12.03.2026 von Viktor Siebert
Präventive Überholung eines Yaskawa AC Servomotors SGMM-B5SF13 mit Encoder UTOPI-20ANS bei instabilem Laufverhalten
Ausgangssituation und Fehlerbild.
Der untersuchte Servomotor ist ein Yaskawa AC Servomotor der Baureihe SGMM mit der Modellbezeichnung SGMM-B5SF13. In diesem Motor ist ein Positionsgeber vom Typ UTOPI-20ANS verbaut. Der Motor arbeitet in der Anlage zusammen mit einem Servoverstärker vom Typ SGDF-B5CS.
Diese Baugruppe wird typischerweise in kleinen Bearbeitungsmaschinen, automatisierten Fertigungssystemen oder kompakten Robotersystemen eingesetzt. Die Motorleistung ist relativ gering, die Anforderungen an die Positionsgenauigkeit sind jedoch hoch.
Der Betreiber meldete ein unruhiges Verhalten der Achse bei niedrigen Drehzahlen. Zusätzlich kam es sporadisch zu Positionsabweichungen während des Betriebs. Teilweise trat der Fehler nach dem Referenzlauf auf. In anderen Fällen erschien die Störung während eines langsamen Positionierprozesses.
Auffällig war, dass die Achse nach einem Neustart zunächst wieder stabil lief. Nach einiger Betriebszeit trat die Störung jedoch erneut auf. Dieses Verhalten deutet häufig auf mechanischen Verschleiß oder auf Veränderungen in der Signalqualität der Positionsrückführung hin.
Da der Motor mit einem inkrementalen Encoder UTOPI-20ANS arbeitet, ist eine stabile mechanische Bewegung besonders wichtig. Schon kleinste Unregelmäßigkeiten im Rotorlauf können zu Positionsabweichungen führen.
Eingangskontrolle und erste Diagnose
Nach dem Eintreffen in der Werkstatt wurde zunächst eine vollständige Eingangskontrolle durchgeführt.
Der erste Schritt bestand aus einer Sichtprüfung des Motors. Gehäuse, Anschlussleitung sowie die mechanischen Schnittstellen wurden überprüft. Dabei konnten äußerlich keine Beschädigungen festgestellt werden.
Im nächsten Schritt wurde die mechanische Bewegung der Motorwelle geprüft. Dabei war ein leicht rauer Lauf spürbar. Dieses Verhalten deutet häufig auf beginnenden Verschleiß im mechanischen Lagerungssystem hin.
Anschließend wurden elektrische Grundmessungen durchgeführt. Dazu gehörten eine Isolationsmessung sowie eine Überprüfung der Phasenwiderstände. Die gemessenen Werte lagen im erwarteten Bereich.
Der Motor wurde danach an einem geeigneten Servoverstärker SGDF-B5CS auf einem Prüfstand betrieben. Dabei konnte das gemeldete Verhalten reproduziert werden. Besonders bei niedrigen Drehzahlen zeigte sich ein unruhiger Lauf. Gleichzeitig waren kleine Unregelmäßigkeiten in der Signalqualität des Encoders UTOPI-20ANS sichtbar.
Damit konnte der Fehlerbereich auf die mechanische Bewegung des Motors und die Rückführung eingegrenzt werden.
Technische Analyse
Servomotoren der SGMM Serie sind sehr kompakt aufgebaut. Der mechanische Aufbau ist präzise gefertigt und arbeitet mit sehr geringen Toleranzen.
Mit zunehmender Betriebsdauer kann es im mechanischen System zu Verschleißerscheinungen kommen. Besonders die rotierende Lagerung ist dauerhaft mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Wenn sich dort geringfügige Verschleißerscheinungen entwickeln, verändert sich das Laufverhalten des Rotors minimal. Diese Veränderungen sind mechanisch oft kaum sichtbar, wirken sich jedoch direkt auf die Positionsrückführung aus.
Der im Motor verbaute Encoder UTOPI-20ANS erfasst kontinuierlich die Position der Motorwelle. Die Signale werden vom Servoverstärker ausgewertet und mit der Sollposition verglichen.
Wenn mechanische Unregelmäßigkeiten auftreten, entstehen kleine Schwankungen im Signalverlauf. Der Servoverstärker interpretiert diese Abweichungen als Positionsfehler oder als instabile Regelung.
Die Ursache Wirkung Kette lässt sich folgendermaßen beschreiben.
Mechanischer Verschleiß in der rotierenden Lagerung führt zu minimalen Laufabweichungen. Diese beeinflussen die Signalqualität des Encoders UTOPI-20ANS. Der Servoverstärker erkennt daraus Positionsabweichungen und reagiert mit instabiler Regelung oder Fehlermeldung.
Dieses Verhalten ist bei älteren Servomotoren dieser Baugröße ein typisches Alterungsbild.
Reparaturmaßnahmen und Instandsetzung
Der Servomotor wurde vollständig zerlegt und alle funktionalen Baugruppen wurden geprüft.
Im Bereich der mechanischen Lagerung wurden deutliche Verschleißerscheinungen festgestellt. Diese Baugruppen wurden daher ersetzt.
Anschließend wurde die Rückführungseinheit mit dem Encoder UTOPI-20ANS überprüft. Dabei wurden Signalqualität, mechanische Ausrichtung sowie die elektrische Verbindung kontrolliert.
Die Rückführung wurde gereinigt und neu justiert. Danach erfolgte eine Kontrolle der Signale unter simulierten Betriebsbedingungen.
Alle mechanischen Komponenten wurden gründlich gereinigt und anschließend präzise wieder montiert.
Zusätzlich wurden präventive Maßnahmen durchgeführt. Dazu gehörte die Kontrolle der Motorkabel, der Abschirmung sowie der Steckverbindungen.
Diese Maßnahmen sind besonders bei älteren Maschinen wichtig, da sich viele Störungen aus der Kombination von mechanischem Verschleiß und elektrischen Einflüssen entwickeln.
Abschließender Funktionstest
Nach Abschluss der Instandsetzung wurde der Motor auf einem Servoprüfstand getestet.
Der Prüfstand bestand aus einem Servoverstärker SGDF-B5CS, einer stabilisierten Spannungsversorgung sowie Messsystemen zur Analyse von Drehzahl, Stromaufnahme und Encoder Signalen.
Der Test begann mit der Überprüfung des Ein und Aus Verhaltens. Danach wurde ein Referenzlauf durchgeführt.
Im Anschluss wurden verschiedene Drehzahlbereiche getestet. Ein besonderer Fokus lag auf dem Betrieb bei niedrigen Drehzahlen, da hier Regelabweichungen am deutlichsten sichtbar werden.
Zusätzlich wurden mittlere und hohe Drehzahlen geprüft. Auch thermische Stabilität und Stromaufnahme wurden überwacht.
Alle Tests verliefen stabil und reproduzierbar. Der Encoder UTOPI 20ANS lieferte ein sauberes und gleichmäßiges Signal.
Fazit
Der Servomotor zeigte typische Verschleißerscheinungen im mechanischen System, die zu Instabilitäten in der Positionsregelung führten.
Durch die Überarbeitung der mechanischen Baugruppen sowie die Kontrolle der Positionsrückführung mit Encoder UTOPI-20ANS konnte der Motor vollständig stabilisiert werden.
Nach der Instandsetzung arbeitet der Motor wieder zuverlässig und kann weiterhin in der Maschine eingesetzt werden.
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Technische Spezifikationen
| Parameter | Wert |
|---|
| Hersteller | Yaskawa |
| Gerätetyp | AC Servomotor |
| Modellbezeichnung | SGMM-B5SF13 |
| Serie | SGMM |
| Leistung | ca. 5 W |
| Eingangsspannung | ca. 48 V |
| Ausgangsspannung | abhängig vom Servoverstärker |
| Nennstrom | ca. 1.5 A |
| Steuerungsart | Servoregelung |
| Rückführung | Inkrementaler Encoder UTOPI-20ANS |
| Kühlung | Eigenkühlung |
| Schutzart | ca. IP40 |
| Umgebungstemperatur | ca. 0 bis 40 °C |
| Montage | Maschinenintegration |
| Herkunft | Japan |
| Produktstatus | teilweise abgekündigt |
Einsatzumgebung und Einsatzmöglichkeiten
Servomotoren der SGMM Serie werden häufig in kompakten Automationssystemen eingesetzt.
Typische Anwendungen sind kleine CNC Bearbeitungsmaschinen, automatische Montagelinien, Pick and Place Systeme sowie kompakte Robotersysteme.
Viele Anlagen stammen aus Baujahren zwischen ca. 1995 und 2010.
Aufgrund der geringen Baugröße arbeiten diese Motoren häufig in Maschinenräumen mit begrenzter Kühlung. Dadurch können erhöhte Temperaturen entstehen.
Eine stabile Spannungsversorgung, gute Kabelabschirmung sowie eine kontrollierte thermische Umgebung sind entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb.
Funktionsbeschreibung
Der Servomotor wandelt elektrische Energie in eine präzise gesteuerte Drehbewegung um.
Der Servoverstärker SGDF-B5CS steuert Drehmoment, Drehzahl und Position.
Der im Motor verbaute Encoder UTOPI-20ANS liefert kontinuierlich Positionssignale. Diese Signale werden vom Servoverstärker ausgewertet.
Die Regelung vergleicht Sollposition und Istposition und korrigiert Abweichungen sofort.
Zusätzlich überwacht das System verschiedene Schutzfunktionen. Dazu gehören Stromüberwachung, Temperaturüberwachung sowie Signalüberwachung der Encoder Signale.
Diese Funktionen sind sicherheitsrelevant, da sie Schäden an Motor und Maschine verhindern.
Alarmmeldungen und Troubleshooting
| Alarmcode | Bezeichnung |
|---|
| A.02 | Parameter breakdown |
| A.04 | Parameter setting error |
| A.10 | Overcurrent |
| A.31 | Position error pulse overflow |
| A.51 | Overspeed |
| A.70 | Overload |
| A.80 | Encoder error |
| A.b1 | Reference input read error |
| A.C1 | Servo overrun detected |
| A.C2 | Encoder output phase error |
| A.C3 | Encoder phase A, B disconnection |
| A.C4 | Encoder phase C disconnection |
| CPF00 | Digital Operator transmission error 1 |
| CPF01 | Digital Operator transmission error 2 |
| A.99 | Not an error |
Baugruppenübersicht
| Baugruppe | Bezeichnung funktional | Funktion | Hinweise zur Prüfung oder Reparatur |
|---|
| Leistungseinheit | Motorwicklung | Erzeugung des Drehmoments | Isolationsmessung |
| Mechanische Einheit | Rotor und Lagerung | Drehbewegung des Motors | Laufprüfung |
| Rückführung | Encoder UTOPI-20ANS | Positionsrückmeldung | Signalqualität prüfen |
| Anschluss | Motorkabel | Energie und Signalleitung | Kabelprüfung |
| Gehäuse | Schutzstruktur | mechanischer Schutz | Sichtprüfung |