Merkle & Partner: Schadensanalyse mit Hilfe von Simulationsberechnungen

Ein Trommeltrockner – hier am Beispiel für die Produktion von Holz-Pellets. (Bildquelle: @shutterstock/Sergey Bogdanov)

Nur wer die Ursache von Schäden kennt, kann diese in Zukunft vermeiden. Bei großen Industrieanlagen gleicht dies oft dem Suchen nach der Nadel im Steckhaufen. Viele Prozesse laufen ineinander, zahlreiche Faktoren sind beteiligt und oft lassen sich nicht alle relevanten Punkte einfach analysieren. Merkle & Partner nutzt daher im Rahmen einer methodischen Vorgehensweise Simulationsberechnungen, die wie am Beispiel eines defekten Rohrbündeltrockners interessante Aufschlüsse geben.

Ein Rohrbündeltrockner zeigt nach nur zwei Jahren der Inbetriebnahme Risse am Kopfstück. Die Anlage ist Teil einer Fertigungsstraße in Südamerika, über die ein beträchtlicher Anteil der Jahresweltproduktion eines bestimmten Kunststoffs läuft. Entsprechend ist ein Produktionsausfall von nur wenigen Tagen mit Kosten in Millionenhöhe verbunden.
Die schnellste Lösung scheinen Reparaturschweißungen. Nach einem halben Jahr aber zeigen sich erneut Risse. So werden Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen befragt, wobei jeder das Problem in seinem Gebiet sieht; von der Werkstofftechnik über die Schweißtechnik bis hin zu Schwingungen. Das Kopfstück des Rohrbündeltrockners wird in Folge aufwändig neu gefertigt. Aufgrund unterschiedlicher Meinungen möchte sich der Kunde jedoch nicht auf diese Lösung verlassen und engagiert Merkle & Partner mit der weiteren Ursachenforschung.

„Zeit sparen heißt, die richtigen Dinge in der richtigen Reihenfolge zu tun“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführer der Merkle & Partner GbR. Im Fall des Rohrbündeltrockners kommen zahlreiche Schadensursachen in Frage. Um über eine ingenieurstechnische Simulationsberechnung solide Ergebnisse zu erhalten und bewerten zu können, muss das Simulationsmodell einfach und nachvollziehbar gehalten werden. „Wir untersuchen nicht das bereits optimierte Modell, sondern analysieren den Schadensfall und gehen von der einfachen Physik bei einfachen Modellen hin zur komplexen Physik bei komplexen Modellen, wenn nötig“, so Stefan Merkle.

So ließen sich im Fall des Rohrbündeltrockners aus einer simplen statischen FEM-Untersuchung mit Einheitslastfällen und der Bestimmung der Eigenfrequenz verschiedene Schadensursachen ausschließen oder bestätigen. Bedienungs- und Konstruktionsfehler werden immer als Möglichkeiten in die Berechnungen mit einbezogen. Mittels Hlifsmitteln wie TRIZ (Theorie des erfindereischen Problemlösens), Ursache-Wirkungs-Analysen oder Funktionsanalysen werden bei Merkle & Partner Fragestellungen weiter eingegrenzt. Ist dann die Schadensursache eindeutig bekannt, können Reparaturmaßnahmen abgeleitet und die Erfahrungen bei Neukonstruktionen genutzt werden.

So hätte auch das neu konstruierte Kopfstück des Rohrbündeltrockners den Fehler in Zukunft nicht vermeiden können. Denn nach den Berechnungen und Analysen von Merkle & Partner konnte nur ein unzulässiger Lastfall der Grund für die Risse sein. Auf dieser Basis stellte man fest, dass man den Trockner beim Reinigen mehrere Tage lang komplett mit Wasser gefüllt laufen ließ. Die 40 Tonnen Umlaufbiegung waren in keiner Betrachtung berücksichtigt. In diesem Fall konnte die Vorgehensweise mit Hilfe der Simulationsberechnungen zwar keine konstruktiven Fehler finden, aber Daten liefern, um weitere Bedienfehler und künftige Produktionsausfälle in Millionenhöhe zu vermeiden.

Das Ingenieurbüro Merkle & Partner GbR in Heidenheim wurde 1989 von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet und zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftlicher Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Wolfsburg, Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtueller Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.

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