21.10.2025 von Viktor Siebert
Thermische Überlast im Leistungsteil Mitsubishi MDS-C1-SP-260 Spindle Drive Unit
Eingangszustand und erste Beobachtungen
Der Mitsubishi MDS-C1-SP-260 wurde uns mit dem Fehler „Power Module Overheat“ eingesendet. Dieser Alarm ist bei den C1-Spindelantrieben relativ häufig und deutet fast immer auf ein thermisches Ungleichgewicht im Leistungsteil hin. Das Gerät kam aus einer laufenden CNC-Produktion, wo es nach wenigen Minuten Betriebszeit regelmäßig abschaltete. Äußerlich war das Modul in gutem Zustand, jedoch zeigte die Erfahrung, dass das äußere Erscheinungsbild bei diesen Geräten wenig über den tatsächlichen inneren Zustand aussagt.
Visuelle und elektrische Eingangskontrolle
Bei der Eingangskontrolle wird das Gerät zunächst visuell geprüft: Zustand der Steckverbinder, Lüfter, Kühlkörper, Isolationsabstände und mögliche Spuren von Überhitzung oder Staubablagerungen. Danach folgt die elektrische Grundprüfung ohne Last. Dabei messen wir den Isolationswiderstand, kontrollieren die Zwischenkreisspannung und prüfen, ob die Steuerung ordnungsgemäß startet. Schon in dieser Phase lassen sich typische Auffälligkeiten erkennen, etwa eine ungleichmäßige Stromaufnahme oder ungewöhnliche Temperaturanstiege im Bereich der Kühlkörper.
Testlauf auf dem Prüfstand
Die eigentliche Diagnose erfolgt anschließend auf unserem Prüfstand. Dort simulieren wir den Betrieb des Geräts in einer echten Maschinenumgebung. Das Spindel-Drive wird über eine CNC-Steuerung angesteuert, und wir belasten es mit definierten Rampen, Beschleunigungs- und Bremszyklen. Während des Tests werden alle relevanten Signale kontinuierlich aufgezeichnet – Zwischenkreisspannung, Phasenströme, Temperaturverläufe, Ansprechverhalten der Lüfter und die Dynamik der Bremschopper-Sektion. Der entscheidende Punkt bei einem „Power Module Overheat“ ist die zeitliche Korrelation zwischen Temperaturanstieg und Stromverlauf. Wenn die Temperatur schneller steigt als die Verlustleistung erklären kann, deutet das auf eine unzureichende Wärmeableitung oder veränderte thermische Eigenschaften im Leistungspfad hin.
Strukturierte Demontage und Baugruppenprüfung
Sobald dieser Verdacht bestätigt ist, beginnen wir mit der strukturierten Demontage. Dabei trennen wir das Gerät in die Hauptsektionen – Steuerung, Leistung, Kühlung. Jede Baugruppe wird getrennt gereinigt und geprüft. Besonders im Leistungsbereich konzentrieren wir uns auf jene Bauteile, die stark thermisch belastet werden: Module der Endstufe, Gate-Treiber, Kühlverbindungen, Sensorik und Strompfade. Die Prüfung erfolgt unter dem Mikroskop, ergänzt durch Widerstands- und Kapazitätsmessungen.
Präventiver Reparaturansatz
Statt einzelne Bauteile punktuell zu tauschen, wird bei uns grundsätzlich ein präventiver Reparaturansatz verfolgt. Das bedeutet: kritische Komponenten, die erfahrungsgemäß altern oder deren Eigenschaften sich über die Jahre verändern, werden unabhängig vom gemessenen Zustand ersetzt. Zu diesem präventiven Paket gehören typischerweise Lüfter, Wärmeleitpads, thermische Übergangsmaterialien, Steckverbinder, bestimmte Elektrolytkondensatoren im Zwischenkreis sowie optoelektronische Bauteile in der Ansteuerung. Diese Vorgehensweise sorgt dafür, dass das Gerät nach der Reparatur nicht nur wieder funktioniert, sondern auch langfristig stabil bleibt.
Dauerlasttest und Funktionsprüfung
Nach Abschluss der Überholung wird der Antrieb erneut komplett montiert und auf dem Prüfstand unter Volllast getestet. Der Test umfasst verschiedene Szenarien: Beschleunigungszyklen, Temperaturtests im Dauerlauf, Bremsenergie-Simulationen sowie Temperaturmessungen an mehreren Punkten im Leistungsteil. Parallel werden Strom- und Spannungsformen mit Oszilloskop und Datenlogger aufgezeichnet. Der Testlauf dauert mehrere Stunden und simuliert typische Produktionsbedingungen. Erst wenn das Gerät auch unter Dauerbelastung stabile Werte liefert, wird es freigegeben.
Messprotokoll und Qualitätsnachweis
Am Ende des Prozesses steht ein Messprotokoll, das Temperaturverläufe, Zwischenkreiswerte, Phasenströme und Kommunikationsstatus dokumentiert. Es dient als Nachweis der Funktionssicherheit und zugleich als Grundlage für zukünftige Zustandsvergleiche, falls das Gerät erneut überprüft wird.
Langfristige Zuverlässigkeit durch vorbeugende Instandsetzung
Der Fall dieses MDS-C1-SP-260 zeigt exemplarisch, warum ein systematischer und präventiver Ansatz entscheidend ist. Viele Geräte dieser Serie laufen seit über 15 Jahren in Dauerbetrieb. Staub, Ölnebel und Temperaturzyklen führen über die Zeit zu Materialveränderungen, Wärmeleitverbindungen verlieren ihre Funktion, Lüfterleistung nimmt ab, Kondensatoren altern schleichend. Wenn man nur den akuten Fehler beseitigt, kehrt das Problem oft bald zurück. Wenn man das gesamte System überholt, bleibt die Maschine langfristig stabil.
Fazit
Unsere Philosophie ist einfach: Jede Reparatur ist zugleich eine technische Erneuerung. Wir ersetzen, was seine Reserven verloren hat, und testen, als wäre das Gerät neu gefertigt. So entstehen langlebige Lösungen, die nicht nur einen Ausfall beseitigen, sondern zukünftige verhindern. Das unterscheidet eine Reparatur von einer reinen Instandsetzung und macht den Unterschied zwischen kurzfristiger Funktion und nachhaltiger Zuverlässigkeit.
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Technische Spezifikationen
| Parameter | Wert |
|---|
| Nennleistung | 26 kW |
| Zwischenkreis Eingang | 115 A, DC270–311 V |
| Steuernetz Eingang | 0,2 A, 1-Phase 200–230 V, 50/60 Hz |
| Ausgangsstrom | 97 A |
| Ausgangsspannung | 3-Phasen 200 V |
| Ausgangsfrequenzbereich | 0–833 Hz |
| Norm | DIN VDE0160 |
| Schutzart | ca. IP20 (Schaltschrankmontage) |
| Kühlung | Zwangsluft (interner Lüfter, Kühlkörper) |
| Umgebung | 0–40 °C, trockene und saubere Schaltschrankumgebung |
Hinweis: Werte wurden direkt vom Typenschild übernommen, nicht angegebene Spezifikationen sind praxisübliche Annahmen.
Note: Values were read from the nameplate, unspecified specs are practical assumptions.
Anschlüsse
| Anschluss | Beschreibung |
|---|
| L1, L2, L3 | Netzversorgung 200 V 3-Ph für Leistungsteil über Zwischenkreis |
| P, N, DB | Zwischenkreis, Anschluss für Bremswiderstand |
| U, V, W | Spindelmotor-Ausgang |
| CN-Steuerung | Interface zur CNC (Enable, Run, Analog, Digital I/O) |
| Encoder | Rückführung vom Spindelmotor |
| PE | Schutzleiteranschluss |
Baugruppen
| Art | Modellbezeichnung | Menge |
|---|
| Steuerplatine | RK311B-21 oder BN634A817G51 C, alternativ RK311C-21 oder BN638A170G51 | 1 |
| Leistungsboard | RL125A-SP-300 oder BN638A138G51 D | 1 |
| Leistungsteil | BKO-NC1208 H90 oder B1-SP-260 | 1 |
| Lüftereinheit | Axiallüfter 24 V, 2-Leiter | 1 |
| Kühlkörper | Strangpressprofil mit Temperaturfühler | 1 |
| Mess-/Schutzsektion | Shunts, Thermosensor, Gate-Treiber, Snubber | – |
Funktionsbeschreibung
Das SP-Drive wandelt die Zwischenkreisspannung in variable dreiphasige Ausgangsspannung und Frequenz um. Die Regelung umfasst Stromregelkreis, Drehzahlregelkreis und Positionierreferenzen der CNC. Über den Zwischenkreis nimmt das Gerät Bremsenergie auf und gibt sie über den Bremswiderstand ab. Die Thermoüberwachung erfasst Kühlkörpertemperatur und interne Sensoren.
The SP drive converts the DC bus into variable three phase output voltage and frequency. Control covers current loop, speed loop and CNC references. The DC bus absorbs braking energy and dissipates it via the brake resistor. Thermal supervision monitors heatsink temperature and internal sensors.
Typische Alarme und Lösungen
| Anzeige | Beschreibung | Ursache | Maßnahme |
|---|
| 3B | Power Module Overheat | Kühlkörpertemperatur zu hoch, unzureichender Luftstrom, Lüfter verschlissen | Lüfter prüfen, Kühlkörper reinigen, Wärmeleitung überprüfen |
| OC | Overcurrent | Überstrom im Leistungspfad, Kurzschluss am Motor | Motor und Verkabelung prüfen, Leistungsteil testen |
| OV | Overvoltage | Zwischenkreisspannung zu hoch, Rekuperationsfehler | Bremswiderstand prüfen, Chopper und Netzversorgung prüfen |
| UV | Undervoltage | Versorgungsspannung zu niedrig | Versorgung prüfen, Kondensatoren messen |
| OH | Heatsink Overheat | Temperatur des Kühlkörpers über Grenzwert | Lüfter prüfen, Luftstrom verbessern |
| GF | Ground Fault | Erdschluss im Motorstromkreis | Isolation messen, Leitung prüfen |
| OL | Overload | Spindel überlastet oder mechanisch blockiert | Last reduzieren, Parameter prüfen |
| 32 | Power Module Overcurrent | Fehler im Leistungspfad, IGBT oder Kurzschluss | Leistungsteil prüfen, Isolationsmessung durchführen |
| 77 | Power Module Overheat (IPM) | Temperaturabschaltung des Leistungsteils | Kühlung und Wärmepfade prüfen |
| COM | Communication Error | Verbindung zur CNC unterbrochen | Interface und Steuerplatine prüfen |
Einsatzumgebung und kompatible Geräte
Einsatz: CNC-Bearbeitungszentren, Drehmaschinen, Schleifmaschinen
Kompatible Spindelmotoren: Mitsubishi 200 V Spindelmotoren passender Leistungsklasse
Steuerungen: Mitsubishi CNC der C1-Generation
Umgebung: Staubfreie, klimatisierte Schaltschrankumgebung mit definiertem Luftstrom
Service und Wartung
| Maßnahme | Intervall | Nutzen |
|---|
| Innenreinigung | halbjährlich | Verhindert Wärmestau |
| Lüftertausch | alle 3–5 Jahre | Sichert Kühlung |
| Kondensatorkontrolle | alle 5–7 Jahre | Stabiler Zwischenkreis |
| Steckverbinderprüfung | jährlich | Vermeidet Kontaktfehler |
| Thermopads erneuern | bei großer Inspektion | Verbessert Wärmeübertragung |
| Testlauf unter Last | nach jeder Reparatur | Verifiziert Dynamik und Temperaturverhalten |