Retrofit Ein strategisch wichtiger Weg in die Zukunft?

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Hohe Energiekosten, unsichere wirtschaftliche Rahmenbedingungen, zurückhaltende Investitionsneigung – es gibt viele Triebfedern, Bestandsanlagen durch Retrofitting ein zweites Leben zu geben. Was spricht für ein Retrofitting? Welche Anforderungen gehen damit einher? Dieser Beitrag gibt Antworten.

Eines vorneweg: Retrofits sind ein sehr weites Themenfeld. Daher konzentriert sich dieser Beitrag auf die wesentlichen Aspekte und Anforderungen, die in der Regel mit einem Retrofitting verbunden sind.

Wofür steht der Begriff Retrofitting? Er bedeutet, bestehende Maschinen und Anlagen gezielt zu modernisieren, um sie fit für die Zukunft zu machen. Dies geschieht etwa durch den Austausch von Steuerungen, Sensorik oder Sicherheitstechnik, während die mechanische Substanz erhalten bleibt.

Wirtschaftliche Lösungen für eine effiziente Industrie

Wie Unternehmen mit politischen und regulatorischen Anforderungen Schritt halten

Unternehmen stehen unter stetigem Druck, Betriebskosten zu senken und zugleich effizient und nachhaltig zu agieren. Retrofit ermöglicht die Modernisierung bestehender Maschinen und Anlagen zu einem Bruchteil der Kosten einer Neuanschaffung. Der Retrofit Innovation Day beleuchtet die entscheidenden Vorteile von Retrofit-Lösungen in der modernen Industrie.

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Für Konstrukteure ergibt sich hieraus ein enormer Hebel auf vielen unterschiedlichen Ebenen, wodurch sich hohe Neuinvestitionen vermeiden und Stillstandzeiten durch aufwändige Installationen reduzieren lassen. Gleichzeitig erfüllen ältere Anlagen nach einem Retrofit die aktuellen Anforderungen an Digitalisierung und Automatisierung.¹

Wie trägt ein Retrofit zur Nachhaltigkeit bei?

Retrofits tragen wesentlich zur Nachhaltigkeit bei und fördern die Kreislaufwirtschaft, da sie Ressourcen schonen, den ökologische Fußabdruck verringern und bestehende Maschinen sowie Anlagen weiter genutzt werden können. Hierfür einige Beispiele:

• Durch die Modernisierung entfällt die Notwendigkeit einer energie- und materialintensiven Neuproduktion durch sinkenden Bedarf an Rohstoffen wie Stahl oder Aluminium und geringeren Belastungen durch deren Gewinnung und Verarbeitung.

• Ein Retrofit vermeidet CO₂-Emissionen, die ansonsten bei der Herstellung, Logistik und Installation neuer Anlagen entstehen. Überdies senken modernisierte Steuerungen und energieeffiziente Komponenten dauerhaft den Stromverbrauch und somit die laufenden CO₂-Emissionen im Betrieb.

• Wer Altanlagen aktualisiert statt verschrottet, senkt den Recyclingaufwand und unterstützt gleichzeitig die Modularität, leichtere Wartung und Instandsetzung sowie Upgradefähigkeit (Design for Retrofitability) von Bestandsmaschinen.

• Die Integration moderner Sensorik sowie Digitalisierung und KI-basierte Wartungskonzepte optimieren den ressourceneffizienten Betrieb und minimieren Produktionsausschüsse, da Prozessdaten helfen, Werkzeuge und Anlagen präziser mithin effizienter einzusetzen, Standzeiten zu verlängern und Rohstoffe gezielter zu verwenden.²

Die folgende Tabelle fasst die wesentlichen Punkte zusammen:

Welche Komponenten lassen sich im Rahmen eines Retrofittings modernisieren?

Wenn dies immer auch aufgrund der Auslegungen von Altmaschinen häufig eine Herausforderung ist, sind die Möglichkeiten hier dennoch breitgefächert, angefangen mit der Sensorik, über die Antriebstechnik und Steuerung bis hin zur Signalverarbeitung, Visualisierung sowie Wartung- und Instandhaltung, wobei dies sicherlich nur einen Auszug darstellt.

So lassen sich zum Beispiel durch Nachrüstung moderner Temperatur-, Druck-, Vibrations-, Strom- und Positionssensoren relevante Maschinen- und Prozessdaten gezielt erfassen und für die Zustandserfassung, also einem Condition Monitoring (zum Beispiel via IO-Link), u.a. im Sinne einer wirtschaftlichen prädiktiven Instandhaltung nutzen. Die erfassten Daten können in bestehende IT-Systeme (MES, ERP, Cloud-Lösungen) oder über SPS mit dem Ziel einer durchgängigen Digitalisierung und Automatisierung eingebunden werden.

Der Ersatz oder die Ergänzung von alten SPS oder HMI-Systemen durch zeitgemäße, vernetzbare Steuerungen ermöglicht eine bessere Kommunikation, Datenverarbeitung und Datenauswertung. Flankiert wird dies in der Regel durch die Integration moderner Antriebstechnik mit energieeffizienten und ansteuerbaren Antrieben (zum Beispiel Servomotoren, Frequenzumrichter), die den Stromverbrauch senken und die Prozesssicherheit erhöhen.

Retrofit Innovation Day

Warum Retrofitting jetzt zur strategischen Pflicht wird

Oft werden hierzu zusätzliche Kommunikations-Schnittstellen wie OPC-UA, I²C, RS-485 oder IoT-Gateways eingerichtet, um die erfassten Daten an Steuerungen, lokale Verarbeitungseinheiten oder über Edge-Geräte an zentrale Systeme weiterzuleiten.

Durch die Installation von weiteren Zählern, Energiemonitoring-Systemen und Software für das Ressourcenmanagement werden die Erfassung und Optimierung des Verbrauchs zusätzlich unterstützt.

Auch Touchscreens, Bedienpanels oder digitale Anzeigen sind prinzipiell nachrüstbar, um die Bedienung einer Maschine zu vereinfachen und deren Prozessdaten transparenter darzustellen.

Selbstverständlich bietet ein Retrofitting überdies die Chance zur Implementierung von digitalen Wartungs- und Instandhaltungssystemen (zum Beispiel Softwarelösungen für Predictive Maintenance), um nach Inbetriebnahme der modernisierten Maschine Wartungsintervalle zu optimieren und Ausfallzeiten zu verkürzen. In diesem Zusammenhang sind im Hinblick auf die Datensammlung, -verarbeitung und -analyse mitunter Technologien wie zum Beispiel Digitale Zwillinge und Edge-Computing relevant.

Bei allen Potenzialen, die hier nur angerissen sind, muss allerdings immer auch auf die mechanische und elektrische Anpassungsfähigkeit von Retrofittings geachtet werden. Oftmals sind hierzu Adapter, Schutzgehäuse oder spezielle Montagehalterungen nötig.³

Hier die einzelnen Bereiche in einer Tabelle zusammengefasst:

Welche Normen sind beim Retrofitting zu berücksichtigen?

Wie immer, wenn Maschinen auf den neuesten Stand der Technik gebracht werden sollen, spielen Normen und Richtlinien eine grundlegende Rolle, denn jede wesentliche Änderung verlangt u.a. eine vollständige Überprüfung aller Sicherheitsfunktionen (zum Beispiel Not-Halt, Lichtgitter, Sicherheitsschaltungen) und eine neue Gefährdungsbeurteilung nach aktuellen Normen wie der derzeitigen Maschinenrichtlinie EU2006/42/EG, die 2027 durch die neue Maschinenverordnung EU2023/1230 ersetzt wird.

Die DIN EN ISO12100 (Typ A: Grundnorm), DIN EN60204-1, DIN EN ISO13849, DIN EN62061 (Typ B: Gruppen- und Funktionsnormen) regeln im Allgemeinen die Risikobeurteilung, die elektrische Ausrüstung von Maschinen sowie die Sicherheitsfunktionen und Schutzmaßnahmen bei Maschinenumbauten. Die Schwerpunkte dieser Normen im Überblick:

• DIN EN ISO12100: Zentrale Grundnorm für die Risikobeurteilung und die Gestaltung sicherer Maschinen. Festlegung allgemeiner Prinzipien für die Risikobeurteilung sowie die Auswahl und Umsetzung von Schutzmaßnahmen. Diese Norm ist für alle Maschinenarten relevant.

• DIN EN60204-1: Definition von Sicherheitsanforderungen für elektrische Komponenten und Steuerungen, also Anforderungen an die elektrische Ausrüstung von Maschinen, einschließlich Schutzmaßnahmen, Not-Halt-Funktionen, Schutzleitersysteme, EMV und Prüfungen unabhängig von der Maschinenart.

• DIN EN ISO13849: Beschreibung der Prinzipien für die Gestaltung und Bewertung von Sicherheitsfunktionen in Steuerungen, zum Beispiel Not-Halt, Sicherheitsverriegelungen, Lichtgitter, etc. Diese Norm legt außerdem die Bewertung von Sicherheitskreisen nach Performance Level (PL) fest.

• DIN EN62061: Beschreibung der Anforderungen an sicherheitsbezogene elektrische, elektronische und programmierbare elektronische Systeme (E/E/PES) in enger Verknüpfung mit der DIN EN ISO13849.

Hinzu kommen die Typ-C-Normen, die sich auf spezielle Maschinen oder Maschinenarten (zum Beispiel Pressen, Werkzeugmaschinen, Förderanlagen) beziehen und mit konkreten maschinenspezifischen Anforderungen die Typ-A- und Typ-B-Normen ergänzen.

Da mit einem Retrofitting eine Maschine auch im Hinblick auf ihre Kommunikationsfähigkeit durch die Integration von digitalen Komponenten bzw. Schnittstellen und Protokolle wie zum Beispiel OPC UA, MQTT, IIoT modernisiert wird, sind Normen wie die DIN EN62443 (Cybersecurity) und die VDMA-Normen zur Maschinenbefähigung für Industrie 4.0 zu berücksichtigen:

• Die VDMA-Normen und Leitfäden bieten hierzu praxisorientierte Rahmenbedingungen und Vorgehensweisen, um Maschinen und Anlagen auf die Vernetzung, Digitalisierung und Industrie 4.0 vorzubereiten.
  Die Schwerpunkte liegen hierbei u.a. auf der Interoperabilität, die Datensicherheit und den Datenschutz (Empfehlungen zur sicheren Datenübertragung und zum Schutz sensibler Produktionsdaten), die Modularität und Skalierbarkeit (Lösungen für die nachträgliche Aufrüstung bestehender Maschinen mit digitalen Komponenten und IIoT-Geräten) und die Wertschöpfung durch Daten (Methoden zur Nutzung von Maschinendaten für Predictive Maintenance, Prozessoptimierung und neue Geschäftsmodelle).

• Die DIN EN62443 beschreibt wiederum die verpflichtenden Schutzmaßnahmen für die Cybersicherheit wie etwa Firewalls, sichere Protokolle, Rechteverwaltung, usw.

• Im Rahmen von Retrofittings ist außerdem das Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG) zu berücksichtigen, um sicherstellen, dass nach einem Retrofit keine neuen Gefährdungen entstehen und bestehende Schutzmaßnahmen weiterhin ausreichend sind.

In der Praxis bedeutet das: Es sind eine ganze Reihe an Normen und Richtlinien zu berücksichtigen, zumal eine Maschine nach einem Retrofitting oft als „neue“ Maschine betrachtet wird, die eine wiederholte Konformitätsbewertung und CE-Kennzeichnung mit entsprechender Dokumentation erforderlich machen.⁴

Die beschriebenen Normen und Richtlinien auf einen Blick:

Was sind die größten Herausforderungen bei der Umsetzung von Retrofits?

Eine Herausforderung besteht gleich im Ansatz durch unvollständige Dokumentationen von Altanlagen, die es einem nicht gerade leicht machen, auf Anhieb die richtigen Hebel an den entscheidenden Stellen mit den entsprechenden mechanischen und technischen Anpassungen anzusetzen.

Hinzu kommt, dass es mit einem Retrofitting zu einem Mischbetrieb von bestehenden, alten Komponenten und neuen Komponenten kommt. Dies führt meist zwangsläufig zu einer Hardware-Software-Divergenz, sodass die Einbindung moderner Steuerungen, Sensoren und Software in veraltete Maschinenstrukturen oftmals technisch komplex sein kann. Ein Beispiel ist ältere Sensorik, die meist noch mit einer 230-V-AC-Versorgungsspannung arbeitet und die auf 24-V-DC-Alternativen umgerüstet werden sollte, um sämtliche Vorzüge moderner Sensorik inklusive IO-Link-Schnittstellen ausschöpfen zu können.

Vor diesem Hintergrund stellen Bestandsmaschinen in der Regel ohnehin keine oder nur wenige Prozessdaten, zum Beispiel über eine SPS, bereit. Die Nachrüstung etwa mit neuer Sensorik und Schnittstellen ist daher meist keine Frage.

Bei der Integration neuer Hardware kommt es außerdem immer auch zu konstruktiven Einschränkungen, zum Beispiel durch den verfügbaren Bauraum, die mechanischen Belastungen oder die Umgebungsbedingungen wie etwa Temperatur oder Vibration.

Mit einem Retrofit steigen gleichzeitig die sicherheitstechnischen Anforderungen an eine Bestandsmaschine, denn jede entscheidende Änderung führt meist zwangsläufig zu einer neuen Risikobeurteilung und der Verpflichtung zur Einhaltung aktueller Sicherheitsnormen.

Mit dem Sprung einer vernetzten Maschine in ein neues digitales Zeitalter erhöhen sich zudem die Risiken von Cyberangriffen Und auch hier müssen vor dem Hintergrund bestehender Normen und Richtlinien neue Sicherheitskonzepte und entsprechende Schutzmaßnahmen ins Auge gefasst werden (Stichwort: Cyber Resilience Act).

Eine entscheidende Herausforderung besteht darüber hinaus darin, im Zuge von Retrofitting-Projekten die Stillstandzeiten und Produktionsunterbrechungen weitestgehend zu minimieren. Je besser die Planung eines Projektes, desto effizienter ist in der Regel dessen technische Umsetzung.

Last, but not least müssen ROI-Betrachtungen und Wirtschaftlichkeitsanalysen sicherstellen, dass sich die Investitionen im Verhältnis zu den erwarteten Effizienzsteigerungen, Kosteneinsparungen und Lebensdauererwartungen auch tatsächlich rechnen.⁵

Welche Vorgehensweise führt Automatisierer effizient durch ein Retrofit-Projekt?

Eine systematische Vorgehensweise führt Automatisierer Schritt für Schritt durch ein Retrofit-Projekt und sorgt für eine zielgerichtete, sichere und wirtschaftliche Umsetzung, wodurch sich gleich im Ansatz Fehler vermeiden lassen. Hier sind die wichtigsten Schritte in einem Bottom-Up-Ansatz, der sich vom Problem zur Lösung bewegt. Die umgekehrte Vorgehensweise, also von der Lösung zum Problem, wäre ein Top-Down-Ansatz.

• Analyse des Ist-Zustandes: Gleich zu Beginn wird eine detaillierte Bestandsaufnahme der bestehenden Maschine oder Anlage vorgenommen, einschließlich der gezielten Bewertung von Prozessen, Komponenten und technischen Schwachstellen.

• Zieldefinition und Potenzialanalyse: Im Anschluss sollten die Ziele des Retrofits klar definiert werden (zum Beispiel Digitalisierung, Energieeffizienz, Prozessoptimierung). Danach erfolgt eine Prüfung beziehungsweise Machbarkeitsstudie, ob und wo Potenziale bestehen, welche Daten bereits zur Verfügung stehen und welche Maßnahmen sinnvoll sind.

• Prüfung auf entscheidende Veränderung: Wie bereits betont, kann ein Retrofit eine komplette Neubewertung auf vielen Ebenen einer Maschine nach sich ziehen. Daher sollte geprüft werden, ob durch den Umbau neue Gefährdungspotenziale entstehen oder die Maschine gar rechtlich als Neuanlage gilt, die dann eine erneute Konformitätsbewertung und CE-Kennzeichnung erforderlich machen.

• Planung und Konzeption: Ein detaillierter Projektplan hilft, alle technischen, organisatorischen und zeitlichen Aspekte zu berücksichtigen. Die Auswahl geeigneter Komponenten (Sensoren, Steuerungen, Software) und Maßnahmen erfolgt unter anderem unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen und konstruktiven Einschränkungen. Modulare Reftrofit-Kits vereinfachen in diesem Zusammenhang durch standardisierte, wiederverwendbare Baugruppen größere Rollouts.

• Umsetzung und Integration: Die Retrofittings werden in Absprache mit dem Betrieb und möglichst parallel zur laufenden Fertigung bzw. zum laufenden Prozess umgesetzt, damit Stillstände minimiert werden. Die Integration erfolgt schrittweise, beginnend mit einzelnen Pilotphasen.

• Validierung und Dokumentation: Dem Umbau folgt die Validierung der Sicherheitseinrichtungen (falls erforderlich), die Aktualisierung von Maschinenplänen und Bedienungsanleitungen sowie eine vollständige Dokumentation der Retrofits.

• Monitoring und Optimierung: Nach der Inbetriebnahme werden die Ergebnisse kontrolliert und gegebenenfalls kontinuierlich optimiert, um die gesetzten Ziele zu erreichen.

Für die beschriebenen Schritte werden in der Regel Projektteams bestehend zum Beispiel aus Mitarbeitenden der Produktion, IT, Instandhaltung und Qualitätssicherung gebildet. Durch eine transparente Kommunikation und klare Rollenverteilung im Team lassen sich die einzelnen Projektschritte gezielt umsetzen, regelmäßig überprüfen und bei Bedarf Einzelmaßnahmen anpassen.⁶

Welche Zukunftstrends machen Retrofits besonders interessant?

Die Nachfrage nach ressourcenschonenden Modernisierungen steigt weiter, da Unternehmen den Betrieb bestehender Maschinen verlängern und hierbei gleichzeitig den Energie- und Materialverbrauch minimieren wollen. Der Austausch alter Antriebe und Motoren gegen energieeffiziente Lösungen bleibt weiterhin ein zentraler Trend zur Senkung von Betriebskosten und Steigerung der Nachhaltigkeit.

Bereits heute ermöglichen KI-basierte Lösungen eine vorausschauende Wartung, Prozessoptimierungen und automatisierte Entscheidungen direkt an der Maschine (Edge-KI). Dadurch müssen weniger Daten übertragen werden, die sich schneller und effizienter auswerten lassen. Die Erstellung digitaler Zwillinge ermöglicht zudem die virtuelle Planung, Simulation und Optimierung von Retrofittings, bevor sie real umgesetzt werden, um mögliche Risiken und Stillstandzeiten zu minimieren.

Insbesondere für KMU werden modulare Systeme und Plug-and-Play-Lösungen immer wichtiger, denn damit lassen sich bestehende Maschinen schnell und kostengünstig digitalisieren und in vernetzte Produktionsumgebungen einbinden.

Maschinenbauer und Dienstleister bieten außerdem zunehmend Retrofits als Service an (Retrofit-as-a-Service), inklusive Wartung, Monitoring und kontinuierlicher Optimierung – oft als Bestandteil von „Pay-per-Use“- oder „Outcome-as-a-Service“-Modellen.

Solche und viele weitere Trends sowie die Anforderungen an moderne Maschinen und Anlagen führen letztendlich dazu, dass Retrofit-Projekte zwar immer komplexer, aber auch effizienter sowie nachhaltiger werden und neue Chancen für Innovationen und mehr Wettbewerbsfähigkeit bieten.⁷

Fußnoten

Quellennachweis

(ID:50634668)