1. Einführung
Während der geplanten Inbetriebnahme der Hot Rolling Line eines Schwerindustrieunternehmens in der Ukraine trat eine kritische Stilllegung des Hauptantriebs auf. Die Steuerung registrierte eine Notstopp-Veranlassung gemäß dem Fehlercode Verlust der Rückmeldung vom Inkrementalencoder. Die Analyse der Controller-Logs zeigte periodische Störungen der Signale der Phasen A und B in den letzten 72 Stunden, die sich in eine vollständige Kommunikationsfehler entwickelte. Die Stilllegung der Anlage verursachte dem Werk erhebliche finanzielle Verluste. Als Leitender Ingenieur der UNITEC-D GmbH führte ich eine gerichtlich-technische Expertise an diesem Vorfall durch, um die genauen Ursachen der Signaldegradation zu ermitteln und ein Präventionsprotokoll für ähnliche Vorfälle in der Zukunft zu entwickeln.
2. Überblick über den Komponenten
Die Rückmeldungsanlage basiert auf schweren industriellen inkrementellen Encodern, integriert in mehrkanalige Elektromotoren mit hydraulischen Verteilern, insbesondere Ventilen der Bosch NG6-Serie (insbesondere Modelle mit Kennzeichnung WV06P1V1012WS024/00-D0, die mit 24 V Gleichspannung betrieben werden).
- Betriebsmedium: Hoher Störfestigkeitsgrad (EMI), verursacht durch Frequenzumrichter mit Leistung über 250 kW.
- Temperaturbereich: von -15 °C bis +65 °C am Sensorgehäuse (bei zulässigem projektierter Bereich bis +85 °C).
- Schwingungsnachlasten: bis zu 2,5 g im Frequenzbereich 10–500 Hz.
- MTBF-Indikator (mittlere Ausfallzeit): 45 000 Stunden unter idealen Betriebsbedingungen.
3. Nachweis der Ausfälle
Überprüfung des Komponenten- und der umgebenden Infrastruktur am Unfallort ergab folgende Daten:
- Oszillogram der Signale: Messungen mit einem digitalen Speicheroscilloskop zeigten erhebliche Verzerrungen der Impulsflanken (Jitter über 120 ns) sowie ein Absinken der Amplituden der differenziellen RS-422-Signale unter den Schwellwert von 2,0 V (tatsächlich gemessen 1,4 V).
- Schutzschichtzustand: Der Schutzschlauch des Verbindungskabels hatte ein kreisförmiges Anschlussbild von beiden Seiten (Erde-Schleife) sowie mechanische Schäden an der äußeren Polyurethan-Isolierung aufgrund von Reibung gegen den Kabelkanal.
- Kontaktgruppe: Der M12-Anschluss zeigte Oxidationserscheinungen auf den 24V-Strom- und Signal-Leitungen, da der Schutzgrad IP67 durch fehlende Drehmomentzugschraubung der Schraube gemäß den Herstelleranforderungen (empfohlenes Drehmoment – 0,6 Nm) verletzt wurde.
4. Ursachenanalyse
Zur Bestimmung der Ursachen von Ausfällen wurde die Methode der Fehlertreemethode (Fault Tree Analysis) und die Ishikawa-Analyse (K diagramm "Fischskelett") angewandt. Die Hauptfaktoren wurden in drei Kategorien unterteilt:
- Elektromagnetische Verträglichkeit (EMC): Verlegung von Signal-Kabeln in einem Schaltschrank gemeinsam mit Stromkreis-Kabeln der Frequenzumrichter ohne trennende metallene Trennwände.
- Mechanische Faktoren: Schwingungen des technischen Equipments führten zu Mikroverschiebungen und Schwächung der Gewindesteine der Anschlüsse.
- Montagefehler: Falsches Erdung des schirmgeführten Kabels, was einen Erdungsring mit einer Potentialdifferenz von 1,2 V zwischen der Steuerungskabine und der Arbeitsmaschine erzeugte.
5. Erkannte Ursachen
| Erste Ursache | Wahrscheinlichkeit (%) | Bestätigende Nachweise |
|---|---|---|
| Degradation der Kontakte durch Korrosion und freie Verbindungen | 40% | Oxidation der Kontakte M12, Spannungsabfall bis zu 21,2 V am Sensor-Eingang. |
| Elektromagnetische Störungen (EMI) durch unzureichendes Schirmen | 35% | Anwesenheit von Erdungsschleifen, hoher Anteil von Hochfrequenzrauschen in der Oszillogramm. |
| Mechanisches Schaden des Kabels durch zyklische Vibrationen | 25% | Bruch der Leiter im Biegungsbereich des Kabelkanals, Abrieb der Isolierung. |
6. Korrekturmaßnahmen
Notfallreparatur (dringende Behebung)
- Die Kabelsammlung wurde durch eine neue mit zweischichtigem Schirm ersetzt (gezinkte Kupferwicklung + Alufolie).
- Kontaktfassungen wurden mit einem speziellen Mittel für elektrische Kontakte gereinigt, Schraubverbindungen wurden mit Drehmomentwerkzeugen auf 0,6 Nm angezogen.
- Die Bildschirmabdeckung des Kabels mit einseitiger Erdung im Steuerungsgehäuse gemäß den Anforderungen EN 50170.
Langfristige Wartung
- Die gesamte Signalleitung wurde in separaten metallischen geerdeten Rohren umgelegt, wobei der Abstand zu den Stromleitern mindestens 300 mm beträgt.
- Periodischer Thermografie-Check und Messung des Isolationswiderstands gemäß den Vorschriften ISO 13374.
7. Schneller Diagnose-Checkliste für Techniker
Verwenden Sie diese Liste während des planmäßigen technischen Wartungsdienstes auf der Produktionsfläche:
- [ ] Moment der M12-Steckverbindungen prüfen (Norm: 0,6 Nm).
- [ ] Die Spannung am Sensoranschluss messen (Norm: 24 V ± 5 %).
- [ ] Die Integrität der Kabelschirmung mit einem Multimeter prüfen (Widerstand weniger als 0,1 Ω).
- [ ] Den Zustand der Kabelanschlüsse hinsichtlich Rissbildung und Ölausfluss / Kühlflüssigkeitsausfluss beurteilen.
- [ ] Mit einem Oszilloskop prüfen, ob Störungen auf den differenziellen RS-422-Leitungen vorhanden sind.
- [ ] Prüfen Sie die Abwesenheit eines Erdungskabels (Widerstand zwischen Schutzschale und Mechanismus).
- [ ] Sicherstellen, dass die Schwingungen des Kabelkanals unter ISO 10816-3. liegen
- [ ] Die Logs des Controllers auf Fehlerzähler des Encoders prüfen.
8. Präventive Strategie
Um die zuverlässige Betriebsführung der industriellen Unternehmen in der Ukraine zu gewährleisten, sind folgende Maßnahmen zu integrieren:
- Regelmäßige Intervalle: Prüfung der Kontaktschaltungen alle 2000 Betriebsstunden.
- Zustandsmonitoring: Kontinuierliche Überwachung der Amplituden der Rückmeldesignale mit Hilfe von PLC zur Erzeugung eines Warnbits bei einer Spannungssenkung unter 2,2 V.
- Modernisierung: Austausch veralteter Anschlussarten durch industrielle Komponenten der Schutzklasse IP68 und Schmiermittelbeständigkeit gemäß DIN EN 60529.
9. Schlussfolgerung
Verlust des Encoder-Signals ist eine Folge des komplexen Einflusses der Umwelt und Verstößen gegen die Montagevorschriften. Einhaltung der Schutzstandards (EN 50170) und der technischen Wartungsvorschriften ermöglicht es, Stillstandszeiten zu vermeiden. Für die Auswahl zertifizierter Komponenten, Steckverbindungen, Kabel und zugehöriger industrieller Ausstattung, die den europäischen Normen und Standards DSTU entsprechen, empfehlen wir den Besuch von UNITEC-D E-Catalog.
10. Verweisung
- DSNTU EN 60204-1:2015 Sicherheit von Maschinen. Elektrische Ausstattung von Maschinen.
- ISO 13374 Zustandsüberwachung und Maschinendiagnose.
- EN 50170 Allgemeine Anforderungen an industrielle Netzwerke und Kabelverbindungen.
- Technische Dokumentation von Bosch Rexroth für hydraulische Verteiler und zugehörige Elektronik.
- Handbuch zur Analyse von Unterschieden und Störungen in der industriellen Automatisierung (MRO Handbook, UNITEC-D GmbH, 2023).
