Das Alter einer Maschine allein sagt wenig darüber aus, ob sie noch für ihren Einsatzzweck geeignet ist. In vielen Betrieben verfügen Maschinen auch nach mehr als zehn Jahren noch über eine steife Konstruktion, eine intakte Mechanik und ausreichende Genauigkeit. Die Schwachstellen liegen häufig in der Steuerung, den Antrieben, den Schutzeinrichtungen oder fehlenden Prozessdaten.

Die Entscheidung zwischen Modernisierung und Ersatz sollte sich auf die Störungshistorie, die Ersatzteilverfügbarkeit, Prozessmessungen und eine Risikobeurteilung stützen. Die folgenden Anzeichen sprechen dafür, dass ein Austausch der gesamten Linie verfrüht sein könnte.

1. Die Mechanik ist intakt, doch kurze Stillstände häufen sich

Eine einzelne Störung sagt wenig über den Zustand einer Maschine aus. Aussagekräftiger ist die Entwicklung folgender Kennzahlen:

• Anzahl der Stillstände pro Schicht,
• Dauer der Störungsbehebung,
• Häufigkeit notwendiger Steuerungsresets,
• Anzahl der Produktstaus,
• Zeit bis zur Wiederaufnahme der Produktion,
• Ausschussmenge beim Anfahren.

Sind Maschinenrahmen, Führungen, Getriebe und die wesentlichen mechanischen Baugruppen in gutem Zustand, während die meisten Stillstände durch Sensoren, Aktoren oder die Steuerung verursacht werden, ist ein Austausch der gesamten Maschine in der Regel nicht gerechtfertigt.

In diesem Fall kann eine Modernisierung folgende Maßnahmen umfassen:

• Austausch von Sensoren und Pneumatikkomponenten,
• Überarbeitung der elektrischen Installation,
• Austausch der SPS und des HMI-Bediengeräts,
• Verbesserung der Störmeldungen und Diagnosefunktionen,
• Nachrüstung von Strom-, Temperatur- oder Schwingungsmessungen,
• Erfassung der Stillstandsursachen.

Als Entscheidungsgrundlage sollten Betriebsdaten aus mindestens mehreren Wochen vorliegen. Verfügbarkeit, Qualität, Leistung und Stillstandszeiten gehören zu den standardisierten Produktionskennzahlen der Normenreihe ISO 22400.

Das bloße Protokollieren von Störmeldungen reicht nicht aus. Eine Meldung wie „Maschinenfehler“ hilft der Instandhaltung kaum weiter. Eine aussagekräftige Meldung benennt den betroffenen Anlagenbereich, die Komponente, die auslösende Abschaltbedingung und die für die Diagnose relevanten Signalzustände.

Eine sinnvolle Ergänzung ist die Zustandsüberwachung. Messungen von Schwingungen, Temperatur, Motorstrom oder Ölzustand können sich anbahnende Schäden erkennen lassen, bevor die Maschine ausfällt. Den Einsatz solcher Verfahren in der Instandhaltung beschreibt unter anderem das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology.

2. Automatisierungskomponenten sind abgekündigt oder schwer verfügbar

Die Mechanik einer Maschine kann noch viele Jahre einsatzfähig sein, obwohl der Hersteller die verbaute Automatisierungstechnik nicht mehr unterstützt. Typische Anzeichen sind:

• Neue Ein- und Ausgangsmodule sind nicht mehr lieferbar.
• Ersatzkomponenten sind nur noch auf dem Gebrauchtmarkt erhältlich.
• Antriebe oder Bediengeräte haben lange Lieferzeiten.
• Die für die Diagnose erforderliche Software und die passenden Verbindungskabel fehlen.
• Das Steuerungsprogramm ist nur auf einem einzigen Rechner gespeichert.
• Es gibt keine aktuelle Sicherung des SPS-Programms und der Antriebsparameter.
• Der Service hängt von einer einzelnen Person ab, die das Altsystem kennt.

Das größte Risiko ist nicht der Ausfall selbst. Kritisch wird es, wenn sich die Maschine nach dem Defekt einer SPS-CPU, eines HMI-Bediengeräts oder eines Frequenzumrichters nicht kurzfristig wieder in Betrieb nehmen lässt.

Vor einer Entscheidung empfiehlt sich eine Bestandsaufnahme der Automatisierungstechnik. Sie sollte Folgendes enthalten:

1. Eine Liste der installierten Geräte und Softwareversionen.
2. Angaben zur Verfügbarkeit jeder Komponente.
3. Informationen zu geeigneten Ersatzkomponenten.
4. Sicherungen der Programme und Parameter.
5. Eine Bewertung des Dokumentationsstands.
6. Eine Abschätzung der Wiederherstellungszeit beim Ausfall einer kritischen Komponente.

Die Migration auf ein neues Steuerungssystem erfordert nicht zwangsläufig einen gleichzeitigen Umbau der gesamten Maschine. Die intakte Mechanik kann erhalten bleiben, während SPS, HMI, Schaltschrankkomponenten und ausgewählte Antriebe ersetzt werden. Auch Automatisierungshersteller nutzen diesen Ansatz, um Risiken durch alternde Komponenten und fehlende Ersatzteile zu reduzieren. Einen beispielhaften Migrationsprozess beschreibt Siemens.

Voraussetzung ist eine sorgfältig vorbereitete Inbetriebnahme: mit Ablaufbeschreibung, Signalliste, Programmsicherung, Prüfplan und einer sicheren Möglichkeit, zur bisherigen Konfiguration zurückzukehren.

3. Die Maschine erreicht den benötigten Durchsatz nicht, obwohl ihr eigentlicher Prozess schnell genug ist

Ein häufiger Fehler besteht darin, die Leistungsfähigkeit allein anhand der Nenngeschwindigkeit zu bewerten. Eine Maschine kann die geforderte Zykluszeit einhalten und trotzdem den Durchsatz der gesamten Linie begrenzen. Mögliche Ursachen sind:

• manuelle Produktzuführung oder -entnahme,
• fehlende Puffer zwischen den Stationen,
• lange Rüstzeiten,
• störanfällige Fördertechnik,
• Stillstand der gesamten Linie, sobald ein einzelner Abschnitt voll ist,
• unzureichende Materialflusssteuerung,
• zu langsame Qualitätsprüfung oder Verpackung.

Zunächst muss der tatsächliche Engpass ermittelt werden. Dazu sollten Zykluszeiten, Kurzstillstände, Pufferfüllstände, Rüstzeiten und Ausschuss erfasst werden. Erst dann lässt sich beurteilen, ob die Begrenzung von der Prozessmaschine, der Fördertechnik, der Bedienung oder der Produktionsorganisation ausgeht.

Erfüllt der eigentliche Prozess die Qualitätsanforderungen, kommen beispielsweise folgende Maßnahmen infrage:

• automatische Produktzuführung und -entnahme,
• Umbau der Fördertechnik,
• Einbau eines zusätzlichen Puffers,
• Aufteilung der Linie in unabhängig gesteuerte Zonen,
• Synchronisierung der Antriebe,
• automatische Geschwindigkeitsregelung,
• Speicherung von Produktrezepturen,
• Einbindung von Verpackung und Palettierung.

Dabei sollte die Linie als Gesamtsystem betrachtet werden. Eine höhere Geschwindigkeit an einer einzelnen Maschine verbessert den Gesamtdurchsatz nicht, wenn die nachfolgende Station weiterhin Stillstände verursacht. Deshalb betrachtet ISO 22400 Produktionskennzahlen im Zusammenhang mit dem gesamten Produktionsbetrieb und nicht ausschließlich auf Ebene einzelner Maschinen.

4. Die sichere Bedienung hängt von der Erfahrung des Bedienpersonals ab

Wenn Beschäftigte wissen müssen, wo sie nicht hineingreifen dürfen, wann sie von der Maschine zurücktreten müssen oder welcher Sensor keinesfalls überbrückt werden darf, müssen die Sicherheitseinrichtungen überprüft werden.

Typische Mängel sind:

• bewegliche trennende Schutzeinrichtungen ohne Stellungsüberwachung,
• die Möglichkeit, die Maschine bei offenem Zugang zum Gefahrenbereich zu starten,
• defekte oder ungünstig angeordnete Not-Halt-Einrichtungen,
• fehlende Möglichkeiten zur Trennung von elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Energiequellen,
• selbsttätiger Wiederanlauf nach Wiederkehr der Versorgungsspannung,
• Zugang zu bewegten Teilen während der Reinigung,
• regelmäßig umgangene Schutzeinrichtungen, weil sie die Bedienung erschweren,
• fehlende Aktualisierung der Risikobeurteilung nach früheren Änderungen.

In Polen gilt die Verordnung über Mindestanforderungen an die Benutzung von Maschinen. Sie fordert unter anderem geeignete Steuerungssysteme, Möglichkeiten zum sicheren Stillsetzen, Schutz vor dem Zugang zu Gefahrenbereichen und Einrichtungen zur Trennung von Energiequellen. Die polnische technische Aufsichtsbehörde UDT weist darauf hin, dass der Arbeitgeber für den sicheren Betrieb verantwortlich ist. Dies erläutert sie in ihren Informationen zur Bewertung von Maschinen anhand der Mindestanforderungen an Sicherheit und Gesundheitsschutz.

Eine sicherheitstechnische Modernisierung kann neue trennende Schutzeinrichtungen, Zuhaltungen an Schutztüren, Sicherheitslichtvorhänge, eine Sicherheitssteuerung, eine Stillstandsüberwachung und sichere Verfahren zur Energieisolierung umfassen. Der Umfang sollte jedoch nicht allein anhand einer Liste fehlender Komponenten festgelegt werden. Ausgangspunkt ist eine Risikobeurteilung, die Produktion, Rüsten, Reinigung, die Beseitigung von Produktstaus und Instandhaltungsarbeiten berücksichtigt.

Außerdem ist zu prüfen, ob der Umbau die Funktion der Maschine oder das von ihr ausgehende Risiko verändert. Die Europäische Kommission erläutert, dass die derzeit geltende Maschinenrichtlinie auch bestehende Maschinen erfasst, die so weitreichend verändert wurden, dass sie faktisch als neue Maschinen anzusehen sind. Weitere Informationen enthält die Seite der Kommission zu den Rechtsvorschriften für Maschinen.

Ab dem 20. Januar 2027 gilt die Verordnung (EU) 2023/1230. Sie führt eine Definition der „wesentlichen Veränderung“ ein. Wer eine Veränderung vornimmt, die diese Definition erfüllt, wird hinsichtlich der veränderten Maschine als Hersteller betrachtet. Die Konformitätsbewertung muss deshalb bereits bei der Projektplanung berücksichtigt werden und nicht erst nach Abschluss der Arbeiten.

5. Die Maschine verbraucht viel Energie und muss ständig manuell nachgeregelt werden

Ältere Antriebssysteme laufen häufig mit konstanter Drehzahl. Der Prozess wird über eine Drosselklappe, ein Ventil, eine mechanische Kupplung oder durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Motors beeinflusst. Diese Betriebsweise kann Energieverluste verursachen und stabile Prozessbedingungen erschweren.

Vor einer Modernisierung sollten folgende Größen erfasst werden:

• Leistungsaufnahme in verschiedenen Betriebszuständen,
• Anteil der Leerlaufzeiten,
• Motorauslastung,
• Anzahl der Motoranläufe,
• Temperaturen von Antrieben und Getrieben,
• Schwankungen von Drehzahl, Druck oder Durchfluss,
• Druckluftverbrauch,
• Betriebszeiten der Nebenaggregate.

Ändert sich der Leistungsbedarf des Prozesses im Zeitverlauf, kann eine Drehzahlregelung den Energieverbrauch senken und die Prozessführung verbessern. Das gilt jedoch nicht für jede Antriebsanwendung. Ein Frequenzumrichter muss auf die Lastkennlinie, den Drehzahlbereich, die Motorkühlung und die erforderliche Dynamik abgestimmt werden.

Das US-Energieministerium nennt die Drehzahlregelung als eine der grundlegenden Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Antriebssystemen. Gleichzeitig betont es, dass das gesamte System bewertet werden muss und ein bloßer Motortausch nicht ausreicht. Einzelheiten enthält der Leitfaden Improving Motor and Drive System Performance.

Weitere mögliche Maßnahmen sind die automatische Abschaltung von Nebenaggregaten, gespeicherte Parameterrezepturen, Lastüberwachung, die Erkennung von Betrieb ohne Produkt sowie die auftragsbezogene Erfassung des Energieverbrauchs.

Wann lohnt sich eine Modernisierung?

Eine Modernisierung ist sinnvoll, wenn:

• die Konstruktion und die wesentlichen mechanischen Baugruppen noch eine ausreichende Restnutzungsdauer haben,
• das Fertigungsverfahren weiterhin den Produktanforderungen entspricht,
• die Ursachen der Produktionsverluste bekannt sind,
• neue Komponenten sicher integriert werden können,
• sich die Dokumentation rekonstruieren lässt,
• die geplante weitere Nutzungsdauer die Investition rechtfertigt,
• die Arbeiten während eines geplanten Stillstands durchgeführt werden können.

In die Kalkulation gehört mehr als der Preis der neuen Komponenten. Zu berücksichtigen sind auch Konstruktion und Planung, Programmierung, Dokumentation, Prüfungen, Risikobeurteilung, Bedienerschulung, Ersatzteilbevorratung und die Kosten des Produktionsstillstands.

Wann ist es besser, die gesamte Maschine zu ersetzen?

Ein Austausch ist eher gerechtfertigt, wenn die Konstruktion verschlissen oder korrodiert ist, die Maschine die erforderliche Genauigkeit nicht mehr erreicht, sich nicht sicher anpassen lässt oder sich Produkt und Prozess so stark verändert haben, dass die bisherige Technologie nicht mehr geeignet ist.

Auch eine Modernisierung, bei der nahezu alle wesentlichen Baugruppen ersetzt werden müssen, ist meist nicht sinnvoll. In diesem Fall bringt der Erhalt des alten Rahmens kaum Einsparungen, erschwert aber die Projektabwicklung und die spätere Instandhaltung.

Erst die Bestandsaufnahme, dann das Budget

Eine fundierte Bewertung sollte vier Fragen beantworten:

1. Was begrenzt tatsächlich die Verfügbarkeit und den Durchsatz?
2. Welche Komponenten haben noch eine ausreichende Restnutzungsdauer?
3. Welche technischen und rechtlichen Risiken entstehen durch den Umbau?
4. Wie viele Jahre sicheren Betriebs sind nach der Modernisierung zu erwarten?

Für eine erste Bewertung reichen die Störungshistorie, Produktionsdaten, die elektrische Dokumentation, eine Komponentenliste und eine Besichtigung der laufenden Maschine aus. Auf dieser Grundlage lassen sich drei Varianten vergleichen: der Weiterbetrieb im bestehenden Zustand, eine Modernisierung und die Anschaffung einer neuen Maschine.