Ausgangssituation und Fehlerbild.

Angeliefert wurde ein Spindelantrieb bestehend aus Yaskawa AC Spindelmotor UAASKA-06FZ1N mit Encoder UTMSI-10AAGAZA, betrieben am Yaskawa Inverter VS-626M5 (CIMR-M5A27P50-XXXC). Der Kunde meldete, dass der Motor nicht sauber regelt und sich bei niedrigen Drehzahlen nicht zuverlässig positionieren lässt. Auffällig war der Zusammenhang mit Bedienhandlungen wie Spindelorientierung für Werkzeugwechsel oder langsamen Positionierfahrten. In mittleren Drehzahlbereichen war ein Anlauf teilweise möglich, beim Abregeln und im unteren Drehzahlband traten jedoch Ruckeln, Drehzahlschwankungen und sporadische Abbrüche durch den Antrieb auf.

Technisch ist dieses Verhalten typisch für eine gestörte Geberrückführung, weil bei geschlossener Regelung die Rückmeldesignale die Grundlage für Drehzahlstabilität und Orientierung sind. Gerade bei niedrigen Drehzahlen führt schon eine kurze Unplausibilität der Impulse zu deutlichen Regelabweichungen.

Eingangskontrolle und erste Diagnose

Bei der Sichtprüfung zeigten sich Verschmutzungen im Bereich der Geberabdichtung sowie Anhaftungen, wie sie in zerspanenden Umgebungen durch Späne, Staub und Kühlmittelnebel entstehen. Am Motorgehäuse und an den Leistungsanschlüssen waren keine mechanischen Beschädigungen erkennbar.

Am Prüfstand ließ sich der Fehler nachstellen. Bei niedrigen Sollwerten und bei Orientierung reagierte der Regelkreis unruhig, die Drehzahlanzeige zeigte Sprünge, die nicht zur mechanischen Trägheit passen. Isolationsmessung und Phasenvergleich der Motorwicklung waren unauffällig. Die Kontrolle der Geberversorgung und der Rückführsignale zeigte hingegen sporadische Aussetzer bei langsamer Drehung. Damit lag die erste Eingrenzung im Funktionsbereich Rückführung, Signalqualität und mechanische Geberanbindung.

Technische Analyse

Der Encoder liefert die Impulsfolge für Istwertbildung und Indexinformation für Orientierung. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Impulsdichte gering, sodass fehlende, deformierte oder jitternde Signale sofort als Istwertsprünge sichtbar werden. Der Umrichter kompensiert diese vermeintlichen Abweichungen mit Drehmomentkorrekturen, was als Ruckeln und fehlende Positioniergenauigkeit erscheint. Bei Orientierung führt eine unplausible Indexinformation direkt zu Positionsfehlern oder zum Abbruch.

Die Prüfung des Encoderbereichs bestätigte die Ursache. Eingedrungener Schmutz verringerte den notwendigen Freiraum im Geberbereich. Dadurch kam es im Betrieb zu Reibkontakt zwischen der rotierenden Encoderscheibe und der Sensoreinheit. Der fortschreitende Abrieb zerstörte die Abtasteinheit, wodurch die Rückmeldesignale besonders im unteren Drehzahlbereich unzuverlässig wurden. Das Schadensbild passt zu einem schleichenden Verlauf unter Dauerbelastung, nicht zu einem einzelnen Ereignis.

Reparaturmaßnahmen und Instandsetzung

Da die Sensoreinheit mechanisch beschädigt war, war eine reine Reinigung oder Justage nicht zielführend. Die Reparatur wurde durch vollständigen Austausch des Encoders UTMSI-10AAGAZA durchgeführt. Zusätzlich wurden Encoderraum, Dichtflächen und Leitungsdurchführung gereinigt, überprüft und so aufgebaut, dass erneute Schmutzeinträge reduziert werden. Die Geberversorgung und die Rückführsignale wurden elektrisch geprüft, und die Parametrierung für Geberbetrieb und Orientierung am VS-626M5 wurde verifiziert.

Abschließender Funktionstest

Der Funktionstest erfolgte am Prüfstand mit VS-626M5 CIMR-M5A27P50-XXXC und dem instandgesetzten Motor. Geprüft wurden Ein und Ausschaltverhalten, Freigabe, Hochlauf, Abbremsen sowie der stabile Betrieb bei sehr niedrigen Drehzahlen. Orientierung und Positionierfunktion wurden mehrfach wiederholt. Die Spindel ließ sich reproduzierbar ausrichten, und die Drehzahl blieb stabil ohne Sprünge oder Nachregelrippel. Unter Lastwechseln traten keine Rückführfehler und keine Schutzabschaltungen auf.

Fazit

Die Störung wurde durch eine zerstörte Rückführungseinheit verursacht. Verschmutzung im Encoderbereich führte zu Reibkontakt und Abrieb, wodurch die Regelung insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei Orientierung aus dem Toleranzbereich lief. Der komplette Encoderersatz in Verbindung mit Reinigung und präventivem Aufbau stellt die Betriebssicherheit wieder her und adressiert die Ursache des schleichenden Schadens.

Weitere Informationen wie Preis, Lieferzeit zum: Yaskawa AC Spindle Motor UAASKA-06FZ1N

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Technische Spezifikationen

Referenzhinweise zu typischen UAASKA 06 Leistungsdaten und Nenndaten sowie Drehzahlen finden sich bei vergleichbaren UAASKA 06 Ausführungen.
Typische Schutzart, Kühlprinzip, Temperaturbereich und der Encoder Typ UTMSI-10AAGAZA sind in Yaskawa Spindelmotor Zeichnungen dieser Bauart dokumentiert.
Umgebungsbedingungen wie 0 bis +40 °C und 20 bis 80 Prozent relative Luftfeuchte sowie die mögliche Einbaulage werden in Yaskawa Motor Installationshinweisen als typische Randbedingung genannt.
Hinweis zum Produktstatus: bei einzelnen UAASKA 06 Varianten wird ein Abkündigungsstatus im Ersatzteilmarkt beschrieben.

Einsatzumgebung und Einsatzmöglichkeiten

Typische Maschinen

• CNC Bearbeitungszentren und Fräsmaschinen

Typische Baujahre

• ca. 1990 bis 2010, abhängig vom Maschinenhersteller und Retrofit Stand

Art der Anwendungen

• Drehzahlregelung über weiten Bereich mit Konstantdrehmomentbereich im unteren Drehzahlfeld und Konstantleistungsbereich im oberen Drehzahlfeld
• Spindelorientierung und Positionierfunktionen im Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen über Rückführung

Anforderungen an Umgebung und Schaltschrank

• Saubere, trockene Umgebung im Encoder Bereich, da Verschmutzung und Abrieb die Signalqualität stark beeinflussen können
• Separate, geschirmte Verlegung von Rückführleitungen und konsequente Erdung zur Reduktion von Störeinflüssen
• Ausreichende Luftführung für externe Belüftung und sichere Abführung von Verlustwärme

Hinweise zu thermischer und elektrischer Belastung

• Kurzzeitüberlast ist systemseitig möglich, sollte aber über Parametrierung, Kühlung und Lastprofil begrenzt werden
• Häufige Beschleunigungs und Bremszyklen erhöhen die thermische Belastung und begünstigen Alterung von Isolationssystem und mechanischen Passungen

Funktionsbeschreibung

Grundfunktion des Geräts
Der AC Spindelmotor wandelt die vom Spindelumrichter bereitgestellte, frequenz und spannungsvariable Dreiphasenenergie in Drehmoment und Drehzahl für den Spindelantrieb um.

Zusammenspiel von Leistungsteil, Steuerung, Rückführung
Der Spindelumrichter erzeugt die drehzahlabhängige Ausgangsfrequenz und Spannung. Die Regelung nutzt die Rückführung aus dem Encoder, um Drehzahlstabilität, Spindelorientierung und lagebezogene Funktionen sicher zu erreichen. Der Encoder Typ UTMSI-10AAGAZA ist als Rückführung dieser Bauart dokumentiert.

Besondere Funktionen wie Freigabe, Schutzlogik und Überwachung
Typisch sind thermische Überwachung des Motors, Plausibilitätsprüfung der Rückführsignale sowie Schutzfunktionen gegen Überstrom, Überlast und Überschwingungen. Diese Funktionen verhindern Folgeschäden an Spindelmechanik, Werkzeug und Werkstück und sind dadurch sicherheits und prozessrelevant.

Warum diese Funktionen sicherheitsrelevant sind
Fehlerhafte Rückführung oder thermische Überlast kann zu unkontrollierter Drehzahl, Orientierungsfehlern oder ungeplanten Stillständen führen. In Werkzeugmaschinen kann dies Beschädigungen, Ausschuss oder mechanische Folgeschäden verursachen.

Alarmmeldungen und Troubleshooting

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