02.11.2025 von Viktor Siebert
Reparatur eines Yaskawa CIMR-MTIII-11K Spindle Drive Unit
Fehlerbeschreibung.
Der Kunde meldete den Fehlercode FU, was laut der Original-Alarmtabelle (siehe Seite 4 des Handbuchs „Protection Functions“) auf einen Defekt im Leistungszweig oder auf eine ausgelöste Sicherung im DC-Zwischenkreis hinweist. Bei der Eingangsuntersuchung zeigte sich ein deutlicher Brandgeruch und Verfärbungen im Bereich der Ausgangssektion. Zwei der drei Phasen waren vollständig zerstört – die Transistormodule waren regelrecht explodiert. Dieser Defekt hatte eine Kettenreaktion ausgelöst, wodurch sowohl die Gate-Ansteuerung als auch Teile der Spannungsmessung beschädigt wurden.
Besonders gefährlich an diesem Fehlerbild ist, dass er oft schleichend entsteht. Kleine Isolationsverluste in den Modulen führen zu ungleichmäßiger Stromverteilung, bis es schließlich zu einem Kurzschluss kommt. Die Folgen sind massive Stromspitzen, die sich über den DC-Bus auf die Steuerung ausbreiten.
Reparaturprozess
Die Reparatur begann mit einer gründlichen elektrischen Analyse der Zwischenkreisspannung, Gate-Signale und Isolationswerte. Die Widerstandsmessung ergab einen niederohmigen Kurzschluss zwischen zwei Motorausgängen und dem DC-Bus. Die Leistungsplatine JPAC-C343 wurde vollständig demontiert und unter dem Mikroskop geprüft. Die Brandstellen im Bereich der IGBT-Treiber bestätigten den Verdacht auf einen Ausfall der Endstufen.
Alle drei Leistungsmodule wurden durch neue, gleichwertige Typen ersetzt, um eine gleichmäßige thermische Belastung zu gewährleisten. Zusätzlich wurden alle Gate-Widerstände, Optokoppler und Treibertransistoren ausgetauscht. Die Steuerplatine JPAC-C341 erhielt eine komplette Überholung: Spannungsregler, Speicher-ICs und die Kommunikation zur CNC-Schnittstelle wurden neu abgeglichen.
Im weiteren Verlauf wurden die Leistungskondensatoren im DC-Bus erneuert, da deren Kapazität nach vielen Betriebsjahren deutlich abnimmt. Ohne diesen Schritt würde das Gerät später erneut Spannungsinstabilitäten zeigen. Nach dem Austausch erfolgte eine Hochspannungsprüfung sowie eine schrittweise Inbetriebnahme über den Trenntrafo, um Stromanstiege zu kontrollieren.
Test und Qualitätssicherung
Die Funktionsprüfung erfolgte auf einem internen Yaskawa-Teststand mit einem passenden 11 kW-Spindelmotor. Dabei wurde das Gerät über mehrere Stunden unter unterschiedlichen Drehzahlen getestet. Besonders geprüft wurden:
- Gleichmäßigkeit der Ausgangsspannung,
- Temperaturentwicklung im Zwischenkreis,
- Stabilität der Drehzahlrückführung (PG-Signal),
- Verhalten bei schnellem Start/Stopp.
Während des Dauertests wurden keinerlei Alarme mehr ausgelöst. Die gemessene Ausgangsspannung zeigte ein sauberes, symmetrisches Sinusprofil. Der Endtest schloss mit einem thermischen Stresstest ab, bei dem der Umrichter vier Stunden lang im oberen Leistungsbereich betrieben wurde, ohne jegliche Störung.
Der reparierte Yaskawa CIMR-MTIII-11K wurde dokumentiert, kalibriert und mit Garantie auf Steuer- und Leistungsteil ausgeliefert. Dank der vollständigen Überholung und präventiven Erneuerung gilt dieses Gerät nun wieder als voll funktionsfähig und betriebssicher für viele weitere Jahre.
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Yaskawa CIMR-MTIII-11K Spindle Drive Unit
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Technische Spezifikationen
Technische Übersicht
Das Yaskawa CIMR-MTIII-11K gehört zur bekannten Varispeed-626MTIII-Serie, die speziell für den Einsatz in CNC-Maschinen entwickelt wurde. Es handelt sich um einen Spindel-Frequenzumrichter mit einer Nennausgangsleistung von 11 kW und einer dreiphasigen Eingangsspannung von 200–220 V AC. Der Umrichter erzeugt eine variable Ausgangsspannung von 0–200 V AC, um die Drehzahl des Spindelmotors präzise zu steuern. Das Gerät ist heute abgekündigt und wird nicht mehr vom Hersteller produziert, was Reparaturen besonders wertvoll macht. Mit einem Gewicht von rund 35 kg zählt dieser Umrichter zu den robusten, industriellen Geräten, die für Dauerbetrieb in anspruchsvollen Fertigungsumgebungen ausgelegt sind.
Baugruppen und Aufbau
Das Gerät besteht aus drei Hauptkomponenten:
- der Steuerplatine JPAC-C341,
- der Leistungsplatine JPAC-C343,
- sowie dem Leistungsteil 11k, welches die Energie an den Motor liefert.
Die Steuerplatine übernimmt alle Kontroll- und Regelaufgaben, verarbeitet Eingangssignale von der CNC-Steuerung und gibt Befehle an die Leistungseinheit weiter. Die Leistungsplatine enthält die Ansteuerung für die IGBT-Module und überwacht die Stromverläufe. Das Leistungsteil beherbergt die eigentlichen Transistor-Module, Kondensatoren und den DC-Bus. Bei einem Gerät dieser Altersklasse sind thermische Belastungen, Staub und Feuchtigkeit die häufigsten Ursachen für Ausfälle.
Typische Fehler und Alarme
Die Analyse ergab, dass folgende Alarme bei dieser Geräteserie häufig auftreten:
| Code | Bedeutung | Beschreibung |
|---|
| OC | Overcurrent | Überstrom im Ausgang |
| OV | Overvoltage | Überspannung im Zwischenkreis |
| UV | Undervoltage | Unterspannung im DC-Bus |
| OL | Overload | Überlast am Ausgang |
| FU | Fuse Blown / ISO.AMP Error | Sicherung oder Leistungstreiber defekt |
| FOH | Controller Overheat | Überhitzung der Steuerplatine |
| AD | A/D Defective | Fehler im Messsystem |
| PG | PG Disconnection | Drehzahlrückführung unterbrochen |
| CPF | Control Function Failure | Funktionsstörung im Steuerteil |
| CHE | Winding Selection Error | Fehler in der Wicklungsumschaltung |
Diese Alarmtypen sind besonders wichtig, um präventiv den Zustand des Geräts einzuschätzen. Viele dieser Fehler entstehen durch Überalterung, Feuchtigkeit oder unzureichende Erdung in der Maschine.
Prävention und Abschluss
Nach Abschluss der Reparatur wurde das komplette Gerät gereinigt, konserviert und neu versiegelt. Alle Kontaktflächen wurden mit Silikon-Schutzlack beschichtet, um Korrosion zu verhindern. Zusätzlich wurde ein Langzeittest unter zyklischer Last durchgeführt, um die Stabilität über Zeit zu prüfen.
Für Betreiber solcher Systeme ist präventive Wartung entscheidend. Empfohlen wird:
- Austausch der Zwischenkreiskondensatoren alle 8–10 Jahre,
- Überprüfung der Lüfterfunktion und Luftführung,
- Regelmäßige Isolationsmessungen am Spindelmotor,
- Kontrolle der CNC-Signalmasse und Erdung.
Durch diese Maßnahmen lassen sich Folgeschäden an teuren Spindelsteuerungen vermeiden.
ENGLISH:
Fault Description.
The customer reported fault code FU, which according to the original alarm list (see page 4 of the manual “Protection Functions”) indicates a defect in the power circuit or a blown fuse in the DC link. During initial inspection, a clear burning smell and discoloration near the output section were observed. Two of the three output phases were completely destroyed, the transistor modules had literally exploded. This failure caused a chain reaction that damaged both the gate driver section and parts of the voltage sensing circuit.
This type of fault often develops gradually. Minor insulation leaks in the modules lead to uneven current distribution until a short circuit occurs. The resulting current spikes propagate through the DC bus and can damage the control circuitry if not stopped in time.
Repair Process
The repair began with a thorough electrical analysis of the DC bus, gate signals, and insulation values. Resistance measurements showed a low-ohm short circuit between two motor outputs and the DC bus. The power board JPAC-C343 was fully disassembled and inspected under a microscope. Burn marks around the IGBT driver section confirmed the failure of the final stage.
All three power modules were replaced with new, matching types to ensure balanced thermal performance. In addition, all gate resistors, optocouplers, and driver transistors were renewed. The control board JPAC-C341 underwent a complete overhaul: voltage regulators, memory ICs, and the communication interface to the CNC controller were recalibrated.
Furthermore, the DC bus capacitors were replaced, as their capacitance tends to decrease significantly after many years of operation. Without this replacement, the drive would likely experience future voltage instability. After these steps, a high-voltage insulation test was performed, followed by a gradual power-up using an isolation transformer to control inrush current.
Testing and Quality Assurance
The functional test was carried out on an internal Yaskawa test bench using a matching 11 kW spindle motor. The repaired inverter was tested for several hours under varying speed conditions. Special attention was given to:
- Output voltage symmetry and waveform,
- DC bus temperature and stability,
- Feedback signal consistency (PG input),
- Rapid start and stop performance.
No error messages occurred during the endurance run. The measured output voltage showed a clean, balanced sine waveform. The final test included a four-hour thermal stress test, during which the inverter operated steadily at high power without any malfunction.
By following these measures, secondary failures and expensive downtime can be avoided.
The repaired Yaskawa CIMR-MTIII-11K was fully documented, calibrated, and delivered with a warranty on both the control and power sections. Thanks to comprehensive refurbishment and preventive renewal, this drive is once again fully operational and reliable for many years of service.
Further information such as price and delivery time for:
Yaskawa CIMR-MTIII-11K Spindle Drive Unit
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Technical Specifications
The Yaskawa CIMR-MTIII-11K belongs to the well-known Varispeed-626MTIII series, which was specifically designed for use in CNC machines. It is a spindle frequency inverter with a rated output power of 11 kW and a three-phase input voltage of 200–220 V AC. The inverter generates a variable output voltage of 0–200 V AC to precisely control the spindle motor speed. Today, the device is discontinued, and no longer produced by the manufacturer, which makes professional repair services particularly valuable. With a weight of around 35 kg, this inverter is a robust industrial unit designed for continuous operation in demanding manufacturing environments.
Assemblies and Structure
The device consists of three main components:
- the control board JPAC-C341,
- the power board JPAC-C343,
- and the power module 11k, which delivers the energy to the motor.
The control board manages all regulation and logic processes, handling the communication with the CNC controller and transmitting commands to the power section. The power board contains the driver circuits for the IGBT modules and monitors the current paths. The power section houses the transistor modules, capacitors, and DC bus. For a device of this age, thermal stress, dust, and moisture are the most common failure causes.
Common Faults and Alarms
The analysis revealed that the following alarms occur most frequently with this device series:
| Code | Meaning | Description |
|---|
| OC | Overcurrent | Overcurrent at output stage |
| OV | Overvoltage | Overvoltage in the DC bus |
| UV | Undervoltage | Undervoltage in the DC circuit |
| OL | Overload | Output overload |
| FU | Fuse Blown / ISO.AMP Error | Blown fuse or power driver failure |
| FOH | Controller Overheat | Control board temperature fault |
| AD | A/D Defective | Error in measurement circuit |
| PG | PG Disconnection | Speed feedback disconnected |
| CPF | Control Function Failure | Internal logic or processor fault |
| CHE | Winding Selection Error | Winding selection fault |
These alarms are particularly useful for preventive diagnostics. Many of them are triggered by aging components, moisture exposure, or insufficient grounding within the machine system.
Prevention and Finalization
After the successful repair, the entire unit was cleaned, re-sealed, and coated. All contact surfaces received a silicone-based protective varnish to prevent corrosion. A long-term cyclic load test followed to verify operational stability over time.
For operators of similar systems, preventive maintenance is crucial. Recommended actions include:
- Replacement of DC bus capacitors every 8–10 years,
- Checking the cooling fans and airflow paths,
- Regular insulation testing of the spindle motor,
- Verifying CNC signal grounding and shield connections.
By following these measures, secondary failures and expensive downtime can be avoided.
The repaired Yaskawa CIMR-MTIII-11K was fully documented, calibrated, and delivered with a warranty on both the control and power sections. Thanks to comprehensive refurbishment and preventive renewal, this drive is once again fully operational and reliable for many years of service.