Prüfstände, die mitwachsen:
Ein Prüfstand ist eine Investition für viele Jahre. Doch was, wenn sich Anforderungen, Normen oder Prüflinge ändern – und der Prüfstand nicht mehr passt? Vier Dimensionen entscheiden darüber, ob aus einer Investition ein Werkzeug für die nächsten zehn Jahre wird oder eine teure Baustelle, die früher als geplant erneuert werden muss.
Bevor das erste Prototypenfahrzeug rollt, müssen hunderte Komponenten und Baugruppen im Vorfeld getestet werden. Dafür braucht es passende Prüfstände - genauer: Komponentenprüfstände. Sie bringen den Fahrversuch ins Labor: kontrolliert, reproduzierbar und vergleichbar.
Was in der Theorie nach einer klaren Aufgabe klingt, ist in der Praxis oft komplexer. Denn ein Prüfstand wird heute beschafft und muss in der Regel zehn und mehr Jahre belastbare Ergebnisse liefern. In dieser Zeit verändern sich Prüfanforderungen, Normen, Fahrzeugplattformen und Geschäftsmodelle. Wer einen Prüfstand allein auf die heutigen Anforderungen auslegt, riskiert, dass er morgen nicht mehr ausreicht.
Wenn Prüfstände nicht mitwachsen
Ein typisches Szenario aus der Praxis: Ein Automobilzulieferer investiert einen sechsstelligen Betrag in einen Komponentenprüfstand. Nach einigen Jahren Betrieb kommt ein OEM mit neuen Prüfanforderungen: zusätzliche Lastfälle, andere Sensorik, geänderte Schnittstellen. Der bestehende Prüfstand ist dafür nicht ausgelegt und nicht erweiterbar. Eine Neuinvestition wird unausweichlich.
Solche Situationen sind teuer und vermeidbar. Nicht weil sich die Zukunft vorhersehen ließe - das kann niemand - sondern weil sich Prüfstände so planen lassen, dass sie auf Veränderungen vorbereitet sind. Aus unserer täglichen Arbeit mit Kunden in der Automobil-, Bahn- und Maschinenbauindustrie haben sich vier Dimensionen herauskristallisiert, die darüber entscheiden, ob ein Prüfstand mitwächst – oder eben nicht.
Dimension 1: Anforderungen richtig erfassen
Viele Prüfstände werden auf Basis der heutigen Anforderungen geplant - ohne den Blick auf morgen. Das ist verständlich, denn die heutige Aufgabe ist konkret und greifbar. Die Anforderungen von übermorgen sind es nicht. Trotzdem entscheidet genau diese Phase über die Zukunftsfähigkeit der gesamten Anlage.
Anforderungen unabhängig von Lösungsvorschlägen formulieren
Ein häufiger Fehler in Lastenheften: Anforderungen und Lösungen werden vermischt. Statt zu beschreiben, was geprüft werden soll, wird festgelegt, wie geprüft werden soll. Damit ist der Lösungsraum schon vor dem ersten technischen Gespräch eingeschränkt. Wer Anforderungen sauber von Lösungsvorschlägen trennt, eröffnet sich die Möglichkeit, später flexibler zu reagieren.
Die Anforderungslandschaft ist breiter, als man denkt
Über die reine Prüfaufgabe hinaus gibt es eine Vielzahl von Themen, die in der Anforderungsphase berücksichtigt werden müssen und die später kaum noch ohne erheblichen Aufwand nachgerüstet werden können:
- Anlieferwege und Aufstellbedingungen am Standort
- Fundament und Belastbarkeit des Bodens
- Verschiedene Benutzerebenen (Bediener, Einrichter, Administrator)
- Schnittstellen zu externen Systemen, etwa speziellen Messsystemen oder ERP- und MES-Anbindungen
- Elektrische Anbindungen und Medienversorgung
- Mechanische Anbindungen wie Prüflingsadapter und Kupplungen
- Ergonomie: Platz, Arbeitshöhe, Ein- und Ausbau von Prüflingen
- Sicherheitskonzept inklusive Not-Aus, Türzuhaltung und Schutzbereichen
- Umweltsimulation, falls thermische oder klimatische Einflüsse abgebildet werden müssen
- Kalibrierkonzept und regelmäßige Nachweisbarkeit der Messgenauigkeit
Bei TMX arbeiten wir mit einem internen Leitfaden, der diese Themen strukturiert abfragt – und den wir Kunden in der Anforderungsphase zur Verfügung stellen, um nichts zu übersehen.
Die richtigen Fragen:
Wer einen Prüfstand plant, sollte sich mindestens diese Fragen stellen:
- Welche Normen oder Prüfanforderungen könnten in drei Jahren neu hinzukommen?
- Welche angrenzenden Komponenten könnten künftig auf demselben Prüfstand getestet werden?
- Was ist „must have“, was ist „nice to have“?
- Welcher Lebenszyklus wird für die Anlage angesetzt und welche Prüfaufgaben werden in dieser Zeit realistisch dazukommen?
Praxisbeispiel: Prüfstand für ein Radvektorsystem
Wie weitreichend solche Anforderungen sein können, zeigt das Beispiel eines Prüfstands für ein Radvektorsystem (Wheel Vector System, WVS). Der Prüfling ist das WVS selbst – ein Messsystem, das die Position des Rades gegenüber dem Chassis in drei Dimensionen erfasst und parallel dazu Sturzwinkel, Lenkwinkel und Federweg misst. Es basiert auf optischen Encodern, die über eine Parallelogramm-Mechanik mit dem Rad verbunden sind. Aufgabe des Prüfstands ist es, dieses System unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen zu validieren – und dafür muss er die Radbewegung in allen fünf Achsen kontrolliert simulieren können: Längskraft (Bremsen und Beschleunigen), Seitenkräfte, Federweg sowie Lenk- und Sturzwinkel. Was zunächst überschaubar klingt, führt in der Anforderungsanalyse schnell zu einer Liste mit über einem Dutzend technischer Themen:
- Stabilität der Prüflingsaufnahme
- Wiederholgenauigkeit – im Zusammenspiel von Messsystem und Mechanik (Steifigkeit der Achsen)
- Manuelle Verstellung für statisches Anfahren der fünf Achsen
- Automatische Verstellung mit Servomotoren als Erweiterungsoption
- Automatisches Profilfahren von Stellungen
- Offene Schnittstellen und CAN-Bus-Integration
- Kalibrierkonzept
- Sicherheitskonzept
- Kompakter Aufbau bei begrenztem Platz
- Aufbau und Ausrichtung vor Ort, bereits in der Entwicklung mitgedacht
- Wirtschaftlichkeit über die Nutzungsdauer
Erst wenn diese Anforderungen klar sind, lassen sich tragfähige Lösungsvarianten gegeneinander abwägen. Im konkreten Projekt standen sich am Ende zwei Varianten gegenüber: eine vollautomatische High-End-Variante mit vorgespannter Kugelumlauf-Linearführung und einer Wiederholgenauigkeit von 0,01 mm – und eine günstige, manuelle Lösung mit Profilschienenführung und 0,5 mm Wiederholgenauigkeit. Welche Variante die richtige ist, entscheidet sich nicht an der Technik, sondern an der Anforderung.
Empfehlung: Definieren Sie Anforderungen möglichst unabhängig von konkreten Realisierungsvorschlägen. Ziel ist nicht der Maximalumfang, sondern ein tragfähiger und wirtschaftlicher Kompromiss, der Erweiterungen offen lässt.
Es gibt nicht die perfekte Lösung. Keiner kann in die Zukunft sehen. Anforderungen entwickeln sich – und die Architektur muss das aushalten.
Dimension 2: Modularität und Offenheit
Auch der bestgeplante Prüfstand bleibt nur dann zukunftsfähig, wenn er offen bleibt. Geschlossene Systeme bedeuten Herstellerabhängigkeit – und damit langfristig Einschränkungen, die sich kaum mehr auflösen lassen.
Typische Probleme geschlossener Systeme
- Herstellerabhängigkeit: Erweiterungen, Wartung und Ersatzteile sind an einen Anbieter gebunden.
- Proprietäre Systeme: Nur Komponenten desselben Herstellers sind kompatibel.
- Unflexible Architekturen: Erweiterungen sind aufwendig oder gar nicht möglich.
Die richtigen Fragen:
- Kann ich später andere Sensoren integrieren?
- Kann ich Messkanäle erweitern, ohne Hardware tauschen zu müssen?
- Lässt sich das System in meine IT-Landschaft einbinden?
- Können Fremdgeräte integriert werden?
- Wie kann ich den Prüfstand für neue Prüflinge ertüchtigen?
Praxisbeispiel: Antriebsprüfstand bei Alstom
Wie sich Modularität und Offenheit konkret auswirken, zeigt ein aktuelles Projekt am Standort Netphen von Alstom. Dort betreibt das Unternehmen ein Servicezentrum für die Wartung und Revision von Drehgestellen. Im Zentrum: ein eingehauster Antriebsprüfstand für die abschließende Funktions- und Qualitätsprüfung nach der Revision.
Ursprünglich war der Prüfstand für Bahnantriebe ausgelegt, deren Mittelspannungsmotor Teil der Prüfeinheit ist und direkt am Prüfstand betrieben wird. Mit zunehmender Bedeutung weiterer Fahrzeugplattformen kam eine neue Anforderung dazu: Auch motorlose Antriebseinheiten - Talent-Antriebe von Alstom und Vectron-Antriebe von Siemens - sollten auf demselben Prüfstand geprüft werden können. Diese benötigen einen externen Hilfsmotor mit 400 Volt - die vorhandene 800 kVA Mittelspannungsanlage war dafür ungeeignet.
Die Bedienung sollte unverändert bleiben. Geschultes Personal arbeitet im Drei-Schichten-Betrieb mit den bestehenden Prüfabläufen – eine Umschulung war keine Option. Gleichzeitig sollte der Prüfstand wirtschaftlich erweitert werden, ohne ein zweites System aufzubauen.
Möglich war diese Erweiterung nur, weil die Architektur des bestehenden Prüfstands offen war. TMX konnte einen modularen Erweiterungsschrank ergänzen – mit eigenem 400-V-Frequenzumrichter, eigener Safety-SPS und vollständiger Einbindung in den bestehenden Not-Aus-Kreis. Die Bestandsanlage blieb dabei weitgehend unverändert. Die Prüfdatenbank in Excel funktioniert weiter wie bisher. Das Bedienpersonal arbeitet mit denselben Abläufen und wählt am Bedienplatz lediglich die gewünschte Prüfung aus. Die Umschaltung der Parametersätze zwischen Talent- und Vectron-Antrieben erfolgt automatisch im Hintergrund.
Das Ergebnis: ein Prüfstand, der heute deutlich flexibler nutzbar ist und auch externe Prüfaufträge abwickeln kann - ohne Neuinvestition. Mehr zum Alstom-Projekt erfahren Sie hier.
Empfehlung: Bestehen Sie auf der Übergabe sämtlicher projektbezogener Quelltexte, Konfigurationen und Projektdateien. Erlauben Sie nach Möglichkeit keine Blackboxen – weder in der Steuerung noch in der Software. Die Mehrkosten dafür amortisieren sich spätestens bei der ersten Erweiterung.
Jede Blackbox schränkt die Möglichkeiten ein. Modularität schafft Handlungsfreiheit. Offenheit sichert die Zukunft.
Dimension 3: Skalierbarkeit
Anforderungen wachsen selten linear, sie wachsen sprunghaft. Aus einem Prüfling werden drei. Aus einem manuellen Versuch wird ein teilautomatisierter Ablauf, später ein 24/7-Dauerlauf. Aus einer Prüfaufgabe werden zwei, später deutlich mehr. Wer das beim Bau des Prüfstands nicht mitdenkt, stößt schnell an Grenzen, die sich nachträglich kaum überwinden lassen.
Was kann skalieren?
Skalierbarkeit betrifft alle vier Ebenen eines Prüfstands gleichzeitig:
- Mechanik – Bauraum, Aufnahmen, Antriebe, Steifigkeit der Tragstruktur
- Steuerungstechnik – Anzahl der Achsen, IO-Kanäle, Buskapazitäten
- Messtechnik – Anzahl und Art der Messkanäle, Abtastraten, Synchronisation
- Prüfstandssoftware – Bedienkonzept, Datenmanagement, Schnittstellen
Praxisbeispiel: Reifenprüfstand
Wie unterschiedlich Skalierungspfade aussehen können, zeigt das Beispiel eines Reifenprüfstands. Die Aufgabenstellung zu Beginn ist überschaubar: ein Reifen soll gegen eine Trommel geprüft werden. Wenn der Prüfstand jedoch von Anfang an darauf ausgelegt ist, lassen sich rechts und links an der Trommel jeweils ein Reifen testen - aus einem werden zwei. Wer die Skalierungsfrage von Beginn an konsequent denkt, kann auch eine andere Architektur wählen: eine liegende Rolle, an der bis zu sechs Reifen gleichzeitig getestet werden.
Der entscheidende Punkt: Mechanik, die später skalieren soll, muss von Anfang an entsprechend geplant sein. Eine Trommel auf Spur 1 lässt sich später nicht in einen Sechsfach-Prüfstand verwandeln. Wohl aber lässt sich ein Sechsfach-fähiger Aufbau zunächst nur mit einem Prüfplatz ausstatten und später erweitern.
Ähnlich verhält es sich mit den Prüfanforderungen selbst:
- Heute: Radlast
- Morgen: zusätzlich Lenk- und Sturzwinkel
- Übermorgen: Radmessnabe für direkte Kraft- und Momentenmessung
Und es gibt eine ganze Reihe weiterer Aufgaben, die mitbedacht werden sollten, lange bevor sie konkret werden:
- 24/7-Dauerbetrieb
- Flatspot- oder Schlagprüfung
- Profiltiefenmessung
- Akustische Sensorik für NVH-Analysen, etwa Geräusch- und Cavity-Noise-Untersuchungen
- Reifentemperaturüberwachung
- Kombination mit Temperaturkammer zur Erfassung thermischer Effekte
- Kamerasysteme zur visuellen Beurteilung
- Mehrfach-Trommelsysteme mit separater Steuerung
- Einbindung in übergeordnete Prüfstandsumgebungen
- Anbindung an Simulationsdatenbanken oder digitale Prüfakten
Empfehlung: Definieren Sie ein realistisches Skalierungsszenario - nicht den Maximalausbau. Welche Erweiterungen sind in fünf bis zehn Jahren plausibel? Diese Reserven sollten Mechanik, Steuerung, Messtechnik und Software bereits bei der Erstauslegung mitbringen.
Starten Sie klein - aber denken Sie groß. Wie viel Platz, Leistung und Schnittstellen plane ich heute für morgen ein?
Dimension 4: Gesamtkosten über die Nutzungsdauer
Der Anschaffungspreis ist nur ein Teil der Gesamtkosten und in der Regel nicht der größte. Über die typische Nutzungsdauer eines Prüfstands von zehn Jahren oder mehr summieren sich Posten, die in der Investitionsentscheidung oft unterschätzt werden.
Die versteckten Kosten
- Kalibrierung und regelmäßige Wartung
- Stillstandszeiten durch fehlende Ersatzteile
- Schulungsaufwand für Bediener bei Personalwechsel oder Erweiterungen
- Software-Updates und Support-Verträge
- Energieverbrauch über die gesamte Betriebsdauer
- Erweiterungs- und Anpassungskosten bei neuen Prüfaufgaben
Die richtige Frage
Statt zu fragen „Was kostet der Prüfstand?“, lautet die richtige Frage: „Was kostet mich der Prüfstand über zehn Jahre?“
Diese Perspektive verändert die Bewertung von Anschaffungsentscheidungen oft grundlegend. Eine offene, modulare Architektur kann beim Kauf teurer sein – und über die Nutzungsdauer trotzdem deutlich günstiger, weil sie Erweiterungen ohne Komplettneuinvestition zulässt. Ein Hersteller mit verlässlichem Ersatzteilkonzept und langfristiger Software-Unterstützung kann ebenfalls den Mehrpreis wert sein, wenn er Stillstände vermeidet.
Empfehlung: Betrachten Sie den Prüfstand wie eine Anlageninvestition über die gesamte Nutzungsdauer. Verlangen Sie von Anbietern Aussagen zu Wartungs- und Kalibrieraufwand, Ersatzteilverfügbarkeit, Software-Support-Zeiträumen und typischen Erweiterungspfaden. Diese Themen gehören in die Entscheidung – nicht erst in die spätere Realität.
Die wichtigsten Erkenntnisse
Die vier Dimensionen greifen ineinander. Wer sie alle berücksichtigt, baut keinen perfekten Prüfstand – den gibt es nicht. Aber einen, der über die Jahre tragfähig bleibt.
- Anforderungen richtig erfassen – und rückwärts vom Lebenszyklus her planen, nicht vorwärts vom heutigen Bedarf.
- Modularität schlägt Perfektion. Offenheit sichert die Zukunft.
- Klein starten, groß denken – Skalierungsreserven gehören in die Erstauslegung, nicht in den späteren Umbau.
- Der Betrieb ist Teil der Planung. Rechnen Sie über die gesamte Lebensdauer, nicht nur über den Anschaffungspreis.
Der beste Kompromiss ist der, der mitwachsen kann.
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Das vollständige Webinar „Prüfstände, die mitwachsen“ ist über messweb verfügbar:
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Beispiele aus Automobil, Bahn und Maschinenbau – von Komponentenprüfständen über Funktions- bis zu Lebensdauerprüfständen:
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