Come riconoscere un guasto e riparare un servomotore Siemens 1FK7083-5AF71-1KB0?

Un guasto del servomotore Siemens 1FK7083-5AF71-1KB0 si manifesta più spesso con quattro sintomi: un errore encoder segnalato dall’azionamento, surriscaldamento del motore, rumore o vibrazioni dei cuscinetti e problemi al freno – il motore non parte oppure un asse verticale “scende”. La maggior parte di questi guasti può essere riparata: i cuscinetti possono essere sostituiti, il freno, l’encoder o i connettori possono essere riparati e l’avvolgimento può essere asciugato e controllato. La cosa più importante, però, è stabilire prima se la causa si trova nel motore, nel cavo, nell’azionamento o nella meccanica della macchina.

Un dato interessante aiuta a spiegare molti di questi problemi: Siemens offre ancora i motori 1FK7083 come ricambi e, secondo la documentazione del costruttore, i cuscinetti dei motori 1FK7 dovrebbero essere sostituiti dopo circa 20.000 ore di funzionamento e comunque non oltre 5 anni. In molte macchine questi motori lavorano molto più a lungo – per questo cuscinetti usurati, cavi affaticati e freni sono oggi tra le cause più frequenti di intervento.

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Come riconoscere un guasto del Siemens 1FK7083-5AF71-1KB0 – sintomi e diagnostica del servomotore SIMOTICS S-1FK7

Come funziona il servomotore Siemens 1FK7083-5AF71-1KB0?

Il 1FK7083-5AF71-1KB0 è un servomotore sincrono della famiglia 1FK7 Compact, oggi commercializzata con il nome SIMOTICS S-1FK7. Utilizza magneti permanenti, che gli permettono di essere compatto e allo stesso tempo performante: lavora a 3000 giri/min e ha una potenza di circa 3,3 kW. Motori di questo tipo azionano assi di macchine utensili, robot, macchine per il confezionamento e impianti per la lavorazione del legno e del vetro.

Il motore non dispone di una ventola – viene raffreddato attraverso il proprio corpo, che dissipa il calore nell’ambiente. Per questo il punto di installazione e le condizioni di montaggio sono molto importanti. La temperatura superficiale può superare i 100°C, quindi un corpo motore molto caldo durante il funzionamento non indica automaticamente un guasto.

Il motore lavora con un azionamento Siemens SINAMICS S120. Questa versione dispone di un encoder assoluto collegato tramite un unico cavo DRIVE-CLiQ. Lo stesso cavo trasmette all’azionamento la posizione del rotore, la temperatura dell’avvolgimento e la “targhetta elettronica” – permettendo all’azionamento di identificare automaticamente il motore collegato.

Questa versione dispone inoltre di un freno di stazionamento integrato, che mantiene l’asse in posizione quando il motore è fermo o in caso di mancanza di alimentazione – un aspetto particolarmente importante sugli assi verticali. Il freno non è progettato per arrestare un motore in movimento. L’albero è dotato di cava per linguetta e il corpo motore ha grado di protezione IP64.

Conclusione per l’assistenza: il corretto funzionamento di questo motore dipende da cuscinetti, freno, encoder, avvolgimento e connettori. Ognuno di questi componenti si guasta per motivi diversi – e ognuno deve essere controllato separatamente.

Come riconoscere un guasto di un servomotore Siemens 1FK7?

Molti sintomi possono sembrare identici anche quando la causa è diversa. Le vibrazioni dell’asse possono indicare cuscinetti usurati, ma possono anche dipendere da gioco nel riduttore o da un giunto disallineato. Per questo sostituire il motore “per prova” può essere un errore costoso – se la vera causa è nel cavo o nella meccanica, anche il nuovo motore può sviluppare rapidamente lo stesso problema.

I seguenti sintomi giustificano una diagnostica del servomotore Siemens 1FK7:

• l’azionamento segnala un errore encoder o non riconosce il motore
• il motore non parte oppure parte con difficoltà
• un asse verticale scende dopo lo spegnimento dell’alimentazione
• rumore, ronzio o colpi durante la rotazione
• vibrazioni dell’asse e peggioramento della qualità di lavorazione
• il motore diventa più caldo del solito
• l’azionamento segnala surriscaldamento del motore
• il motore perde potenza o non mantiene le prestazioni sotto carico
• tracce di refrigerante o olio intorno all’albero e alla flangia
• cavi danneggiati o crepati vicino ai connettori
• gioco percepibile sull’albero
• odore di isolamento surriscaldato

Prima di smontare il motore, salva il messaggio dell’azionamento, verifica quando compare il problema – all’avvio, durante il movimento oppure dopo che il motore si è scaldato – e fotografa i connettori e la zona intorno all’albero. È inoltre utile verificare se il guasto scompare collegando il motore con un altro cavo sicuramente efficiente – spesso questo permette di individuare subito dove cercare la causa.

Il motore non parte – freno e alimentazione

Se il motore è dotato di freno, questo è uno dei primi componenti da controllare. Il freno è inserito quando non è alimentato e si rilascia quando vengono applicati 24 V. Se la tensione è troppo bassa o non raggiunge il motore, l’albero rimane bloccato e l’azionamento segnala che non riesce a muovere l’asse.

Anche il freno può usurarsi. Succede quando il motore inizia a muoversi prima che il freno sia completamente rilasciato oppure quando il freno viene usato per arrestare un asse in movimento. Il costruttore ammette solo un numero limitato di frenate di emergenza – utilizzare frequentemente il freno di stazionamento per arrestare l’asse ne riduce quindi sensibilmente la durata.

La diagnostica deve stabilire se l’albero è bloccato dal freno, dalla meccanica della macchina oppure dal motore stesso. Può essere utile controllare la tensione del freno nel momento dell’avvio e provare a ruotare l’asse dopo averlo scollegato dalla meccanica – naturalmente dopo aver messo in sicurezza l’asse verticale.

Se il freno riceve la tensione corretta ma il motore continua a non partire, contattaci prima di smontarlo. Il freno non può nemmeno essere semplicemente aggiunto o rimosso successivamente – fa parte della configurazione del motore definita in fabbrica.

Errore encoder e comunicazione DRIVE-CLiQ

L’encoder comunica all’azionamento la posizione esatta del rotore. Senza questa informazione, un motore sincrono non può funzionare correttamente, quindi l’azionamento lo arresta immediatamente in caso di errore encoder. Il messaggio, però, non significa necessariamente che l’encoder sia danneggiato.

La causa più frequente è il cavo DRIVE-CLiQ o il connettore – ad esempio usurato nella catena portacavi, contaminato da refrigerante oppure allentato. Un semplice test spesso aiuta: collega il motore con un cavo sicuramente efficiente. Se il guasto scompare, la causa era nel cavo. Se rimane associato al motore, è necessario controllare l’encoder.

Un errore frequente consiste nel sostituire l’intero motore dopo il primo messaggio relativo all’encoder. In molti casi è invece sufficiente riparare il cavo, il connettore o l’encoder stesso – mentre il motore rimane pienamente efficiente. L’encoder è allineato con precisione rispetto al rotore, quindi la sua riparazione richiede attrezzature adeguate e un test finale con l’azionamento.

Surriscaldamento e avvolgimento danneggiato

Nell’avvolgimento del motore è installato un sensore di temperatura. Quando il motore si scalda, l’azionamento genera prima un avviso e, se non viene intrapresa alcuna azione, arresta il motore. Le cause più frequenti del surriscaldamento sono carico eccessivo, accelerazioni e frenate frequenti, scarsa circolazione dell’aria intorno al motore o temperatura ambiente troppo elevata.

Un aspetto meno noto è che il sensore non protegge il motore in ogni situazione. Secondo la documentazione Siemens, la protezione non è sufficiente quando il motore è fortemente sovraccaricato da fermo oppure lavora alla coppia massima per più di alcuni secondi. In questi casi l’avvolgimento può surriscaldarsi prima che il sensore reagisca – ad esempio quando un asse continua a spingere contro una meccanica bloccata.

Un surriscaldamento prolungato deteriora l’isolamento e può infine provocare un cortocircuito. Per questo i problemi di temperatura richiedono il controllo dell’avvolgimento, dell’isolamento e del sensore di temperatura insieme alle condizioni operative del motore.

Rumore, vibrazioni e cuscinetti usurati

I cuscinetti dei motori 1FK7 sono lubrificati a vita in fabbrica, ma la loro durata non è illimitata. Siemens raccomanda la sostituzione dopo circa 20.000 ore di funzionamento e comunque non oltre 5 anni. I cuscinetti usurati provocano rumore, ronzio, vibrazioni e un peggioramento della qualità di lavorazione.

I cuscinetti si usurano più rapidamente se la cinghia è troppo tesa, il giunto è disallineato oppure il refrigerante raggiunge l’albero. C’è inoltre un dettaglio importante: un motore con questo tipo di freno non deve essere sottoposto a forze assiali, cioè forze lungo l’asse dell’albero – ad esempio a causa di un sistema di trasmissione scelto in modo errato.

I cuscinetti usurati influenzano anche il funzionamento dell’encoder e il comportamento dell’intero asse. Per questo, durante la sostituzione dei cuscinetti, controlliamo anche il runout dell’albero e infine testiamo il motore in funzionamento sotto carico.

Come si svolge la diagnostica di un servomotore Siemens 1FK7?

Una diagnostica professionale del servomotore comprende molto più del semplice controllo della rotazione dell’albero. Verifichiamo il motore in quattro aree: avvolgimento, encoder, meccanica con freno e condizioni operative. Infine lo facciamo funzionare con l’azionamento e sotto carico – solo allora è possibile confermare che sia pienamente efficiente.

Avvolgimento, isolamento e sensore di temperatura

Misuriamo l’avvolgimento e controlliamo che tutte le fasi abbiano valori uniformi. Verifichiamo inoltre l’isolamento – cioè se esistono correnti di dispersione verso il corpo motore, cosa che può verificarsi ad esempio dopo l’ingresso di refrigerante.

Il sensore di temperatura viene controllato separatamente. Un sensore guasto può generare falsi allarmi di surriscaldamento anche quando il motore è efficiente. Nota importante per chi esegue misure in autonomia: prima di un test d’isolamento ad alta tensione, i fili del sensore devono essere cortocircuitati tra loro, altrimenti il sensore può essere danneggiato.

Encoder e cavo DRIVE-CLiQ

Controlliamo il cavo DRIVE-CLiQ e i relativi connettori, quindi l’encoder – verificando se l’azionamento riconosce correttamente il motore e se il segnale rimane stabile a diverse velocità.

Se l’encoder richiede una riparazione, deve poi essere riallineato con precisione rispetto al rotore e testato con l’azionamento. Senza il corretto allineamento, il motore può funzionare in modo irregolare, surriscaldarsi o perdere potenza.

Cuscinetti, albero, freno e meccanica

Il servomotore è solo un elemento di una catena meccanica: motore – giunto o cinghia – vite a ricircolo di sfere o riduttore – asse macchina. Il movimento viene trasmesso dal motore all’asse, ma anche le forze e le vibrazioni della meccanica si trasmettono in senso inverso ai cuscinetti del motore.

Se la cinghia è troppo tesa, il giunto è disallineato o il riduttore presenta gioco, il carico aggiuntivo viene trasferito direttamente ai cuscinetti e al freno del motore. Per questo la diagnostica deve sempre comprendere anche la meccanica della macchina.

Ogni componente ha un compito specifico: i cuscinetti mantengono allineato il rotore, il freno mantiene fermo l’asse, il giunto o la cinghia trasmettono il movimento e un corretto montaggio protegge il motore dalle vibrazioni. Un dettaglio interessante: questo motore non può essere ruotato manualmente dal lato posteriore – l’asse deve essere ruotato da un altro punto accessibile, ad esempio dalla vite a ricircolo di sfere.

Un guasto in quest’area può manifestarsi con rumore, vibrazioni, peggioramento della qualità di lavorazione, surriscaldamento oppure, nei casi estremi, albero bloccato.

Non installare un motore nuovo o riparato senza controllare prima la meccanica. Un motore con cuscinetti nuovi montato su un riduttore usurato o un giunto disallineato può tornare rapidamente in assistenza con esattamente lo stesso guasto.

Carico, temperatura e condizioni operative

I servomotori 1FK7 sopportano bene brevi sovraccarichi durante l’accelerazione, ma un sovraccarico prolungato provoca rapidamente un aumento della temperatura. Se la macchina è stata resa più veloce, il carico dell’asse è aumentato oppure il ciclo operativo è cambiato, il motore può iniziare a surriscaldarsi pur non essendo danneggiato.

Il motore può funzionare senza derating fino a una temperatura ambiente di 40°C. A temperature più elevate o ad alta quota, la potenza disponibile si riduce. Poiché viene raffreddato attraverso il corpo motore, non deve essere racchiuso in uno spazio troppo stretto né coperto con materiale che ostacola la dissipazione del calore.

La potenza può essere limitata anche dall’azionamento, ad esempio tramite limiti di corrente o di coppia configurati. Nelle versioni con encoder assoluto come questa, Siemens riduce del 10% la coppia continua ammessa, perché l’encoder è più sensibile alla temperatura.

Conclusione: surriscaldamento o mancanza di potenza non significano automaticamente che il motore sia guasto. La causa è spesso nel modo di funzionamento della macchina, nella meccanica, nelle impostazioni dell’azionamento o nelle condizioni di installazione – e questi problemi possono essere corretti senza riparare il motore.

Perché la sigla completa 1FK7083-5AF71-1KB0 è importante durante la riparazione?

I motori 1FK7083 sono disponibili in molte versioni che differiscono per encoder, albero, freno e grado di protezione. Esternamente possono sembrare quasi identici, ma non sono sempre intercambiabili. Per questo, durante la riparazione o la selezione di un ricambio, è importante il codice completo riportato sulla targhetta.

Cosa ci indica la sigla 1FK7083-5AF71-1KB0?

• 1FK7083 – motore della famiglia 1FK7 Compact, grandezza 80
• F – velocità nominale 3000 giri/min
• K – encoder assoluto single-turn con collegamento DRIVE-CLiQ
• B – albero con cava per linguetta e freno integrato
• 0 – grado di protezione IP64
• tipo di encoder e freno devono essere compatibili con azionamento e macchina

Ad esempio, una versione con la lettera H al posto di B dispone di un albero liscio, mentre una versione con la lettera A ha un albero con cava per linguetta ma senza freno. Le varianti con un encoder diverso, ad esempio resolver, possono richiedere cablaggio e impostazioni dell’azionamento differenti. È inoltre necessario fare attenzione alle descrizioni commerciali: la coppia da fermo di 16 Nm viene talvolta indicata come coppia nominale, anche se la coppia nominale effettiva è inferiore.

Quando acquisti un ricambio, confronta la sigla completa riportata sulla targhetta e non soltanto “1FK7083”. Prima della sostituzione del motore, salva le impostazioni dell’azionamento e la posizione di riferimento dell’asse – dopo il montaggio di un motore con encoder assoluto, tale posizione deve essere impostata nuovamente.

Riparazione del servomotore Siemens 1FK7083 – diagnostica, revisione o sostituzione?

Quando conviene l’assistenza in loco per un servomotore Siemens 1FK7?

L’assistenza in loco è particolarmente utile quando la macchina è ferma e non è chiaro se la causa si trovi nel motore, nel cavo, nell’azionamento o nella meccanica. Un tecnico può controllare direttamente cavi, freno, meccanica e messaggi dell’azionamento.

In molti casi è possibile stabilire già sul posto se il motore debba essere smontato e inviato in riparazione oppure se sia sufficiente sostituire un cavo o correggere la meccanica. Questo riduce sia i tempi sia i costi.

L’assistenza in loco è particolarmente consigliata quando:

• l’errore encoder compare in modo intermittente
• il motore si surriscalda anche se il programma di lavorazione non è cambiato
• un asse verticale scende oppure il freno non si rilascia
• non è chiaro se il rumore provenga dal motore o dalla meccanica
• il motore è stato contaminato da refrigerante
• il motore deve essere sostituito e la posizione di riferimento dell’asse deve essere reimpostata
• è prevista un’ispezione degli azionamenti prima di un fermo prolungato

Contattaci prima di smontare il motore o sostituire cavi e azionamenti per tentativi – le sostituzioni senza misure rendono spesso più difficile individuare la vera causa.

Riparare un servomotore Siemens o acquistare un ricambio?

La riparazione è conveniente per la maggior parte dei guasti tipici: cuscinetti usurati, freno, encoder o connettori danneggiati oppure presenza di umidità. Avvolgimento e magneti spesso rimangono efficienti e il motore riparato può tornare sulla macchina senza modifiche alle impostazioni dell’azionamento.

Vantaggi della riparazione: il motore è sicuramente compatibile con la macchina, la sua storia è nota e altri componenti già usurati possono essere sostituiti preventivamente prima che provochino un nuovo fermo di produzione.

Un ricambio usato può talvolta essere disponibile più rapidamente, ma lo stato di cuscinetti, freno e isolamento è sconosciuto. Va inoltre ricordato che Siemens offre ancora i motori 1FK7083 come ricambi – ma prezzo e tempi di consegna di un’unità nuova non sempre sono compatibili con le esigenze di uno stabilimento con macchina ferma.

Prima di acquistare un ricambio, confronta la sigla completa con la targhetta del vecchio motore e, se possibile, richiedi una prova con l’azionamento.

Quando considerare la modernizzazione di un azionamento Siemens?

La modernizzazione diventa sensata quando i guasti si ripetono, i ricambi diventano più difficili da reperire e la macchina deve rimanere in servizio ancora per molti anni – oppure quando sono necessarie nuove funzioni. Siemens offre oggi servomotori più recenti, ad esempio della famiglia SIMOTICS S-1FK2.

Non si tratta però di una semplice sostituzione del motore. Devono essere controllati dimensioni, albero, encoder e compatibilità con l’azionamento, cavi e impostazioni dell’asse.

Nel confronto tra le possibili soluzioni considera:

• costo e tempo necessari per riparare il motore attuale
• disponibilità di un ricambio esattamente nella stessa versione
• compatibilità del nuovo motore con azionamento e meccanica della macchina
• entità delle modifiche necessarie sulla macchina
• tempo di messa in servizio e rischio di ulteriori fermi
• periodo per cui la macchina dovrà ancora rimanere in servizio

La decisione deve basarsi sul costo totale e non soltanto sul prezzo del motore. Anche fermo macchina, messa in servizio e rischio di un nuovo guasto sono fattori importanti.

Cosa preparare prima della diagnostica di un servomotore Siemens 1FK7?

Più informazioni vengono fornite fin dall’inizio, più rapidamente possiamo valutare il problema e preparare i ricambi necessari. In alcuni casi è possibile già individuare la causa durante un contatto telefonico.

Prepara:

• foto della targhetta del motore
• messaggio di errore dell’azionamento
• descrizione di quando compare il problema
• informazione se l’asse è verticale e se il freno lo mantiene in posizione
• foto di connettori, cavi e zona intorno all’albero
• informazioni su eventuale contatto con refrigerante o olio
• descrizione della meccanica: cinghia, giunto, riduttore
• informazioni sulle ultime modifiche alla macchina
• ore di funzionamento del motore, se note
• tipo di azionamento utilizzato con il motore

Sicurezza: il corpo motore può diventare molto caldo e un motore in rotazione genera tensione sui terminali anche quando l’azionamento è spento. Prima di qualsiasi intervento, disinserire e mettere in sicurezza l’alimentazione, bloccare l’asse e sostenere gli assi verticali. I lavori elettrici devono essere eseguiti esclusivamente da personale adeguatamente qualificato.

Come ridurre il rischio di un nuovo guasto del servomotore?

Proteggi il motore dai liquidi. Nella versione IP64, la zona dell’albero e della flangia non è progettata per rimanere costantemente esposta a liquidi. Il costruttore specifica chiaramente che l’umidità non deve accumularsi in questa zona. Molti refrigeranti utilizzati nelle lavorazioni meccaniche sono oleosi e possono penetrare per capillarità, quindi una semplice protezione dall’acqua non è sufficiente – il motore necessita di una copertura adeguata.

Controlla cavi e freno: negli ambienti umidi, i cavi devono essere posati in modo che l’acqua scorra lontano dai connettori. Evita inoltre di ruotare ripetutamente i connettori, perché la tenuta può peggiorare. Verifica infine che il circuito del freno disponga di una protezione contro le sovratensioni – senza protezione, durante il disinserimento del freno possono comparire elevati picchi di tensione in grado di danneggiare bobina ed elettronica.

Pianifica la manutenzione: prevedi la sostituzione dei cuscinetti dopo circa 20.000 ore di funzionamento o comunque entro 5 anni, mantieni un motore di ricambio verificato per gli assi critici e salva le impostazioni dell’azionamento. I motori Siemens non più utilizzati in magazzino possono inoltre essere valutati da noi – effettuiamo anche l’acquisto di questo tipo di apparecchiature.

Hai bisogno di diagnostica o riparazione del servomotore Siemens 1FK7083-5AF71-1KB0? Diagnostichiamo, ripariamo e revisioniamo servomotori SIMOTICS S-1FK7, selezioniamo unità sostitutive e forniamo supporto nelle modernizzazioni. Inviaci una foto della targhetta, il messaggio dell’azionamento e una breve descrizione del problema – prepareremo una valutazione e un preventivo. Richiedi una riparazione

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