Wer eine Maschine alle zwölf Monate wartet, weil der Hersteller das empfiehlt, tauscht manchmal Teile aus, die noch Jahre halten würden — und verpasst gleichzeitig den beginnenden Lagerschaden, der sich zwischen zwei Wartungsterminen unbemerkt entwickelt. Zeitbasierte Instandhaltung schützt nicht vor Ausfällen, sie verteilt Wartungsaufwand nach Kalender, nicht nach Bedarf.
Zustandsorientierte Instandhaltung setzt an einem anderen Punkt an. Statt nach festen Intervallen zu warten, überwacht sie den tatsächlichen Zustand der Anlage kontinuierlich oder periodisch und leitet Wartungsmaßnahmen nur dann ein, wenn Messwerte Grenzwerte überschreiten oder Trends auf einen bevorstehenden Ausfall hinweisen. Das Ergebnis sind weniger ungeplante Stillstände, längere Nutzungsdauer von Bauteilen und Wartungskosten, die sich am tatsächlichen Bedarf orientieren.
Gleichzeitig ist zustandsorientierte Instandhaltung kein einfaches Plug-and-Play-Konzept. Sie erfordert die richtige Messtechnik, eine durchdachte Datenerfassung und qualifiziertes Personal für die Interpretation der Messwerte. Wer diese Voraussetzungen unterschätzt, investiert in Sensorik, die keine verwertbaren Entscheidungsgrundlagen liefert.
In diesem Artikel erfahren Sie, wie zustandsorientierte Instandhaltung funktioniert, welche Messtechnik zum Einsatz kommt, welche Praxisbeispiele aus Gewerbe und Industrie zeigen, wo der Ansatz seinen größten Nutzen entfaltet, und wo seine Grenzen liegen.
Instandhaltungsstrategien im Überblick: Von reaktiv zu prädiktiv
Bevor zustandsorientierte Instandhaltung sinnvoll eingeführt werden kann, ist es hilfreich, sie im Kontext der anderen verfügbaren Strategien zu verstehen. Jede Strategie hat ihre Berechtigung — die Frage ist, welche für welche Anlage und welchen Betrieb die richtige ist.
Reaktive Instandhaltung: Reparieren nach dem Ausfall
Reaktive Instandhaltung bedeutet: Es wird gewartet, bis eine Komponente ausfällt, und dann repariert. Für nicht kritische Anlagen mit kurzen Reparaturzeiten und geringen Ausfallfolgekosten kann das durchaus wirtschaftlich sein. Für Anlagen, deren Ausfall die Produktion unterbricht, ist reaktive Instandhaltung die teuerste Strategie, weil Stillstandszeiten ungeplant, Ersatzteile nicht verfügbar und Reparaturteams nicht eingeplant sind.
Zeitbasierte Instandhaltung: Warten nach Plan
Zeitbasierte Instandhaltung folgt festen Intervallen, unabhängig vom tatsächlichen Zustand der Anlage. Sie ist planbar, einfach zu organisieren und für viele Anlagen der Standard. Der Nachteil liegt in ihrer Ungenauigkeit. Teile werden getauscht, die noch lange halten würden, während Fehler, die sich zwischen zwei Terminen entwickeln, unentdeckt bleiben. Branchenauswertungen zur Instandhaltungspraxis zeigen konsistent, dass viele Betriebe keine ausreichende Transparenz über ihre tatsächlichen Anlagenzustände haben und Stillstände nicht vollständig in Zeit und Kosten erfassen können. Genau hier setzt zustandsorientierte Instandhaltung an.
Zustandsorientierte Instandhaltung: Warten nach Bedarf
Zustandsorientierte Instandhaltung, international als Condition Based Maintenance (CBM) bekannt, überwindet die Intervalllogik. Wartungsmaßnahmen werden nicht nach Kalender, sondern nach dem tatsächlichen Zustand der Anlage eingeleitet. DIN EN 13306 definiert zustandsorientierte Instandhaltungsmaßnahmen als vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen, die von der Überwachung und Bewertung der physikalischen Parameter einer Einheit abhängen.
Das bedeutet: Erst wenn Messwerte definierte Grenzwerte überschreiten oder Trends einen bevorstehenden Ausfall anzeigen, wird eine Wartungsmaßnahme ausgelöst. Teile, die noch in einwandfreiem Zustand sind, werden nicht getauscht. Teile, die sich verschlechtern, werden rechtzeitig erkannt und planbar getauscht, bevor sie ausfallen.
Grundprinzip der zustandsorientierten Instandhaltung
Zustandsorientierte Instandhaltung folgt einer einfachen Logik: Wartung dort, wo sie nötig ist, und nicht dort, wo der Kalender es vorschreibt. Das Grundprinzip ist klar, die technische Umsetzung erfordert jedoch eine durchdachte Vorgehensweise.
Was CBM bedeutet und wie es funktioniert
Condition Based Maintenance (CBM) basiert auf der kontinuierlichen oder periodischen Erfassung von Betriebsparametern einer Anlage. Sensoren messen physikalische Größen wie Vibration, Temperatur, Stromaufnahme, Druck oder Ölqualität. Diese Messwerte werden mit definierten Referenzwerten verglichen, die den normalen Betriebszustand beschreiben. Sobald ein Messwert einen definierten Schwellenwert überschreitet oder ein Trend auf eine Verschlechterung hinweist, wird eine Wartungsmaßnahme ausgelöst.
Der entscheidende Unterschied zur zeitbasierten Instandhaltung liegt darin, dass die Wartung nicht stattfindet, weil ein Datum im Kalender erreicht ist, sondern weil die Anlage selbst durch ihre Messwerte signalisiert, dass Handlungsbedarf besteht. Teile, die noch in einwandfreiem Zustand sind, werden nicht getauscht. Teile, die sich messbar verschlechtern, werden rechtzeitig erkannt.
Schwellenwerte und Alarmgrenzen definieren
Das Herzstück eines CBM-Systems sind die Schwellenwerte. Sie definieren, ab welchem Messwert eine Aktion ausgelöst wird. Typischerweise werden zwei Grenzwerte definiert: ein Warngrenzwert, der auf eine beginnende Verschlechterung hinweist und eine erhöhte Überwachungsfrequenz oder eine geplante Inspektion auslöst, und ein Alarmgrenzwert, der eine unmittelbare Instandhaltungsmaßnahme erfordert.
Die Festlegung dieser Schwellenwerte ist anspruchsvoll und erfordert Kenntnisse des normalen Betriebsverhaltens der Anlage. Zu enge Schwellenwerte erzeugen Fehlalarme und untergraben das Vertrauen in das System. Zu weite Schwellenwerte erkennen Probleme zu spät. Idealerweise werden Schwellenwerte auf Basis einer dokumentierten Baseline des normalen Betriebszustands und der Herstellervorgaben für kritische Grenzwerte festgelegt.
Condition Monitoring vs. Predictive Maintenance: Was ist der Unterschied
Condition Monitoring und Predictive Maintenance werden häufig synonym verwendet, beschreiben aber unterschiedliche Reifegrade desselben Ansatzes. Condition Monitoring überwacht den aktuellen Zustand einer Anlage und schlägt Alarm, wenn ein Schwellenwert überschritten wird. Es beantwortet die Frage: Wie ist der Zustand jetzt?
Predictive Maintenance geht einen Schritt weiter. Auf Basis von Trendanalysen und, in fortgeschrittenen Systemen, maschinellen Lernverfahren prognostiziert es, wann ein Ausfall eintreten wird. Es beantwortet die Frage: Wann wird ein Problem auftreten? DIN EN 13306 definiert vorausschauende Instandhaltungsmaßnahmen als Handlungen, die abhängig von einer Prognose eingeleitet werden, die auf Trendanalysen oder der Auswertung maßgeblicher Parameter basiert. Für viele Betriebe ist der Einstieg über Condition Monitoring der praktikablere erste Schritt.
Messtechnik und Überwachungsparameter
Die Qualität einer zustandsorientierten Instandhaltung steht und fällt mit der Messtechnik. Wer die falschen Parameter überwacht oder mit ungeeigneten Sensoren arbeitet, erhält Daten, aus denen sich keine belastbaren Entscheidungen ableiten lassen.
Vibrationsanalyse und Schwingungsdiagnostik
Vibrationsanalyse ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden der zustandsorientierten Instandhaltung. Rotierende Maschinen wie Motoren, Pumpen und Getriebe entwickeln bei beginnendem Verschleiß charakteristische Veränderungen in ihren Vibrationsprofilen. Lagerschäden, Unwuchten und Ausrichtungsfehler lassen sich durch Analyse der Frequenzspektren frühzeitig erkennen, lange bevor ein hörbarer Defekt entsteht. Dafür werden Beschleunigungssensoren an kritischen Messpunkten montiert und die erfassten Signale mit Referenzspektren verglichen.
Temperaturüberwachung und Thermografie
Erhöhte Temperaturen an elektrischen Verbindungen weisen auf erhöhte Übergangswiderstände hin, überhöhte Motortemperaturen können auf Überlastung oder beginnende Wicklungsschäden hindeuten. Für die kontinuierliche Überwachung werden Temperatursensoren direkt an Komponenten montiert. Für periodische Inspektionen bietet sich die Infrarot-Thermografie an, die Temperaturverteilungen berührungslos erfasst. Die Kombination beider Methoden ist in der Praxis besonders wirksam.
Weitere Parameter: Stromaufnahme, Druck, Ölqualität
Die Stromaufnahme eines Elektromotors ist ein empfindlicher Indikator für mechanische Probleme. Druckmessungen erkennen Leckagen in hydraulischen und pneumatischen Systemen frühzeitig. Ölqualitätsanalysen erfassen Partikelkonzentrationen und Viskositätsveränderungen als Hinweise auf Getriebeverschleiß. Die Auswahl der zu überwachenden Parameter hängt vom Anlagentyp und den typischen Ausfallmechanismen ab.
Technische Umsetzung: Sensoren, Datenerfassung und Auswertung
Das Messprinzip ist verstanden, die Parameter sind ausgewählt. Jetzt stellt sich die praktische Frage: Wie werden Sensordaten erfasst, übertragen und zu belastbaren Entscheidungsgrundlagen verarbeitet?
Sensortechnik und Messpunkte auswählen
Die Auswahl der Sensoren und ihrer Montagepositionen ist der erste technische Schritt. Für Vibrationsüberwachung werden Beschleunigungssensoren möglichst nahe an den Lagerstellen montiert, weil das Signal mit zunehmendem Abstand an Informationsgehalt verliert. Für Temperaturüberwachung müssen Sensoren thermisch gut an die zu überwachende Komponente gekoppelt sein, um träge Messwerte zu vermeiden.
Für neue Anlagen lassen sich Sensoren von Anfang an in das Maschinenkonzept integrieren. Für bestehende Anlagen ist die Nachrüstung in vielen Fällen möglich, erfordert aber eine sorgfältige Analyse der Zugänglichkeit und der Montagemöglichkeiten. Kabelgebundene Sensoren bieten in der Regel höhere Signalqualität, wireless Sensoren bieten mehr Flexibilität bei der Nachrüstung.
Datenerfassung und Übertragung
Erfasste Sensordaten müssen gespeichert und ausgewertet werden. Dafür gibt es verschiedene Architekturansätze. Bei lokaler Datenverarbeitung werden Sensordaten direkt im Schaltschrank oder auf einem Industrie-PC vor Ort verarbeitet. Das reduziert Reaktionszeiten und minimiert Sicherheitsrisiken durch externe Kommunikation. Bei Cloud-basierter Auswertung werden Daten über das Netzwerk an eine externe Plattform übertragen, was mehr Rechenleistung und einfachere Skalierbarkeit bietet, aber eine zuverlässige Netzwerkverbindung und sorgfältige Datenschutzkonfiguration voraussetzt.
Für viele mittelständische Betriebe ist ein hybrider Ansatz sinnvoll: kritische Schwellenwertüberwachung läuft lokal für sofortige Reaktion, komplexere Trendanalysen laufen auf einem Server oder in der Cloud.
Auswertung: Von Schwellenwerten zu KI-gestützter Prognose
Die einfachste Form der Auswertung ist die Schwellenwertüberwachung: Überschreitet ein Messwert einen definierten Grenzwert, wird ein Alarm ausgelöst. Das ist technisch unkompliziert und für viele Anwendungsfälle ausreichend.
Die nächste Stufe ist die Trendanalyse. Statt nur den aktuellen Messwert zu betrachten, wird der zeitliche Verlauf ausgewertet. Ein Vibrationswert, der noch unterhalb des Alarmgrenzwerts liegt, aber seit drei Monaten kontinuierlich steigt, liefert eine frühere Warnung als eine reine Schwellenwertüberwachung. Fortgeschrittene Systeme nutzen maschinelle Lernverfahren, um aus historischen Daten charakteristische Muster vor Ausfällen zu erkennen und Restlebensdauern zu prognostizieren. Diese Stufe ist technisch anspruchsvoll und erfordert ausreichend Datenhistorie, um die Modelle zuverlässig zu trainieren.
Praxisbeispiele aus Gewerbe und Industrie
Zustandsorientierte Instandhaltung ist kein abstraktes Konzept. Sie wird in konkreten Anlagen und Betrieben eingesetzt, mit messbarem Nutzen. Die folgenden Beispiele zeigen, wo der Ansatz besonders wirkungsvoll ist.
Elektromotoren und Antriebstechnik überwachen
Elektromotoren gehören zu den am häufigsten überwachten Komponenten in der zustandsorientierten Instandhaltung. Sie sind in nahezu jedem Betrieb vorhanden, ihr Ausfall unterbricht häufig ganze Prozesse und ihre typischen Ausfallmechanismen wie Lagerverschleiß, Wicklungsschäden und Überhitzung erzeugen gut messbare Vorzeichen.
Für die Überwachung von Elektromotoren werden typischerweise Vibrationssensoren an den Lagergehäusen und Temperatursensoren an der Motoroberfläche oder am Wicklungspaket kombiniert. Steigt die Lagertemperatur bei gleichbleibender Last über einen Zeitraum von Wochen kontinuierlich an, kann das auf beginnenden Lagerverschleiß hinweisen. Eine zusätzliche Veränderung im Vibrationsspektrum in den für Lagerschäden charakteristischen Frequenzbereichen bestätigt den Befund. Das Lager kann dann im Rahmen eines geplanten Stillstandsfensters getauscht werden, bevor es zum ungeplanten Ausfall kommt.
Pumpen und Lüftungsanlagen
Pumpen und Lüftungsanlagen sind typische Kandidaten für zustandsorientierte Instandhaltung, weil sie häufig kontinuierlich laufen, mechanisch beansprucht werden und im Ausfall kritische Versorgungsfunktionen unterbrechen. Bei Pumpen sind Lagerverschleiß, Kavitation und Dichtungsverschleiß die häufigsten Ausfallursachen. Kavitation, also die Bildung und das Kollabieren von Dampfblasen in der Flüssigkeit, erzeugt charakteristische Geräusche und Vibrationen, die durch Schwingungsanalyse erkennbar sind.
Für Lüftungsanlagen bieten sich neben Vibrationssensoren an Ventilatoren und Lagern auch Druckmessungen an. Ein abfallender Differenzdruck über einen Luftfilter hinaus kann auf Verschmutzung hinweisen, bevor die Anlage in ihrer Leistung messbar nachlässt.
Elektrische Anlagen und Schaltschranküberwachung
Auch elektrische Anlagen und Schaltschränke lassen sich zustandsorientiert überwachen. Die Überwachung der Innentemperatur im Schaltschrank ist eine einfache, aber wirkungsvolle Maßnahme. Überschreitet die Schaltschranktemperatur dauerhaft kritische Werte, werden elektronische Komponenten thermisch beansprucht und ihre Lebensdauer verkürzt. Einfache Temperatursensoren mit Grenzwertmeldung können hier mit geringem Aufwand eingesetzt werden.
Für kritische Anlagen lässt sich die Stromaufnahme einzelner Verbraucher kontinuierlich überwachen. Veränderungen im Strombedarf bei gleichbleibender Last sind ein frühes Anzeichen für mechanische Probleme im angeschlossenen Antrieb. In Kombination mit periodischen Thermografieprüfungen der elektrischen Verbindungen entsteht ein umfassendes Bild des elektrischen Anlagenzustands.
Grenzen, Risiken und Einführungsempfehlungen
Zustandsorientierte Instandhaltung hat klare Vorteile, aber auch klare Grenzen. Wer sie kennt, kann realistische Erwartungen setzen und typische Einführungsfehler vermeiden.
Was Condition Monitoring nicht leistet
Condition Monitoring überwacht nur die Komponenten, an denen Sensoren installiert sind. Fehler an nicht überwachten Anlagenteilen bleiben unsichtbar. Das klingt trivial, hat aber praktische Konsequenzen: Wer sein Monitoring-Konzept auf die offensichtlichsten Komponenten beschränkt, schafft blinde Flecken an Stellen, die ebenfalls kritisch sein können.
Ein weiteres Risiko liegt in der Datenqualität. Fehlerhafte Sensoren, lose Messpunkte oder Störeinflüsse erzeugen fehlerhafte Messwerte. Werden diese nicht erkannt, führen sie entweder zu Fehlalarmen oder zu übersehenen Problemen. Aus der Instandhaltungspraxis und der Risikoforschung ist bekannt, dass Condition Monitoring wegen der Komplexität realer Anlagen und ihrer Fehlermechanismen keine vollständige Absicherung bieten kann. Fehler an nicht überwachten Komponenten und fehlerhafte Datensätze bleiben blinde Flecken, die auch ein ausgereiftes Monitoring-System nicht eliminiert. Zeitbasierte und zustandsorientierte Instandhaltung ergänzen sich, keine der beiden Strategien ersetzt die andere vollständig.
Typische Fehler bei der Einführung
Der häufigste Fehler bei der Einführung von Condition Monitoring ist die Überdimensionierung. Betriebe installieren Sensoren an zu vielen Komponenten gleichzeitig, ohne dass die Kapazität vorhanden ist, die erzeugte Datenmenge sinnvoll auszuwerten. Das Ergebnis ist ein System, das Alarme erzeugt, die niemand interpretiert.
Ein weiterer häufiger Fehler ist das Fehlen einer dokumentierten Baseline. Ohne einen definierten Referenzzustand im Normalbetrieb lassen sich Grenzwerte nicht sinnvoll festlegen. Schwellenwerte, die ohne Kenntnis des normalen Betriebsverhaltens gesetzt werden, führen entweder zu dauernden Fehlalarmen oder zu zu großzügigen Grenzen, die Probleme zu spät erkennen.
Schrittweise Einführung für den Mittelstand
Als anerkannte Vorgehensweise für die Einführung von Condition Monitoring gilt ein schrittweiser Ansatz, der sich in der Instandhaltungspraxis bewährt hat. Der erste Schritt ist die Identifikation der kritischsten Anlagen und ihrer häufigsten Ausfallursachen. Für diese Anlagen wird ein Monitoring-Konzept entwickelt, das die relevanten Parameter mit geeigneter Messtechnik erfasst.
Im zweiten Schritt wird der Normalbetrieb dokumentiert und Schwellenwerte werden auf Basis dieser Baseline festgelegt. Erst wenn das System zuverlässig arbeitet und das Personal in der Interpretation der Daten geschult ist, wird es auf weitere Anlagen ausgedehnt. Dieser inkrementelle Ansatz vermeidet Überforderung und schafft schrittweise die Datenbasis, die für weiterführende Analysen wie Trendauswertung und Predictive Maintenance notwendig ist.
Zustandsorientierte Instandhaltung lohnt sich — wenn sie durchdacht eingeführt wird
Wer seine Anlagen nach Kalender wartet, hat einen Plan. Aber keinen Schutz vor den Ausfällen, die zwischen zwei Terminen entstehen. Zustandsorientierte Instandhaltung schließt diese Lücke: Sie überwacht den tatsächlichen Zustand, erkennt Verschlechterungen frühzeitig und ermöglicht Wartungsmaßnahmen genau dann, wenn sie nötig sind.
Der Nutzen ist real: weniger ungeplante Stillstände, längere Bauteillebensdauer und Wartungsaufwand, der sich am tatsächlichen Bedarf orientiert. Gleichzeitig ist der Ansatz kein Selbstläufer. Blinde Flecken an nicht überwachten Komponenten, fehlerhafte Schwellenwerte und überdimensionierte Einführungsprojekte sind die häufigsten Ursachen dafür, dass Condition-Monitoring-Projekte hinter ihren Erwartungen zurückbleiben.
Die wichtigsten Erkenntnisse aus diesem Artikel auf einen Blick:
- Zustandsorientierte Instandhaltung löst zeitbasierte Instandhaltung nicht ab, sondern ergänzt sie. Beide Strategien haben ihre Berechtigung je nach Anlage und Ausfallmechanismus.
- Condition Monitoring überwacht den aktuellen Zustand. Predictive Maintenance prognostiziert zusätzlich künftige Ausfälle auf Basis von Trendanalysen. Der Einstieg über Condition Monitoring ist für die meisten Betriebe der praktikablere erste Schritt.
- Vibration, Temperatur und Stromaufnahme sind die wichtigsten Überwachungsparameter für elektrische Anlagen und Antriebstechnik. Die Auswahl hängt vom Anlagentyp und den typischen Ausfallmechanismen ab.
- Schwellenwerte müssen auf Basis einer dokumentierten Baseline des Normalbetriebs festgelegt werden. Ohne diese Grundlage sind Grenzwerte nicht belastbar.
- Eine schrittweise Einführung — beginnend mit den kritischsten Anlagen — ist der empfohlene Ansatz für mittelständische Betriebe, um Überforderung zu vermeiden und schrittweise Erfahrung aufzubauen.
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