Hier lernst du, wie Anlagenteile ausfallen, welche Strategien es gibt, um ihnen zuvorzukommen, und wie du mit Zahlen sagst, wie zuverlässig Tor 4 ist und wann es stehen bleibt. Leg die Karte „Instandhaltung in Begriffen und Zahlen“ daneben.
Schritt 2 von 5. Du ordnest Ausfallverhalten und Strategien, berechnest die Kennzahlen von Tor 4 und den Abnutzungsvorrat, wertest die Laufzeit-Messreihe als Trend aus und liest englische Unterlagen.
Danach: Lernangebot 4 · Kosten vergleichen, Instandhaltungsplan aufstellen
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Eine Strategie ist die Antwort auf die Frage, was den Zeitpunkt der nächsten Maßnahme auslöst: der Ausfall, der Kalender oder der gemessene Zustand.
Am Ende hast du: das Kennzahlenblatt Tor 4 mit MTBF, MTTR, Verfügbarkeit, Ausfallrate, Trend und Prognose, dazu Steckbriefe der vier Strategien mit Beispielen aus Halle W2 und die Badewannenkurve mit den Bauteilen der Halle.
Karte „Instandhaltung in Begriffen und Zahlen“: Die vier Grundmaßnahmen nach DIN 31051, die Strategien, Abnutzungsvorrat, Ausfallrate, MTBF, MTTR und Verfügbarkeit mit Formel, deutsch und englisch. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“.
Wie Bauteile ausfallen
Nicht jedes Bauteil fällt auf dieselbe Weise aus. Die Ausfallrate λ sagt, welcher Anteil der noch funktionierenden Bauteile in einer Zeitspanne ausfällt. Am Anfang ist sie oft erhöht: Bauteile mit verdeckten Fehlern fallen früh aus (Frühausfälle, early failures). Danach kommt eine lange Zeit mit kleiner, etwa gleicher Ausfallrate, in der Ausfälle zufällig auftreten (Zufallsausfälle, random failures). Am Ende steigt die Ausfallrate, weil sich Bauteile abnutzen: Kontakte brennen ab, Lager laufen ein, Kabel brechen nach vielen Biegungen (Verschleißausfälle, wear-out failures).
Für die Instandhaltung heißt das: Ein Bauteil vorsorglich zu tauschen, hilft nur, wo Verschleiß den Ausfall bestimmt. Bei Zufallsausfällen tauschst du ein gutes Teil gegen ein ebenso gutes, bei Frühausfällen sogar gegen ein frisches mit höherem Risiko.
Der Abnutzungsvorrat
DIN 31051 beschreibt Instandhaltung über den Abnutzungsvorrat: den Vorrat an möglichen Funktionserfüllungen, den eine Einheit nach Herstellung oder Instandsetzung in sich trägt. Im Betrieb baut er sich ab. Erreicht er die Abnutzungsgrenze, fällt die Einheit aus. Die vier Grundmaßnahmen greifen an verschiedenen Stellen an: Wartung verzögert den Abbau, Inspektion stellt den Zustand fest, Instandsetzung stellt den Vorrat wieder her, Verbesserung erhöht die Funktionssicherheit über den Ausgangszustand hinaus, ohne die geforderte Funktion zu ändern.
Den Vorrat selbst kann man nicht ablesen. Man braucht ein Zustandsmerkmal, das sich mit ihm ändert: bei einem Lager die Schwingung, bei einem Kontakt der Übergangswiderstand, bei einem Torantrieb die Laufzeit und der Motorstrom.
Vier Strategien
Wann instand gesetzt wird, entscheidet die Instandhaltungsstrategie. DIN EN 13306 unterscheidet die korrektive Instandhaltung nach einem Ausfall von der präventiven Instandhaltung, die einem Ausfall zuvorkommt. In der Werkstatt spricht man von vier Strategien:
| Strategie | Auslöser der Maßnahme | englisch (EN 13306) |
|---|---|---|
| ausfallorientiert | der Ausfall | corrective maintenance |
| zeitorientiert (vorbeugend) | ein festes Intervall nach Kalenderzeit, Betriebsstunden oder Schaltspielen | predetermined maintenance |
| zustandsorientiert | ein gemessener Zustand, der eine Eingreifgrenze erreicht | condition-based maintenance |
| vorausschauend | eine Prognose aus dem Trend des Zustands, wann die Grenze erreicht wird | predictive maintenance |
Kennzahlen aus dem Störungsbuch
Wie zuverlässig eine Anlage ist, beschreiben vier Kennzahlen. Die MTTR (mean time to restoration) ist die mittlere Dauer eines Ausfalls von der Meldung bis zur wiederhergestellten Funktion. Die MTBF (mean time between failures) ist die mittlere Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen. Die Verfügbarkeit A (availability) ist der Anteil der geforderten Zeit, in der die Anlage funktioniert. Die Ausfallrate λ ist der Kehrwert der MTBF.
MTTR = Σ tAn MTBF = T − Σ tAn
A = MTBFMTBF + MTTR λ = 1MTBF
T geforderte Betriebszeit im betrachteten Zeitraum in h, Σ tA Summe der Ausfallzeiten in h, n Zahl der Ausfälle.
Den Zustand messen: Laufzeit und Strom von Tor 4
Seit zehn Wochen schreibt die Kleinsteuerung -KE0 zu jeder Fahrt AUF die Laufzeit in ihren Speicher; die Elektrowerkstatt bildet daraus das Wochenmittel. Dazu misst sie einmal je Woche den Motorstrom beim Auffahren mit dem Zangenstrommesser an einer Phase. Wird die Laufschiene schwergängig, braucht der Motor mehr Kraft und mehr Zeit. Beide Werte sind deshalb Zustandsmerkmale der Mechanik. Aus einer Messreihe wird ein Trend, wenn du fragst, wie schnell sich ein Wert ändert und wann er bei gleichbleibender Änderung eine Grenze erreicht.
Erst du, dann die anderen
Die Werkstattleitung fragt: „Woran würdet ihr merken, dass Tor 4 bald ausfällt, bevor es ausfällt?“ Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Die Laufzeit aus -KE0 auswerten. Die Daten entstehen ohnehin bei jeder Fahrt, kosten keine Messzeit und zeigen einen Trend über Wochen. Der Preis: Die Laufzeit zeigt nur, was den Lauf bremst. Ein Aderbruch im Spiralkabel oder ein verschlissener Relaiskontakt kündigt sich darin nicht an.
- Den Motorstrom messen. Der Strom zeigt direkt, wie schwer der Motor arbeitet, und lässt sich mit dem Bemessungsstrom und der Einstellung des Motorschutzes vergleichen. Der Preis: Jede Messung braucht eine Fachkraft am geöffneten Steuerkasten, also Zeit, und eine Stichprobe je Woche verpasst Ausreißer.
- Hinhören und hinsehen. Bei jeder Begehung auf Geräusche, Abrieb und Spiel achten geht schnell und findet auch, was keine Messung erfasst, etwa ein gerissenes Seil oder ein eingeklemmtes Spiralkabel. Der Preis: Das Ergebnis hängt an der Person, lässt sich schlecht vergleichen und ergibt keinen Trend.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Tor 4 und Halle W2 · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Tor 4 und Halle W2
- Störungsbuch Tor 4, letzte 12 Monate
-
Nr. Monat Symptom Ursache laut Eintrag Ausfall in h Arbeit in h je Person (2 Personen) Material in € 1 Nov fährt beim Schließen wieder auf Spiralkabel Schließkante -BG5, Aderbruch 3,5 2,0 95 2 Dez schließt nicht, Ampel grün Lichtschranke -BR4 verschmutzt 1,0 0,5 0 3 Jan bleibt stehen, Störung Motorschutz -FC3 ausgelöst, Laufschiene schwergängig 6,0 3,5 40 4 Feb schließt nicht, Ampel grün Lichtschranke -BR4 verschmutzt 0,5 0,5 0 5 Apr öffnet nicht Koppelrelais -KF1, Kontakt verschlissen 2,5 1,5 18 6 Jun fährt nicht ganz auf, Laufzeit Endschalter -BG1 verstellt 1,5 1,0 0 7 Aug fährt beim Schließen wieder auf Spiralkabel Schließkante -BG5, Aderbruch 4,0 2,0 95 Ausfall: von der Meldung bis wieder betriebsbereit.
- Geforderte Betriebszeit Tor 4
- rund um die Uhr: 24 h × 365 = 8.760 h im Jahr · Wunsch der Werkstattleitung: höchstens 8 h Ausfall im Jahr
- Laufzeit-Messreihe aus -KE0 (Wochenmittel) und Motorstrom (Stichprobe)
-
Woche 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Laufzeit AUF in s 23,9 24,0 24,0 24,1 24,3 24,4 24,7 24,9 25,2 25,4 Motorstrom AUF in A 1,27 1,28 1,28 1,29 1,30 1,31 1,33 1,34 1,36 1,37 - Werte aus der Inbetriebnahme in Lernfeld 3
- Laufzeit AUF 23,2 s · Laufzeitüberwachung 27,0 s · Motorstrom AUF 1,25 A · Motor -MA1 0,55 kW, 400 V Stern, Bemessungsstrom 1,45 A · Motorschutzschalter -FC3 eingestellt auf 1,45 A · im Winter läuft das Tor 10 % langsamer
- Fahrten von Tor 4
- -KE0 zählt im Mittel 40 Fahrten AUF je Tag
- Hallenbeleuchtung alt
- 96 Lichtbandleuchten 2 × 58 W T8 mit konventionellem Vorschaltgerät und Starter, 192 Lampen, 32 Leuchten je Zone
- Hallenbeleuchtung neu (Teil 5, Datenblatt)
- LED-Hallenleuchte · rated life L80 B10 50,000 h · driver failure rate 0.2 % per 1,000 h
Alle Werte zu Halle W2 sind Unterrichtswerte. Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Kennzahlenblatt Tor 4 und Strategiesteckbriefe Halle W2
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es enthält
- MTTR, MTBF, Verfügbarkeit und Ausfallrate von Tor 4 mit Formel, eingesetzten Werten, Einheit und einem Satz Deutung
- die Laufzeit-Messreihe als Diagramm mit Grenze, Zunahme je Woche, Prognose, Winterbetrachtung, Strombefund und Abnutzungsvorrat
- vier Strategiesteckbriefe mit Auslöser, Beispiel aus Halle W2, Vorzug, Preis und englischem Begriff
- die Badewannenkurve mit Leuchtstofflampe, LED-Leuchte, Spiralkabel und Koppelrelais
- die übersetzten Begriffe nach EN 13306 und das Intervall aus dem Wartungsplan des Torherstellers
Zur Dokumentation
Eine Seite Kennzahlen mit Diagramm, eine Seite Steckbriefe. Jede Zahl hat ihre Herkunft (Störungsbuch, -KE0, Datenblatt oder eigene Rechnung), jede Einordnung einen Satz, weshalb. Gerechnet wird in einer Tabellenkalkulation, damit neue Wochenwerte den Trend sofort fortschreiben.
Kennzahlen und Steckbriefe gehen in Lernangebot 4 in den Kostenvergleich und in den Instandhaltungsplan. Zusammen mit den Ergebnissen aus Teil 1 werden sie zu Meilenstein M1 im Kreuzreview von einem anderen Team abgenommen.
3.1Ordne das Ausfallverhalten von Bauteilen der Halle W2 in die Badewannenkurve ein
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Aufgabe 3.1
Ordne das Ausfallverhalten von Bauteilen der Halle W2 in die Badewannenkurve ein:
- Beschreibe die drei Abschnitte der Badewannenkurve mit je einer typischen Ursache.
- Ordne die Leuchtstofflampe mit Starter, die LED-Hallenleuchte, das Spiralkabel -WG5 der Schließkante und das Koppelrelais -KF1 in die Kurve ein.
- Begründe jede Einordnung mit einem Satz.
- Erkläre, weshalb der Rückgang des Lichtstroms einer LED-Leuchte bis L80 kein Ausfall nach DIN EN 13306 ist.
- Leite ab, in welchem Abschnitt der Kurve ein vorsorglicher Tausch etwas bringt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leuchtstofflampe · LED-Beleuchtung · Lampen-Überlebensfaktor · Instandhaltung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
3.2Unterscheide die vier Instandhaltungsstrategien an Beispielen aus Halle W2
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Aufgabe 3.2
Unterscheide die vier Instandhaltungsstrategien an Beispielen aus Halle W2:
- Beschreibe die ausfallorientierte, die zeitorientierte, die zustandsorientierte und die vorausschauende Instandhaltung mit je einem Satz.
- Nenne für jede Strategie, was den Zeitpunkt der Maßnahme auslöst.
- Ordne jeder Strategie ein Beispiel aus Halle W2 zu.
- Nenne für jede Strategie einen Vorzug und einen Preis.
- Ordne die sieben Einträge im Störungsbuch von Tor 4 einer Strategie und einer Grundmaßnahme nach DIN 31051 zu.
| Strategie | Auslöser | Beispiel Halle W2 | Vorzug | Preis |
|---|---|---|---|---|
| ausfallorientiert | ||||
| zeitorientiert (vorbeugend) | ||||
| zustandsorientiert | ||||
| vorausschauend |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Instandhaltung · Instandsetzung · Wartung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.3Berechne die Kennzahlen von Tor 4 aus dem Störungsbuch
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Aufgabe 3.3
Berechne die Kennzahlen von Tor 4 aus dem Störungsbuch:
- Berechne die mittlere Ausfalldauer MTTR.
- Berechne die mittlere Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen MTBF in Stunden und in Tagen.
- Berechne die Verfügbarkeit A und prüfe sie mit einer zweiten Rechnung.
- Berechne die Ausfallrate λ je 1.000 h.
- Berechne die Verfügbarkeit, die Tor 4 mit dem Wunsch der Werkstattleitung von höchstens 8 h Ausfall im Jahr hätte.
- Beurteile deine Verfügbarkeit aus Sicht der Werkstattleitung, die rund um die Uhr ein Tor braucht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: statistische Auswertung · Qualitätsmanagement
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.4Bestimme den Abnutzungsvorrat der Mechanik von Tor 4 aus der Laufzeit
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Aufgabe 3.4
Bestimme den Abnutzungsvorrat der Mechanik von Tor 4 aus der Laufzeit:
- Erkläre den Abnutzungsvorrat und die Abnutzungsgrenze nach DIN 31051 am Bild oben.
- Erkläre, weshalb die Laufzeit AUF ein Zustandsmerkmal für die Mechanik von Tor 4 ist.
- Berechne den Abnutzungsvorrat in Woche 1 und in Woche 10, wenn die Laufzeit der Inbetriebnahme für 100 % und die Laufzeitüberwachung für die Abnutzungsgrenze steht.
- Ordne zu, welche Grundmaßnahme den Abbau verzögert, welche den Vorrat feststellt, welche ihn wiederherstellt und welche ihn erhöht.
- Beurteile, ob die Laufzeit auch einen beginnenden Aderbruch im Spiralkabel -WG5 ankündigt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Instandhaltung · Wartung · Instandsetzung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.5Werte die Laufzeit-Messreihe von Tor 4 als Trend aus
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Aufgabe 3.5
Werte die Laufzeit-Messreihe von Tor 4 als Trend aus:
- Beschreibe den Verlauf von Laufzeit und Motorstrom über die zehn Wochen.
- Berechne die Zunahme der Laufzeit je Woche in den Wochen 1 bis 5 und in den Wochen 6 bis 10.
- Berechne, nach wie vielen Wochen die Laufzeit die Laufzeitüberwachung erreicht, wenn die Zunahme der letzten Wochen anhält.
- Berechne die Laufzeit von Woche 10 unter Winterbedingungen und vergleiche sie mit der Laufzeitüberwachung.
- Berechne den Motorstrom von Woche 10 in Prozent des Bemessungsstroms und seinen Anstieg seit der Inbetriebnahme.
- Vergleiche eine Ausgleichsgerade über alle zehn Wochen mit deinem Trend und bewerte, welche Prognose für die Planung taugt.
- Entscheide, bis wann die Wartung an Tor 4 spätestens stattfinden muss.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Datenlogger · Diagramme · Zangenstrommessung · statistische Auswertung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.6Arbeite mit englischen Unterlagen zur Instandhaltung
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Aufgabe 3.6
Maintenance schedule · industrial sectional door with electric operator (Auszug aus dem Wartungsplan des Torherstellers, englisch, herstellerneutral)
| Item | Text |
|---|---|
| Maintenance interval | every 12 months or 20,000 cycles, whichever comes first |
| Personnel | maintenance by a competent person only |
| 1 | Isolate the operator from the mains, lock it off and secure the door leaf against movement before you start. |
| 2 | Inspect springs, cables, rollers and hinges for wear and damage. Replace worn parts. |
| 3 | Clean the tracks. Lubricate rollers and the bearings of the door shaft. |
| 4 | Inspect the safety edge and its spiral cable for damage. Check that the door reverses when the safety edge is activated. |
| 5 | Clean the lenses of the photo cell and check its alignment. |
| 6 | Measure the operating time OPEN and the motor current. Compare them with the values recorded at commissioning. |
| 7 | Record all checks and work in the door logbook. |
Arbeite mit englischen Unterlagen zur Instandhaltung:
- Übersetze die englischen Begriffe in der Tabelle in deutsche Fachbegriffe nach DIN EN 13306 und DIN 31051.
- Gib zu jedem Begriff ein Beispiel aus Halle W2 an.
- Übersetze die Punkte 1 bis 7 des Wartungsplans sinngemäß ins Deutsche.
- Erkläre die Bedingung „whichever comes first“.
- Berechne, nach wie vielen Monaten Tor 4 die 20,000 cycles erreicht.
- Entscheide, welches Intervall für Tor 4 gilt.
- Ordne jedem Punkt des Wartungsplans eine Grundmaßnahme nach DIN 31051 zu.
| englischer Begriff (EN 13306) | deutscher Fachbegriff | Beispiel aus Halle W2 |
|---|---|---|
| failure | ||
| fault | ||
| degradation | ||
| corrective maintenance | ||
| preventive maintenance | ||
| predetermined maintenance | ||
| condition-based maintenance | ||
| predictive maintenance | ||
| inspection | ||
| repair | ||
| improvement | ||
| availability | ||
| mean time between failures (MTBF) | ||
| mean time to restoration (MTTR) |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Instandhaltung · Wartung · Betriebsanleitung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
3.7Stellt das Kennzahlenblatt Tor 4 und die Strategiesteckbriefe für Halle W2 zusammen
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Aufgabe 3.7
Stellt das Kennzahlenblatt Tor 4 und die Strategiesteckbriefe für Halle W2 zusammen:
- Tragt MTTR, MTBF, Verfügbarkeit und Ausfallrate mit Rechenweg in ein Kennzahlenblatt Tor 4 ein.
- Ergänzt das Kennzahlenblatt um Trenddiagramm, Prognose, Winterbetrachtung, Strombefund und Abnutzungsvorrat.
- Schreibt für jede der vier Strategien einen Steckbrief mit Auslöser, Beispiel aus Halle W2, Vorzug, Preis und englischem Begriff.
- Zeichnet die Badewannenkurve und tragt Leuchtstofflampe, LED-Leuchte, Spiralkabel und Koppelrelais ein.
- Formuliert in zwei Sätzen, was die Werkstattleitung aus den Kennzahlen lernen soll.
- Prüft, ob ein anderes Team eure Zahlen ohne Rückfrage nachrechnen kann.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: statistische Auswertung · Dokumentation · Instandhaltung
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Die Kleinsteuerung -KE0 war eine Woche lang stromlos, weil im Hallenverteiler gearbeitet wurde. Gesichert waren nur die Wochenwerte bis Woche 8; die Laufzeiten der Wochen 9 und 10 standen noch in einem Speicherbereich, der ohne Spannung verloren geht. Deine Messreihe endet jetzt mit Woche 8.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, wie sich deine Prognose ändert, wenn nur die Wochen 1 bis 8 vorliegen.
- Entscheide, ob die Wartung trotzdem vor dem Winter stattfinden muss.
- Begründe, was die Elektrowerkstatt an der Datenerfassung in -KE0 ändern sollte.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.