Motor, Bild: Electro Static Technology

An diesem Motor mit FU-Antrieb ist der Wellenerdungsring zu sehen. Bild: Electro Static Technology

Viele Unternehmen wollen ihren Lagerbestand minimieren und die Anlagenrendite maximieren. Aus diesem Grund  haben sie Just-in-Time-Lagerpraktiken eingeführt. Die Lager und Verteilzentren, die diese Unternehmen bedienen, müssen schnell und flexibel sein. Der Betrieb von Förderbändern und Bremsmotoren bei vollen Geschwindigkeiten verbraucht aber eine enorme Menge Energie – häufig mehr als für die Anwendung benötigt wird. Um diese Energieverschwendung zu reduzieren oder zu eliminieren, installieren Anlageningenieure Frequenzumrichter in den Vertriebszentren, die die Drehzahl der Motoren präzise regeln und dadurch helfen, die Energiekosten stark zu senken.

Frequenzumrichter senken den Energieverbrauch, da mit ihrer Hilfe die Elektromotoren mit geringerer als mit voller Drehzahl laufen können. Sie reduzieren die Motordrehzahl je nach Prozessbedarf und sorgen dafür, dass nur die gerade benötigte Energie aus dem Netz aufgenommen wird. Das macht sie deutlich effizienter als klassische Regelungsverfahren wie beispielsweise eine Drosselregelung. Werden Frequenzumrichter zur Regelung von Förder-, Brems- und HLK-Motoren verwendet, lassen sich mit ihnen Energieeinsparungen von 30 Prozent oder mehr erzielen.

Notwendige Wellenerdung bei Frequenzumrichterbetrieb

Warenverteilanlage, Bild: Electro Static Technology
An einem Förderband in dieser Warenverteilanlage wurde der Feldtest durchgeführt. Bild: Electro Static Technology

Frequenzumrichter können jedoch die Motoren, die sie regeln, beschädigen. Sie induzieren Ströme in Motorwellen, die sich durch Motorlager entladen und Lochfraß und Riffelbildung verursachen können und bis zum totalen Motorausfall führen können. Ohne Lagerschutz können Einsparungen durch den Einsatz der Frequenzumrichter durch die Kosten für den Austausch von Motoren und durch Systemausfallzeiten schnell zunichtegemacht werden. Um Förderanlagen nachhaltig und energieeffizient zu machen, ist deshalb eine zuverlässige Art des Lagerschutzes erforderlich.

Eine kostengünstige Möglichkeit zur Minimierung elektrischer Lagerschäden und für eine erhöhte Zuverlässigkeit drehzahlgeregelter Motoren und Systeme kann in den meisten Fällen der Einsatz eines Aegis-Wellenerdungsrings des US-amerikanischen Herstellers Electro Static Technology sein. Im Gegensatz zur bisher verwendeten Technologie zur Wellenerdung mittels Kohlebürste bietet der Aegis-Wellenerdungsring eine weit größere Effektivität speziell um die hochfrequenten Lagerströme zu reduzieren. Die Wellenerdungsringe bestehen aus hochleitfähigen Mikrofasern, die in einem patentierten FiberLock Channel gesichert sind. Skalierbar auf jeden Wellendurchmesser umschließen sie die Welle komplett und bieten einen sehr niederohmigen Pfad von Welle zu Gehäuse und leiten so die schädlichen Ströme sicher ab. Da die Mikrofasern mit wenig oder keinem Kontakt zur Welle arbeiten, verschleißen sie nicht wie herkömmliche Kohlebürsten. Durch die Ableitung von Lagerströmen sorgen die Wellenerdungsringe für eine sichere und langfristige Funktion von Motorsystemen mit Frequenzumrichterbetrieb, was diese Systeme wirklich nachhaltig macht. Typische Anwendungen im Bereich der Fördertechnik sind Band- oder Scharnierplattenförderer, Schräg-, Wellenstrang-, Rollengurt- und Streckenförderer sowie angetriebene Rollenbahnen. Weitere Einsatzgebiete sind Bremsmotoren, Hak-Systeme und Lüftungsgeräte, Kühlsysteme, Kondensatoren sowie Pumpen und Ventilatoren.

Studie belegt Wirksamkeit

Grafik links, Bild: Electro Static Technology
Die Messungen zeigen, dass die Spannung im Lager deutlich zurückgeht: Ohne Aegis-Wellenerdungsringe 74.8 V Spitze-Spitze. Bild: Electro Static Technology

Um die Wirkung der Aegis-Wellenerdungsringe bei Frequenzumrichterbetrieb zu untersuchen, wurde im US-Bundesstaat Wisconsin eine Feldstudie im Verteilzentrum eines US-amerikanischen Einzelhändlers durchgeführt. Unter Verwendung eines Fluke 199C Scopemeters mit einer Aegis-SVP-Wellenspannungsmesssonde nahm ein Techniker Spannungsmesswerte von den Wellen drehzahlgeregelter Motoren in mehreren Fördersystemen des Verteilzentrums ab – sowohl vor als auch nach dem Einbau der Wellenerdungsringe.

Grafik rechts, Bild: Electro Static Technology
Die Messungen zeigen, dass die Spannung im Lager deutlich zurückgeht: mit nur noch 5,2 V. Bild: Electro Static Technology

Bei den untersuchten Motoren handelte es sich um 15HP Super-E Nema-Premium-Motoren von Baldor mit Frequenzumrichterregelung, die in dem Verteilzentrum verschiedene Förderlinien antreiben. Hohe Spitze-zu-Spitze-Spannungsmesswerte zeigten an, dass sich Spannungen an den Wellen aufbauten und sich durch die Motorlager entluden, wodurch EDM-Lochfraß und im Laufe der Zeit möglicherweise Riffelbildung im Lager verursacht würden.

Nach der Installation von Wellenerdungsringen an den Motoren zeigten Messungen, dass die Ringe schädliche Wellenspannungen effektiv von der Welle zur Erde leiten. Spitze-zu-Spitze-Spannungsmesswerte wurden um 93 Prozent auf vernachlässigbare Werte reduziert, weit unter dem Wert, der Lager beschädigen könnte.

Erstmals Zwei-Jahres-Garantie

Aegis-Ringe, Bild: Electro Static Technology
Die Aegis-Ringe gibt es in unterschiedlichsten Größen, auch geteilt. Bild: Electro Static Technology

Anwender, die ihre Motoren mit installierten Aegis-Wellenerdungsringen jetzt registrieren, bietet Electro Static Technology erstmals eine kostenlose Zwei-Jahres-Garantie gegen Lagerschäden durch Stromdurchgang an. Der Hersteller bietet diese Garantieverlängerung um zwei Jahre gegen Riffelbildung am Lager an jedem Motor, wenn ein Wellenerdungsring entsprechend der Best-Practices-Vorgaben des Unternehmens installiert wurde.

Die Garantie gilt für jede Motorgröße, egal ob Nieder- oder Mittelspannungsmotor oder ob es sich um neue oder reparierte Motoren handelt. Sobald der Ring  eingebaut wurde, muss der Anwender den Motor lediglich im Aegis Mobile Enabled Web Portal registrieren, indem er den QR-Code auf dem Aufkleber „Aegis Installed“ scannt, das Modell und die Seriennummer eingibt und einige Fragen beantwortet. bf, wk