Aegis Wellenerdungsringe. Bild: EST

Aegis Wellenerdungsringe. Bild: EST

Alle Hersteller von 3-Phasen-Wechselstrommotoren haben Motorbaureihen im Programm, die sich für den Betrieb an Frequenzumrichtern eignen. Durch die präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung von Motoren können durch Frequenzumrichter 30 Prozent und mehr an Energiekosten eingespart werden. Jedoch ist ihr Einsatz nicht unproblematisch und kann unerwünschte Wellenspannungen induzieren. Ohne wirksamen Schutz können diese zu vorzeitigem Lagerausfall und damit zum Motorversagen führen.

Lagerschale, Bild: EST
Eine neue Lagerschale hat eine spiegelglatte Oberfläche, um die Reibung zu minimieren. Bild: EST

Obwohl die National Electrical Manufacturers Association (NEMA) und andere Institutionen empfehlen, neue Motoren mit einem effektiven Lagerschutz zu versehen, ist die häufigste Ursache für Lagerausfall immer noch elektrischer Stromdurchgang. Während die Isolationen nach den neuesten Standards ausgelegt sind, um die Wicklungen zu schützen, werden oftmals die Lager vernachlässigt. Um wirklich für den Frequenzumrichterbetrieb geeignet zu sein, sollte ein Motor zusätzlich einen Lager-Langzeitschutz haben. Oftmals wird dies nicht genügend beachtet und teure Ausfallzeiten sind das Resultat.

Neue Technologie für elektrischen Lagerschutz

Lochfraß, Bild: EST
Lochfraß in eine Lagerschale (vergrößert) als Ergebnis der Funkenerosion, wenn Wellenspannungen sich durch die Lager entladen und kleine Schmelzkrater hinterlassen. Bild: EST

Eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit zur Minimierung elektrischer Lagerschäden und für eine erhöhte Zuverlässigkeit Frequenzumrichter-geregelter Motoren und Systeme kann in den meisten Fällen der Einsatz eines Aegis Wellenerdungsrings darstellen (kombiniert mit einem isolierten Lager bei Motoren größer 75-100 kW). Die Produkte des US-amerikanischen Hersteller Aegis werden in Deutschland durch die Firma Electro Static Technology vertrieben.

Im Gegensatz zur bisher verwendeten Technologie zur Wellenerdung mittels Kohlebürste bietet der Aegis Wellenerdungsring eine weit größere Effektivität, speziell um die hochfrequenten Lagerströme zu vermeiden. 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 schädliche Ströme sicher ab. Da die Mikrofasern mit wenig oder keinem Kontakt zur Welle arbeiten, verschleißen sie nicht wie herkömmliche Kohlebürsten.

Gefahr von Motorschäden

Mattierte Oberfläche, Bild: EST
Mattierte Oberfläche, die mit dem bloßen Auge zu sehen ist. Bild: EST

Schäden an Wicklungen und Lager können durch sich wiederholende und extrem schnelle Impulse entstehen, die von einem modernen Frequenzumrichter an den Motor gegeben werden. Man beschreibt dieses Phänomen mit Begriffen wie Oberschwingungsanteil, parasitäre Kapazität, kapazitive Kopplung, elektrostatische Aufladung und Gleichtaktspannung. Unabhängig von der Bezeichnung können hohe Spannungsspitzen und schnelle Taktzeiten Schäden an Isolation oder Lager verursachen.

Ist die Lastimpedanz größer als die Leitungsimpedanz, wird Strom zum Frequenzumrichter zurückreflektiert und es entstehen Spannungsspitzen am Motoranschluss, die doppelt so hoch sein können wie die Zwischenkreisspannung. Solche Schäden werden häufig übersehen, bis es zu spät ist, um den Motor zu retten.