Systematische Fehlersuche und Fehleranalyse: vom Fehlerbild zur Ursache

Systematische Fehlersuche und Fehleranalyse: vom Fehlerbild zur Ursache

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Fehlersuche, Fehleranalyse, Signalverfolgung, Halbierungsmethode, Hypothese, Sollwert, Transistorstufe, Relaisstufe, Freilaufdiode, Z-Diode, SPS-Ausgang, Badewannenkurve

tl/dr; (ca. 25 min Lesezeit): Wer ohne Plan Bauteile tauscht, verliert Zeit und baut neue Fehler ein. Die systematische Fehlersuche geht in vier Schritten vor: Ist-Zustand ermitteln, Suchgebiet eingrenzen, Hypothese bilden, Hypothese überprüfen. Du lernst, Sollwerte an Messpunkten zu bestimmen, Signal- und Stromwege zu verfolgen, Transistor- und Relaisstufen aus Messwerten zu beurteilen, die Folgen verpolter oder falsch bestückter Bauteile vorherzusagen und Fehler in Steuerungen einzugrenzen. Zum Schluss geht es um die Fehleranalyse: systematische und zufällige Fehler, Ausfallursachen, Badewannenkurve und die Meldung von Bauteilausfällen [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 13.11.2026)

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Als Fehlersuche-Grundlagen kann ich nach Durcharbeiten des Artikels…

• … Fehlerursachen aus Messwerten und Symptomen systematisch eingrenzen, z. B. in Ansteuerung, Signalweg oder Spannungsversorgung einer Baugruppe.

• … Transistor- und Relaisstufen durch Spannungsmessungen in der Schaltung prüfen und Fehler aus den gemessenen Spannungen und Schaltzuständen bestimmen.

• … die Auswirkung falsch gepolter, falsch bestückter oder fehlerhafter Bauelemente (z. B. Schutz-, Freilauf-, Z-Diode) und gleichzeitig schaltender Relais auf Signale und Schaltungsfunktion beschreiben.

• … bei einer SPS-gesteuerten Anlage Fehler eingrenzen, wenn ein Schütz trotz gesetztem Ausgang nicht anzieht, und Fehler in Installationsplänen erkennen.

Darüber hinaus kann ich als Fehlersuche-Fachkraft…

• … die Schritte der systematischen Fehlersuche (Ist-Zustand, Suchgebiet, Hypothese, Überprüfung/Teiletausch) in die richtige Reihenfolge bringen und eine passende Strategie (Signalverfolgung, Halbierungs-, Vergleichs- oder Austauschmethode) mit geeigneten Messmitteln auswählen.

• … aus einem Fehlerbild und den Schaltungsunterlagen mehrere mögliche Fehlerursachen ableiten und den Signal- und Stromweg durch eine Baugruppe (z. B. über Jumper oder Multiplexer) beschreiben.

• … Sollspannungen an Messpunkten (Spannungsteiler, Referenz- und Begrenzerdioden) als Vergleichswerte bestimmen und die Überprüfung einer Baugruppe ohne Ausgangssignal planen.

• … die Auswirkung von Unterbrechungen und falsch bestückten Bauteilen in OPV- und Referenzschaltungen beschreiben.

• … Fehler in systematische und zufällige Fehler einteilen und begründen, warum Bauteilausfälle dokumentiert und an den Zulieferer gemeldet werden.

• … Maßnahmen gegen Ausfälle durch mangelnde Betriebsüberwachung bestimmen und das Qualitätsmanagement mit seinen Prüfstellen im Fertigungsprozess einordnen.

Eine Anlage steht still, ein Gerät bleibt dunkel, eine Meldeleuchte geht nicht an. Jetzt ist die Versuchung groß, „mal eben“ das Bauteil zu tauschen, das man im Verdacht hat. Geht es gut, war es Glück. Geht es schief, hast Du ein funktionierendes Bauteil ausgelötet, die Platine beim Löten belastet und den eigentlichen Fehler immer noch nicht gefunden. Profis gehen deshalb systematisch vor: Sie beschreiben zuerst genau, was nicht funktioniert, grenzen dann mit den Schaltungsunterlagen ein, wo der Fehler liegen kann, stellen eine überprüfbare Vermutung auf und bestätigen oder widerlegen sie durch eine gezielte Messung.

Das Übersichtsbild zeigt diese vier Schritte. Wird die Vermutung (die Hypothese) durch die Messung widerlegt, ist das kein Rückschlag: Du weißt jetzt, wo der Fehler nicht liegt, und grenzt das Suchgebiet weiter ein.

Zum Üben gibt es einen eigenen Artikel mit Aufgaben und einblendbaren Beispiellösungen: Übungsaufgaben zur systematischen Fehlersuche und Fehleranalyse.

Die Beispielbaugruppe: ein Übertemperaturmelder

Durch den Artikel begleitet uns eine kleine Baugruppe, wie sie etwa in einem Gewächshaus oder einem Technikschrank eingesetzt wird: Sie schaltet eine Meldeleuchte ein, sobald es zu warm wird. Der Stromlaufplan zeigt die Bauteile mit ihren Bauteilnamen, weil es bei der Fehlersuche immer um konkrete Bauteile geht („-R3 prüfen“, „-K1 tauschen“).

Die Funktion in Kurzform:

• Die Diode -R1 schützt vor Verpolung. Hinter ihr liegen etwa 12\,\mathrm{V} - 0{,}7\,\mathrm{V} = 11{,}3\,\mathrm{V} an.

• Der Heißleiter (NTC) -R2 bildet mit -R3 einen Spannungsteiler. Wird es wärmer, sinkt der Widerstand von -R2, und die Spannung am Messpunkt -X1 steigt.

• Die Z-Diode -R5 erzeugt mit dem Vorwiderstand -R4 eine feste Vergleichsspannung (Referenz) von 5{,}1\,\mathrm{V} am Messpunkt -X2.

• Der Operationsverstärker -N1 arbeitet als Komparator: Ist die Spannung am Plus-Eingang (-X1) größer als am Minus-Eingang (-X2), springt sein Ausgang (-X3) auf „High“.

• Über -R6 fließt dann Basisstrom, der Transistor -K1 schaltet durch, das Relais -K2 zieht an und sein Kontakt schaltet die Meldeleuchte -P1 ein. Die Freilaufdiode -R7 schützt den Transistor beim Abschalten vor der Induktionsspannung der Relaisspule.

Diese Gliederung in Funktionsgruppen (Versorgung, Sensor, Referenz, Vergleicher, Treiberstufe, Lastkreis) ist bei jeder Fehlersuche der Schlüssel. Sie hilft Dir in Schritt 2, das Suchgebiet einzugrenzen.

Schritt 1: Ist-Zustand ermitteln

Bevor Du misst, verschaffst Du Dir ein genaues Bild vom Fehler. „Geht nicht“ ist kein Fehlerbild. Ein brauchbares Fehlerbild beantwortet diese Fragen:

Frag den Betreiber, der das Gerät täglich nutzt: Er kennt das Verhalten vor dem Ausfall. Halte das Fehlerbild in einem Fehlerprotokoll fest (Datum, Gerät, Symptome, Umgebungsbedingungen). Das Protokoll begleitet die ganze Fehlersuche und wird am Ende um Ursache und Maßnahme ergänzt.

Zur Ermittlung des Ist-Zustands gehört auch eine Sichtprüfung im spannungsfreien Zustand: Steckverbinder richtig gesteckt, Leitungen angeschlossen, Bauteile verfärbt oder aufgebläht (Elektrolytkondensatoren), Lötstellen gerissen, Sicherung ausgelöst?

Schritt 2: Suchgebiet eingrenzen

Mit dem Fehlerbild und den Schaltungsunterlagen (Blockschaltbild, Stromlaufplan, Verdrahtungs- oder Installationsplan) überlegst Du, welche Funktionsgruppen den Fehler verursachen können und welche nicht. Beim Übertemperaturmelder klickt das Relais nicht. Der Fehler liegt also nicht im Lastkreis mit -P1 allein, sondern davor: in der Versorgung, im Sensorzweig, in der Referenz, im Komparator oder in der Transistorstufe mit Relaisspule. Hätte das Relais hörbar geklickt, wäre das Suchgebiet viel kleiner: Relaiskontakt, Lampe, Leitungen des Lastkreises.

Dabei verfolgst Du im Stromlaufplan den Signalweg (wo läuft die Information von der Ursache zur Wirkung?) und den Stromweg (über welche Bauteile und Klemmen fließt der Strom eines Verbrauchers?). In vielen Baugruppen hängt der Signalweg von Konfigurationselementen ab:

• Jumper (Steckbrücken) und DIP-Schalter wählen z. B. Messbereich, Verstärkung, Adresse oder Betriebsart. Ein vergessener oder falsch gesteckter Jumper wirkt wie ein Bauteilfehler, obwohl alle Bauteile in Ordnung sind.

• Multiplexer schalten je nach Steuersignal einen von mehreren Eingängen auf einen Ausgang durch. Für die Fehlersuche heißt das: Erst klären, welcher Kanal gerade ausgewählt ist, dann den Weg über genau diesen Kanal verfolgen.

Prüfe deshalb Konfigurationselemente gleich zu Beginn mit der Dokumentation. Sie sind schnell kontrolliert und häufig die Ursache, wenn eine Baugruppe nach einer Wartung oder einem Tausch „plötzlich“ nicht mehr geht.

Schritt 3: Hypothese bilden und Sollwerte bestimmen

Eine Hypothese ist eine überprüfbare Vermutung: „Wenn -R2 unterbrochen ist, dann liegt an -X1 nahezu 0 V an.“ Zu jeder Hypothese gehören also eine vermutete Ursache, die erwartete Auswirkung an einem Messpunkt und die Messung, mit der Du sie prüfst. Aus einem Fehlerbild lassen sich fast immer mehrere mögliche Ursachen ableiten. Für „Relais zieht nicht an“ beim Übertemperaturmelder zum Beispiel:

• keine Versorgung hinter -R1 (Diode defekt oder verpolt eingesetzt),

• Sensorzweig liefert zu wenig Spannung (falscher Fühler, Unterbrechung an -R3 oder Kurzschluss),

• Referenz zu hoch (falsche Z-Diode, Widerstand statt Z-Diode bestückt),

• Komparator defekt oder ohne Versorgung,

• Basiswiderstand -R6 unterbrochen, Transistor -K1 defekt,

• Relaisspule unterbrochen oder Freilaufdiode verpolt.

Damit Du eine Messung beurteilen kannst, brauchst Du Sollwerte. Viele stehen im Servicehandbuch, andere berechnest Du aus dem Stromlaufplan:

• Spannungsteiler: U_\mathrm{X1} = U_\mathrm{B} \cdot \dfrac{R_3}{R_2 + R_3}. Bei 25 °C hat der NTC 10\,\mathrm{k\Omega}: U_\mathrm{X1} = 11{,}3\,\mathrm{V} \cdot \dfrac{6{,}8\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega} + 6{,}8\,\mathrm{k\Omega}} \approx 4{,}57\,\mathrm{V}. Bei 35 °C (etwa 6{,}5\,\mathrm{k\Omega}) sind es etwa 5{,}78\,\mathrm{V}.

• Z-Diode als Referenz: Solange über -R4 genug Strom fließt, liegt an der Z-Diode ihre Z-Spannung an, hier U_\mathrm{X2} = 5{,}1\,\mathrm{V}. Durch -R4 fließen dann I = \dfrac{11{,}3\,\mathrm{V} - 5{,}1\,\mathrm{V}}{1\,\mathrm{k\Omega}} = 6{,}2\,\mathrm{mA}.

• Begrenzer- oder Schutzdioden in Durchlassrichtung begrenzen auf etwa 0{,}7\,\mathrm{V} (Silizium); in Sperrrichtung sind sie im Normalbetrieb wirkungslos.

• Transistor als Schalter: durchgeschaltet U_\mathrm{BE} \approx 0{,}7\,\mathrm{V} und U_\mathrm{CE} \approx 0{,}1 \dots 0{,}3\,\mathrm{V}; gesperrt U_\mathrm{BE} \approx 0\,\mathrm{V} und U_\mathrm{CE} \approx U_\mathrm{B}.

Die Sollwerte trägst Du für beide Betriebszustände in eine Tabelle ein. So kannst Du jeden Messwert sofort bewerten:

Bevor Du misst, legst Du auch das Messmittel fest: Für Gleichspannungen und Potenziale genügt das Digitalmultimeter, für zeitabhängige oder gestörte Signale (Rechteck, Takt, Brummen, Störspitzen) brauchst Du das Oszilloskop, für Widerstand und Durchgang muss die Schaltung spannungsfrei sein. An digitalen Schnittstellen (UART, I²C, SPI) zeigt der Logikanalysator mit Protokolldekodierung, welche Daten tatsächlich übertragen werden, z. B. eine falsche Adresse oder eine falsche Baudrate (Logikanalysator und Protokolldekodierung).

Schritt 4: Hypothese überprüfen, Fehler beheben, dokumentieren

Jetzt misst Du gezielt und vergleichst mit dem Sollwert. Stimmt der Messwert mit der erwarteten Auswirkung überein, ist die Hypothese bestätigt. Erst dann tauschst Du das verdächtige Bauteil (Teiletausch) oder beseitigst die Ursache. Danach prüfst Du die Funktion erneut, und zwar die ganze Funktion, nicht nur den einen Messpunkt: Eine Baugruppe kann mehrere Fehler gleichzeitig haben, oder der erste Fehler hat einen zweiten verursacht (ein durchgebrannter Transistor kann z. B. die Folge einer verpolten Freilaufdiode sein).

Ein Beispiel am Übertemperaturmelder: Bei 34 °C misst Du an -X1 5{,}6\,\mathrm{V} (in Ordnung), an -X2 aber 8{,}2\,\mathrm{V} statt 5{,}1\,\mathrm{V}. Der Komparator vergleicht also gegen eine viel zu hohe Referenz und schaltet nie. Die Hypothese „falsche Z-Diode bestückt“ prüfst Du mit der Bestückung: Auf -R5 ist eine 8,2-V-Z-Diode aufgedruckt. Nach dem Tausch liegen an -X2 wieder 5{,}1\,\mathrm{V} an und die Meldeleuchte schaltet beim Erwärmen des Fühlers ein.

Zum Abschluss ergänzt Du das Fehlerprotokoll: Messwerte, gefundene Ursache, Maßnahme (getauschtes Bauteil mit Typ und Bauteilname), Ergebnis der Funktionsprüfung, Datum und Name. Diese Dokumentation hilft beim nächsten Fehler an einem gleichen Gerät und ist die Grundlage der Fehleranalyse (siehe Fehleranalyse: aus Fehlern lernen).

Strategien zum Eingrenzen

Welche Strategie am schnellsten zum Ziel führt, hängt von der Baugruppe und vom Fehlerbild ab:

• Signalverfolgung: Du speist am Eingang ein bekanntes Signal ein (oder nutzt das vorhandene) und misst Stufe für Stufe in Signalrichtung, bis das Signal fehlt oder falsch ist. Die Stufe davor ist in Ordnung, die Stufe dahinter verdächtig. Umgekehrt kannst Du auch vom Ausgang rückwärts messen. Typische Messmittel: Oszilloskop, Funktionsgenerator als Signalquelle, Multimeter bei Gleichspannungssignalen.

• Halbierungsmethode: Bei einer langen Kette aus n Stufen misst Du zuerst in der Mitte. Ist das Signal dort in Ordnung, liegt der Fehler in der hinteren Hälfte, sonst in der vorderen. Diese Hälfte halbierst Du wieder. Nach höchstens \lceil \log_2 n \rceil Messungen ist die fehlerhafte Stufe gefunden, bei 8 Stufen also nach 3, bei 16 Stufen nach 4 Messungen.

• Vergleichsmethode: Du vergleichst Messwerte, Signale oder Einstellungen mit einem baugleichen, funktionierenden Gerät oder mit einem zweiten gleichartigen Kanal derselben Baugruppe (z. B. linker und rechter Stereokanal).

• Austauschmethode: Du ersetzt eine ganze Baugruppe, Steckkarte oder ein steckbares Modul durch ein funktionierendes. Das ist schnell und bei Service vor Ort üblich, verlangt aber passende Ersatzteile und klärt nicht, welches Bauteil defekt war.

Fehler an Transistor- und Relaisstufen erkennen

Transistorstufen lassen sich gut in der Schaltung prüfen, ohne auszulöten: Du misst gegen Masse an Basis, Emitter und Kollektor bzw. direkt U_\mathrm{BE} und U_\mathrm{CE} und vergleichst mit dem Zustand, den die Ansteuerung gerade verlangt. Für die npn-Stufe -K1 des Übertemperaturmelders gilt bei warmem Fühler (Komparatorausgang High, Relais soll anziehen):

Bei Relaisstufen hörst und siehst Du viel: Klickt das Relais, ist der Steuerkreis bis zur Spule in Ordnung und der Fehler liegt im Lastkreis (Kontakt, Leitung, Verbraucher). Klickt es nicht, misst Du die Spannung direkt an der Spule: Liegt die volle Spannung an und das Relais zieht trotzdem nicht an, ist die Spule unterbrochen oder das Relais mechanisch blockiert.

Eine besondere Gefahr sind gleichzeitig schaltende Relais. Bei einer Wendeschaltung für einen Gleichstrommotor (Rollladen, Tor) polen zwei Relais die Spannung am Motor um. Ziehen beide gleichzeitig an, etwa durch einen Programmfehler, einen verklebten Kontakt oder eine fehlende Verriegelung, entsteht ein Kurzschluss der Versorgung über die Kontakte: Sicherung löst aus, Kontakte verschweißen, Leiterbahnen brennen ab. Deshalb werden solche Relais gegenseitig verriegelt (Öffner des einen im Spulenkreis des anderen) und zusätzlich in der Software gesperrt.

Falsch bestückte, verpolte und unterbrochene Bauelemente

Viele Fehler nach einer Reparatur oder in der Fertigung entstehen durch Bestückungsfehler. Wenn Du ihre typischen Auswirkungen kennst, erkennst Du sie schnell am Messwert:

Für den Übertemperaturmelder heißt das zum Beispiel: Ist statt der Z-Diode -R5 versehentlich ein 1\text{-}\mathrm{k\Omega}-Widerstand bestückt, liegt an -X2 die halbe Spannung, U_\mathrm{X2} = 11{,}3\,\mathrm{V} \cdot \frac{1\,\mathrm{k\Omega}}{2\,\mathrm{k\Omega}} \approx 5{,}65\,\mathrm{V}. Die Meldeleuchte schaltet erst bei etwa 34 °C statt bei etwa 29 °C ein, und die Schwelle wandert mit jeder Schwankung der Versorgungsspannung.

Fehlersuche in Steuerungen: Ausgang gesetzt, Aktor reagiert nicht

Ein häufiger Fall bei der Inbetriebnahme oder im Betrieb einer SPS-gesteuerten Anlage: Die Statusanzeige des SPS-Ausgangs leuchtet, aber das Schütz zieht nicht an, die Meldeleuchte bleibt dunkel. Der Fehler liegt dann irgendwo im Stromweg vom Ausgang über Klemmen und Leitungen zum Aktor und zurück zum Bezugspotenzial. So gehst Du vor:

1. Programm und Ausgang prüfen: Ist wirklich der Ausgang gesetzt, den der Plan vorsieht (Adresse, Online-Status im Programmiersystem)? Hat die Ausgangsbaugruppe ihre eigene Lastversorgung (z. B. 24 V an den Versorgungsklemmen der Ausgangsgruppe)?

2. Spannung am Ausgang messen gegen das Bezugspotenzial (z. B. 0 V bzw. M). Fehlt sie trotz Statusanzeige, ist die Ausgangsbaugruppe defekt oder ihre Lastversorgung fehlt.

3. Dem Stromweg folgen: Mit einer Messleitung fest am Bezugspotenzial misst Du nacheinander das Potenzial an jeder Klemme bis zum Aktoranschluss A1. Wo die Spannung zwischen zwei Punkten verschwindet, liegt die Unterbrechung (Leitung, Klemme nicht angezogen, Brücke fehlt, Sicherung).

4. Rückleiter prüfen: Liegen an A1 und an A2 des Schützes 24 V gegen M, fließt kein Strom, weil der Rückweg nach M unterbrochen ist. Die Spannung über der Spule (A1 gegen A2) ist dann 0 V.

5. Aktor prüfen: Liegen über der Spule 24 V an und das Schütz zieht nicht an, ist die Spule unterbrochen, falsch bemessen (z. B. 230-V-Spule an 24 V) oder das Schütz mechanisch blockiert.

Oft steckt der Fehler nicht in der Anlage, sondern schon in den Unterlagen: Im Installations- oder Verdrahtungsplan stimmt eine Klemmennummer nicht mit dem Stromlaufplan überein, eine Brücke fehlt, eine Ader ist zum falschen Ausgang geführt oder das Bezugspotenzial der Ausgangsgruppe ist nicht eingezeichnet. Vergleiche deshalb bei Inbetriebnahmefehlern Plan und Ausführung Klemme für Klemme und korrigiere den Plan, wenn er falsch ist. Wie Du eine Anlage schrittweise in Betrieb nimmst, beschreibt der Artikel Inbetriebnahme von Baugruppen und Geräten.

Fehleranalyse: aus Fehlern lernen

Die Fehlersuche beseitigt einen Fehler. Die Fehleranalyse fragt danach, warum er entstanden ist und wie sich ähnliche Fehler künftig vermeiden lassen.

Systematische und zufällige Fehler

Fehler lassen sich nach ihrem Verhalten in zwei Gruppen einteilen. Das gilt für Messabweichungen genauso wie für Fehler in Fertigung und Betrieb:

Typische Ausfallursachen und die Badewannenkurve

Elektronische Bauelemente fallen meist aus diesen Gründen aus: thermische Überlastung (zu hoher Strom, schlechte Kühlung), Alterung von Elektrolytkondensatoren (Elektrolyt trocknet aus, Kapazität sinkt, Innenwiderstand steigt, besonders bei Wärme), Lötstellenfehler (kalte oder gerissene Lötstellen durch Temperaturwechsel und Erschütterung) und Überspannung (Schaltspitzen, Gewitter, elektrostatische Entladung).

Wie oft Ausfälle über die Lebensdauer auftreten, beschreibt die Badewannenkurve: Am Anfang fallen Geräte mit Fertigungsfehlern früh aus (Frühausfälle), danach folgt eine lange Phase mit niedriger, fast konstanter Ausfallrate (Zufallsausfälle), am Ende steigt die Ausfallrate durch Verschleiß und Alterung wieder an.

Aus der Fehleranalyse ergeben sich Verbesserungen: Bauelemente mit mehr Reserve dimensionieren (höhere Spannungsfestigkeit, Elko mit 105 °C statt 85 °C, größerer Kühlkörper), Lötprozess und Prüfschritte im Herstellungsprozess anpassen, frühe Ausfälle durch einen Dauertest vor der Auslieferung („Burn-in“) aussortieren. Ein strukturiertes Werkzeug dafür ist die FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse): Für jede mögliche Fehlerart werden Auftretenswahrscheinlichkeit, Bedeutung und Entdeckungswahrscheinlichkeit bewertet, um die wichtigsten Risiken zuerst zu behandeln.

Bauteilausfälle dokumentieren und an den Zulieferer melden

Dokumentierte Ausfälle sind mehr als Papierkram. Erst wenn viele Reparaturen gleich protokolliert sind, fällt auf, dass ein bestimmtes Bauteil gehäuft ausfällt. Die Meldung an den Zulieferer ist wichtig, weil

• er nur so die Ursache in seiner Fertigung finden und abstellen kann (fehlerhafte Charge, Prozessfehler),

• betroffene Chargen gesperrt und noch nicht verbaute Teile zurückgerufen werden können, bevor weitere Geräte ausfallen,

• Gewährleistungs- und Regressansprüche nur mit Nachweis (Protokoll, Lieferdatum, Chargennummer, defektes Teil) durchsetzbar sind,

• die eigene Qualitätsstatistik und die Auswahl der Lieferanten darauf aufbauen.

Damit ist die Fehleranalyse Teil des Qualitätsmanagements (QM). Sein Ziel ist, dass Produkte und Dienstleistungen die Anforderungen der Kundinnen und Kunden zuverlässig erfüllen und Fehler gar nicht erst entstehen. Dazu werden Prüfstellen im Fertigungsprozess festgelegt: Wareneingangsprüfung der Bauteile, Prüfung nach dem Bestücken (Sichtprüfung, automatische optische Inspektion), Funktionsprüfung der Baugruppe, Endprüfung des Geräts. Je früher ein Fehler entdeckt wird, desto billiger ist seine Beseitigung. Wie Prüfmittel überwacht und Messprotokolle geführt werden, beschreibt der Artikel Abgleich, Justage und Kalibrierung.

Ausfälle durch mangelnde Betriebsüberwachung vermeiden

Manche Fehler werden erst zum Schaden, weil sie niemand bemerkt: Eine Pumpe läuft trocken, ein Lüfter steht, eine Heizung fällt im Winter aus. Maßnahmen gegen Ausfälle durch mangelnde Betriebsüberwachung sind:

• eine ständig besetzte Warte (Leitstand), in der alle Betriebs- und Störmeldungen zusammenlaufen,

• Fernüberwachung: Störmeldungen werden per Mobilfunk, Netzwerk oder Fernwirktechnik an Bereitschaftsdienst oder Servicezentrale übertragen, auch nachts und am Wochenende,

• automatische Überwachungen in der Anlage (Grenzwertmelder, Laufzeitüberwachung, Watchdog in der Steuerung) mit Abschaltung in einen sicheren Zustand,

• Redundanz: ein zweites Gerät (z. B. Reservepumpe) übernimmt automatisch,

• regelmäßige Inspektion und Wartung nach Plan, damit Verschleiß erkannt wird, bevor er zum Ausfall führt.

Wie Wartung, Inspektion und Instandsetzung organisiert werden und welche Rechte und Pflichten rund um Reparatur und Ersatzteile gelten, vertieft der Artikel Instandhaltung und Service.

Wie geht es weiter?

Du kennst jetzt das systematische Vorgehen, die Strategien zum Eingrenzen und die typischen Fehlerbilder an Transistor-, Relais-, OPV- und Referenzschaltungen. Übe das Gelernte mit den Übungsaufgaben zur systematischen Fehlersuche und Fehleranalyse. Das Vorgehen bei der ersten Inbetriebnahme beschreibt der Artikel Inbetriebnahme von Baugruppen und Geräten, Messprotokolle und Toleranzen der Artikel Abgleich, Justage und Kalibrierung.

Leitfragen

1. In welchen vier Schritten läuft die systematische Fehlersuche ab? Antwort

Ist-Zustand ermitteln (Fehlerbild, Befragung, Sichtprüfung), Suchgebiet eingrenzen (mit Blockschaltbild und Stromlaufplan), Hypothese bilden (vermutete Ursache, erwarteter Messwert, Messmittel), Hypothese überprüfen (messen, Teiletausch, Funktionsprüfung, Dokumentation). Wird die Hypothese widerlegt, wird das Suchgebiet weiter eingegrenzt. siehe Abschnitt „Schritt 1“ bis Abschnitt „Schritt 4“

2. Wie bestimmst Du Sollwerte für die Fehlersuche, wenn sie nicht in den Unterlagen stehen? Antwort

Aus dem Stromlaufplan: Spannungsteiler mit U = U_\mathrm{B} \cdot R_2/(R_1 + R_2), Z-Dioden liefern ihre Z-Spannung, Dioden in Durchlassrichtung etwa 0,7 V, Transistoren als Schalter U_\mathrm{BE} \approx 0{,}7\,\mathrm{V} und U_\mathrm{CE} nahe 0 V (leitend) bzw. nahe U_\mathrm{B} (gesperrt). Die Werte gehören für jeden Betriebszustand in eine Tabelle. siehe Abschnitt „Schritt 3“

3. Wann eignet sich die Halbierungsmethode, und wie viele Messungen brauchst Du höchstens? Antwort

Bei langen Ketten hintereinanderliegender Stufen. Bei n Stufen höchstens \lceil \log_2 n \rceil Messungen, bei 8 Stufen also 3. siehe Abschnitt „Strategien zum Eingrenzen“

4. Woran erkennst Du an einer Transistorstufe eine unterbrochene Kollektor-Emitter-Strecke? Antwort

Die Basis wird angesteuert (U_\mathrm{BE} \approx 0{,}7\,\mathrm{V}), aber U_\mathrm{CE} bleibt auf Betriebsspannung, und der Verbraucher im Kollektorkreis bleibt aus. siehe Abschnitt „Fehler an Transistor- und Relaisstufen erkennen“

5. Was passiert, wenn eine Freilaufdiode verpolt eingelötet oder eine Z-Diode durch einen Widerstand ersetzt wird? Antwort

Die verpolte Freilaufdiode schließt beim Durchschalten des Transistors die Versorgung über Diode und Transistor kurz; das Relais zieht nicht an, Diode oder Transistor werden zerstört. Mit einem Widerstand statt Z-Diode entsteht ein Spannungsteiler, dessen Spannung von der Versorgung abhängt und vom Sollwert abweicht. siehe Abschnitt „Falsch bestückte, verpolte und unterbrochene Bauelemente“

6. Wie gehst Du vor, wenn ein SPS-Ausgang gesetzt ist, das Schütz aber nicht anzieht? Antwort

Ausgang und Lastversorgung prüfen, dann mit fester Bezugsleitung am Bezugspotenzial das Potenzial entlang des Stromwegs Klemme für Klemme messen bis A1, zusätzlich A2 prüfen (A1 und A2 auf 24 V: Rückleiter unterbrochen), schließlich die Spannung über der Spule und die Spule selbst. Plan und Ausführung vergleichen. siehe Abschnitt „Fehlersuche in Steuerungen“

7. Worin unterscheiden sich systematische und zufällige Fehler? Antwort

Systematische Fehler wiederholen sich unter gleichen Bedingungen gleich (z. B. falsch justiertes Messgerät, falscher Stücklistenwert) und werden durch Beheben der Ursache beseitigt; zufällige Fehler schwanken unvorhersehbar (Rauschen, einzelne kalte Lötstelle) und werden durch Mehrfachmessung, Toleranzen und Schutzmaßnahmen beherrscht. siehe Abschnitt „Systematische und zufällige Fehler“

8. Warum sollen Bauteilausfälle dokumentiert und an den Zulieferer gemeldet werden, und was hilft gegen Ausfälle durch mangelnde Betriebsüberwachung? Antwort

Damit gehäufte Ausfälle erkannt werden, der Zulieferer die Ursache abstellen und Chargen sperren kann und Gewährleistungsansprüche nachweisbar sind. Gegen fehlende Überwachung helfen eine ständig besetzte Warte, Fernüberwachung mit Störmeldung, automatische Überwachungen, Redundanz und planmäßige Wartung. siehe Abschnitt „Bauteilausfälle dokumentieren und an den Zulieferer melden“ und Abschnitt „Ausfälle durch mangelnde Betriebsüberwachung vermeiden“

Links und weitere Informationen

• als Nachschlagewerk: Wikipedia: Fehlersuche

• zur Badewannenkurve: Wikipedia: Badewannenkurve

• zur FMEA: Wikipedia: Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse

• zur Freilaufdiode: Wikipedia: Freilaufdiode

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