vermeidung von Schadensfällen beim Schweißen“.

An einem Bagger, der im Umschlagbetrieb eingesetzt wurde, entstand nach relativ kurzer Zeit ein Bruch des Auslegers.

Quelle: Peter Gerster
Ermüdungsschaden an einem Baggerausleger im Zugbereich

Zur besseren Krafteinleitung wurde der Ausleger im hoch beanspruchten Bereich mit Versteifungsblechen verstärkt. Die folgende Abbildung zeigt den Dauerbruch auf der gegenüberliegenden Bruchseite. Sehr schön sind die entstandenen Rastlinien des Dauerbruchs zu erkennen.

Quelle: Peter Gerster
Blick auf die gegenüberliegende Bruchseite mit ausgeprägten Rastlinien.

Wie in der folgenden Abbildung sehr gut zu sehen ist, beginnt der Dauerbruch genau am Ende des Versteifungsblechs an der Querschweißnaht. Der Bruch beginnt exakt an dem Schweißnahtübergang zum Grundblech.

Quelle: Peter Gerster
Dauerbruch ausgehend von der Querschweißnaht im Zugbereich

Die Ursachen liegen einerseits in den sehr hohen Zugeigenspannungen im Nahtübergang und andererseits in der Kerbwirkung der Schweißnaht.

Die hohen Zugeigenspannungen entstehen durch die Schrumpfwirkung (Schrumpfungsbehinderung) beim Schweißen. Durch wissenschaftliche Messungen der Zugeigenspannungen weiß man sehr genau, dass diese bis zur Höhe der Streckgrenze reichen können. Bei dünnen Blechen äußern sie sich durch den Verzug, der bei dicken Blechen nicht stattfindet.

Die Kerbwirkung wird durch die Form der Bauteile und die Nahtform beeinflusst. Durch geeignete Schweißnaht-Nachbehandlungen lassen sich sowohl die Zugeigenspannungen als auch die Kerbwirkung verbessern.

Durch Verstärkungs- und Versteifungsbleche entstehen bei ungünstiger Gestaltung sogenannte Steifigkeitssprünge, an denen sehr hohe Spannungsspitzen entstehen. Zusammen mit den hohen Zugeigenspannungen wird die zulässige Spannung sehr schnell überschritten und der Ermüdungsriss kann beginnen. Dies wird umso gravierender, je näher die Quernähte in die höchste Zugzone kommen.

In diesem Schadensfall wäre es besser gewesen, die Längsschweißnaht in das Stegblech auslaufen zu lassen und keine Quernaht zu schweißen.

Die Schadensursachen

  • Es findet sich ein großer Steifigkeitssprung am Ende des Verstärkungsblechs.
  • Die Quernaht befindet sich in der höchstbeanspruchten Zugzone.
  • Es wurde keine Schweißnaht-Nachbehandlung durchgeführt.

Autor: Peter Gerster

Bildquellen

  • Ermüdungsschaden an einem Baggerausleger im Zugbereich: Peter Gerster
  • Blick auf die gegenüberliegende Bruchseite mit ausgeprägten Rastlinien: Peter Gerster
  • Dauerbruch ausgehend von der Querschweißnaht im Zugbereich: Ermüdungsschaden an einem Baggerausleger: Peter Gerster