{"id":342,"date":"2011-09-21T14:04:11","date_gmt":"2011-09-21T13:04:11","guid":{"rendered":"http:\/\/schueler.ws\/?p=342"},"modified":"2012-01-08T19:03:53","modified_gmt":"2012-01-08T18:03:53","slug":"schadensanalyse-am-antennenrotor-create-rc5-3-teil-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/schueler.ws\/en\/schadensanalyse-am-antennenrotor-create-rc5-3-teil-2\/","title":{"rendered":"Damage analysis at the rotator Create RC5-3 (part 2)"},"content":{"rendered":"

Sorry, this entry is only available in Deutsch<\/a>.<\/p>

Im ersten Teil<\/a> habe ich die Antennenanlage analysiert, den Schaden beschrieben und meine Schlu\u00dffolgerungen dargelegt. Jetzt folgt der technisch spannende Teil \ud83d\ude09 die Bruchanalyse.<\/p>\n

Ich bin zwar Ingenieur, habe aber mit der Mechanik und den Werkstoffwissenschaften nicht wirklich viel zu tun. Deshalb musste ich mich erstmal t\u00fcchtig einlesen. Die Materie ist auch durchaus schwierig und nur durch jahrelange Erfahrung in der Schadensanalyse sicher beherrschbar. Deshalb spreche ich nachfolgend vorsichtshalber von Indizien anstatt von festen Fakten. Aber auch wenn ich in einem Detail falsch liegen sollte, wei\u00dft eigentlich alles in die gleiche Richtung…<\/p>\n

Ziel ist es hier, zu kl\u00e4ren, ob der Bruch durch einen Exemplarfehler oder durch \u00dcberschreitung der konstruktiven Belastungsgrenze verursacht wurde. Au\u00dferdem w\u00e4re von Interesse, ob es ein Gewaltbruch (einmalige \u00dcberlastung) oder um einen Schwingungsbruch (Materialerm\u00fcdung durch dauerhafte Wechselbelastung) ist. Kurzum, ich m\u00f6chte die Ursache wissen, um geeignete Gegenma\u00dfnahmen planen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Bruchstelle am Zahnrad<\/font><\/em> 
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\nAlso nun zur Sache. Das Bild zeigt die Bruchstelle. Man erkennt, dass zwei Z\u00e4hne fehlen und bei genauerem Betrachten der unteren Bruchstellen auch sofort, dass beide Z\u00e4hne seitenverkehrt herausgebrochen wurden. D.h. der Bruch erfolgte in jedem Fall vom Zwischenraum zwichen den beiden Z\u00e4hnen aus. Oder noch anders ausgedr\u00fcckt, der linke Zahn wurde nach links, der rechte Zahn nach rechts weggebrochen. Dies w\u00e4re erstmal typisch f\u00fcr einen Schwingungsbruch, da die Antenne bei Windb\u00f6en gegen beide Z\u00e4hne jeweils aus der anderen Richtung dr\u00fccken w\u00fcrde.<\/p>\n

Weiter sieht man, dass die Z\u00e4hne eine kerbartige (dreieckig nach innen zeigende) Abrissfl\u00e4che haben. Die Oberfl\u00e4che der beiden Bruchflanken der Z\u00e4hne wie auch des Zahnradstumpfs sind unterschiedlich. Die zueinander zeigende Seite der Kerbe bzw. des Dreiecks ist sehr rau und zerkl\u00fcftet. Die abgewandte Seite ist dagegen gl\u00e4nzender, wie wenn die raue Oberfl\u00e4che glattgeschliffen wurde und auch makroskopisch weniger strukturiert. Dies k\u00f6nnte daran liegen, dass eine unterschiedliche Zug- und Druckbelastung beim Bruch vorlag. Der kerbartige Abbruch und die gl\u00e4nzendere Oberfl\u00e4che der \u00e4u\u00dferen Fl\u00e4chen deuten darauf hin, dass die Z\u00e4hne einer Kippbelastung ausgesetzt waren.<\/p>\n

Schwingungsbr\u00fcche (Erm\u00fcdungsbr\u00fcche) sind sehr oft durch makroskopische Rastlinien und\/oder durch mikroskopisch sichtbare Schwingstreifen zu erkennen. Dies ist das wesentliche Erkennungsmerkmal eines Schwingungsbruchs und hier wird es diffizil. Die hier vorliegende Bruchoberfl\u00e4che ist sehr rau und zerkl\u00fcftet. Mit dem Lichtmikroskop konnte ich nichts erkennen, da die Sch\u00e4rfentiefe nicht ausreicht (deshalb verwendet man f\u00fcr solche Untersuchungen auch normalerweise Rasterelektronenmikroskope). Weder auf den Z\u00e4hnen noch auf der Bruchfl\u00e4che des Zahnrades konnte ich eine linienartige Struktur finden, die sich als Rastlinie h\u00e4tte deuten lassen. Es gibt zwar deutlich sichtbare Lunker im Material, aber es ist auch nicht zu erkennen, dass der Bruch von einer spezifischen Stelle ausgegangen ist.<\/p>\n

Am restlichen Zahnrad habe ich au\u00dfer Abrieb keinerlei Verschlei\u00df bzw. irgendwelche Anbr\u00fcche finden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Bei den Bruchfl\u00e4chen beider Z\u00e4hne kann man ein nahezu identisches Schadensbild aufnehmen. Auf jeden Fall kann man so nicht von einem durch einen Materialfehler begr\u00fcndeten Stabilit\u00e4tsverlust ausgehen. Der h\u00e4tte in beiden Z\u00e4hnen ja in gleicher Weise vorhanden sein m\u00fcssen.<\/p>\n

Man kann also schlussfolgern, dass es sich mit gro\u00dfer Wahrscheinlichkeit um einen Gewaltbruch durch \u00dcberschreiten der konstruktiven Belastbarkeitsgrenze handelt. Wenn sich die Antennenkonstruktion nicht \u00e4ndert, wird dieser bei gleichen Witterungsbedingungen wieder auftreten. <\/p>\n

ngg_shortcode_1_placeholderObwohl dies dem ersten Anschein nach \u00e4u\u00dferst wahrscheinlich schien (symmetrischer Ausbruch zweier Z\u00e4hne bei lange nicht bewegtem Getriebe und dauerhafter Belastung durch wechselnder Windlast) liegt wohl doch kein Erm\u00fcdungsbruch durch dauerhafte Wechselbelastung vor. Eigentlich ist das eine gute Nachricht. Weder ist die Qualit\u00e4t des Getriebes schuld, noch ist es konstruktiv der zwangsl\u00e4ufig auftretenden Dauerbelastung durch Windwechsel nicht gewachsen. <\/p>\n

Vorbeugema\u00dfnahmen m\u00fcssen sich daher darauf konzentrieren, die Maximalbelastung abzufangen. Bleibt die Rotor-Antennen-Konfiguration so, muss sichergestellt werden, dass bei Eisbelag der Rotor zus\u00e4tzlich entlastet wird.<\/p>\n

Betrachtungen zum Aufbau und zum Zusammenbau des Rotors<\/h3>\n

F\u00fcr alle, die ein gleiches Modell besitzen und dem Drang (oder der Notwendigkeit \ud83d\ude09 ) nachgeben, den Rotor aufzuschrauben, folgen hier noch ein paar Betrachtungen zum inneren Aufbau.<\/p>\n

Das Zerlegen geht recht einfach. Einfach die Schrauben alle l\u00f6sen, die die beiden Halbschalen zusammenhalten und dann die Schalen vorsichtig auseinanderhebeln (kleben etwas vom Dichtmittel und dem Silikongummiring).<\/p>\nngg_shortcode_2_placeholder

Oberschale des Rotors<\/font><\/em> 
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In der Oberschale haben wir nur ein Zahnrad, dass aber einen zus\u00e4tzlichen kleinen Zahnkranz f\u00fcr das Richtungspotentiometer tr\u00e4gt (dazu sp\u00e4ter).<\/p>\nngg_shortcode_3_placeholder

Unterteil des Rotors mit neuem Zahnrad<\/font><\/em> 
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In der Unterschale steckt der ganze Rest. Der Motor ist \u00fcber ein Gelenk entkoppelt. Das Laufger\u00e4usch beim Drehen kommt \u00fcbrigends mehrheitlich von diesem Gelenk. Der Schneckentrieb ist neben dem Motor mit einem Abdeckblech gekapselt untergebracht und voller Fett (deswegen vermutlich gekapselt).<\/p>\n

Beachtung sollte die Baugruppe mit dem schwarzen Plastezahnrad finden. Darunter verbirgt sich das Potentiometer zur Richtungsanzeige. Ich habe vergeblich versucht, das Plastezahnrad zu demontieren (ist im Weg, wenn man das hier defekte gro\u00dfe Aluzahnrad herausbauen m\u00f6chte). Es ist einfacher, die gesamte Baugruppe abzuschrauben. Die Dimensionierung des Potentiometerantriebs wurde (leider) so gemacht, dass die 360\u00b0 Drehbereich das Potentiometer nahezu vollst\u00e4ndig durchdrehen. Das spart zwar einen Stellregler an der Anzeigeeinheit, erfordert aber geschicktes Zusammensetzen des Rotors.<\/p>\n

Weiter sieht man noch ein nach oben stehendes Federblech. Das ist der Endlagenschalter, der durch eine Nase am gro\u00dfen Zahnrad der Oberschale gedr\u00fcckt wird. Das Blech ist recht biegbar und ein durchdrehender Motor w\u00fcrde hier keinen Schaden anrichten. Dennoch, ich habe beruflich schon viel mit Robotik zu tun, aber so eine unsichere Endlagenschalterl\u00f6sung habe ich noch nicht ansatzweise gesehen.<\/p>\n

War die Demontage sehr einfach, birgt aber der Zusammenbau wie so oft ein paar Hindernisse:<\/p>\n