Auf der Suche nach dem unsichtbaren Detail im sichtbaren Teil machen sich auch Ingenieure auf den Weg, um stählerne Materialien auf ihre definierte Wertigkeit zu überprüfen. Eine Schraube ist eben eine Schraube ist eben eine Schraube. Aber können feinste Haarrisse in ihr nicht auch zu einer Katastrophe führen? Könnte es passieren, dass stahlharte Träger dem Lauf der Zeit nicht standhalten und ihre einst so hochgelobte Zähigkeit einbüßen? Am 21. Mai 1980 stürzte so die Dachkonstruktion des Berliner Kongresszentrums ein, wobei der Einsturz nicht durch einen Statikfehler verursacht wurde, sondern durch eine fehlerhafte Konstruktion und durch Ausführungsmängel. Die ungenügende Verpressung der Hüllrohre der Spannglieder und die dadurch ausgelöste Korrosion des Spannstahls führte zu einem Versagen der Konstruktion. Ein Einzelfall, der jedoch die Bedeutung der Stahlprüfung nur betont.
Ein anderes Beispiel: Am 3. Juni 1998 entgleiste auf der Bahnstrecke Hannover–Hamburg in unmittelbarer Nähe des Bahnhofs von Eschede der ICE „Wilhelm Conrad Röntgen“ und brachte die Brücke der Rebberlaher Straße zum Einsturz. Beim ICE-Unglück von Eschede kamen 101 Menschen ums Leben. Auslöser für die Katastrophe waren ein abgerissener Radreifen und eine darauf folgende Verkettung unglücklicher Ereignisse – sagte die Presse. Der Grund für den Radreifenriss war jedoch höchstwahrscheinlich mangelhafte Wartung der ICE-Räder. Und wie immer, wenn derartige Unglücke passieren, ranken sich Gerüchte um die wahren Gründe. Bis heute ist die Unfallursache nicht hundertprozentig geklärt. Und doch verdeutlicht das Unglück die Bedeutung der Materialprüfung. Jede Achterbahn auf der Kirmes wird vom TÜV vor ihrer Inbetriebnahme geprüft und jeder Wasserkocher durchläuft ein Prüfprozedere, bevor er auf den Markt kommt. Für all diese Aufgaben sind auch Ingenieure zuständig, die sich mit hochtechnologischen Hilfsmitteln und einer gehörigen Portion Spürsinn auf die Suche nach der gefährlichen Nadel im sprichwörtlichen Heuhaufen machen.

Wie tickt ein Werkstoff?
Es gibt über 2.300 verschiedene Stahlsorten, mit unterschiedlicher Festigkeit, Verformbarkeit, Schweißneigung und mit unterschiedlichen Korrosionsverhalten. „Wer prüft, muss wirklich wissen, wie ein Werkstoff tickt, darum arbeiten bei uns auch Ingenieure der Werkstoffkunde und -technik,“ erklärt der Metall- und Röntgenphysiker Dr. Ingo Poschmann von der Essener WS Werkstoff Service GmbH. Wie er untersuchen zahlreiche Prüflabore in ganz Deutschland das Gefüge metallischer Stoffe mit modernsten Präparationstechniken und computergestützten Mikroskopen. Dabei gilt es vor allem, Wärmebehandlungszustände, Schichtsysteme, Schweißverbindungen und die Reinheit des Stahls zu überprüfen. Schrauben werden zum Beispiel mittels einer genormten Ultraschallprüfung im Bereich zwischen 0,2 bis 50 MHz kontrolliert. Jede Änderung der akustischen Eigenschaften an Grenzflächen (durch Hohlräume, Einschlüsse oder eben auch durch Risse) reflektieren den Schallimpuls und senden diesen an den Schwinger im Prüfkopf zurück. Anhand der gemessenen Zeitdifferenz kann die Lage bestimmt und der Fehler mit einer Größenordnung von ca. 0,6 mm – bei Spezialverfahren auch bis 10 ^-7 mm – erkannt werden. Auch die Bahn prüft mittels Ultraschallsonden. Und das nicht erst seit dem verheerenden Unglück im Sommer 1998. Seinerzeit meinte das Eisenbahn-Bundesamt, dass die Prüfungen ausreichend seien und die ICE-Züge – zum damaligen Zeitpunkt – bereits drei Milliarden Kilometer ohne Radsatz-Probleme abgespult hätten. Und dann kam Kilometer 3.000.000.001.

Zerstören oder nicht zerstören
Um den Stahl möglichst sensibel zu prüfen, halten die Labore noch eine Vielzahl zerstörungsfreier Techniken bereit. So können sie mit dem Rasterelektronenmikroskop bei bis zu 500.000-facher Vergrößerung jegliche Oberflächenstrukturen erkennen und unter bestimmten Voraussetzungen sogar Elementgehalte und -verläufe bestimmen. Und auch Wirbelstromprüfungen und Magnetpulverprüfungen offenbaren des Stahls harten Kern auf zarte Weise. Ganz anders geht die zerstörende Prüfung mit der Legierung aus Eisen und Eisencarbit – so die chemische Zusammensetzung des Stahls – ins Gericht. Kerbschlagbiegeversuche machen mächtig Lärm und schädigen das stählerne Teststück bereits erheblich. Dabei trifft ein Pendelhammer mit einer bestimmten kinetischen Energie auf die ungekerbte Rückseite der Probe und zerschlägt sie dabei. Im Moment des Aufschlagens auf die Probe wird so ein Teil der kinetischen Energie des Hammers durch Verformungsprozesse in der Probe absorbiert. Im Bruchteil einer Sekunde können so nach der DIN EN 10045 die Zähigkeitseigenschaften der Stoffe bestimmt werden. Ähnlich brachial geht der Zugversuch zu Werke. Dort werden Proben mit kleiner Querschnittsfläche bis zum Bruch gedehnt, wobei die Dehnung gleichmäßig, stoßfrei und mit einer geringen Geschwindigkeit geschieht. Aus allen Messergebnissen können die Stahlprofis Eigenschaften des Werkstoffes definieren und überprüfen.