Ausgangssituation und Fehlerbild.

Ein Yaskawa AC Servomotor SGMP-15AWYR12 mit integrierter Haltebremse kam aus einer Anlage, in der die Achse im Stillstand nicht mehr sicher gehalten wurde. Nach dem Abschalten der Servofreigabe blieb die Last nicht stehen, sondern driftete weg. Zusätzlich traten wiederholt Geberfehler auf, teils direkt nach dem Einschalten, teils während langsamer Bewegungen. Die Störung hing zeitlich oft mit Stoppen und erneuter Freigabe zusammen. Auffällig war die Kombination aus fehlender Haltefunktion und instabiler Positionsrückmeldung, weil beide Funktionen eng an derselben Motorbaugruppe gekoppelt sind.

Eingangskontrolle und erste Diagnose

Vor allen Arbeiten wurde das Gerät spannungsfrei geschaltet, gegen Wiedereinschalten gesichert, die Entladezeit abgewartet und die Spannungsfreiheit geprüft. In der Eingangskontrolle folgte eine Sichtprüfung von Gehäuse, Steckverbindern und Leitungseinführung. Von außen waren keine thermischen Verfärbungen erkennbar, jedoch zeigte sich feiner Staubaustritt im Bereich der Bremse. Die Welle ließ sich drehen, wirkte aber rau und nicht gleichmäßig. Auf dem Prüfstand mit einem SGDB-15ADG als Servoregler wurde der Motor zunächst im niedrigen Drehzahlbereich getestet. Dabei waren sporadische Rückführungsfehler reproduzierbar. Die Haltebremse wurde separat angesteuert, die Schließwirkung war deutlich reduziert. Eine Isolationsprüfung der Motorwicklung gegen Gehäuse ergab unauffällige Werte im Bereich von ca. 100 MΩ bei 500 V DC.

Technische Analyse

Die Haltebremse in solchen Servomotoren ist typischerweise federgeschlossen und wird elektrisch gelöst. Sie ist als Verschleißfunktion ausgelegt und reagiert empfindlich auf häufige Schaltzyklen, vertikale Lasten und falsche Sequenzen, etwa wenn die Bremse unter Drehzahl einfällt. Dabei entsteht Reibenergie, das Reibmaterial überhitzt und kann sich zu feinem Abrieb zersetzen. Dieser Abrieb verteilt sich durch Luftströmung und Bewegung im Motorinneren. Trifft er auf die Positionsrückführung, kann er optische oder magnetische Signale stören, was zu Aussetzern, Phasenfehlern oder Kommunikationsabbrüchen führt. Gleichzeitig kann abrasiver Staub in die Lagerung eindringen, die Laufbahn schädigen und dadurch Unruhe, erhöhte Reibung und zusätzliche Temperaturbelastung verursachen. Die Wirkungskette lautet hier: Überlastete oder verschlissene Bremse erzeugt Abrieb, Abrieb kontaminiert Rückführung und Lagerung, daraus entstehen fehlende Haltekraft und sporadische Geberalarme.

Reparaturmaßnahmen und Instandsetzung

Nach dem Öffnen bestätigte sich der Verdacht: Im Bremsbereich war sehr viel Abrieb vorhanden, das Reibmaterial war nahezu vollständig zerfallen und im gesamten Motor verteilt. Die Positionsrückführung war dadurch mechanisch beschädigt und elektrisch nicht mehr stabil. Auch die Lagerung zeigte deutliche Laufspuren und rauen Gang. Um eine nachhaltige Instandsetzung zu erreichen, wurde eine Komplettüberholung durchgeführt. Dazu gehörten die vollständige Reinigung des Innenraums, der Austausch der funktionalen Bremsbaugruppe, der Austausch der Rückführungsbaugruppe, die Erneuerung der Lagerung sowie der betroffenen Dichtstellen und Schutzstellen. Die Wicklung wurde elektrisch geprüft, Leitungen und Steckverbindungen wurden nachgearbeitet und die Bremse wurde mit korrektem Lüftspiel und Schließspiel eingestellt. Präventiv wurde empfohlen, die Bremsansteuerung in der Maschine zu prüfen, insbesondere Schaltzeiten, Verzögerungen und die Vermeidung von Bremsen unter Drehzahl, sowie die Schaltschrankkühlung und Filter regelmäßig zu kontrollieren.

Abschließender Funktionstest

Der Funktionstest erfolgte am Prüfstand mit geregelter Versorgung, Strom und Spannungsmessung sowie einer Lastsimulation über den Servoregler. Messungen an spannungsführenden Teilen erfolgten ausschließlich durch Elektrofachkraft mit geeigneter Ausrüstung und nach lokalen Regeln. Getestet wurden Ein und Aus Verhalten, Referenzlauf, niedrige Drehzahlen, mittlere Drehzahlen und hohe Drehzahlen bis in den Nennbereich. Zusätzlich wurden Bremszyklen im Stillstand und nach definiertem Abbremsen durchgeführt, um die Haltefunktion reproduzierbar zu verifizieren. Schutzfunktionen wie Strombegrenzung, Temperaturüberwachung und Signalüberwachung der Rückführung wurden mitgeloggt. Ergebnis: Der Motor lief ruhig, die Rückführung blieb stabil ohne Fehlermeldungen und die Haltebremse schloss zuverlässig. Der Test war fehlerfrei, stabil und reproduzierbar.

Fazit

Der Ausfall wurde durch massiven Verschleiß der Haltebremse mit nachfolgender Abriebkontamination verursacht. Dadurch gingen Haltekraft und Rückführungssignalqualität gleichzeitig verloren, was sich in Stillstandsdrift und wiederkehrenden Geberfehlern zeigte. Durch Komplettreinigung, Austausch der betroffenen funktionalen Baugruppen und anschließenden Prüfstandstest ist die Reparatur technisch nachhaltig, weil Ursache, Folgeschäden und Einstellpunkte gemeinsam adressiert wurden.

Weitere Informationen wie Preis, Lieferzeit zu erwähnten Geräten:

• Yaskawa Servo Motor SGMP-15AWYR12
• Encoder Yaskawa UTMAH-B12DA
• Bremse Ogura MCNB 73Y-03 DC-90V
• Yaskawa Servopack SGDB-15ADG

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Technische Spezifikationen

Einsatzumgebung und Einsatzmöglichkeiten

Typische Maschinen sind Werkzeugmaschinen, Handlingsysteme, Verpackungsmaschinen, Druck und Papieranlagen sowie Sondermaschinen mit geregelten Achsen. Häufige Baujahre im Feld liegen je nach Maschine bei ca. 1995 bis 2005. Anwendungen sind Positionieren, Taktbetrieb, Zustellen, Spindel Nebenfunktionen und vertikale Achsen mit Halteanforderung.

Für den Betrieb sind eine stabile Schaltschrankkühlung, saubere Luftführung und eine eindeutige Trennung von Leistungsleitungen und Signalleitungen wichtig. Hohe Umgebungstemperaturen, verstopfte Filter und stehende Lüfter erhöhen die thermische Belastung von Motor, Bremse und Rückführung. Zusätzlich wirken sich Spannungsqualität und Erdung auf die Signalreserve der Rückführung aus, besonders bei langen Leitungen oder ungünstiger Schirmung.

Funktionsbeschreibung

Der Servomotor setzt die vom Servoregler vorgegebene Strom und Drehmomentanforderung in Bewegung um. Das Leistungsteil im Regler erzeugt eine gepulste Drehstromspannung, die Regelung bildet daraus eine feldorientierte Stromregelung und stabilisiert Drehmoment und Drehzahl. Die Positionsrückführung liefert Drehwinkel und Drehzahlinformation als A B Z Signal an den Regler, damit Positioniergenauigkeit und Dynamik erreicht werden.

Die integrierte Haltebremse ist eine sicherheitsrelevante Funktion für Stillstandszustände. Sie wird im Normalfall elektrisch gelöst und ohne Spannung durch Federkraft geschlossen. Freigabe, Schutzlogik, thermische Überwachung und Signalüberwachung arbeiten zusammen: Bei unplausibler Rückführung oder Überstrom wird der Antrieb abgeschaltet, die Maschine muss die sichere Achsreaktion sicherstellen und die Bremse soll den Stillstand halten. Diese Funktionen sind sicherheitsrelevant, weil Fehlverhalten zu unkontrollierter Bewegung führen kann, besonders bei vertikalen Achsen.

Alarmmeldungen und Troubleshooting

Baugruppenübersicht