Was ist "MTTF (Mean Time To Failure)"?

MTTF (Mean Time To Failure) ist eine Zuverlässigkeitskennzahl, die die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall einer nicht-reparierbaren Einheit angibt. Sie wird berechnet als die Summe aller Betriebszeiten geteilt durch die Anzahl der ausgefallenen Einheiten und in Stunden oder Betriebsstunden angegeben. MTTF ist eine der zentralen Kennzahlen in der Zuverlässigkeitstechnik und bildet zusammen mit MTBF (Mean Time Between Failures) und MTTR (Mean Time To Repair) das Fundament der quantitativen Instandhaltungsplanung im Rahmen von TPM.

Abgrenzung zu MTBF

Die Unterscheidung zwischen MTTF und MTBF ist in der Praxis von großer Bedeutung, wird jedoch häufig unscharf gehandhabt. MTTF bezieht sich auf Komponenten, die nach einem Ausfall nicht repariert, sondern ersetzt werden, beispielsweise Glühlampen, Wälzlager, Dichtungen, Kondensatoren, Sicherungen oder Antriebsriemen. Diese Bauteile haben eine endliche Lebensdauer und werden nach dem Versagen ausgetauscht. MTBF hingegen beschreibt die mittlere Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen bei reparierbaren Systemen, also bei kompletten Maschinen oder Anlagen, die nach einem Ausfall instand gesetzt und wieder in Betrieb genommen werden.

Vereinfacht gilt: MTTF ist die Kennzahl für Verschleißteile und nicht-reparierbare Komponenten, MTBF die Kennzahl für reparierbare Gesamtsysteme. In der Praxis werden beide Begriffe leider oft synonym verwendet, was zu Fehlplanungen in der Instandhaltung führen kann. Wer eine MTBF-Angabe eines Komponentenherstellers als MTTF interpretiert oder umgekehrt, kann Wartungsintervalle falsch dimensionieren und entweder unnötig früh tauschen (Ressourcenverschwendung) oder zu spät reagieren (ungeplanter Stillstand).

Berechnung und Interpretation

Die MTTF wird nach folgender Grundformel berechnet:

MTTF = Gesamtbetriebszeit aller Einheiten ÷ Anzahl der Ausfälle

Werden beispielsweise 100 baugleiche Wälzlager in einer Anlage eingesetzt und fallen innerhalb von 50.000 Betriebsstunden insgesamt 10 Lager aus, so beträgt die MTTF 5.000 Stunden. Das bedeutet, dass im statistischen Mittel jedes Lager nach 5.000 Betriebsstunden ausfällt. Wichtig ist das Verständnis, dass es sich um einen Mittelwert handelt: Einzelne Lager können deutlich früher oder später ausfallen. Die Streuung der Ausfallzeiten ist für die Instandhaltungsplanung ebenso relevant wie der Mittelwert selbst.

Aus der MTTF lässt sich ableiten, wann ein präventiver Tausch wirtschaftlich sinnvoll ist, nämlich deutlich vor Erreichen der mittleren Lebensdauer. In der Praxis wird häufig ein Tauschintervall bei 60–80 Prozent der MTTF angesetzt, um einen ausreichenden Sicherheitspuffer zu gewährleisten und die Wahrscheinlichkeit eines ungeplanten Ausfalls auf ein akzeptables Minimum zu reduzieren.

Bedeutung für die Geplante Instandhaltung

Im Kontext von TPM ist die MTTF eine Schlüsselkennzahl für die zeitbasierte Instandhaltung (Time-Based Maintenance). Wenn die MTTF eines kritischen Bauteils bekannt ist, kann der Tausch planmäßig vor dem erwarteten Ausfall erfolgen. Dieses Vorgehen verhindert ungeplante Stillstände und ermöglicht eine kalkulierbare Instandhaltung. Besonders bei Bauteilen, deren Ausfall Folgschäden verursacht, etwa wenn ein gebrochener Antriebsriemen die Welle beschädigt oder ein defektes Lager die Spindel zerstört ,, ist die präventive Ersetzung auf Basis der MTTF wirtschaftlich sinnvoll.

Die Erfassung von MTTF-Daten setzt eine sorgfältige Dokumentation aller Bauteilausfälle voraus. In der Praxis wird dafür häufig ein Bauteil-Lebenslauf geführt, in dem Einbaudatum, Betriebsstundenzählerstand beim Einbau und beim Ausfall sowie die Ausfallursache erfasst werden. Diese Dokumentation erfolgt idealerweise direkt an der Anlage, etwa auf einer Steckkarte am Bauteil oder in einem digitalen Instandhaltungssystem. Aus der Auswertung über mehrere Austauschzyklen hinweg ergibt sich ein zunehmend zuverlässiger MTTF-Wert, der mit jedem weiteren Datenpunkt an Aussagekraft gewinnt.

Zusammenspiel mit MTBF und MTTR

Die drei Kennzahlen MTTF, MTBF und MTTR bilden zusammen ein umfassendes Bild der Anlagenverfügbarkeit. Während MTTF die erwartete Lebensdauer einzelner Komponenten beschreibt, gibt MTBF die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen eines reparierbaren Systems an. MTTR misst die durchschnittliche Reparaturdauer. Für ein reparierbares System gilt näherungsweise: MTBF = MTTF + MTTR. Eine hohe Anlagenverfügbarkeit erfordert sowohl eine hohe MTTF der eingesetzten Komponenten als auch eine niedrige MTTR bei unvermeidlichen Ausfällen.

Die Verfügbarkeit einer Anlage berechnet sich aus dem Verhältnis von MTBF zu MTBF + MTTR. Will man die Verfügbarkeit steigern, gibt es zwei Hebel: Entweder man verlängert die MTTF der Komponenten (durch bessere Bauteile, optimierte Betriebsbedingungen oder präventiven Tausch) oder man verkürzt die MTTR (durch bessere Diagnosemöglichkeiten, geschultes Personal und vorgehaltene Ersatzteile). In der Praxis ist oft die Verkürzung der MTTR der schnellere Hebel, während die Verlängerung der MTTF nachhaltigere Ergebnisse liefert.

Badewannenkurve und Ausfallverhalten

Die statistische Verteilung von Bauteilausfällen folgt typischerweise der sogenannten Badewannenkurve, die drei Phasen unterscheidet: eine Phase erhöhter Frühausfälle (Infant Mortality), eine Phase mit konstant niedriger Ausfallrate (Useful Life) und eine Phase zunehmender Verschleißausfälle (Wear-Out). Die MTTF als Mittelwert erfasst alle drei Phasen, ist aber besonders aussagekräftig in der Verschleißphase, in der zeitbasierte präventive Ersetzungen am wirksamsten sind.

Frühstörungen in der ersten Phase werden nicht durch präventiven Tausch, sondern durch Qualitätsmaßnahmen bei der Beschaffung und beim Einbau bekämpft, etwa durch Wareneingangskontrolle, fachgerechte Montage und definierten Einlauf. In der mittleren Phase mit konstant niedriger Ausfallrate ist ein zeitbasierter Tausch nicht wirtschaftlich, da die Ausfallwahrscheinlichkeit zeitunabhängig ist. Erst in der Verschleißphase, wenn die Ausfallrate mit zunehmender Betriebsdauer ansteigt, entfaltet der präventive Tausch auf Basis der MTTF seine volle Wirkung.

MTTF in der Autonomen Instandhaltung

Die Erfassung und Nutzung von MTTF-Daten ist nicht allein Aufgabe der Geplanten Instandhaltung. Auch im Rahmen der Autonomen Instandhaltung spielen diese Kennzahlen eine wichtige Rolle. Die Maschinenbediener, die täglich an den Anlagen arbeiten, sind häufig die Ersten, die Verschleißerscheinungen bemerken, etwa durch veränderte Geräusche, erhöhte Vibrationen oder optische Veränderungen an Bauteilen. Wenn diese Beobachtungen systematisch dokumentiert werden, entsteht ein wertvoller Datenschatz, der die statistischen MTTF-Werte um qualitative Informationen über Verschleißverläufe ergänzt.

In gut organisierten TPM-Umgebungen führen die Teams an ihren Anlagen Bauteil-Lebenslaeufe, in denen neben Einbau- und Ausfalldatum auch der Zustand bei Ausbau und die vermutete Ausfallursache festgehalten werden. Diese Information ermöglicht es, Tauschintervalle kontinuierlich zu optimieren: Wenn ein Bauteil regelmäßig bereits deutlich vor der berechneten MTTF Verschleißspuren zeigt, kann das Intervall verkürzt werden. Zeigt es hingegen bei Austausch noch kaum Verschleiß, kann das Intervall verlängert werden, eine Verbesserung, die direkt die Instandhaltungskosten senkt.

Praxistipp: Erfassen Sie für alle kritischen Verschleißteile konsequent die Betriebsstunden von Einbau bis Ausfall. Bereits nach fünf bis zehn dokumentierten Ausfallzyklen ergibt sich ein belastbarer MTTF-Wert, auf dessen Basis Sie präventive Tauschintervalle festlegen können. Achten Sie darauf, auch die Ausfallursache zu dokumentieren, nur so können Sie zwischen Verschleißausfällen und Frühstörungen unterscheiden und Ihre Instandhaltungsstrategie entsprechend anpassen.

Weiterführende Literatur

May, C.; Schimek, P. (2015): Total Productive Management. 3. korr. Aufl., CETPM Publishing, Herrieden.

Verwandte Konzepte

• MTBF, Mittlere Betriebszeit zwischen Ausfällen bei reparierbaren Systemen.
• MTTR, Mittlere Reparaturdauer nach einem Ausfall.
• TPM, Ganzheitliches Instandhaltungskonzept, in dem MTTF als zentrale Planungsgröße dient.
• OEE, Gesamtanlageneffektivität, die durch verlängerte Bauteil-Lebensdauer verbessert wird.
• 5S, Arbeitsplatzorganisation, die die systematische Dokumentation von Bauteilzuständen unterstützt.
• Lean Management, Philosophie der Verlustreduzierung, zu der die Verlängerung von Bauteil-Lebensdauern beiträgt.