Diagnose elektrischer/hydraulischer Probleme in einer CNC-Rohrbiegemaschine

Oct 07, 2023

Durchgeschmolzene Verbindungen an der Sicherung waren ein verräterisches Zeichen dafür, dass etwas im System überlastet war, auch wenn zunächst unklar war, warum dies geschah.

Ein Hersteller von Lkw- und Bus-Auspuffanlagen verlor Produktionszeit bei einer 6-Zoll-Maschine. Rohrbieger, da die Hauptsicherungen regelmäßig durchbrannten. Bilder des Schaltschranks zeigten, dass auch die Isolierung einiger Kabelverbindungen zu schmelzen begann.

Das war eine ernste Situation.

Alle CNC-Rohrbiegemaschinen verfügen über mehrere Systeme, die zusammenarbeiten, um die Maschine anzutreiben und letztendlich gerade Rohre in die gewünschte Form zu bringen. Diese spezielle Maschine enthielt Hydraulik zum Spannen und zur Achsenpositionierung; Servoelektrik zur Achspositionierung; einphasige Steuerspannung 120 V AC; und 24-V-DC-Steuerspannung. Das elektrische Hauptsystem lieferte Strom zum Antrieb oder zur Steuerung der anderen Systeme.

(Nebenbei bemerkt, es sollte eine Trennung zwischen der Maschine und der Stromversorgung des Gebäudes geben. Und zwischen der Trennung und dem Rest der Maschine oder als Teil der Trennung selbst sollte es eine Möglichkeit geben, die Stromversorgung automatisch zu unterbrechen, wenn etwas nicht in Ordnung ist die Maschine fällt aus und führt zu Stromspitzen.)

Eine typische CNC-Biegemaschine verwendet Dreiphasenstrom, das heißt, sie verfügt über drei stromführende Stromkreise, die die Maschine mit Strom versorgen, sodass im Trennstromkreis entweder drei Sicherungen oder ein dreipoliger Schutzschalter vorhanden sind. Von dort aus wird die Energie auf verschiedene Teile der Maschine verteilt.

Im Schaltschrank dieser speziellen Maschine führten die Drähte mit geschmolzener Isolierung zu zwei kleinen Abwärtstransformatoren, die die Hauptstromversorgung von 480 V, dreiphasig, auf 120 V, einphasige Steuerspannung umwandelten.

Ein Transformator versorgte die verschiedenen Wegeventile des Hydrauliksystems mit Strom. Der zweite Transformator war kleiner und lieferte die einphasige 120-V-Spannung, die wiederum ein Gleichstromnetzteil versorgte, das 24 V für die Stromversorgung des Steuer-PCs und des E/A-Systems bereitstellte.

Jeder dieser Transformatoren war durch einen eigenen Satz Sicherungen geschützt, diese Sicherungen wurden jedoch nicht aktiviert, als die Hauptsicherung durchbrannte. In Stromkreisen haben parallelgeschaltete Stromkreise eine gemeinsame Spannung, aber eine ungewöhnliche Stromstärke. Mit anderen Worten: Während jeder dieser Transformatoren von demselben 480-V-Stromkreis gespeist wurde, verbrauchte jeder bei seinem Betrieb unterschiedliche Mengen an Strom. Mit einer Strommesszange – einem gängigen Prüfmessgerät, das den Strom eines Wechselstromkreises messen kann, ohne ein Kabel zu berühren, indem es das Magnetfeld misst, während sich Elektrizität entlang des Kabels bewegt – wurde schnell festgestellt, dass keiner der Transformatoren genug Strom zog verursacht ein Problem mit seinen eigenen kleinen Sicherungen und schon gar nicht mit der Hauptsicherung.

Derselbe Strombus, der die beiden kleinen Transformatoren versorgte, versorgte auch den Motor, der die Pumpe für das Hydrauliksystem der Maschine antreibt. Unter Verwendung der gleichen Stromzangenstromstärke wurde die Zugkraft an jedem Zweig der Pumpenmotoren getestet. Als die Maschine startete und sich nichts bewegte, verbrauchte jedes Bein nur etwa 35 Ampere – nicht genug, um eine 100-Ampere-Hauptsicherung durchzubrennen. Sobald jedoch ein Bediener ein Gerät auswählte und bewegte, wodurch das Hydrauliksystem von niedrigem auf hohen Druck umsprang, zeigte das Messgerät 103 Ampere an.

Der Elektromotor, der die Hydraulikpumpe antreibt, wurde über einen Motorstarter gesteuert. Ein Motorstarter ist eine Kombination aus Schützen und einem thermischen Überlastrelais. Bei ordnungsgemäßer Verkabelung unterbricht das Überlastrelais das Steuersignal an die Schütze und führt dazu, dass der Motor stoppt, wenn er überlastet wird. Da dies jedoch auf der durch die Motorüberlastung erzeugten Wärme beruht, ermöglicht ein Motorstarter, dass ein Motor für eine sehr kurze Zeitspanne im Überlastzustand läuft, bis die thermischen Überlastungen heiß genug werden, um das Steuersignal zu öffnen.

Bei diesem speziellen Einsatz war ein Kompensator an der Pumpe undicht.

Nachdem er sich vergewissert hatte, dass der Motorstarter entsprechend der maximalen Nennstromstärke des Motors richtig eingestellt war und dass das Überlastrelais richtig verdrahtet war, um das Signal vom Steuersystem zu unterbrechen, musste der Techniker Al Drinnon von RbSA Industrial den Gang wechseln. Was als Fehlerbehebung für ein elektrisches Problem begann, sah nun wie ein Problem mit der Hydraulik aus.

Rohrbieger verwenden regelmäßig hydraulische Systeme, da die Hydraulik die großen Kräfte, die zum Verformen eines Rohrs in eine Form erforderlich sind, wirtschaftlich aufbringen kann. Hydrauliksysteme stellen jedoch unterschiedliche Herausforderungen für Wartung, Fehlerbehebung und Reparatur dar.

Das Hydrauliksystem der defekten Maschine wurde von einer druckkompensierten Pumpe angetrieben, was bei Rohrbiegeanwendungen sehr üblich ist. Der Druckkompensator reduziert oder stoppt automatisch den Fluss der Hydraulikflüssigkeit, wenn der Druck über ein voreingestelltes Maximum (oft als Zünddruck bezeichnet) ansteigt. Der Kompensator verhindert eine Überlastung der Pumpe. Die meisten hydraulischen Industriegeräte sind für einen Betrieb zwischen 2.000 und 3.000 PSI ausgelegt. Wenn die meisten Pumpen ausfallen, sinkt der Druck, da Flüssigkeit austritt. Wenn druckkompensierte Pumpen jedoch ausfallen, bauen sie zu viel Druck auf und fallen zu hoch aus. Ein Überdruckventil am Hydrauliksystem verhindert, dass sich zu viel Druck aufbaut, indem es Flüssigkeit in den Tank zurückführt, wenn sich zu viel im System befindet.

Die Hydrauliksysteme der meisten Rohrbiegemaschinen sind für einen Betrieb bei 2.000 PSI oder weniger ausgelegt, und das Überdruckventil ist normalerweise auf 300 bis 500 PSI darüber eingestellt. Drinnon stellte fest, dass beim Einschalten der Maschine bei laufenden, aber im Leerlauf befindlichen Pumpen weniger als 100 PSI auf den Manometern angezeigt wurden, aber wenn ein Gerät bewegt wurde, stieg der Druck auf 2.500 PSI.

Es gibt ein Ventil, das den Druckleitungsfluss zurück zum Hydrauliktank leitet, um einen Druckaufbau im Leerlauf zu verhindern. Wenn ein Gerät bewegt wird, blockiert dieses Ventil den Durchfluss zum Tank und ermöglicht so den Druckaufbau für den Maschinenbetrieb. Dies wird als Systemdruck bezeichnet. Drinnon konnte bei niedrigem Druck einen normalen Betrieb beobachten. Beim Systemdruck baute der Kompensator zu viel Druck auf, wodurch der Elektromotor, der die Hydraulikpumpe antreibt, überlastet wurde.

Es stellte sich heraus, dass der Kompensator an der Pumpe undicht war. Mit der Zeit würde der Systemdruck abnehmen und die Fähigkeit der Maschine, hydraulische Kraft zu erzeugen, verringern. Daher würde das Wartungspersonal den Kompensator anpassen, um den Systemdruck wieder auf den normalen Betriebsbereich zu bringen. Schließlich war das Leck am Kompensator so schlimm, dass er entfernt und untersucht werden musste. Als das Wartungspersonal feststellte, dass die O-Ringe defekt waren, tauschte es diese aus und baute den Kompensator wieder ein.

„Nach der Reparatur einer Pumpe oder eines Kompensators sollte das System vor dem Neustart der Maschine so eingestellt werden, dass der Druck auf oder nahe der niedrigsten Einstellung liegt“, sagte Gary Moore, Betriebsleiter bei Air & Hydraulic Equipment. „Dies geschieht durch Drehen der Einstellschraube am Kompensator gegen den Uhrzeigersinn, bis dieser fast vollständig herausgedreht ist. Entfernen Sie sie nicht. Anschließend kann die Pumpe gestartet und auf den Aufbau von Systemdruck eingestellt werden. Anschließend sollte die Einstellschraube des Kompensators im Uhrzeigersinn gedreht werden, bis die... System den gewünschten Betriebsdruck hat.“

Nachdem die Lecks am Kompensator repariert worden waren, hatte das System so viel Druck aufgebaut, dass dieser durch das Überdruckventil auf 2.500 PSI reduziert wurde. Drinnon passte außerdem den Entlastungsdruck auf die Spezifikation der Maschine von 2.300 PSI an.

„Um den Entlastungsdruck einzustellen, habe ich die Einstellschraube des Entlastungsventils vollständig auf den höchsten Druck gedreht“, sagte Drinnon. „Dann stellte ich mithilfe des Kompensators den Systemdruck etwas höher als den vorgesehenen Entlastungsdruck ein. Da die Entlastung auf 2.300 PSI eingestellt werden sollte, stellte ich den Kompensator auf 2.400 PSI ein.

„Dann habe ich mit der Einstellschraube am Überdruckventil den Druck reduziert, bis er 2.300 PSI betrug. Zuletzt habe ich mithilfe des Kompensators den korrekten Systemdruck von 2.000 PSI eingestellt. Wenn nun der Kompensator ausfällt, verhindert das Überdruckventil den Druck mehr als 2.300 PSI.“

Abschließend wurden die Drähte mit der geschmolzenen Isolierung zurückgeklemmt und neue Steckverbinder eingebaut. Jetzt ist die Maschine wieder im Einsatz.