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Indramat 3 TRM 2

Die Achsmotoren an der MH700C werden mit zwei Indramats angesteuert. Die X und Z Achse, sowie der Rundteiltisch mit dem 3 kanaligen 3 TRM 2. Die etwas massivere Y Achse (bei Maho die vertikale Achse) hat den 1 TRM 3.
Alle Indramats habe ein Linearnetzteil mit 24V unstabilisiert und +/-15V linear geregeltes Netzteil integriert.
Nachdem die Steuerung OK war und das Fehlerdiagnosesystem zwischendrin auch Fehler X Achse nannte, kam nach dem Überprüfen der Endschalter das Messen aller Spannungen am 3 fachen X-Z-C Servoverstärker 3 TRM 2. Der 1-fache Y Antrieb hatte alle Spannungen, schaltet aber auch nicht frei. Seltsamerweise wurde die Maschine so verdrahtet, dass die 24V für die Bremse aus dem 3 TRM 2 kommen und nicht dem eigenen Servoverstärker. Beim 3 TRM 2 waren aber auch die 15V nicht vorhanden und die "Messpannung gestört" LED leuchtete. Das war plausibel. Also ausgebaut und auf den Labortisch.

Netzteil

In dem Servoverstärker ist ein eigenes Linearnetzteil mit Trafo (2x20V, 110W, Eingangsspannung 460, 380, 220V). Die 24V sind unstabilisiert nur durch einen 2200µF Elko geglättet. Durch das eigene Netzteil kann vor dem Anlegen der Leistungsstromkreise der Regler bereits arbeiten. Also die Netzteilplatine ausgebaut und mit dem Labornetzteil versorgt, siehe da, im Leerlauf funktioniert das Netzteil. Etwas die Spannungen symmetrisch eingestellt, es werden vorsorglich auch alle Elkos neu bestückt. In der Baugröße sind heutzutage ca. 30% höhere Kapazitäten möglich. Sinnvoll auch Elkos mit höherer Spannungsfestigkeit verwenden. Je weiter die Betriebsspannung und die zulässige Spannung eines Elko auseinander liegen, desto höher ist seine Lebensdauer. Noch ein paar Lastwiderstände dran, um die Last Funktion zu prüfen.

3 TRM Regelplatine

Nachdem das Netzteil OK scheint, die Regelplatine abstecken und auf den Labortisch. Auf der Vorderseite sind Lötstützpunkte, an denen die 24V, und +/-15V eingespeist werden können. Und schon schaltet das Netzteil auf Überstrom, damit ist die Baugruppe hinüber. Mist, ausgerechnet diese komplexe Schaltung... Also alle Programmiermodule abgeschraubt und Netzteil ein, siehe da, alles OK, Relais zieht an, das der CNC die Bereitschaft anzeigt. Dann Stück für Stück wieder die Module eingesteckt und bei einem gibt es den Überstrom. Dann schaue ich mir das genauer an, wenn ich Pech habe ist es einer der OP's. Es gibt zwar heutzutage in viel bessere Ausführungen, das Problem ist aber, die Daten der alten Bauteile genau herauszufinden, damit der Ersatzbaustein die gleichen Eigenschaften hat. In Versuchen habe ich zwischen den unterschiedlichen Modellen massive Unterschiede im Verhalten gemessen.
Dann noch mal mit dem Ohmmeter den Gleichstrom Widerstand von Masse auf +15V und Masse auf -15V gemessen. Bei der - Leitung relativ hochohmig und bei der + Leitung sehr niederohmig. Wenn man sich die Schaltung anschaut, sind die Elkos C2 und C3 noch mal zur Stabilisierung genau zwischen diesen Anschüssen, also löte ich auf Verdacht den Elko an der + Leitung aus und stecke frech das Modul auf, siehe da kein Kurzschluss mehr! Der Elko hatte noch am Kondensatorprüfgerät 4,7 µF, allerdings einen deutlichen Gleichstromwiderstand! ESR lag auch im Rahmen... So ein 20 Cent Bauteil legt eine komplette Maschine lahm, so dass ich diese zum Schrottpreis bekam! Was für ein Zufall. Aber die Reparatur können wohl kaum noch Leute, oder wollen nicht.
Bei den Elkos handelt es sich um 35V Tantal Kondensatoren, die bekannt dafür bekannt sind, hervorragende technische Daten und Alterungsbeständigkeit zu haben. Diese sind aber extrem empfindlich auf Verpolung und Überspannungen. Die 40 Jahre oder ca. 36000 Betriebsstunden Lebensdauer des Indramat belegen diese Grundeigenschaften deutlich.

Hier aus akademischen Interesse die Messwerte des fehlerauslösenden Bauteils:
Kapazität, ESR (100 Hz), DC Widerstand:
4,66 µF,   3   Ohm, unendlich
4,6   µF, 162 Ohm, 498 Ohm <-Kurzschluss!

Ursachenermittlung

Was hat den Ausfall des Elkos verursacht? Natürlich kann es ein mangelhaftes Bauteil selber sein, nach 40 Jahren kein großes Thema. Aber ich will ausschließen, dass nach kurzer Zeit aufgrund einer nicht behobenen Ursache der gleiche Fehler auftritt (bekanntes kommerzielles Problem, nicht nur in der Medizin). Kann das eine ständige Überspannung am Tacho sein, eine defekte Isolation des Motors? Das kann man mit einem Isolationsprüfer leicht ausmessen, den man bei der Wartung und Reparatur so eines Industriegerätes ohnehin haben sollte. Ich messe mit max. 100V, also ca. der Motorspannung nach. Ein Ohmmeter misst mit unter 5V, kann so einen Fehler also gar nicht messen. An den Motoren lag es schon mal nicht.

Bei der Aktion prüfe ich gleich Motor und Tacho: am Tacho ein Oszi, um defekte oder verschmutzte Bürsten zu dedektieren. Dann den Motor mit 5/10/15/20V auch einem Leistungs- Labornetzteil versorgen und die Leerlaufstromaufnahme messen:

Das Tachosignal ist zum Glück eine störungsfreie Gleichspannung, das sauber der Drehzahl folgt! Hier wurde nicht die Drehzahl aufgenommen, da diese die einzige ausschlaggebende Größe für das Tachosignal ist.

Dann werden auf allen Platinen die Elkos gewechselt und bei der Demontage der Leistungsplatine stelle ich an den drei Elkos Cx003 fest, dass diese komplett hinüber waren. Statt 100µF, grade noch so 5µF. Schaltungstechnisch schätze ich, dass dieser Elko eine hohe Impulsbelastung hat und damit schnell kaputtgeht. Das bedeutet, dass dieses Bauteil bei allen Indramats alle 10 Jahre gewechselt werden sollte.
Das Reinigen der Entstörkondensatoren brachte den nächsten Fehler, der C301 (100nF, 1500V) brach heraus, da er nicht vollständig auf der Leiterplatte aufliegend eingelötet war und sich bei Maschinenschwingungen bewegen konnte. Hat nur 40 Jahre gehalten :-(
Also gleich alle restlichen Kondensatoren nachgelötet. Den einen muß ich ersetzen, da das Beinchen gebrochen war. Interessanterweise war das auch der Teil, wo der Tantal im Programmiermodul defekt war.

Bremse Y-Achse

Die Bremse der Y Achse wird aus dem 3 TRM 2 des X-C-Z Verstärkers versorgt. Auch die Motorbremse versorge ich aus dem Labornetzteil und schon saust die Y Achse runter. Die Stromaufnahme beträgt lediglich 0,6A, um das Netzteil zu schützen sind diverse Schutzdioden verbaut, um die Induzierte Spannung beim Schalten zu unterdrücken. Darum funktioniert die Bremse auch nur in einer Polariät (103 +, 105 -).

Abgleich

Die Voreinstellungen werden auf dem Programmiermodul mit R1, R2, R25 festgelegt. Es gibt folgende Potis zum Feinabgleich:
X01 Drehzalkalibrierung
X02 Drehzahl Nullpunkt
X03 Zündwinkel Vorstrom (Kap. 2.10)
X04 Grenzstrom

Indramat 1 TRM 3

Bei diesem Thyristor Servoverstärker ist eine Besonderheit, dass der Drehsinn und Gleichheit der drei Netzphasen überprüft wird. Passt man beim Anschluss nicht auf, wird das Gerät nie aus dem Fehler kommen.
Aus dem Grund ist auf der Klemmleiste die Möglichkeit gegeben an den Synchronisationsanschlüssen (4, 5, 6) Us, Vs, Ws mit einem Oszi die Drehrichtung der Phasen nachzumessen. Außerdem muss die Phasenlage mit denen aus dem Leistungstrafo zusammenpassen. Aufgrund der 380V Auslegung sind die realen Spannungen meist etwas anders, als im Schaltplan angegeben. Eine Spannungsüberwachung vergleicht mit der benachbarten Phase, also Us mit Vp, Vs mit Wp ud Ws mit Up.
Spannungen mit dem Anhang S (Synchronisation) aus dem Netzteil des Verstärkers
Spannungen mit dem Anhang P (Power) aus dem Leistungsteil

Durch die Phasenverschiebung ergibt sich eine Differenzspannung an der Basis von T10 (analog 11 und 12), die relativ gering ist. Da es sich um eine Wechselspannung handelt gibt es kurze Impulse, die den Transistor dann 0,5ms durchschalten lassen (Abb. 9 im Schaltplan). Das ist das Erste, was man im Falle eines unklaren Fehlers analysieren sollte. Ich schließe die Tastköpfe an und schalte den Schütz 7K4 von Hand an. Da die ganze Steurung noch aus ist, gibt es ohnehin keine Freigabe und keine Achse kann losfahren.

Auch in dieser Schaltung sind die Tantal Kondensatoren verbaut und können der Grund für eine Fehlfunktion sein. Wenn diese hochohmig leiten, funktioniert die Spannungsüberwachung nicht mehr. Sollte also keine Sicherung fliegen und der Motor der Y Achse eigentlich unauffällig gewesen sein, aber die LED Störung leuchtet rechts unten auf dem Verstärker ist das warscheinlich.