Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Brecherkomponenten
Brecher in der Bergbau- und Zuschlagstoffindustrie sind rund um die Uhr wechselnden Belastungen, starken Stößen und abrasivem Verschleiß ausgesetzt. Versagen kritische Bauteile wie integrierte, schwimmend gelagerte Spindeln, Exzenterbaugruppen, bewegliche Brechbacken oder geschweißte Rahmen, führt dies zu ungeplanten Stillstandszeiten, Produktionsausfällen und hohen Ersatzkosten. Daher ist die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) sowohl in der Fertigung als auch im Betrieb zu einer unverzichtbaren Maßnahme der Qualitätskontrolle geworden.
Die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) umfasst eine Reihe von Prüfverfahren, die die Bauteile selbst nicht beschädigen und gleichzeitig innere und oberflächliche Fehler aufdecken. Sie kann innere Materialfehler erkennen, die Querschnittsintegrität beurteilen und überprüfen, ob kritische Maße innerhalb der Spezifikationen liegen – alles ohne die Gebrauchstauglichkeit der Teile zu beeinträchtigen.
1. Volumetrische Prüftechnologien: Ultraschallprüfung (UT) und Röntgenprüfung (RT)
Bei der Volumenprüfung wird in erster Linie die Dicke des gesamten Querschnitts eines Bauteils untersucht, um innere Defekte, Gussfehler und Ermüdungsrisse zu erkennen, die an der Oberfläche nicht sichtbar sind.
Ultraschallprüfung (UT)
Die Ultraschallprüfung (UT) funktioniert durch das Senden hochfrequenter akustischer Impulse in ein Material. Typischerweise werden hierfür piezoelektrische Wandler mit Betriebsfrequenzen von 1 MHz bis 5 MHz verwendet. Wenn die Schallwellen das Material durchdringen und auf Fehlstellen wie nichtmetallische Einschlüsse, Lunker oder innere Schichtrisse treffen, wird ein Teil der Energie reflektiert. Durch die Analyse der Echozeit und der Signalintensität kann der Prüfer Tiefe, Größe und Form des Fehlers bestimmen.
Dieses Verfahren eignet sich optimal zur Prüfung dickwandiger Schmiedeteile, wie beispielsweise Haupt-, Exzenter- und Antriebswellen von Kegelbrechern sowie hochbelastbare Stahlgussfundamente. Es ermöglicht die Erkennung innerer Mikrorisse und Kernseigerungen, bevor die Schmiedeteile in Anlagen eingebaut werden. Dadurch wird verhindert, dass sich diese potenziellen Gefahren unter hoher Belastung und wechselnden Drehmomenten zu Ermüdungsbrüchen entwickeln.
Radiografische Prüfung (RT)
Die Durchleuchtung nutzt Röntgen- oder Gammastrahlen, um ein Bauteil zu durchdringen und ein Bild auf einem digitalen Detektor oder Film zu erzeugen. Bei Hohlräumen, Porosität oder Einschlüssen im Material dringt mehr Strahlung hindurch, was zu einem dunklen Bereich an der entsprechenden Stelle auf dem Film führt. Dies ermöglicht die visuelle Prüfung innerer Fehlstellen.
In der Brecherfertigung wird die Röntgenprüfung (RT) typischerweise zur Inspektion kritischer Vollschweißungen eingesetzt, beispielsweise an den Verbindungen zwischen Fahrgestellrahmen, Sockel und Obergehäuse sowie an der gegossenen beweglichen Brechbackenbaugruppe. Sie eignet sich hervorragend zur Erkennung von Volumenfehlern wie Porosität und Lunkerbildung. Liegt ein Riss jedoch nahe der Oberfläche und verläuft er parallel zum Strahl, ist er mit RT allein schwer zu erkennen; in solchen Fällen wird RT üblicherweise in Kombination mit Ultraschallprüfung (UT) oder Magnetpulverprüfung (MT) eingesetzt.
2. Oberflächen- und oberflächennahe Prüftechnologien: Magnetpulverprüfung (MT) und Eindringprüfung (PT)
Oberflächenrisse sind der Ausgangspunkt für Materialermüdung. Werden Mikrorisse, Spannungsrisskorrosionsrisse oder Abschreckrisse frühzeitig erkannt – bevor sie sich tiefer in das Material ausbreiten können – lassen sich viele schwerwiegende Probleme vermeiden. Oberflächenprüfverfahren sind genau dafür konzipiert.
Magnetpulverprüfung (MT)
Die Magnetpulverprüfung (MT) ist nur bei ferromagnetischen Werkstoffen wie Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl und Gusseisen wirksam. Dabei wird das Werkstück mithilfe eines Magnetjochs oder zweier Sonden magnetisiert, sodass die Magnetfeldlinien es gleichmäßig durchdringen. Bei Rissen an der Oberfläche oder im oberflächennahen Bereich werden die Magnetfeldlinien unterbrochen und treten in der Nähe der Risse aus. An dieser Stelle wird feines Eisenpulver aufgetragen – farbiges Pulver beim Trockenverfahren oder eine fluoreszierende Suspension beim Nassverfahren. Das Pulver sammelt sich an den Stellen des magnetischen Austritts und macht die Rissform unter weißem Licht oder einer UV-Lampe sichtbar.
In Brechanlagen wird die Magnetpulverprüfung (MT) häufig in Bereichen mit hoher Spannungskonzentration eingesetzt: am Grund der Hauptwellenverrundung, am Zahnfuß des Ritzels, an den Schweißnahtübergängen der Rahmenverbindungen und an den Oberflächen gebrauchter Manganstahlauskleidungen. Zu ihren Vorteilen zählen die hohe Prüfgeschwindigkeit, die hohe Empfindlichkeit gegenüber feinen Ermüdungsrissen und die Fähigkeit, Defekte bis zu zwei oder drei Millimeter unter der Oberfläche zu erkennen.
Eindringprüfung (PT)
Vereinfacht gesagt, beruht das Eindringverfahren auf der Kapillarwirkung. Ein hochflüssiges, farbintensives Eindringmittel wird auf eine saubere Oberfläche aufgetragen und dringt selbstständig in alle offenen Risse und Spalten ein. Nach einer kurzen Einwirkzeit wird die überschüssige Flüssigkeit abgewischt und ein Entwickler aufgesprüht. Der Entwickler wirkt wie Löschpapier, saugt die in die Risse eingedrungene Flüssigkeit auf und vergrößert und sichtbar macht sie so.
Die Eindringprüfung (PT) eignet sich zur Prüfung nahezu aller Materialien – nicht nur Stahl, sondern auch Kupferlegierungen, Edelstahl und Aluminiumkomponenten. In Brechanlagen wird sie häufig zur Prüfung von Bronzebuchsen, Kolbenstangen von Hydraulikzylindern, Edelstahlarmaturen und Aluminium-Ölgehäusen eingesetzt. Die Eindringprüfung ist der Magnetpulverprüfung (MT) besonders bei der Prüfung komplex geformter Bereiche überlegen, die mit einem Magnetjoch nicht erreichbar sind.
3. Matrix für die zerstörungsfreie Prüfung von Brecherkomponenten
Die Wahl des geeigneten Prüfverfahrens hängt von der Metallurgie des Bauteils, dem Herstellungsverfahren (geschmiedet, gegossen oder gefertigt) und den primären betriebsbedingten Ausfallarten ab:
| Komponente | Grundmaterial | Kritische Fehler und Diskontinuitäten | Primäres NDT-Protokoll | Anwendbare Annahmecodes |
| Hauptwellenbaugruppe | Geschmiedeter legierter Stahl (z. B. 42CrMo, 4340) | Innere Kernseigerung, Schmiedefehler, Kehlnaht-Ermüdungsrisse | AUS (100 % Volumen)
MT (Abrundungen & Stufenradien) |
ASTM A388 / EN 10228-3
ASTM E1444 |
| Exzentrische Baugruppe | Gussstahl / Hochwertiges duktiles Gusseisen | Schwindungsporosität, Lunker, Oberflächenkühlungsrisse | UT / RT (Hubvolumen)
MT (Maschinell bearbeitete Gesichter) |
ASTM A609
ISO 10893-5 |
| Hauptrahmen & Basis | Schwer geschweißter Stahl / Gussstahl | Unvollständiger Schweißnahtdurchdringung, Lamellenrisse, Ermüdungsrisse | RT / UT (Schweißnähte)
MT (Schweißfüße und Flansche) |
ISO 5817 Stufe B
AWS D1.1 / ASTM E709 |
| Kaminsims- und Beckeneinsätze | Hochmanganstahl (Mn14, Mn18, Mn22) | Heißrisse beim Gießen, Mikrorisse, Kaltverfestigungsermüdung | MT / PT (Brechflächen & Keilnuten) | ASTM A128
ASTM E165 |
| Backenbrecher Pitman | Gusslegierungsstahl / Schweres Blech | Innere Schwindungshohlräume, Spannungskonzentrationsrisse | UT / RT (Lagerbohrungen)
MT (Kritische Geometrien) |
ASTM A609 Klasse 2
ASTM E1444 |
| Lager und Bronzebuchsen | Gegossene Bleibronze / Babbitmetall | Oberflächenrisse, Mikroporosität, bimetallische Bindungsdefekte | PT (100 % Oberfläche)
AUS (Prüfung der Integrität der Bürgschaft) |
ASTM E165
ISO 4386-1 (Verbindung) |
| Hydraulikzylinder (Hydroset) | Geschmiedetes/Nahtloses Stahlrohr | Wanddickenreduzierung, Lochfraßkorrosion, Bohrungsrisse | PT (Dichtungsflächen)
AUS (Wanddickenmessung) |
ASTM E2375
ASTM E165 |
4. Wie man einen NDT-Bericht liest
Ein NDT-Bericht ist ein schriftliches Qualitätszertifikat. Er dient dem Nachweis, dass neue Bauteile vor dem Einbau strukturell einwandfrei sind und ob gebrauchte Bauteile nach umfangreichen Reparaturen noch verwendet werden können. Ein gültiger Bericht muss die folgenden Punkte klar spezifizieren:
- Komponenteninformationen: Teilebezeichnung, Zeichnungsnummer, Werkstoffgüte, Ofennummer und Seriennummer – keine dieser Angaben darf weggelassen werden, um sicherzustellen, dass sie mit dem tatsächlichen Artikel übereinstimmen.
- Inspektionsumfang und Oberflächenzustand: Welche Bereiche wurden inspiziert, wie rau ist die Oberfläche, wurden Farbe und Rost entfernt und wie hoch war die Inspektionsabdeckung?
- Anwendbare Normen und Verfahren: Geben Sie klar an, welche Normen für UT, RT, MT und PT eingehalten wurden, z. B. ASTM E2375, E1742, E1444 und E165.
- Ausrüstung und Kalibrierung: Instrumentenmodell, Sondenfrequenz, Winkel, Koppelmittel, Röntgenquellenintensität, Magnetfeldstärke und Kalibrierblocknummern.
- Personalqualifikationen: Das Inspektionspersonal muss über eine ASNT- oder ISO 9712-Zertifizierung der Stufe II oder III verfügen, die im Bericht vermerkt werden muss.
- Fehlererfassung und -bewertung: Für jeden gefundenen Defekt sind die Position, Größe, Tiefe und das Signal-Rausch-Verhältnis zu erfassen und auf Basis der Akzeptanzkriterien ein Ergebnis (bestanden/nicht bestanden) zu liefern.
- Abschließendes Fazit: Geben Sie klar an, ob das Produkt angenommen, abgelehnt oder bedingt angenommen wird, und fügen Sie einen Reparaturplan bei.
Ein unklarer Bericht ist praktisch nutzlos. Daher müssen Sie, unabhängig davon, ob Sie die Prüfung selbst durchführen oder einen Bericht von einem Lieferanten erhalten, jeden einzelnen Punkt überprüfen, insbesondere die Fehlerstellen und die Abnahmekriterien.
Der praktische Nutzen der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) über den gesamten Lebenszyklus eines Brechers
Eine gründliche zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) dient nicht nur dazu, die Prüfungen zu bestehen – sie spart tatsächlich Geld.
Beschaffung: Vor dem Versand gekaufter OEM-Ersatzteile oder hochbelastbarer Gussteile ist eine zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) durchzuführen, um die strukturelle Integrität zu bestätigen. Dadurch wird vermieden, dass Probleme erst nach dem Einbau entdeckt werden, was zu Gewährleistungsstreitigkeiten führen könnte.
Produktion und Betrieb: Bauteile im Betrieb sollten regelmäßig mittels Magnetpulverprüfung (MT) oder Ultraschallprüfung (UT) auf Risswachstum untersucht werden. Dadurch können Austauschmaßnahmen während geplanter Stillstandszeiten durchgeführt werden, anstatt auf einen plötzlichen Ausfall mitten in der Nacht zu warten.
Verlängerung der Lebensdauer: Durch frühzeitiges Erkennen von Bereichen mit Oberflächenspannungskonzentrationen kann durch Schleifen, Spannungsarmglühen oder lokale Schweißreparaturen Abhilfe geschaffen werden. Dies verlängert die Lebensdauer des Bauteils und reduziert die Kosten eines kompletten Austauschs.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die klare Definition von Inspektionsmethoden und Akzeptanzkriterien sowie die Anforderung von Unterschriften durch qualifiziertes Personal ein entscheidender Schritt ist, um eine hohe Verfügbarkeit und niedrige Gesamtbetriebskosten für Brechanlagen zu gewährleisten.