Bruchflächen und Risse an Kunststoffteilen: Schadensursache finden und Reklamationen belegen

Ein gebrochenes Gehäuse, ein gerissenes Einfüllrohr, ein Verschluss, der beim Kunden abgeplatzt ist. Solche Teile kommen mit einer Behauptung ins Haus, und die Behauptung lautet fast immer, das Teil sei fehlerhaft hergestellt worden. Manchmal stimmt das. Häufig zeigt der Bruch selbst, dass die Belastung im Einsatz eine andere war als vereinbart. Der Unterschied ist Geld, und er hängt daran, ob die eigene Analyse belastbar ist oder ob am Ende zwei Meinungen gegeneinander stehen.

Dieser Beitrag richtet sich an Qualitätssicherung, Schadenslabor und Entwicklung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung. Er beschreibt, wie ein reklamiertes Teil zerstörungsfrei untersucht wird, welche Merkmale einen Formfehler von einer mechanischen Beschädigung und von Verschleiß trennen und wie aus Bildern und Messwerten eine Dokumentation entsteht, die einer Reklamation standhält.

Wichtige Punkte im Überblick

Der häufigste Fehler der Schadensanalyse passiert in den ersten Minuten: Reinigen, Aufsägen oder Zusammenhalten der Bruchflächen zerstört feine Merkmale, deshalb gilt die Reihenfolge dokumentieren, dann untersuchen, dann zerlegen.
Die Tiefenzusammensetzung bildet die unebene Bruchfläche durchgehend scharf ab, und die zusammengesetzte Übersichtsaufnahme verortet den Bruchausgang, an dem sich der Fall entscheidet.
Der Bruchausgang trennt die Verantwortung: Startet der Bruch an einem Einschluss oder einer Bindenaht, liegt der Verdacht beim Prozess, startet er an einer Kerbe oder finden sich Riefen und Quetschungen daneben, sprechen die Spuren für Geometrie, Handhabung oder Einsatz.
Ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X liefert Risstiefe, Stufenhöhe und Abtrag als Messwert, während Länge und Breite eines Risses direkt im Bild abgenommen werden.
Eine belastbare Dokumentation besteht aus Übersichtsaufnahme mit Maßstab, durchgehend scharfer Detailaufnahme mit Angabe von Vergrößerung und Beleuchtung, den Messwerten sowie Zeitstempel und wiederfindbarer Ablage.

Das reklamierte Teil kommt zurück: zerstörungsfreie Erstanalyse zuerst

Der häufigste Fehler in der Schadensanalyse passiert in den ersten fünf Minuten. Das Teil wird gedreht, gereinigt, aufgesägt oder die Bruchflächen werden gegeneinander gehalten, um zu sehen, ob sie passen. Damit sind feine Merkmale auf der Bruchfläche verloren, und sie kommen nicht zurück.

Die Reihenfolge lautet deshalb: dokumentieren, dann untersuchen, dann zerlegen. Sinnvoll ist ein festes Vorgehen. Zuerst wird das Teil im Anlieferzustand aus mehreren Richtungen aufgenommen, mit Maßstab und mit einer Kennzeichnung, welches Teil aus welcher Reklamation stammt. Dann folgt die Betrachtung der Bruchfläche und der Rissausgänge unter dem Mikroskop, ohne Reinigung und ohne Kontakt. Erst danach wird über Reinigung, Schnitt oder Schliff entschieden.

Ein Digitalmikroskop der Modellreihe VHX ist hier das erste Gerät, weil es das Teil so lässt, wie es ist. Das Bauteil wird aufgelegt, betrachtet und im Bild vermessen. Ergänzend nehmen viele Betriebe Abdrücke von verschlissenen Flächen, die im Einbauzustand nicht zugänglich sind, und beurteilen die Replik unter dem Mikroskop.

Bruchflächen vollständig scharf abbilden statt in Einzelbildern

Eine Bruchfläche an einem Kunststoffteil ist alles andere als eben. Sie steigt an, sie hat Stufen, sie läuft in eine Rippe hinein. Bei jeder Vergrößerung, die die Merkmale zeigt, ist ein einzelnes Bild nur in einem schmalen Streifen scharf.

Zwei Funktionen lösen das. Die Tiefenzusammensetzung verrechnet mehrere Fokusebenen zu einem Bild, das über die gesamte Höhe scharf ist, sodass Bruchausgang, Restbruchfläche und Kante gemeinsam beurteilbar werden. Das Schwenken erlaubt den schrägen Blick auf die Bruchkante, in eine Bohrung oder in einen Hinterschnitt, ohne das Teil zu zerlegen.

Für die Bewertung ist außerdem die Übersicht wichtig. Wo der Bruch beginnt, ist die Frage, die den Fall entscheidet, und sie lässt sich nur beantworten, wenn die gesamte Bruchfläche in einem Bild vorliegt und die Detailstelle darin verortet ist. Eine zusammengesetzte Aufnahme über den motorisierten Objekttisch liefert diese Übersicht, ohne dass im fertigen Bild Kachelgrenzen sichtbar bleiben.

Formfehler, mechanische Beschädigung oder Verschleiß? Merkmale unterscheiden

Die eigentliche Arbeit ist die Zuordnung. Einige Merkmale helfen dabei zuverlässig.

Ausgang am Fehler im Material. Startet der Bruch an einem Lufteinschluss, an einer Bindenaht oder an einem Fremdpartikel, liegt der Verdacht beim Prozess. Der Einschluss lässt sich im selben Bild abbilden und vermessen, und bei der Frage nach seiner Herkunft führt der Beitrag „Partikel, Füllstoff und Kunststoffsorten unter dem Mikroskop: Granulat, Mahlgut und Sichtscheiben prüfen" weiter.
Ausgang an einer Kerbe oder an einer Kante. Radien, Anschnitte, Bohrungen und Auswerfermarken sind konstruktive und werkzeugseitige Kerbstellen. Hier ist die Geometrie der Ansatzpunkt und nicht die Charge.
Bruchbild. Ein glatter, glasiger Bruch ohne plastische Verformung spricht für sprödes Verhalten, eine verzogene und aufgeraute Fläche für Überlast im zähen Zustand, feine parallele Strukturen für eine über viele Lastwechsel gewachsene Trennung. Diese Einordnung bleibt eine fachliche Bewertung, die das Bild stützt und nicht ersetzt.
Sekundärspuren. Abdrücke, Riefen, Quetschungen und Materialübertrag neben dem Bruch deuten auf Handhabung, Montage oder Einsatz. Sie sind das stärkste Argument gegen eine reine Fertigungsbehauptung.
Verschleiß. Gleichmäßig abgetragene Flächen, Riefen in Bewegungsrichtung und ausgelaufene Kanten sind kein Bruch, sondern Betriebsspuren. Hier zählt die Menge des Abtrags, also eine Höhenmessung.

Risse und Risstiefe messen statt nur zeigen

Ein Bild eines Risses beeindruckt. Eine Zahl beendet die Diskussion.

Im Bild lassen sich Länge und Breite eines Risses direkt abnehmen. In dokumentierten Anwendungen liegen die relevanten Rissbreiten bei etwa einem Zehntelmillimeter und darunter, etwa bei Haarrissen an umspritzten Blecheinlegeteilen oder an Sensorringen, wo sich die Frage stellt, ob der Riss schon durch die Wand geht.

Für die Tiefe ist ein anderes Verfahren nötig. Ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X erfasst die Oberfläche als Höhenbild und liefert damit Risstiefe, Stufenhöhe an einem Ausbruch und den Abtrag einer verschlissenen Fläche als Messwert statt als Einschätzung. Wo es um Formabweichung über einen größeren Bereich geht, etwa um Verzug am gebrochenen Teil, übernimmt ein 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000. Die Abgrenzung zwischen beiden Geräten beschreibt der Beitrag „Rauheit, Ebenheit und Kontur an Kunststoff und Elastomer berührungslos messen".

Läuft der Riss ins Volumen und ist die Frage nach der Restwandstärke, führt der Weg über den Querschnitt. Wie ein solcher Schnitt vorbereitet und ausgewertet wird, beschreibt der Beitrag „Schliffbilder an Kunststoffbauteilen: Wandstärke, Schichtaufbau und Verbundfolien im Querschnitt vermessen".

Gummi und Elastomer: Abrieb, Alterung und Dichtungsschäden beurteilen

Bei Gummi- und Elastomerteilen sieht der Schadensfall anders aus. Es bricht selten etwas ab, stattdessen versagt eine Funktion: Die Dichtung hält nicht mehr, die Lippe ist eingelaufen, das Teil ist hart geworden.

Unter dem Mikroskop zeigen sich dafür wiederkehrende Bilder. Feine, netzartige Risse auf der Oberfläche deuten auf Alterung durch Medien, Wärme oder Ozon. Eine glatt polierte Zone auf einer Dichtlippe weist auf Reibkontakt hin, eine ausgefranste Kante auf Materialausriss beim Bewegen. Abriebpartikel, die noch am Teil liegen, sind ein eigener Befund, und ihre Form trennt Verschleiß von Fremdeintrag.

Zwei Punkte gehören zur Beurteilung. Erstens die berührungslose Erfassung, weil jede Tastspitze die weiche Oberfläche verformt und ein Ergebnis erzeugt, das vom Anpressdruck abhängt. Zweitens die dokumentierten Grenzen: Eine Härteänderung ist optisch nicht messbar, und die Frage nach der Rezeptur oder nach dem eingedrungenen Medium gehört an ein Werkstofflabor. Die Mikroskopie liefert das Schadensbild und die Geometrie, nicht die chemische Aussage.

Beweisfähige Dokumentation: Bilder, Maße und Zeitstempel für Kunde und Lieferant

Der geschäftliche Nutzen der ganzen Analyse steckt in der Ausgabe. In dokumentierten Anwendungen ist der offene Reklamationsfall der häufigste Anlass für die Beschaffung, und der Maßstab ist einfach: Hält der Bericht einer Rückfrage stand?

Vier Bestandteile haben sich bewährt. Eine Übersichtsaufnahme des Teils im Anlieferzustand mit Maßstab und Teilekennzeichnung. Eine durchgehend scharfe Aufnahme der Bruchfläche oder des Rissausgangs mit Angabe von Vergrößerung und Beleuchtung. Die Messwerte, also Rissbreite, Risstiefe, Ausdehnung eines Einschlusses oder Abtragshöhe. Ein Zeitstempel und eine Ablage, die den Fall wiederfindbar macht.

Was daraus entsteht, ist mehr als ein Bericht. Wenn Bilder und Werte aus vielen Fällen vergleichbar vorliegen, entsteht mit der Zeit ein eigener Erfahrungsschatz, in dem sich ein neuer Fall einordnen lässt. Betriebe, die so arbeiten, weisen unberechtigte Ansprüche schneller zurück und finden berechtigte Fehler früher in der eigenen Prozesskette.

Die Beurteilung frisch produzierter Teile behandelt der Hauptartikel „Fehleranalyse an Spritzgussteilen: Einfallstellen, Grate, Bindenähte und Risse beurteilen und belegen". Den industriellen Rahmen spannt die Übersichtsseite „Automatisierung und Qualitätssicherung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung".

Häufige Fragen

F Wie gehe ich bei einem reklamierten Kunststoffteil vor?

Zuerst dokumentieren, dann untersuchen, dann zerlegen. Das Teil wird im Anlieferzustand aus mehreren Richtungen mit Maßstab und Teilekennzeichnung aufgenommen, danach werden Bruchfläche und Rissausgänge unter dem Mikroskop betrachtet, ohne Reinigung und ohne Kontakt. Erst anschließend wird über Reinigen, Schneiden oder Einbetten entschieden, weil diese Schritte feine Merkmale auf der Bruchfläche unwiederbringlich verändern.

F Woran erkennt man, ob ein Bruch vom Formteilfehler oder von der Belastung kommt?

Der wichtigste Hinweis ist der Bruchausgang. Startet der Bruch an einem Lufteinschluss, an einer Bindenaht oder an einem Fremdpartikel, liegt der Verdacht beim Prozess. Startet er an einer Kerbe, an einer Bohrung oder an einer Auswerfermarke, ist die Geometrie der Ansatzpunkt. Riefen, Quetschungen und Materialübertrag neben dem Bruch sprechen für Handhabung oder Einsatz.

F Wie misst man die Tiefe eines Risses in einem Kunststoffteil?

Länge und Breite lassen sich im Bild abnehmen, für die Tiefe wird die Oberfläche als Höhenbild erfasst. Ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X liefert Risstiefe, Stufenhöhe und Abtrag als Messwert. Geht der Riss ins Volumen und ist die Restwandstärke die Frage, führt der Weg über einen Querschnitt.

F Wie klein dürfen Risse sein, damit sie sicher beurteilt werden können?

In dokumentierten Anwendungen liegen die relevanten Rissbreiten bei etwa einem Zehntelmillimeter und darunter, beispielsweise bei Haarrissen an umspritzten Einlegeteilen. Wie weit die Beurteilung im konkreten Fall reicht, hängt von Material, Oberfläche und Zugänglichkeit ab und sollte am eigenen Musterteil bestätigt werden.

F Wie beurteile ich Verschleiß und Alterung an Gummi- und Elastomerteilen?

Optisch zeigen sich wiederkehrende Bilder: netzartige feine Risse als Hinweis auf Alterung, glatt polierte Zonen an einer Dichtlippe als Hinweis auf Reibkontakt, ausgefranste Kanten als Materialausriss. Der Abtrag wird als Höhenmessung erfasst, und die Messung erfolgt berührungslos, weil eine Tastspitze die weiche Oberfläche verformt. Eine Härteänderung ist optisch nicht messbar, und Fragen zur Rezeptur oder zu eingedrungenen Medien gehören an ein Werkstofflabor.

F Was gehört in eine Schadensdokumentation, die einer Reklamation standhält?

Eine Übersichtsaufnahme des Teils im Anlieferzustand mit Maßstab und Teilekennzeichnung, eine durchgehend scharfe Aufnahme des Befunds mit Angabe von Vergrößerung und Beleuchtung, die Messwerte zu Rissbreite, Risstiefe oder Abtrag sowie Zeitstempel und geordnete Ablage. Wichtig ist, dass die verwendeten Einstellungen mitgespeichert werden, damit die Aufnahme bei einer Rückfrage identisch wiederholbar ist.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Automatisierung und Qualitätssicherung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung: Der Überblick für Verarbeiter

Hauptartikel zum Thema: Fehleranalyse an Spritzgussteilen: Einfallstellen, Grate, Bindenähte und Risse beurteilen und belegen

Weiterer Artikel im Thema: Rauheit, Ebenheit und Kontur an Kunststoff und Elastomer berührungslos messen

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