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In Produktionsumgebungen, in denen Flüssigkeiten kontinuierlich verarbeitet werden, spielen Zentrifugen eine zentrale Rolle. Diese Anlagen laufen häufig ununterbrochen unter hoher Belastung, die im Laufe der Zeit zunimmt. Die rotierenden Teile, darunter die Antriebswelle, sind Torsion, schwankenden Belastungen und Temperaturschwankungen ausgesetzt.
Während des Produktionsprozesses kam es regelmäßig zu Störungen an einer dieser Zentrifugen, was die „Zuverlässigkeit“ der Anlage erheblich beeinträchtigte. Es wurde deutlich, dass ein strukturelles Problem zugrunde lag. MCI wurde beauftragt, die Ursache und Art des Problems unabhängig zu untersuchen, um eine Wiederholung zu vermeiden.
Die Welle brach während des Betriebs bei einer Drehzahl von 24 U/min und einer konstanten Betriebstemperatur von 90 °C. Der Bruch war kein Einzelfall: Bei mehreren ähnlichen Ausfällen zeigten sich vergleichbare Schadensbilder.
Bei MCI setzen wir Mikroskopie- und REM-Analysen ein. Mit diesen Techniken können wir Bruchflächen bis in feinste Risse untersuchen. Daraus ergaben sich deutliche Hinweise auf Ermüdungsrissbildung infolge niederfrequenter Torsionsbelastung. Das Vorhandensein von Schlackeneinschlüssen in Längsrichtung des Materials, in Kombination mit scharfen Geometrien, führte zu einer verringerten Ermüdungsfestigkeit.
Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse haben unsere Spezialisten gezielte Empfehlungen zur strukturellen Lösung des Problems formuliert. Es wurden werkstofftechnische Verbesserungen identifiziert, mit denen die Ermüdungsfestigkeit der Welle deutlich erhöht werden kann. Zudem wurden im Design spezifische Spannungs-Konzentrationen erkannt, für die Optimierungen vorgeschlagen wurden, um die strukturelle Integrität zu verbessern.
Darüber hinaus wurde die dynamische Belastung infolge von Betriebsszenarien wie Start-Stopp-Bewegungen näher analysiert. Daraus ergaben sich konkrete Empfehlungen zur Reduzierung von Torsionsspitzenbelastungen. Abschließend wurde empfohlen, zukünftige Konstruktions- oder Revisionsprojekte durch eine unabhängige Bewertung begleiten zu lassen, um die Zuverlässigkeit bereits ab der Konstruktionsphase sicherzustellen.
