Kennzahl für die Zuverlässigkeit von Bauteilen

Was ist Mean Time To Failure (MTTF)?

| Autor / Redakteur: Otto Geißler / Ulrike Ostler

MTTF ist eine von vielen Möglichkeiten, die Zuverlässigkeit von Hardware oder anderen Technologien zu bewerten.
MTTF ist eine von vielen Möglichkeiten, die Zuverlässigkeit von Hardware oder anderen Technologien zu bewerten. (Bild: © djama - stock.adob.com)

Die mittlere Ausfallzeit (Mean Time to Failure - MTTF) ist die mittlere Lebensdauer, die ein Gerät oder ein Bauteil voraussichtlich in Betrieb hält. Das heißt, das Gerät oder Bauteil wird nach einem Ausfall ausgetauscht.

Die MTTF-Kennzahl oder die Mean Time To Failure ist ein Begriff aus dem Bereich der Risiko-Analyse und Gefährdungsbeurteilung, die aus Erfahrungswerte bestehen, und daher keine Garantien über die tatsächliche Lebensdauer eines Bauteils oder von Einheiten angibt. Sie gilt vor allem für nicht reparierbare Bauteile. Bei Bauteilen, die sich wieder instand setzen lassen, wird davon ausgegangen, dass sie nach der Reparatur quasi neuwertig sind.

Begriffsabgrenzung

Die Kennzahl MTTF ist einer anderen verwandten Kennzahl, der mittleren Zeit zwischen den Ausfällen (Mean Time Between Failures - MTBF), sehr ähnlich. Der Unterschied zwischen MTTF und MTBF besteht darin, dass MTBF für Geräte oder Bauteile verwendet wird, die repariert und wieder in Gebrauch genommen werden können. Das heißt: wenn die Kennzahl MTTF betrachtet wird, ist eine Reparatur normalerweise nicht möglich oder nicht sinnvoll.

So werden beispielsweise für Drucksensoren und Drucktransmitter normalerweise MTTF-Werte angegeben, da diese Geräte in der Regel nach einem Ausfall nicht repariert, sondern ausgetauscht werden. Eine Sonderform des MTTF ist die Kennzahl Mean Time To Dangerous Failure (MTTDF), was so viel wie die mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall des Bauteils bedeutet. Damit erreicht zum Beispiel ein sicherheitsbezogenes Teil einer Steuerung einen gefährlichen Zustand oder weist eine Fehlfunktion auf.

Berücksichtigt man noch die Dauer für die Wiederherstellung des Bauteils oder der Funktion (Mean Time To Restauration – MTTR), besteht zwischen der MTTF und der MTBF folgender Zusammenhang: MTBF = MTTF + MTTR. Während die MTTR auf kurze Zeitspannen optimiert wird, sollten MTTF und MTBF möglichst lange Zeitspannen bilden.

Bedeutung der Kennzahl MTTF

Die Mean Time To Failure ist in der Norm IEC 60050-191 als der Erwartungswert der Zeit bis zum Ausfall definiert. Die MTTF hat durch die EN ISO 13849-1 eine besondere Prominenz erlangt, da sie innerhalb der Konformitätsuntersuchungen zur Bewertung der Maschinensicherheit Verwendung findet. Entsprechend dieser Norm kann der Performance-Level auf Basis der MTTF berechnet werden. Da sich dieser Wert für die Risikobeurteilung von Maschinen und Anlagen eignet, wird er auch für die CE-Kennzeichnung herangezogen.

Bei Storage-Produkten, zum Beispiel Festplatten oder Arbeitsspeicher, geben Anbieter gerne eine MTBF-Zeit an, obwohl es sich im Grunde um nicht reparierbare Produkte handelt. Das heißt: In diesem Fall steht die MTBF für die Lebensdauer und damit die Zuverlässigkeit eines Laufwerks oder Speichers, obwohl im ursprünglichen Sinn die mittlere Betriebszeit bis zu einem Ausfall (MTTF) gemeint ist.

Die Storage-Anbieter untermauern ihre technischen Daten häufig mit Testreihen und statistische Erhebungen. Ein MTBF-Wert von 100.000 Stunden bedeutet, dass im Mittel ein Storage-Produkt nach rund elf Jahren versagt. Die Ausfallrate einer Festplatte beschreibt in der Regel die mathematische Kurve einer „Badewanne“.

Die anfänglich fallen solche Produkte wegen Mängel bei der Herstellung des Öfteren aus. Im folgenden Nutzungsverlauf sinkt die Ausfallwahrscheinlichkeit wieder und erreicht damit den Boden der „Badewanne“. Erst nach einer bestimmten Zeit ist aufgrund von Verschleißerscheinungen wieder ein Anstieg der Ausfallwahrscheinlichkeit zu verbuchen.

Ermittlung der MTTF-Kennzahl

Die MTTF-Werte beziehen sich natürlich nie auf das gerade vorliegende Einzelbauteil, sondern immer auf ein typisches Bauteil. Die Berechnung der MTTF-Kennzahl erfolgt aus der Zuverlässigkeitsfunktion R(t). Kommt die Zuverlässigkeitsfunkton bei einem reparierten Bauteil zur Anwendung, so wird unterstellt, dass das Bauteil nach der Reparatur wieder neuwertig ist.

Des Weiteren ist es wichtig zu wissen, dass dieser Mittelwert der Lebensdauer eines Bauteils natürlich nur im Bereich von spezifizierten Einsatzbedingungen Gültigkeit besitzt. Das bedeutet, wenn das Bauteil unter anderen Bedingungen wie zum Beispiel bei einer höheren Temperatur, Last oder auch in einem anderen Klima betrieben wird, können die vom Hersteller angegebenen Kennzahlen nicht mehr gelten.

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