Zuverlässigkeit und Lebensdauer

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Ausfälle beherrschen

Ein absolut ausfallfreies System wird sich nie konstruieren lassen. Wichtig ist aber, die Zuverlässigkeit des Systems zu kennen. So können schon bei der Konstruktion an den kritischen Stellen Redundanzen vorgesehen werden oder verbesserte Bauteile zum Einsatz kommen.

Kenngrößen der Zuverlässigkeit

Mit diesen Fragen beschäftigt sich die Zuverlässigkeitstheorie. „Zuverlässigkeit ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Produkt während einer definierten Zeitdauer unter gegebenen Funktions- und Umgebungsbedingungen nicht ausfällt“ (Bretsche/Lechner S. 1). Die Zuverlässigkeitstheorie ist ein sehr umfangreiches Gebiet. Im Folgenden werden einige Aspekte angeschnitten, bei denen ein besonders großer Zusammenhang zu den auf dieser Internetseite vorgestellten Funktionen besteht.

Die Zuverlässigkeitsfunktion gibt an, mit welcher mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Bauteil (System) bis zum Zeitpunkt t nicht ausfällt. Sie wird auch als Überlebenswahrscheinlichkeitsfunktion bezeichnet. Das Gegenstück zu ihr ist die Ausfallwahrscheinlichkeit . Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist nichts anderes als die Verteilungsfunktion. Es besteht folgender Zusammenhang:

Die dazugehörige Dichtefunktion wird im Rahmen der Zuverlässigkeitstheorie auch Ausfalldichtefunktion genannt. Eine weitere wichtige größe ist die Ausfallrate . Sie gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Bauteil in der folgenden Zeiteinheit dt ausfällt. Die Ausfallrate ist auf die noch intakten Bauteile bezogen.

Funktionale Zusammenhänge

Zur qualitativen Verdeutlichung von Ausfallarten wird häufig die Badewannenkurve herangezogen. Sie weist eine anfänglich erhöhte Ausfallrate auf, die Frühausfälle kennzeichnet. Es schließt sich ein längerer Bereich mit konstanter niedriger Ausfallrate an, der Zufallsausfälle kennzeichnet. Nach dieser Phase steigt die Ausfallrate bedingt durch Ermüdungsausfälle.

Für praktische Anwendungen ist die Weibullverteilung verbreitet. Je nach Wahl der Parameter kann das gesteigerte Auftreten von Frühausfällen oder Spätausfällen abgebildet werden. Die Exponentialverteilung kommt dann in Frage, wenn die Ausfallrate permanent konstant ist. Ermüdungsausfällen kann nicht Rechnung getragen werden. Ein derartiges Verhalten wird in der Praxis eher selten zu beobachten sein.

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