Vakuumpumpen

Beim Betrachten des Anschlusses zum Motor fällt auf, dass es sich offenbar um einen Dreiphasen-Drehstrommotor handelt. Sicherlich ein Asynchronmotor. Weiterhin gibt es drei dünne Drähte bspw. für den Lagegeber oder einen Tachogenerator. Gefunden habe ich aber jeweils nur Kollektoren von Transistoren, also nur Ausgänge. Angeblich sucht das Gerät verschiedene Pumpenmodelle aus. Vermutlich können die drei Hilfsleitungen bidirektional arbeiten, ich habe auf der Platine nur den Eingang nicht finden können.

Auf einer fest eingelöteten vertikalen Platine befinden sich 12 n-Kanal-Leistungs-MOSFETs IRF1310 ohne weitere Kühlung. Sie bilden 3 Halbbrücken, jeweils 2 Transistoren sind parallelgeschaltet. Mit insgesamt 3 typischen High-Side+Low-Side-MOSFET-Treiberschaltkreisen. Nichts besonderes. Alle Transistoren in Ordnung.

Die gemessenen und per Oszilloskop beobachteten Spannungen wiesen keine Auffälligkeiten auf, also alles in Ordnung.

Die andere vertikale Platine mit Zusatzkühlkörpern auf vielen MOSFETs ist für das Netzteil. Beide befinden sich im Luftstrom des Lüfters. Da die Stromversorgung in Ordnung ist, wurde hier nicht weiter gesucht.

Könnte es sein, dass ein Motor angeschlossen sein muss?

Es zeigte sich, dass das Gerät den Fehlerkode 2 anzeigt! Nicht die 7. Laut Datenblatt „Motor nicht angeschlossen“. Korrekt. Aus- und Wieder­einschalten bringt Fehler 7. Länger ausgeschaltet lassen, wieder einschalten: Fehler 2. Ein testweiser Motor ist nicht greifbar, genauer, unter Normalbedingungen ohne Vorvakuum ein unkalkulierbar teures Risiko: Einige tausend Euro kostet nur die Pumpe. Hm.

Mal eingeschaltet lassen und gucken was passiert. Gleich zwei Mikro­controller aus der C166-Familie sind eingebaut, einer auf der Haupt- und einer auf der Hilfs­platine. Guckt man mal bei den üblichen Elektronik-Versendern, ist der XC164 ziemlich teuer für so 'ne simple Steuerung. Die Hilfs­platine kann übrigens unan­geschlossen bleiben, das Fehlerbild bleibt gleich.

Gerät von innen
Diese merkwürdigen Stecker in Lüfternähe, alle auf GND
Eine Anordnung fast wie Stonehenge: In der Mitte der Heißleiter, rundherum Heizwiderstände
Der OPV N10, der hier als Komparator fungiert
Zusätzlicher Widerstand (100 kΩ) bei einem Exemplar, Erhöhung der Temperaturschwelle um ≈ 5 K

Ein Vierfach-OPV TL074 wird ziemlich heiß. Klar dass nicht der OPV kaputt ist sondern anormal belastet wird. Die Vierebenen-Platine lässt sich nur sehr schwer „disassemblieren“, und einer der OPVs hat ungewöhnliche Spannungs­verhältnisse: Eine Doppel­diode am Ausgang würgt den negative Speise­spannung führenden Ausgang gewaltsam gegen Masse ab. Komischer Schaltungsteil! Kann eigentlich gar nicht sein; wer macht nur so einen Unsinn?? Egal ob Fehler 2 oder Fehler 7.

Mühselig die Leiterzüge verfolgt und ein rätselhaftes einsames unbeschriftetes SMD-Bauteil gefunden, eingerahmt von 4 Widerständen und 4 Flachsteckern. Ein Kondensator in so weiter Ferne? Keine weiteren Anschlüsse?

Mal überschlafen … könnte auch ein Thermistor sein. Die Platine eingebaut und den Ventilator angeschlossen, noch mal einschalten: Der OPV bleibt kalt, aber die vier Widerstände heizen! Es handelt sich also um einen — „Massenflussdetektor“. Die 4 Flachstecker helfen für laminare Luftströmung. (Ging das nicht anders? Oder sollte es möglichst unauffällig sein?) Weht kein Wind, wird der Thermistor zu warm und der OPV kippt. Er ist als reiner Komparator mit Referenzspannung 2 V beschaltet. Das wird vom Mikrocontroller wohl irgendwo/irgendwie ausgewertet und führt offensichtlich zum Fehler 7.

Kippt der OPV allerdings später, bleibt das Problem unbemerkt. Noch so 'ne Seltsamkeit. Bleibt zur Zusammenfassung:

• Fehler 7 heißt, dem Wechselrichter ist es beim Einschalten zu warm. That's all. (Dazu wartet das Gerät ≈ 30 s und spielt dabei mit den LEDs herum („Mäusekino“); erst dann wird die Temeratur ausgewertet.)
• Die „Ausgangsspannungsbegrenzung“ am OPV-Ausgang ist auf jeden Fall ein Schaltungsfehler.
• Dass eine Erwärmung des Thermistors nach dem Hochlauf nicht erkannt wird, ist offensichtlich ein Firmwarefehler.

Typisch Industrieelektronik. Keine weiteren Fragen.

Im Innern ist noch ein hilfreicher Diagnosestecker, auf den die wichtigsten Spannungen herausgeführt sind.

Als das eigentliche Problem erwies sich die schlechte Luftumwälzung im Einbauort des Umrichters, einem 19″-Schrank. Die warme Luft zirkuliert einfach innerhalb des Schrankes. Dies wird befördert durch die Luftauslasslöcher auf der Oberseite und nicht an der (ansonsten nutzlos großen) Gerätefrontplatte. Da das Gerät ein Heiligtum darstellt (d.h. nicht angebohrt werden soll), wurde ein Luftleitblech in SolidEdge (Studentenversion) konstruiert, welches dem Gerät (jeweils 2 nebeneinander) Außenluftzufuhr erzwingt. Es ersetzt eine darüber angeordnete 19"-Abdeckplatte.

Das Blech
Im eingebauten Zustand
Ansicht schräg

Nach reichlich 3 Jahren Betriebszeit wieder der gleiche Fehler. Nach Aussage des Nutzers wird das Exemplar wärmer als die anderen. Konnte und brauchte ich so nicht nachvollziehen, auch im kalten Zustand kommt stets Fehler 7. Nach Ausschalten, Öffnen des Deckels (!) und Einschalten verschwand dieser Effekt, Fehler 2 für fehlende Pumpe. Ich habe nun keine weitere Idee als den Heißleiter auszulöten. Den 100-kΩ-Widerstand nun auch. (Der Heißleiter wurde einseitig angelötet, um wiederbestückt werden zu können.) Sollte jetzt „für immer“ gehen, allerdings ohne jeglichen Übertemperaturschutz. Ich kann nur vermuten, dass der Heißleiter selbst oder etwas an der OPV-Beschaltung derart besch*ssen defekt ist, dass bei mechanischem Verzug eine falsche Übertemperaturmeldung kommt. Typische SMD-Probleme. Es kann aber auch sein, dass weitere, noch unentdeckte Temperatursensoren dafür verantwortlich sind, etwa in oder in der Nähe der Mikrocontroller. Dann wäre diese Maßnahme vergeblich.