Schäden bei Helikoptern entstehen erwartungsgemäß oft infolge einer dynamischen Wechselbeanspruchung und sind folglich der Versagensart eines Ermüdungsbruches zuzuschreiben. Makroskopische, wie auch mikroskopische Beurteilungen der Bruchflächen sind dabei ergänzende Untersuchungsverfahren, die eine Bestimmung der Bruchart ermöglichen. Wichtige Merkmale der Makrofraktographie sind unter anderen sogenannte Rastlinien, die sich auf der Ermüdungsbruchfläche abzeichnen. Sie prägen sich durch eine zeitliche Unterbrechung der Rißausbreitung infolge von Ruheperioden oder durch markante Änderungen der Spannungshöhe aus. Sie beruhen auf den Interferenzfarben unterschiedlich dicker Oxidschichten, welche sich während Stillstandsperioden ausbilden, oder auf Rauheitsänderungen bei nennenswerten Modifikationen des Lastenniveaus. Die Krümmung dieser Rastlinien erlaubt vielfach qualitative Aussagen über den Ursprung des Ermüdungsrisses und den makroskopischen Laufweg des Bruches; sie gibt außerdem Hinweise über die Belastungsart (Zug, einseitige oder umlaufende Biegung, Torsion), die Kerbwirkung (lokal, umlaufende Rund- oder Spitzkerbe) und die Höhe der Nennspannung, welche auf den flächenmäßigen Anteil der Ermüdungsbruchfläche bzw. Restbruchfläche zurückzuführen ist. Es wurde ein Schadensfall an einem Helikopter untersucht, bei dem eines der drei Hauptrotorblätter brach. Mit Hilfe der Makro- und der Mikrofraktographie, der Mikroanalytik sowie metallographischer Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, daß der Bruch des Hauptrotorblattes auf einen Ermüdungsbruch zurückzuführen ist. Der Ermüdungsbruch ging von der Unterseite des Rotorblattes aus und zwar im Übergangsradius von der ersten Bohrung des Rotorblatt-Tragprofiles. Der flächenmäßige Anteil des Restbruches beträgt ca. 30 % des Bruchquerschnittes, was auf eine eher geringe Nennspannung hindeutet. Im Bereich des Bruchausganges ist von der Bohrwandung ausgehend ein starker Korrosionsangriff ersichtlich, einerseits in Form von interkristalliner Korrosion und andererseits in Form von Pittingbildung. Parallel zur Bruchfläche haben sich, ausgehend von den Pittings, weitere sekundäre Ermüdungsrisse gebildet, die bis zu einer Tiefe von ca. 150 Mikrometer in das Aluminium-Tragprofil eindringen. Mikroanalytisch konnte in den Korrosionsprodukten Chloride nachgewiesen werden. Chloride wirken stark korrosionsfördernd in Bezug auf die interkristalline Korrosion und die Pittingbildung. Die Chlorverbindungen haben sich dabei von außen auf das Rotorblatt niedergeschlagen. Dementsprechend erfolgte die Rissinitiierung durch einen Korrosionsangriff, welche durch Chlorverbindungen begünstigt wurde. Die dadurch entstandene Kerbwirkung führte schließlich mit den dynamischen Betriebspannungen zum Ermüdungsbruch.
Bruch eines Hauptrotorblattes eines Helikopters
1998
18 Seiten, 22 Bilder, 1 Tabelle, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch