Eine 50.000-Tonnen-Schmiedepresse zerstörte eine Titan-Matrize, als ein außerhalb der Parameter liegender Druck ausgeübt wurde. Die piezoelektrischen Sensoren der Kraftmessdose zeigten einen fehlerhaften Wert an, was dazu führte, dass der Titanblock unter unvorhergesehener Belastung kollabierte. Die Haupthypothese deutet auf eine Hochfrequenzstörung (EMI) hin, die das Signal verfälschte und einen katastrophalen Ausfall durch Materialermüdung auslöste.
Forensische Simulation mit CST Studio und PolyWorks 🔧
Der forensische Prozess begann mit der 3D-Erfassung der beschädigten Sensoren mittels PolyWorks, wodurch eine hochpräzise Punktwolke generiert wurde, die es ermöglichte, die deformierte Geometrie der Matrize und der piezoelektrischen Elemente zu rekonstruieren. Anschließend wurde CST Studio Suite verwendet, um die elektromagnetische Umgebung der Presse zu modellieren und zu simulieren, wie eine externe HF-Quelle parasitäre Spannungen in der Verkabelung der Kraftmessdose induzieren konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Störsignal im 2,4-GHz-Band die tatsächliche Druckmessung überlagern, die Reaktion des Steuerungssystems verändern und den Aktuator dazu bringen konnte, die Belastungsgrenze des Titans zu überschreiten.
Lehren für die Ermüdung in Industriemaschinen ⚙️
Die Analyse mit nCode ergab, dass das Titan und die Schmiedematrize einen extremen Ermüdungszyklus überstanden, die augenblickliche Überlastung jedoch ihre Widerstandsschwelle überschritt. Dieser Fall zeigt, dass die Integrität der Sensoren nicht nur von ihrer mechanischen Präzision abhängt, sondern auch von ihrer elektromagnetischen Abschirmung. Die 3D-Rekonstruktion des Versagens ermöglicht es nun, die EMI-Filter neu zu gestalten und Protokolle zur Kreuzvalidierung von Signalen zu etablieren, um zu verhindern, dass ein elektronischer Fehler in zukünftigen Hochtonnage-Schmiedevorgängen kritische Komponenten zerstört.
Wie lassen sich die Daten der piezoelektrischen Sensoren mit der 3D-Rekonstruktion des Bruchs integrieren, um bei einer 50.000-Tonnen-Presse zwischen einem Ermüdungsversagen durch zyklische Belastung und einer monotonen Überlastung zu unterscheiden?
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)