Die in Absatz 1 Buchstabe b genannten Anforderungen gelten für die in Absatz 1 Buchstabe b genannten Fahrzeuge.

Fanuc A06B-6087-H145 | Alpha Power Supply Module PSM-45 — 55kW, 200–230V AC 3-Phasen, 185A Eingang, 283–325V DC-Bus, 165A Ausgang, 300mm Modul, Externe Zwangskühlung

Übersicht

Das Fanuc A06B-6087-H145 ist das PSM-45 und stellt eine deutliche Steigerung gegenüber dem Rest der A06B-6087-Serie in Bezug auf physische Größe, Leistungskapazität und Installationsanforderungen dar. Während die PSM-15 bis PSM-37 das gleiche 150 mm breite Gehäuse und eine ähnliche Grundfläche teilen, verwendet das PSM-45 ein breiteres 300 mm Gehäuse und wiegt etwa 22 kg — mehr als die doppelte Masse des PSM-37.

Dies ist nicht einfach nur mehr vom Gleichen; das PSM-45 gehört einer anderen physischen Klasse an, die andere Anforderungen an den Schrankplatz, andere Befestigungs- und Montageüberlegungen und — entscheidend — andere Kühlungsanforderungen mit sich bringt.

Die 55 kW Dauerleistung bei 185 A AC-Eingang platziert das PSM-45 in den Leistungsbereich, der für große Bearbeitungszentren mit Hochleistungsspindelmotoren (15 kW bis 22 kW Klasse), mehrere große Servoachsen oder Mehrspindelkonfigurationen geeignet ist, bei denen der gesamte gleichzeitige Leistungsbedarf erheblich über dem liegt, was das PSM-37 bei 43 kW bewältigen kann. Luft- und Raumfahrt-Bearbeitungszentren mit großflächigen Fräsern, Schwerlast-Drehzentren für Wellen- und Gehäusewerkstücke sowie 5-Achs-Maschinen mit großer Palettenkapazität erscheinen als typische PSM-45-Installationen.

Der DC-Bus-Ausgangsstrom von 165 A ist der Wert, der bestimmt, wie viele und wie große nachgeschaltete SVM- und SPM-Module möglich sind.

Bei 165 A Dauerstrom kann das PSM-45 den Strombedarf eines großen SPM-Spindelmoduls bei hoher Spindelleistung gleichzeitig mit mehreren voll ausgelasteten SVM-Achsenmodulen aufrechterhalten — ein Lastprofil, das die 43 kW des PSM-37 an oder über seine Grenze bringen würde.

Im Gegensatz zu den PSM-15, PSM-26 und PSM-37 benötigt das PSM-45 zusätzlich zu seinen eigenen integrierten Lüftern eine externe Zwangsluftkühlung.

Dies ist die kritischste Installationsunterscheidung: Ein PSM-45, das in einem Schrank ohne die erforderliche externe Kanalanordnung und Zwangsluftversorgung montiert ist, wird unter Produktionslastbedingungen unweigerlich AL03 (Übertemperatur des Kühlkörpers) Abschaltungen erfahren. 

Die Anforderung an die externe Zwangskühlung ist nicht optional oder umgebungsabhängig — sie ist zwingend erforderlich, damit das Modul seine Nenn-Dauerleistung bei jeder Umgebungstemperatur erreichen kann.

Schlüsselspezifikationen

Das 300-mm-Chassis — Was die Größe bedeutet

Der physische Übergang vom 150-mm-Chassis des PSM-15/26/37 zum 300-mm-Chassis des PSM-45 ist eine architektonische Grenze im Alpha-Antriebssystem.

Die 300-mm-Breite bietet die Kühlkörperoberfläche und das Platinenlayoutvolumen, die zur Bewältigung der thermischen und elektrischen Anforderungen bei 185 A Eingang, 400 A Transistormodulen und 55 kW Dauerleistung erforderlich sind. 

Das Gewicht von 22 kg bedeutet, dass das PSM-45 eine geeignete Halterungsunterstützung im elektrischen Schrank benötigt — es kann sich nicht auf die leichte Clip-Montage verlassen, die für kleinere PSM-Module ausreicht.

Die DC-Bus-Anschlusspunkte am PSM-45 sind physisch anders als die an den 150-mm-Chassis-Modulen, und das Schranklayout muss die größere Modulgrundfläche berücksichtigen.

Maschinenbauer, die das PSM-45 im ursprünglichen Design spezifiziert haben, haben ihre elektrischen Schränke entsprechend konfiguriert. 

Für Nachrüstungs- oder Ersatzzwecke kann ein PSM-45 nur ein anderes PSM-45 (oder seinen PSM-55-Nachfolger) ersetzen — eine Herunterskalierung auf ein PSM-37 mit 150-mm-Chassis ist mechanisch nicht möglich, und selbst wenn es möglich wäre, wäre die 43-kW-Grenze für die Last, die ein PSM-45 erforderte, unzureichend.

Externe Zwangskühlung — Warum sie nicht verhandelbar ist

Die Kühlarchitektur des PSM-45 verwendet zwei interne Lüfter, um die Luft im Modulgehäuse zu zirkulieren und Wärme von der Steuerelektronik abzuführen.

Der externe Kühlkörper nimmt die thermische Last von den drei 400-A-Transistormodulen auf — hier wird der Großteil der Wärme erzeugt. Bei den 150-mm-Modulen (PSM-15 bis PSM-37) reicht der externe Lüfter, der über die Kühlrippen bläst, aus, um diese Wärme unter Nennlastbedingungen abzuleiten. 

Beim PSM-45 ist der Wärmefluss von den 400-A-Transistoren bei 185 A Eingang zu groß, als dass ein einzelner externer Lüfter ihn ableiten könnte — eine kanalgeführte Zwangsluftzufuhr zum Kühlkörper ist erforderlich.

In der Praxis bedeutet dies, dass der elektrische Schrank einen dedizierten Luftstromweg haben muss — typischerweise eine Kanalanordnung, die kühlere Luft von außerhalb des Schranks direkt zum Kühlkühler-Einlass des PSM-45 leitet, oder eine separate externe Zwangskühler-Lüfterbaugruppe, die an der Außenseite des Schranks montiert ist.

Maschinenbauer, die das PSM-45 in Originaldesigns verwendet haben, haben diese Kühlanordnung als Standardmerkmal integriert.

Für ein Ersatz-PSM-45, das in einen Schrank eingebaut wird, bei dem die ursprüngliche externe Kühlung modifiziert, verschlechtert oder beeinträchtigt wurde, ist es unerlässlich, sicherzustellen, dass die externe Zwangskühlung voll funktionsfähig ist, bevor die Maschine unter Produktionslast betrieben wird.

Die beiden internen Lüfter (A90L-0001-0422, der gleiche Typ wie bei kleineren PSM-Modulen) sind einzeln als Ersatzteile erhältlich und können ausgetauscht werden, ohne das gesamte Modul auszutauschen.

400A Transistormodule und Lebensdauer

Die drei 400-A-Transistormodule im PSM-45 arbeiten mit höheren absoluten Stromstärken als in jedem kleineren Alpha-PSM-Modul.

Während 400-A-Transistoren, die bei einem kontinuierlichen Eingangspegel von 185 A arbeiten, eine erhebliche elektrische Reserve haben, führt die thermische Zyklisierung über Jahre des Produktionsbetriebs zu einer fortschreitenden Verschlechterung der Transistorübergangscharakteristiken und der Lötstellenintegrität. 

Die endgültige Ausfallart für altersbedingte Transistordegradation ist in der Regel ein allmählicher Anstieg der Sättigungsspannung, der die Schaltverluste und die Wärmeentwicklung erhöht, bevor der Transistor schließlich ausfällt — oft zunächst als erhöhte Schranktemperatur und nicht als sofortiger Alarm.

Die 400-A-Transistoren sind als einzelne Ersatzteile erhältlich, und der Austausch eines ausgefallenen Transistormoduls ist ein praktikabler Reparaturweg.

Die Masse des PSM-45 von 22 kg bedeutet, dass eine Reparatur im Schrank unpraktisch ist; das Modul muss aus dem Schrank entfernt werden, um Transistoren auf Werkstattebene auszutauschen.

Die Verdrahtungsplatine (A20B-2001-067x) und die Steuerkarte (A16B-2202-042x) sind nicht separat erhältlich — bei Ausfall der Platine ist ein Einzeltausch oder eine spezialisierte Platinenreparatur erforderlich.

PSM-45 und sein PSM-55 Nachfolger

Fanucs offizielle Dokumentation besagt, dass das PSM-45 ab August 1999 durch das PSM-55 abgelöst wurde.

In der Praxis bleiben beide Module in der globalen installierten Basis im aktiven Dienst — PSM-45-Einheiten, die in Maschinen vor 1999 verbaut wurden, arbeiten weiterhin in Produktionsanlagen, und der Aftermarket-Service für das PSM-45 bleibt aktiv. 

Das PSM-55 verwendet eine andere Verdrahtungsplatinenspezifikation und liefert eine höhere Dauerleistung, ist aber physisch mit der gleichen Schrankmontageanordnung kompatibel, die für das PSM-45 entwickelt wurde — was es zum empfohlenen Upgrade-Pfad macht, wenn ein PSM-45 ersetzt wird und die Möglichkeit, das höher bewertete Modul zu installieren, betrieblich vorteilhaft ist.

FAQ

F1: Was genau erfordert beim PSM-45 eine externe Zwangskühlung, die das PSM-37 nicht benötigt?

Der kritische Faktor ist die Wärmeflussdichte der Transistormodule. Die drei 400-A-Transistoren des PSM-45 erzeugen unter Nennlastbedingungen erheblich mehr Wärme pro Flächeneinheit des Kühlkörpers als die kleineren IGBT-Module im PSM-37.

Die Kühlkörperlamellenfläche, die im 300-mm-Chassis verfügbar ist, ist zwar größer als im 150-mm-Chassis, kann aber die Wärmeabgabe der 400-A-Transistoren nicht allein durch den externen Lüfter ableiten, wenn der Lüfter gegen die heiße Luft im Inneren eines belasteten elektrischen Schranks arbeitet.

Die externe Zwangsluftzufuhr bringt kühlere Luft (keine im Schrank umgewälzte Luft) direkt zur Kühlkörperoberfläche und sorgt dafür, dass der Kühlkörper eine vorhersehbar niedrigere Temperatur hat.

Ohne diese verringert sich die Temperaturreserve des Kühlkörpers über dem AL03-Schwellenwert, so dass Sommertemperaturen oder teilweise Schrankblockaden unter Produktionslast zu AL03-Abschaltungen führen.

F2: Kann das PSM-45 direkt durch das PSM-55 ersetzt werden, wenn das PSM-45 ausfällt und nur ein PSM-55 verfügbar ist?

Ja, das PSM-55 ist der offizielle Nachfolger des PSM-45 und verwendet das gleiche 300-mm-Chassis-Format und die gleiche Schrankmontageanordnung. Die DC-Bus-Anschlusskonfiguration ist kompatibel.

Das PSM-55 liefert eine höhere Dauerleistung als das PSM-45, was für ein auf das PSM-45 ausgelegtes System sicher ist — der Bus hat einfach mehr Kapazität, als die nachgeschalteten Module benötigen. 

Die Steuerkartenrevision des PSM-55 kann sich geringfügig vom PSM-45 unterscheiden, aber es sind keine CNC-Parameteränderungen für diesen Austausch erforderlich, da das Netzteilmodul für die Servo- und Spindelparameterkonfiguration der CNC transparent ist.

F3: Das PSM-45 wiegt 22 kg — welche Installationsvorkehrungen erfordert dieses Gewicht?

Die Masse von 22 kg erfordert, dass das Modul auf Halterungen montiert wird, die für dieses Gewicht mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor ausgelegt sind.

Verlassen Sie sich nicht auf eine einzelne Schraubverbindung an der Oberseite des Moduls zur Aufhängung — verwenden Sie das vollständige Montageprofil, das im Installationshandbuch der Fanuc Alpha-Serie (B-65162) angegeben ist. Beim Ausbau und Einbau des PSM-45 zum Austausch oder zur Wartung verwenden Sie die Handhabung durch zwei Personen oder einen Wagen, der so positioniert ist, dass er das Modulgewicht aufnimmt, wenn es aus dem Schrankregal gleitet. 

Das Fallenlassen eines 22-kg-Moduls kann den Modulkörper, die Verdrahtungsplatinen und alle berührten Sammelschienenanschlüsse beschädigen. Beim Wiedereinbau die DC-Sammelschienenanschlüsse wieder anschließen, bevor die Befestigungsschrauben angezogen werden, um eine Belastung der Sammelschienen an den Anschlusspunkten zu vermeiden.

F4: AL02 erscheint auf der PSM-45-Anzeige — handelt es sich um die internen Lüfter oder die externe Kühlanlage?

AL02 zeigt einen Lüfterfehler an — insbesondere ist einer der beiden internen Lüfter (A90L-0001-0422) ausgefallen. Die internen Lüfter zirkulieren die Luft im Modulgehäuse und steuern die thermische Umgebung der Steuerelektronik.

AL02 zeigt keinen direkten Ausfall der externen Zwangskühlungskanalanordnung an; dieser Fehlerweg führt typischerweise zu AL03 (Übertemperatur des Kühlkörpers) und nicht zu AL02. Wenn AL02 erscheint, identifizieren Sie, welcher der beiden internen Lüfter ausgefallen ist (hören Sie auf den laufenden Lüfter und den stummen), ersetzen Sie den ausgefallenen Lüfter und überprüfen Sie die Funktion, bevor Sie die Produktion wieder aufnehmen. Wenn beide internen Lüfter laufen und AL02 weiterhin angezeigt wird, überprüfen Sie den Lüfterüberwachungsschaltkreis auf der Steuerkarte.

F5: Was ist die Beziehung zwischen der Nennleistung von 55 kW, dem 185 A AC-Eingang und dem 165 A DC-Ausgang des PSM-45 — warum sind die Eingangs- und Ausgangsstromstärken unterschiedlich?

Der Unterschied zwischen 185 A AC-Eingang und 165 A DC-Ausgang spiegelt die Physik der AC-zu-DC-Umwandlung wider.

Der AC-Eingang zum PSM-45 ist ein dreiphasiger Wechselstrom bei 200–230 V. Nach der Gleichrichtung arbeitet der DC-Bus bei 283–325 V. Die Leistungsbeziehung P = V × I bedeutet, dass bei 200 V AC-Eingang mit 185 A (dreiphasiger Scheinstrom) die übertragene Wirkleistung nach Berücksichtigung des Dreiphasenfaktors und des Leistungsfaktors etwa 55 kW beträgt.

Der DC-Bus bei 325 V, der 165 A führt, liefert ebenfalls etwa 54 kW (325 V × 165 A = 53,6 kW).

Der geringe Unterschied erklärt die Umwandlungsverluste — der Gleichrichter, Filter und die aktiven Schaltkreise sind nicht perfekt effizient, und ein kleiner Teil der Eingangsleistung wird als Wärme im Modul selbst abgeführt.

Die Nennleistung von 165 A Ausgangsstrom ist die relevante Größe für die Dimensionierung des kombinierten Spitzenstrombedarfs der nachgeschalteten SVM- und SPM-Module gegen die DC-Bus-Kapazität des Moduls.