Fehlerbehebung bei Servomotoren: Diagnose und Behebung von Antriebsproblemen in Schlauchbeutelverpackungsmaschinen

Einleitung

Servomotoren sind die treibende Kraft hinter jeder präzisen Bewegung in einer horizontalen Flow-Verpackungsmaschine — vom Abwickeln der Folie über die Produktzuführung bis hin zum Querverschweißen und Schneiden. Wenn ein Servoantrieb ausfällt, kommt die gesamte Verpackungslinie zum Stillstand. Bei unseren Außendienstarbeiten an Schlauchbeutelverpackungsanlagen sind Probleme mit Servoantrieben eine häufige Ursache für ungeplante Ausfälle.

Im Gegensatz zu einfachen Induktionsmotoren sind Servosysteme Regelkreise, die sich ständig anpassen, um die Genauigkeit von Position, Drehzahl und Drehmoment aufrechtzuerhalten. Diese Komplexität bedeutet, dass Fehler vom Motor selbst, vom Antrieb (Verstärker), vom Rückmeldegeber, von der mechanischen Kupplung oder vom SPS-Steuersignal herrühren können. Um zu diagnostizieren, welche Komponente defekt ist – und warum –, ist ein methodisches Vorgehen erforderlich.

Dieser Artikel bietet eine praktische Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Fehlerbehebung bei Servomotoren in horizontalen Schlauchbeutelverpackungsmaschinen und behandelt dabei die häufigsten Fehlerarten, deren Ursachen sowie bewährte Lösungen.

Das Wichtigste auf einen Blick: Die meisten Servostörungen sind eher auf mechanische Überlastung, Probleme mit dem Encoder oder Kommunikationsfehler zurückzuführen als auf einen Motorausfall. Der Austausch eines Motors ohne vorherige Diagnose der eigentlichen Ursache führt häufig zu wiederholten Ausfällen und unnötigen Kosten.

Was ist die Architektur eines Servosystems und warum ist sie wichtig?

Die oben genannten Servokonzeptionen gelten für Verpackungsanlagen aus unserem gesamten Sortiment, einschließlich der JC700 Vier-Seiten-Siegel-Beutelmaschine.

Wichtige Komponenten

Wo Servomotoren in Schlauchbeutelverpackungsmaschinen zum Einsatz kommen

Eine typische horizontale Hochgeschwindigkeits-Schlauchverpackungsmaschine verfügt über 3–6 Servoachsen:

Wie gehen Sie mit den häufigsten Servo-Fehlerzuständen um?

Fehler 1: Überlast / Überstrom (Fehlercode: in der Regel F07xxx oder ähnlich)

Dies ist der häufigste Servofehler, auf den wir in der Praxis stoßen.

Symptome:
– Der Antrieb zeigt die Fehlermeldung “Überlast” oder “Überstrom” an
– Der Motor läuft beim Anlaufen der Maschine oder unter Last ab
– Fahrten durchführen, nachdem der Antrieb einige Minuten lang mit Produktionsgeschwindigkeit gelaufen ist
– Die Maschine lief gestern noch einwandfrei, heute treten jedoch Störungen auf.

Diagnoseverfahren:

1. Überprüfen Sie die mechanische Belastung
2. Trennen Sie die Motorkupplung vom angetriebenen Mechanismus.
3. Lassen Sie den Motor im Leerlauf laufen – tritt der Fehler weiterhin auf?
4. Wenn die Störung verschwindet, liegt ein mechanisches Problem vor (Festfressen, Fehlausrichtung, Schmiermittelmangel).
5. Die tatsächliche Stromaufnahme messen
6. Messen Sie den Stromeingang des Laufwerks mit einer Stromzange.
7. Vergleichen Sie den tatsächlichen Strom mit dem Nennstrom des Motors auf dem Typenschild
8. Ein Strom, der länger als 5 Sekunden den Nennstrom 150% überschreitet, löst in der Regel eine Überlast aus.
9. Überprüfen Sie die mechanische Kupplung
10. Auf eine Fehlausrichtung zwischen Motor und angetriebener Welle prüfen
11. Stellen Sie sicher, dass die Kupplung nicht beschädigt ist oder klemmt.
12. Achten Sie auf Anzeichen von übermäßigem Verschleiß oder Verschmutzung
13. Maschinenparameter überprüfen
14. Hat sich das Gewicht oder die Größe des Produkts geändert? Schwerere Produkte erfordern eine höhere Dichtkraft.
15. Hat sich die Produktionsgeschwindigkeit erhöht? Höhere Geschwindigkeiten erfordern beim Beschleunigen ein höheres Drehmoment.
16. Überprüfen Sie, ob für die aktuelle Anwendung die richtige Motorgröße verwendet wird.

Grundursachen und Lösungen:

Fehler 2: Nachlauffehler / Positionsabweichung

Die folgenden Fehler treten auf, wenn der Motor die vorgegebene Position nicht innerhalb der zulässigen Toleranz erreichen oder halten kann.

Symptome:
– Der Antrieb meldet “Fehler” oder “Positionsabweichung”
– Abweichungen beim Versiegelungs- oder Schneidezeitpunkt führen zu einer Fehlsynchronisation
– Bei den Verpackungen weisen die Versiegelungspositionen oder Schnittlängen Abweichungen auf
– Die Maschine läuft bei niedriger Drehzahl einwandfrei, zeigt jedoch bei hoher Drehzahl Störungen auf.

Diagnoseverfahren:

Siehe auch: Häufige Probleme mit Flow-Wrappern und deren Lösungen:

1. Encoder-Rückmeldung prüfen
2. Stellen Sie sicher, dass das Encoder-Kabel unbeschädigt und ordnungsgemäß angeschlossen ist.
3. Achten Sie auf zeitweise unterbrochene Verbindungen – bewegen Sie das Kabel leicht hin und her, während Sie das Rückmeldesignal überwachen.
4. Bei Absolutwertgebern die Batteriespannung überprüfen (leere Batterien führen beim Ein- und Ausschalten zu einem Positionsverlust).
5. Examine mechanical backlash
6. Check timing belt tension (if belt-driven)
7. Inspect gear reducers for excessive backlash
8. Verify coupling integrity — loose couplings introduce positional lag
9. Review drive tuning parameters
10. Gain settings that are too low result in sluggish response and following errors
11. Gain settings that are too high cause oscillation and instability
12. Verify that tuning has not been inadvertently changed
13. Test bei reduzierter Geschwindigkeit
14. Run the machine at 50% speed
15. If the following error disappears at lower speed, the issue is likely acceleration-related (insufficient torque or excessive load inertia)

Grundursachen und Lösungen:

Siehe auch: Fehlerbehebung bei Problemen mit der Heißversiegelung: Siegelfestigkeit

Fault 3: Overheating

Servo motors and drives operating at elevated temperatures degrade faster and eventually fail if the root cause is not addressed.

Siehe auch: Faltenbildung bei Folien: Ursachen, Vorbeugung und Behebung

Symptome:
– Motor or drive housing feels hot to the touch (above 70°C / 158°F)
– Drive shows thermal fault after extended operation
– Motor insulation degradation detected via megger test
– Reduced motor performance or intermittent faults

Diagnoseverfahren:

1. Measure actual temperature
2. Use an infrared thermometer to measure motor and drive surface temperatures
3. Compare against manufacturer specifications (typical motor rated temperature: 100–130°C winding, 60–80°C housing)
4. Measure ambient temperature inside the control cabinet
5. Check cooling systems
6. Verify cooling fans on the drive are operating and not blocked
7. Check cabinet ventilation filters — clean if clogged
8. For forced-air cooled motors, confirm the air supply path is clear
9. Review duty cycle
10. Is the machine operating continuously at or near peak load?
11. Are acceleration/deceleration cycles too frequent?
12. Calculate the RMS current demand over one production cycle
13. Inspect for electrical issues
14. Measure supply voltage — undervoltage increases current draw and heat generation
15. Check for voltage imbalance between phases (>2% imbalance indicates supply issues)
16. Verify the drive carrier frequency setting — higher frequencies increase drive switching losses and heat

Grundursachen und Lösungen:

Fault 4: Vibration and Noise

Abnormal vibration or noise from a servo motor usually indicates a mechanical problem, though electrical issues can also be the culprit.

Symptome:
– Audible whining, grinding, or knocking from the motor or driven mechanism
– Visible vibration on the motor housing or mounting structure
– Excessive vibration detected by the drive’s built-in monitoring
– Surface finish defects on sealed packages

Diagnoseverfahren:

1. Isolate vibration source
2. Run the motor uncoupled — if vibration persists, the motor itself has a problem
3. If vibration disappears when uncoupled, the issue is in the driven mechanism or coupling
4. Check motor bearings
5. Use a stethoscope or vibration analyzer on the motor bearing housings
6. High-frequency sounds indicate bearing damage
7. Compare vibration levels to ISO 10816 standards
8. Inspect coupling alignment
9. Misaligned couplings cause vibration that increases with speed
10. Check parallel and angular alignment with a dial indicator
11. Verify drive output
12. Excessive vibration can also result from drive output issues
13. Check for missing motor phases (measure voltage between phases at the drive output)
14. Review drive carrier frequency — frequencies below 2kHz can cause motor acoustic noise

Fault 5: Communication Loss Between Drive and PLC

Modern servo systems communicate with the PLC via industrial Ethernet (Profinet, EtherCAT, Powerlink) or fieldbus networks.

Symptome:
– Drive shows “Communication Fault” or “Bus Error”
– Motor doesn’t respond to PLC commands
– Machine faults out randomly during production
– Multiple axes fault simultaneously (suggests a network issue, not individual drive problems)

Diagnoseschritte:

1. Check network cable connections at both drive and switch
2. Verify device name and IP configuration match the PLC project
3. Test with a known-good cable
4. Check for EMI interference near network cables
5. Review the PLC diagnostic buffer for communication error details

How Should You Maintain Servo System Preventive?

A well-maintained servo system can operate reliably for 50,000+ hours. Here is a maintenance schedule based on manufacturer recommendations and our field experience:

Monatlich

• Sichtprüfung of all servo motors and drives for damage, contamination, or loose connections
• Temperature check using infrared thermometer on motor housings and drive heatsinks
• Listen for unusual noises during machine operation at normal production speed
• Check mounting bolts for tightness — vibration can loosen fasteners over time

Vierteljährlich

• Clean motor cooling fans and air vents — debris accumulation reduces cooling efficiency
• Inspect cable routing — ensure motor power and encoder cables are properly secured and not rubbing
• Verify drive parameter settings against the master parameter list (unauthorized changes are a common cause of intermittent issues)
• Test emergency stop response for all servo axes
• Check cable shields — verify shield grounding at both ends (motor and drive)

Jährlich

• Megger test motor insulation resistance (>1 MΩ at 500VDC is acceptable for most servo motors)
• Vibration analysis on all servo motor bearings — trending data over time reveals developing problems
• Replace encoder batteries in absolute encoder systems (typical life: 1–2 years)
• Thermographic survey of the drive cabinet to identify hot spots
• Review and update parameter backup files

When to Replace vs. Repair

Häufig gestellte Fragen

Wie kann ich feststellen, ob der Servomotor oder der Antrieb das defekte Bauteil ist?

Der effektivste Test besteht darin, die Motoranschlüsse einer vermutlich defekten Achse mit denen einer bekanntermaßen einwandfreien Achse zu vertauschen. Wenn der Fehler mit dem Motor mitwandert, liegt das Problem beim Motor. Bleibt der Fehler beim Antrieb, ist dieser defekt. Dieser Vertauschungstest sollte nur durchgeführt werden, wenn beide Achsen mit identischen Motoren und Antrieben ausgestattet sind. Bei Path Pack sind unsere Maschinen mit standardisierten Servoplattformen ausgestattet, um diese Art von Diagnosetests zu erleichtern.

Kann ich einen Flow-Wrapper betreiben, wenn eine Servoachse deaktiviert ist?

In den meisten Fällen nein. Flow-Wrapper erfordern eine synchronisierte Bewegung aller Achsen, um die Folienausrichtung, den Versiegelungszeitpunkt und die Genauigkeit der Schnittlänge zu gewährleisten. Der Betrieb mit einer deaktivierten Achse führt zu fehlerhaften Verpackungen. Einige Maschinen verfügen über manuelle Betriebsmodi für bestimmte Achsen während der Einrichtung, diese sind jedoch nur für die Inbetriebnahme und nicht für die Produktion vorgesehen.

Was führt dazu, dass ein Servomotor überhitzt, obwohl die mechanische Belastung normal zu sein scheint?

Häufig übersehene Ursachen sind unter anderem: eingeschränkter Luftstrom zum Motor (verstopfte Kühlrippen oder blockierte Lüftungsöffnungen), hohe Umgebungstemperatur im Schaltschrank, Spannungsungleichgewicht in der Drehstromversorgung (schon ein Ungleichgewicht von 2% erhöht die Erwärmung erheblich) sowie falsche Einstellungen der Trägerfrequenz des Frequenzumrichters. Prüfen Sie außerdem, ob die Isolationsklasse des Motors zur Anwendung passt – ein Motor der Klasse F in einer Anwendung mit hohem Einschaltdaueranteil ist möglicherweise einfach unterdimensioniert.

Wie lange sollte ein Servomotor in einer Verpackungsumgebung halten?

Bei ordnungsgemäßer Wartung sollte ein hochwertiger Servomotor in einer Verpackungsumgebung eine Betriebsdauer von 50.000 bis 80.000 Stunden erreichen (etwa 6–10 Jahre im Dreischichtbetrieb). Zu den wichtigsten Faktoren, die die Lebensdauer des Motors verkürzen, gehören: Verunreinigungen durch Produktrückstände oder Feuchtigkeit, zu hohe Umgebungstemperaturen, häufige Überlastungen und unzureichende vorbeugende Wartung. Motoren von etablierten Herstellern wie Siemens und Lenze sind für diese anspruchsvollen Bedingungen ausgelegt.

Lohnt es sich, einen Servoantrieb zu reparieren, oder sollte ich ihn einfach austauschen?

Bei Antrieben, die noch unter die Garantie fallen, wird stets eine Reparatur durch den Hersteller empfohlen. Bei Antrieben, deren Garantie abgelaufen ist, hängt die Entscheidung vom Alter und den Reparaturkosten ab. Als Faustregel gilt: Ist der Antrieb weniger als 5 Jahre alt und betragen die Reparaturkosten weniger als 50% des Neupreises, lohnt sich eine Reparatur in der Regel. Bei Antrieben, die älter als 5 Jahre sind, ist ein Austausch oft kostengünstiger, da neuere Modelle eine bessere Effizienz, bessere Diagnosefunktionen und eine bessere Netzwerkkompatibilität bieten. Bei Path Pack halten wir wichtige Ersatzantriebe für alle von uns gelieferten Maschinen auf Lager, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Fazit

Servo motor troubleshooting in flow wrappers requires understanding the interplay between the motor, drive, encoder, mechanical coupling, and PLC. The most effective approach is systematic: start with the fault code, isolate the problem area (motor, drive, communication, or mechanics), and test methodically before replacing components.

The most important lesson from field service is this: never replace a servo component without identifying the root cause. A burned-out motor that was overloaded due to a seized bearing will simply burn out again if you replace the motor without fixing the bearing. Invest the time in proper diagnostics, and you will dramatically reduce both downtime and component costs.

Path Pack’s horizontal flow wrapping machines are built with servo systems matched to the application. Every machine ships with complete parameter documentation, spare parts lists, and access to our remote diagnostic support team. If you are experiencing chronic servo issues or evaluating new packaging equipment, contact Path Pack’s engineering team — we will help you find the right solution for your production requirements.

Vom Path Pack-Technikteam

Servo fault outside this guide’s scope? → Kontakt zum Path Pack-Support with the drive diagnostic code and machine model.