Wartung der elektrischen Anlage: Vorbeugung und Behebung von Verkabelungsproblemen bei Schlauchbeutelverpackungsmaschinen

Einleitung

Die elektrische Anlage ist das Nervensystem eines horizontalen Flow-Verpackungsmaschine — Jedes Sensorsignal, jeder Motorbefehl und jede Sicherheitsverriegelung hängt von einer zuverlässigen Verkabelung und den Anschlüssen ab. Dennoch wird die elektrische Wartung häufig vernachlässigt, bis ein Fehler die Produktion zum Erliegen bringt. Nach unseren Serviceerfahrungen aus Hunderten von Verpackungsanlagen weltweit sind Probleme mit der elektrischen Verkabelung – lose Verbindungen, beschädigte Kabel, Korrosion und Erdungsfehler – für etwa 20% aller ungeplanten Ausfallzeiten verantwortlich.

Was elektrische Probleme besonders lästig macht, ist ihre Unvorhersehbarkeit. Eine lose Klemme, die monatelang einwandfrei funktioniert hat, kann plötzlich einen sporadischen Fehler verursachen, der sich scheinbar nicht reproduzieren lässt. Ein beschädigtes Kabel, das in einer Schleppkette verborgen ist, fällt möglicherweise erst aus, wenn die Maschine eine bestimmte Position erreicht. Diese sporadischen, positionsabhängigen Fehler gehören zu den frustrierendsten Problemen, mit denen ein Wartungsteam konfrontiert werden kann.

Dieser Artikel bietet einen praktischen Leitfaden für die Wartung der elektrischen Anlagen in Horizontal-Schlauchverpackungsmaschinen und behandelt dabei Inspektionsverfahren, häufige Probleme bei der Verkabelung, Fragen der Netzqualität sowie ein Programm zur vorbeugenden Wartung, mit dem Probleme erkannt werden können, bevor sie zu Betriebsausfällen führen.

Das Wichtigste auf einen Blick: Die meisten elektrischen Störungen an Schlauchbeutelmaschinen lassen sich vermeiden. Ein strukturiertes Wartungsprogramm, das Sichtprüfungen, das Festziehen von Verbindungen, Isolationsprüfungen und die Überwachung der Stromqualität umfasst, kann den Großteil der durch elektrische Störungen verursachten Ausfallzeiten verhindern.

Wie sieht die Architektur des elektrischen Systems aus und warum ist sie von Bedeutung?

Die hier beschriebene Architektur ist typisch für Maschinen wie die JC250-Flow-Verpackungsmaschine.

Übersicht über die Stromverteilung

Eine typische horizontale Schlauchbeutelmaschine verfügt über ein mehrstufiges Stromverteilungssystem:

Kabelkategorien

Was sind häufige elektrische Probleme und wie lassen sie sich beheben?

Problem 1: Lose Verbindungen und Anschlusspunkte

Lose Verbindungen sind die häufigste elektrische Störung bei Industriemaschinen. Durch die Vibrationen im Dauerbetrieb lockern sich die Klemmschrauben nach und nach, wodurch sich der Kontaktwiderstand erhöht, Wärme entsteht und schließlich ein vollständiger Ausfall des Stromkreises verursacht wird.

Symptome:
– Zeitweise auftretende Störungen, die ohne erkennbares Muster kommen und gehen
– Verfärbte oder geschmolzene Klemmenblöcke
– Brandgeruch in der Nähe von Anschlusskästen oder Schaltschränken
– Spannungsabfälle, gemessen an Lasten, deren Spannung nicht mit der Versorgungsspannung übereinstimmt
– Geräte, die nach einem Stromausfall zunächst wieder funktionieren, später jedoch erneut ausfallen

Diagnoseverfahren:

1. Infrarot-Thermografie — Scannen Sie alle Klemmenblöcke, Schütze und Anschlussstellen während des normalen Betriebs mit einer Wärmebildkamera. Heiße Stellen weisen auf Verbindungen mit hohem Widerstand hin.
2. Prüfung des Spannungsabfalls — Messen Sie die Spannung an der Versorgungsspannung und an der Last. Ein Spannungsabfall von mehr als 3% zwischen Versorgungsspannung und Last deutet auf einen zu hohen Widerstand in der Verkabelung oder an den Anschlüssen hin.
3. Sichtprüfung — Achten Sie auf Verfärbungen (braune/schwarze Flecken deuten auf Überhitzung hin), Verformungen der Kunststoffklemmenblöcke und lose Drähte an den Schraubklemmen.
4. Zugversuch — Ziehen Sie vorsichtig an jedem Kabel an dessen Anschlusspunkt. Jede Bewegung deutet darauf hin, dass die Verbindung locker ist.

Lösung:
– Ziehen Sie alle Anschlussschrauben gemäß den vom Hersteller empfohlenen Drehmomentwerten fest.
– Ersetzen Sie alle Klemmen, die Anzeichen einer Hitzeschädigung aufweisen.
– Bei häufig ausfallenden Verbindungen sollten Sie die Verwendung von Federklemmen anstelle von Schraubklemmen in Betracht ziehen – diese sorgen für einen gleichbleibenden Anpressdruck und sind vibrationsbeständig.

Prävention:
– Das Festziehen der Anschlüsse in den vierteljährlichen Wartungsplan aufnehmen
– Verwenden Sie einen kalibrierten Drehmomentschraubendreher, der gemäß den Vorgaben des Herstellers der Klemmen eingestellt ist.
– Bringen Sie bei starken Vibrationen schwingungsdämpfende Lager am Schaltschrank an
– Nach jeder Wartungsmaßnahme, bei der Anschlüsse gelöst wurden, müssen alle betroffenen Anschlüsse nach 48 Betriebsstunden erneut festgezogen werden.

Problem 2: Beschädigte Kabel in Bewegungssystemen

Kabel, die ständig gebogen werden – insbesondere in Kabelketten (Schleppketten), die Strom- und Signalkabel zu beweglichen Maschinenteilen führen –, sind besonders anfällig für Ermüdungsbrüche.

Symptome:
– Fehler, die nur auftreten, wenn sich die Maschine in einer bestimmten Position befindet (positionsabhängige Fehler)
– Sichtbare Kabelschäden – rissige Außenhülle, freiliegende Leiter, gebrochene Litzen
– Zeitweise auftretende Sensor- oder Motorfehler an den Bewegungsachsen
– Mehrere scheinbar nicht miteinander in Zusammenhang stehende Störungen, die gleichzeitig auftreten

Häufige Fehlerursachen:

Lösung:
– Beschädigte Kabel austauschen – eine Kabelreparatur bei Anwendungen mit hoher Biegebelastung ist bestenfalls eine vorübergehende Lösung
– Stellen Sie sicher, dass die Kabel für dauerhafte Biegebelastung ausgelegt sind (achten Sie auf Kabel mit der Kennzeichnung “kettengeeignet” oder “Schleppkette”).
– Stellen Sie sicher, dass die Biegeradien innerhalb der Kabelkette den Mindestanforderungen des Kabelherstellers entsprechen oder diese übertreffen.
– Trennen Sie Strom- und Signalkabel innerhalb der Verkabelungskette voneinander – Stromkabel erzeugen elektromagnetische Störungen (EMI), die sich auf die Signalkabel auswirken
– Lassen Sie ausreichend Spiel (5–10% zusätzliche Länge), um eine Spannung der Kabel an den äußersten Enden der Kette zu vermeiden.

Prävention:
– Überprüfen Sie die Kabelketten im ersten Betriebsjahr monatlich
– Ersetzen Sie die Kabel nach dem ersten Jahr nach einem festgelegten Zeitplan (in der Regel alle 2–3 Jahre bei Anwendungen mit hoher Biegebelastung).
– Dokumentieren Sie beim Austausch von Kabeln das Installationsdatum auf einem Kabeletikett, um den Überblick zu behalten.

Siehe auch: Checkliste für die tägliche Wartung von Schlauchbeutelmaschinen:

Problem 3: Fehler bei der Erdung und Potentialausgleich

Eine ordnungsgemäße Erdung ist sowohl für die Sicherheit als auch für einen zuverlässigen Betrieb unerlässlich. Fehler in der Erdung führen zu unvorhersehbarem Maschinenverhalten, erhöhen die Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen und verursachen ernsthafte Sicherheitsrisiken.

Siehe auch: Reinigungs- und Desinfektionsverfahren für Verpackungen

Symptome:
– Unerklärliche Sensorstörungen oder unregelmäßige Messwerte
– Kommunikationsfehler zwischen SPS und Remote-Geräten
– Der Bediener erhält Stromschläge vom Maschinenrahmen
– Die Sicherheitssysteme verhalten sich unvorhersehbar
– Erhöhte Berührungsspannung an Maschinengehäusen

Siehe auch: Schmierstellen und Schmierpläne: So halten Sie Ihr

Diagnoseverfahren:

1. Erdungswiderstand messen — Überprüfen Sie mit einem Erdungswiderstandsmessgerät, ob der Erdungswiderstand des Geräts unter 1 Ω liegt (die genauen Anforderungen entnehmen Sie bitte den örtlichen Elektrovorschriften).
2. Verbindungen prüfen — Stellen Sie sicher, dass alle Metallteile der Maschine über Verbindungen mit geringem Widerstand an die Erdungsschiene angeschlossen sind.
3. Prüfung auf Erdschleifen — Messen Sie die Spannung zwischen der Maschinenerdung und der Gebäudeerdung. Eine erhebliche Spannungsdifferenz deutet auf eine Erdschleife oder eine fehlende Erdungsverbindung hin.
4. Erdung der Abschirmung überprüfen — Die Abschirmungen der Signalkabel sollten nur an einem Ende (in der Regel am SPS-Schrank) geerdet werden, um Erdschleifen zu vermeiden. Überprüfen Sie diese Konfiguration.

Lösung:
– Beschädigte Erdungsleiter reparieren oder austauschen
– Alle Erdungsanschlüsse reinigen – Korrosion erhöht den Widerstand
– Im Schaltschrank sind geeignete Erdungsschienen mit Sternpunkt-Erdung zu installieren.
– Verwenden Sie für empfindliche Signalkabel abgeschirmte Kabel, deren Abschirmung ausschließlich am SPS-Schrank geerdet ist.

Problem 4: Probleme mit der Netzqualität

Die Stromversorgung Ihrer Schlauchbeutelmaschine wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit der Maschine aus. Eine schlechte Stromqualität führt zu vorzeitigem Ausfall von Bauteilen, unvorhersehbaren Betriebsstörungen und unerklärlichen Fehlern.

Häufige Probleme mit der Netzqualität:

Diagnoseschritte:

1. Installieren Sie ein Gerät zur Analyse der Netzqualität am Haupttrennschalter der Maschine über einen Überwachungszeitraum von mindestens einer Woche. Auf diese Weise lassen sich Spannungseinbrüche, Spannungsspitzen, Oberschwingungen und Transienten erfassen, die bei einer kurzen Überprüfung möglicherweise nicht erkennbar sind.
2. Auf Spannungsungleichgewicht prüfen — Messen Sie die Spannung zwischen allen drei Phasen. Bei einer Unsymmetrie von mehr als 2% ist eine Überprüfung erforderlich.
3. Kapazität des Versorgungstransformators überprüfen — Stellen Sie sicher, dass der Transformator, der die Verpackungslinie versorgt, über eine ausreichende Leistung für alle angeschlossenen Verbraucher verfügt.

Lösungen:

Problem 5: Ausfälle der Steuerstromversorgung

Die 24-VDC-Steuerspannungsversorgung versorgt die SPS, alle Sensoren, Magnetventile und die Bedienerschnittstelle mit Strom. Bei einem Ausfall dieser Versorgung wird die gesamte Maschine abgeschaltet.

Symptome:
– Vollständige Abschaltung der Maschine ohne konkreten Fehlercode
– HMI geht offline
– Die SPS zeigt keine Betriebsanzeige an
– Einige 24-V-Geräte funktionieren, andere hingegen nicht (was auf eine durchgebrannte Sicherung oder einen ausgelösten Schutzschalter im 24-V-Verteilungsnetz hindeutet)

Diagnoseverfahren:

1. Überprüfen Sie den Ausgang der 24-V-Stromversorgung — Messen Sie die Gleichspannung an den Anschlüssen des Netzteils. Sie sollte 24 VDC ±5% (22,8–25,2 VDC) betragen. Liegt der Wert deutlich unter 24 V, ist das Netzteil möglicherweise defekt oder überlastet.
2. Laststrom messen — Messen Sie mit einer Gleichstrom-Stromzange den Gesamtstromverbrauch aller 24-V-Lasten. Vergleichen Sie diesen Wert mit der Nennleistung des Netzteils. Ein Betrieb bei mehr als 80% des Nennstroms verkürzt die Lebensdauer des Netzteils.
3. Auf Kurzschlüsse prüfen — Wenn der 24-V-Schutzschalter ausgelöst hat, trennen Sie alle Verbraucher vom Stromnetz und schalten Sie sie nacheinander wieder ein. Der Stromkreis, der das Auslösen des Schutzschalters verursacht, weist einen Kurzschluss auf.
4. Überprüfen Sie das Netzteil selbst — Achten Sie auf aufgequollene Kondensatoren, verfärbte Bauteile oder Brandgeruch – dies sind Anzeichen für einen internen Defekt.

Prävention:
– Die 24-V-Stromversorgung ist auf 125–150% des berechneten Spitzenlaststroms auszulegen
– Installation redundanter Stromversorgungen für kritische Anwendungen (pharmazeutische Produktion)
– Die 24-V-Ausgangsspannung in die tägliche Checkliste für die Inbetriebnahme aufnehmen
– Halten Sie ein Ersatz-24-V-Netzteil in Ihrem Ersatzteilbestand bereit

Wie gehen Sie mit einem Programm zur vorbeugenden Wartung elektrischer Anlagen um?

Tägliche Kontrollen (Bedienerebene)

Wöchentliche Kontrollen (Ebene Wartungstechniker)

Monatliche Überprüfungen

Vierteljährliche Überprüfungen

Jährliche Überprüfungen

Welche Sicherheitsaspekte sollten Sie berücksichtigen?

Anforderungen an die Verriegelung und Kennzeichnung (LOTO)

Befolgen Sie stets die LOTO-Verfahren Ihrer Einrichtung, bevor Sie Arbeiten an elektrischen Anlagen durchführen. Zumindest:

1. Ermitteln Sie alle Energiequellen (elektrische, pneumatische, hydraulische und mechanisch gespeicherte Energie)
2. Fahren Sie die Maschine gemäß dem üblichen Stoppverfahren herunter.
3. Schalten Sie den Hauptstromschalter aus und bringen Sie Ihr persönliches Vorhängeschloss und Ihr Etikett an.
4. Überprüfen Sie, ob kein Strom anliegt – verwenden Sie einen für die jeweilige Spannung geeigneten Spannungsprüfer, um sicherzustellen, dass keine Spannung anliegt.
5. Alle Kondensatoren und Energiespeicher erden
6. Entferne niemals das Schloss einer anderen Person – nur die Person, die es angebracht hat, darf es entfernen.

Aufklärung über Lichtbogenunfälle

Schalttafeln in Verpackungsmaschinen können die Gefahr eines Lichtbogens bergen. Befolgen Sie die Anforderungen der NFPA 70E (oder einer gleichwertigen lokalen Norm):
– Beschriften Sie alle Schaltschränke mit den Kategorien für Lichtbogengefahren
– Tragen Sie beim Öffnen von unter Spannung stehenden Schalttafeln geeignete persönliche Schutzausrüstung.
– Setzen Sie nach Möglichkeit Fernwartungs- und Diagnosetools ein
– Arbeiten an unter Spannung stehenden elektrischen Anlagen dürfen nur von qualifizierten Elektrikern durchgeführt werden

Dokumentation

Führen Sie eine aktuelle elektrotechnische Dokumentation:
– Einliniendiagramm — Stromverteilung von der Hauptversorgung zu den einzelnen Verbrauchern
– Schaltpläne — Detaillierte Verbindungsinformationen für jeden Anschluss
– Fahrpläne der Terminals — Welcher Draht wird an den jeweiligen Anschlusspunkt angeschlossen?
– SPS-E/A-Zeitpläne — Zuordnung aller Sensoren und Aktoren zu SPS-Adressen
– Bestandszeichnungen — Alle nach der Installation vorgenommenen Feldänderungen berücksichtigen

Path Pack liefert zu jeder Maschine eine vollständige elektrische Dokumentation, einschließlich Einliniendiagramme, Schaltpläne, SPS-E/A-Belegungen und Klemmenpläne – alles sowohl in gedruckter als auch in digitaler Form.

Häufig gestellte Fragen

Wie oft sollten elektrische Verbindungen nachgezogen werden?

Bei Neuinstallationen oder nach größeren Wartungsarbeiten sollten alle Klemmenverbindungen nach dem ersten Betriebsmonat und danach vierteljährlich nachgezogen werden. Klemmen in Bereichen mit starken Vibrationen (in der Nähe von Motoren, Kompressoren oder vibrierenden Förderabschnitten) sollten monatlich überprüft werden. Verwenden Sie einen kalibrierten Drehmomentschraubendreher – ein zu festes Anziehen von Kupferklemmen kann die Drahtlitzen quetschen und eine neue Schwachstelle schaffen. Federklemmen (wie beispielsweise von Phoenix Contact oder Wago) reduzieren diesen Wartungsaufwand erheblich, da sie einen gleichbleibenden Anpressdruck gewährleisten, ohne dass ein regelmäßiges Nachziehen erforderlich ist.

Was führt dazu, dass Kabel in Kabelketten ausfallen?

Ausfälle von Kabelketten (Schleppketten) sind auf die Überschreitung des Mindestbiegeradius der Kabel, die Verwendung von Kabeln, die nicht für dauerhafte Biegung ausgelegt sind, eine unsachgemäße Kabelanordnung innerhalb der Kette oder eine Fehlausrichtung der Kette zurückzuführen, die zu zusätzlicher Belastung führt. Kabel, die speziell für Schleppkettenanwendungen entwickelt wurden, weisen im Vergleich zu Standardkabeln (500.000 Zyklen) eine höhere Biegezyklenfestigkeit auf (typischerweise 5–10 Millionen Zyklen). Wenn Ihre Kabelketten häufig ausfallen, überprüfen Sie, ob der richtige Kabeltyp verbaut ist und ob die Biegeradien den Herstellerangaben entsprechen.

Wie behebe ich einen sporadisch auftretenden elektrischen Fehler?

Intermittierende Fehler stellen die größte Herausforderung bei elektrischen Problemen dar. Systematische Vorgehensweise: (1) Jedes Auftreten dokumentieren – Zeitpunkt, Maschinenposition, Produktionsbedingungen, Fehlercode; (2) Nach Mustern suchen – tritt der Fehler an derselben Maschinenposition auf? (bei derselben Temperatur? bei derselben Drehzahl?); (3) Führen Sie einen “Wackeltest” durch – bewegen Sie bei eingeschalteter und laufender Maschine vorsichtig Kabel, Steckverbinder und Kabelbäume, um zu prüfen, ob sich der Fehler dadurch auslösen lässt; (4) Setzen Sie Wärmebildtechnik ein – intermittierende Verbindungen mit hohem Widerstand erzeugen bereits vor einem vollständigen Ausfall Wärme; (5) Installieren Sie nach Möglichkeit einen Datenlogger am verdächtigen Stromkreis, um den Zeitpunkt des Ausfalls zu erfassen.

Sollte ich an meiner Schlauchbeutelmaschine eine USV installieren?

Wir empfehlen dringend den Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für das Steuerungssystem (SPS, HMI und Sensoren) – nicht jedoch für die gesamte Maschine. Die USV schützt vor Spannungseinbrüchen und kurzzeitigen Stromausfällen, die zu einem Neustart der SPS führen können, was wiederum Produktionsdatenverluste, unterbrochene Zyklen und möglicherweise Produktverschwendung zur Folge hat. Die USV muss nicht groß dimensioniert sein – in der Regel reicht eine Online-USV mit 500 VA bis 1 kVA für das 24-V-Steuerungssystem aus. Path Pack bietet die USV-Integration als Option für alle Maschinenmodelle an; sie wird insbesondere für pharmazeutische Anwendungen und Hochgeschwindigkeitsproduktionen empfohlen.

Was sollte mein Bestand an elektrischen Ersatzteilen umfassen?

Aufgrund unserer weltweiten Serviceerfahrung sollten folgende elektrische Ersatzteile vor Ort vorrätig sein:

Häufig gestellte Fragen

Können Bediener elektrische Fehlerbehebungen durchführen?

Das Bedienpersonal darf Sichtprüfungen und einfache Überprüfungen auf vorhandene Spannung durchführen (z. B. durch Überprüfen, ob die Betriebs-LEDs leuchten), darf jedoch NIEMALS Schalttafeln öffnen oder freiliegende Leiter berühren. Alle internen Elektroarbeiten müssen von qualifizierten Elektrikern unter Einhaltung der Verriegelungs- und Kennzeichnungsverfahren durchgeführt werden.

Fazit

Die Wartung der elektrischen Anlage bildet die Grundlage für einen zuverlässigen Betrieb der Schlauchbeutelverpackungsmaschine. Auch wenn dies vielleicht nicht so offensichtlich ist wie das Einstellen der Förderbänder oder der Austausch der Schweißbalken, entscheiden doch die Verkabelung, die Anschlüsse, die Erdung und die Infrastruktur zur Sicherstellung der Stromqualität darüber, ob Ihre Maschine stabil läuft oder unter unvorhersehbaren, frustrierenden Ausfallzeiten leidet.

Der effektivste Ansatz ist ein proaktiver: Richten Sie ein strukturiertes Wartungsprogramm mit täglichen, wöchentlichen, monatlichen, vierteljährlichen und jährlichen Aufgaben ein. Investieren Sie in grundlegende Diagnosegeräte – ein gutes Multimeter, ein Megohmmeter zur Isolationsprüfung sowie ein Infrarot-Thermometer oder eine Wärmebildkamera. Schulen Sie Ihr Wartungsteam darin, die Warnzeichen für sich anbahnende elektrische Probleme zu erkennen: verfärbte Klemmen, ungewöhnliche Gerüche, zeitweise auftretende Störungen und Spannungsabweichungen.

Vor allem sollten Sie bei der Sicherheit niemals Kompromisse eingehen. Elektroarbeiten in industriellen Umgebungen erfordern qualifiziertes Personal, ordnungsgemäße LOTO-Verfahren und geeignete persönliche Schutzausrüstung. Eine gut gewartete elektrische Anlage maximiert nicht nur die Betriebszeit – sie schützt auch die Menschen, die die Maschine bedienen und warten.

Path Pack stattet jede horizontale Schlauchbeutelmaschine mit elektrischen Systemen aus, die auf Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit ausgelegt sind. Wir verwenden durchgehend Komponenten von Schneider und Siemens, ergänzt durch eine vollständige Dokumentation, standardisierte Verdrahtungsverfahren und gut zugängliche Anschlusspunkte für eine einfache Wartung. Jede Maschine durchläuft ein umfassendes elektrisches Inbetriebnahmeprotokoll, das die Überprüfung der Netzqualität, Isolationsprüfungen und die Validierung der funktionalen Sicherheit umfasst. Gestützt auf die CE-Zertifizierung und weltweiten technischen Support liefert Path Pack elektrische Systeme, auf die Sie sich verlassen können. Kontaktieren Sie unser Ingenieurteam, um mehr zu erfahren.

Vom Path Pack-Technikteam

Planen Sie vorbeugende Wartungsmaßnahmen an elektrischen Anlagen? → Fragen Sie bei Path Pack nach der Prüfcheckliste für das Steuerungssystem Ihrer Maschine.