20.11.2025 von Viktor Siebert
Reparatur eines feuchtigkeitsgeschädigten Yaskawa SGMKS-20A5A-MU11 mit defekten Encoder UTSAH-B17BE
Ausgangssituation.
Der eingesandte Yaskawa SGMKS-20A5A-MU11 stammt aus einer Bearbeitungsmaschine, die in Kombination mit einer Siemens–Yaskawa-Steuerung betrieben wird. Der Kunde meldete anfänglich einen Kurzschluss im Motor, später traten zusätzliche Encoderausfälle auf. Entscheidend war die Beobachtung, dass der Motor beim Starten unregelmäßig zuckte, teilweise sofort abschaltete und vom Drive SGDK-2020AEA-V mit einem Positionsrückführungsfehler blockiert wurde. Die Symptome deuteten früh auf eine Kombination zweier Fehler hin: Feuchtigkeitseintritt und daraus resultierender Schaden am Encoder UTSAH-B17BE.
Befund bei der Eingangsanalyse
Bereits bei der mechanischen Sichtprüfung fiel auf, dass der Motor äußerlich starke Verschmutzungen und typische Spuren von Kühlschmierstoff aufwies. Die Kühlrippen waren vollständig zugesetzt und die Anschlussseite leicht oxidiert. Beim Drehen der Welle zeigte sich ein minimaler Widerstand, der auf beginnende Lagerkorrosion hindeutete. Kritisch war jedoch die Messung der Wicklungsisolierung: Der Isolationswert zwischen Phase zu Phase sowie Phase zu Gehäuse lag deutlich unterhalb der Sollwerte und bestätigte einen Feuchtigkeitseintrag.
Der Encoderbereich wies ebenfalls sichtbare Kondensationsreste auf. Die Steckverbindung war verölt und im Inneren des Encoders fanden sich Korrosionsspuren sowie eine beschädigte Inkrementalspur. Dies erklärte, weshalb der Drive zwar kurz anlief, jedoch sofort mit Encoderfehler abschaltete.
Demontage und Tiefenreinigung
Nach der vollständigen Zerlegung des Motors wurden sämtliche Bauteile einer mehrstufigen Reinigung unterzogen. Die Statorwicklung wurde im beheizten Trockenschrank über mehrere Stunden bei kontrollierter Temperatur entfeuchtet. Der Rotor wurde manuell gereinigt, der Magnet auf Risse und Abplatzungen geprüft und anschließend konserviert. Die Lagersitze im Gehäuse wiesen leichte Korrosion auf, wurden aber erfolgreich aufgearbeitet. Alle Lager wurden ausgetauscht, da eine Überholung wirtschaftlich nicht sinnvoll war und der Kunde eine maximale Lebensdauer wünschte.
Das Motorgehäuse wurde sandfrei ausgeblasen, chemisch gereinigt und anschließend mit einem Oberflächenschutz behandelt. Die Anschlussbox musste neu abgedichtet werden, da der originale Dichtring verhärtet und partiell eingerissen war, was in Verbindung mit Emulsion den Feuchtigkeitseintritt ermöglicht hatte.
Ersatz und Programmierung des Encoders
Der schwerste Schaden betraf den Encoder UTSAH-B17BE. Die Elektronik war durch die Feuchtigkeit irreparabel beschädigt, mehrere Leiterbahnen waren korrodiert. Eine Instandsetzung ist in solchen Fällen nicht möglich, da selbst minimalste Abweichungen im Signalverhalten zu drastischen Regelfehlern führen können.
Wir ersetzten den Encoder durch ein fabrikneues Modell, programmierten ihn exakt auf die Motorparameter und führten die rotorbezogene Nullpunktjustierung durch. Die Justage erfolgt auf unserem Yaskawa-Testplatz mit hochauflösender Signalanalyse, um sicherzustellen, dass die Absolut- und Incrementalspuren exakt zueinander ausgerichtet sind. Ein nicht korrekt justierter Encoder würde später zu Ruckeln, Schrittverlusten oder Overspeed-Fehlern führen.
Elektrische und mechanische Prüfung
Nach dem Zusammenbau wurde der Motor einer Isolationsprüfung, Hochspannungsprüfung und einer mehrstufigen Widerstandsmessung unterzogen. Alle Werte lagen nun im Normbereich. Anschließend folgte die mechanische Prüfung: Rundlauf, Lagergeräusch, Vibration und thermische Ausdehnung unter Last. Der Motor zeigte nach der Überholung einen ruhigen Rundlauf und keine Lagerauffälligkeiten.
Die elektrische Endprüfung erfolgte auf dem Yaskawa-Belastungstestplatz. Dabei wird der Motor über den SGDK-2020AEA-V Servoverstärker unter verschiedenen Lastprofilen getestet:
- Dauerlastbetrieb bei Nennmoment
- dynamische Richtungswechsel
- Beobachtung des Positionsrückführsignals bei niedrigen Drehzahlen
- thermische Stabilitätsprüfung über längere Zyklen
Alle Tests wurden dokumentiert und bestanden.
Abschlusstest und Qualitätssicherung
Besonderes Augenmerk lag auf der Stabilität der Encoderwerte. Der neue UTSAH-B17BE lieferte klare, saubere Signale ohne Aussetzer oder Wertabweichungen. Die UVW-Spuren wurden ebenfalls geprüft, da diese essenziell für Anlaufverhalten und Positionsinitialisierung sind. Anschließend wurde eine umfangreiche Dokumentation erstellt, die sowohl Messergebnisse als auch Bilder der Reparatur umfasst.
Ergebnis
Der Motor konnte vollständig instandgesetzt werden und erfüllte nach der Reparatur alle originalen Yaskawa-Spezifikationen. Durch den Austausch des Encoders, der Erneuerung der Lager und die gründliche Trocknung sowie Abdichtung des Motors ist ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet. Die Ursache des Ausfalls war eindeutig Feuchtigkeitseintritt über beschädigte Dichtungen, kombiniert mit fehlender Wartung im Bereich der Anschlussbox.
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Technische Daten des AC‑Servomotors (SGMKS-20A5A-MU11)
| Merkmal | Wert |
|---|
| Hersteller | Yaskawa Electric Corporation |
| Motortyp | AC Servomotor, M-Serie |
| Modell | SGMKS-20A5A-MU11 |
| Nennleistung | 1.8 kW |
| Nennmoment | 11.5 Nm |
| Nennstrom | 15.7 A |
| Nennspannung | 200 V |
| Nenndrehzahl | 1500 rpm |
| Schutzklasse | Insulation Class B |
| Encoder | UTSAH-B17BE |
| Bauform | Flanschmontage |
| Einsatzumgebung | Werkzeugmaschinen / Bearbeitungszentren |
| Kompatible Drives | SGDK-2020AEA-V |
| O/N | 532168-037-001 |
| S/N | B0056A534210001 |
| Kühlung | Selbstkühlend / Kühlrippen |
| Produktionsdatum | 0506 |
| Handbuchreferenz | Yaskawa AC Servo Drives M-Series |
Einsatzumgebung und kompatible Geräte
Der Yaskawa SGMKS-20A5A-MU11 gehört zur M-Serie und wird in hochpräzisen Achsanwendungen industrieller CNC-Maschinen eingesetzt. Typische Einsatzorte:
- Vertikalachsen und Vorschubantriebe in CNC-Bearbeitungszentren
- Achssteuerungen in Siemens–Yaskawa Hybridsteuerungen
- Hochdynamische Positioniersysteme in Werkzeugmaschinen
- Achsen mit 1.5 kW bis 2 kW Leistungsbereich
- Maschinen mit hoher Dauerlast und häufigen Lastwechseln
Kompatible Servoverstärker:
- Yaskawa SGDK-2020AEA-V (bestätigt)
- SGDK-xx20A-x Varianten gleicher Leistungsklasse
- Weitere Yaskawa M-Series kompatible Sigma-Drives
Typische Umgebungseinflüsse:
- Kühlschmierstoffnebel in Bearbeitungszentren
- Feuchtebelastung durch Emulsionen
- Metallstaub, Graphitstaub oder Ölnebel
- Maschinen mit häufigem Stillstand und Anlauf, wodurch Encoder thermisch belastet werden
Funktionsbeschreibung
Der SGMKS-20A5A-MU11 ist ein dreiphasiger AC-Servomotor mit Permanentmagnet-Rotor und hochauflösendem optischen Encoder. Seine Aufgaben:
- Bereitstellung eines präzisen Antriebs für Positionier- und Regelaufgaben
- Übergabe der Rotorlage und Geschwindigkeit an den Servoverstärker über den Encoder
- Stabiler Dauerbetrieb mit hoher Wiederholgenauigkeit
- Kompensation von Lastspitzen durch hohe Überlastfähigkeit
- Ruhiger Rundlauf durch niedrige Rotorträgheit
- Synchronisierung mit dem Servoverstärker zur geschlossenen Regelung in Echtzeit
Der Encoder UTSAH-B17BE stellt absolute und inkrementale Signale bereit. Diese Signale sind essenziell für:
- Positionsrückführung
- Drehzahlrückführung
- Nullpunkterkennung
- Startwertvorgabe nach dem Einschalten
Sobald die Rückmeldung verfälscht ist, zeigt der Antrieb typische Symptome:
- Zittern bei geringen Geschwindigkeiten
- Positionsabweichung
- Motor zuckt beim Drehen
- Drive zeigt Encoder-Fehler oder dreht sofort ab
Bei Wassereintritt reagiert besonders die Encoder-Elektronik äußerst empfindlich.
Alarmmeldungen und Troubleshooting
Die folgenden Fehler basieren auf typischen Alarmen der Yaskawa M-Serie und den Symptomen beschädigter UTSAH-B17BE Encoder.
| Code | Fehlerbeschreibung | Ursache | Lösung |
|---|
| A.20 | Encoder Communication Fault | Feuchtigkeit im Encoder, Korrosion, Kurzschluss | Encoder ersetzen, Steckverbindung reinigen |
| A.81 | Position Feedback Error | Inkrementalspur gestört | Encoder neu parametrieren oder tauschen |
| A.90 | Overspeed | Regelkreis instabil durch falsche Lagewerte | Signal prüfen, Encoder ersetzen |
| A.C0 | Absolute Data Error | Absolute Spur beschädigt | Encoder ersetzen |
| A.D1 | Encoder UVW Error | UVW-Hallspur defekt | Elektronik im Encoder beschädigt |
| Alarm “Motor Overcurrent” | Kurzschluss im Motor | Feuchtigkeit, Wicklungsschaden | Motor trocknen, Isolation prüfen |
| Fehlfunktion bei Inbetriebnahme | Motor brummt nur | Kein gültiges Encodersignal | Encoder tauschen |
| Keine Rückmeldung | Drive deaktiviert Motor | Totalausfall der Encoder-Elektronik | Neuer Encoder notwendig |
| Jitter / Ruckeln | Signale wandern außerhalb Toleranz | Lagerschäden im Encoder | Encoder ersetzen |
Bestandteile
| Baugruppe | Bezeichnung | Funktion | Hinweise |
|---|
| Statorpaket | 3-Phasen-Wicklung | Erzeugt Drehfeld | Prüfen auf Isolationsfehler |
| Rotor | Permanentmagnet | Erzeugt Drehmoment | Sichtprüfung auf Magnetrisse |
| Encoder | UTSAH-B17BE | Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldung | Besonders empfindlich auf Feuchtigkeit |
| Lager vorne/hinten | Präzisionskugellager | Führt die Welle | Verschleiß bei Emulsionskontakt |
| Motorgehäuse | Kühlrippen | Wärmeabfuhr | Reinigung erforderlich |
| Anschlussbox | Leistungsanschluss / Signale | Verbindung zum Drive | Abdichtung prüfen |
| Wellenabdichtung | Wellendichtring | Schutz gegen Feuchtigkeit | Verschleißteil |
| Lüftschlitze/Kühlkörper | Gehäusekühlung | Passiver Wärmeabtrag | Verschmutzung beseitigen |
Präventive Maßnahmen für den Kunden
Regelmäßige Reinigung
Der Motor sollte regelmäßig von Öl, Kühlschmierstoff und Staub befreit werden. Besonders kritisch sind die Bereiche rund um die Anschlussbox und die Lüftungsrippen. Verschmutzungen begünstigen Feuchtigkeitseintritt und thermische Belastung.
Dichtungen prüfen
Der Wellendichtring und die Dichtung der Anschlussbox sind typische Schwachstellen. Bereits kleine Risse können Emulsion eindringen lassen und den Encoder beschädigen. Ein Austausch alle 1–2 Jahre ist empfehlenswert.
Steckverbindungen kontrollieren
Die Encoderstecker müssen sauber, trocken und frei von Korrosion sein. Öl oder Feuchtigkeit im Stecker führt zu Fehlmessungen und sporadischen Ausfällen.
Lagerzustand überwachen
Geräusche, Vibrationen oder leichter Widerstand beim Drehen der Welle deuten auf beginnende Lagerschäden hin. Ein frühzeitiger Austausch verlängert die Lebensdauer erheblich.
Isolationsmessung
Eine regelmäßige Isolationsmessung hilft, Feuchtigkeitsschäden frühzeitig zu erkennen. Besonders nach Maschinenstillständen oder längeren Reinigungsphasen ist eine Kontrolle sinnvoll.
Schutz vor Emulsion
Bei Maschinen, die stark mit Kühlschmierstoffen arbeiten, sollte der Motor durch zusätzliche Abdeckungen geschützt werden. Alternativ kann der Kunde verstärkte Dichtungen verbauen lassen.
Lüftungsschlitze freihalten
Verstopfte Kühlrippen führen zu höherer Temperatur und damit zu schnellerer Alterung des Motors und Encoders. Sauberkeit ist hier entscheidend.
Fazit
Der Yaskawa SGMKS-20A5A-MU11 ist ein äußerst zuverlässiger Servomotor, solange seine Umgebung sauber und trocken gehalten wird. Der vorliegende Schaden zeigt, dass Feuchtigkeitseintritt durch defekte Dichtungen den Encoder schwer beschädigt und den gesamten Motor außer Betrieb setzen kann. Durch präventive Wartung, regelmäßige Inspektionsroutinen und den rechtzeitigen Austausch von Verschleißteilen lässt sich die Lebensdauer deutlich verlängern. Eine fachgerechte Instandsetzung stellt die ursprüngliche Präzision und Zuverlässigkeit vollständig wieder her.