Wellenerdungsringe erklärt: Wie sie funktionieren und warum Ihr Motor einen braucht

1. Eine versteckte Bedrohung in modernen Motorantriebssystemen

Durch den weit verbreiteten Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) und PWM-gesteuerten Wechselrichtern arbeiten Elektromotoren effizienter denn je. Diese modernen Antriebssysteme bringen jedoch ein oft übersehenes Problem mit sich: Wellenspannung und Wellenstrom.

Wenn dieses elektrische Phänomen nicht richtig gehandhabt wird, kann es zu vorzeitigem Lagerausfall, unerwarteten Ausfallzeiten und erhöhten Wartungskosten führen – insbesondere bei Industriemotoren, Pumpen, Lüftern, Kompressoren und Windkraftanlagen.

Hier wird ein Wellenerdungsring zu einer kritischen Zuverlässigkeitskomponente und nicht zu einem optionalen Zubehör.

2. Wie Wellenspannung und Wellenstrom erzeugt werden

In VFD-angetriebenen Motoren erzeugt das Hochgeschwindigkeitsschalten von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) eine hochfrequente Gleichtaktspannung. Diese Spannung koppelt kapazitiv zwischen:

• Stator und Rotor

• Rotor und Welle

• Welle und Lager

Dadurch baut sich an der Motorwelle Wellenspannung auf. Sobald die Spannung die Spannungsfestigkeit des Lagerschmierfilms überschreitet, entlädt sich dieser schlagartig in Form eines Wellenstroms.

Diese Entladung erfolgt nicht reibungslos – sie verhält sich wie ein mikroskopischer Blitzeinschlag.

3. Lagerschadenspfad: Funkenerosion (EDM)

Wenn Wellenstrom durch Motorlager fließt, kommt es zu einer elektrischen Entladungsbearbeitung (EDM). Bei jeder Entladung entstehen winzige Krater auf der Lagerlaufbahn. Im Laufe der Zeit bilden sich diese Krater:

• Mattierte oder geriffelte Auflageflächen

• Erhöhte Vibrationen und Geräusche

• Beschleunigter Fettabbau

• Vorzeitiger Lagerausfall

Wichtig ist, dass Schmierung allein EDM-Schäden nicht verhindern kann, da die elektrische Entladung den Schmierfilm durchdringt.

4. VOLSUN Engineering-Lösung

VOLSUN-Wellenerdungsringe bestehen aus hochdichten leitfähigen Mikrofasern, die umlaufend um die Welle herum angeordnet sind.

Dieses Design gewährleistet:

• 360-Grad-Dauererdung

• Extrem niedriger Kontaktwiderstand

• Stabile Leistung bei Hochgeschwindigkeitsrotation

• Effektive Ableitung hochfrequenter Gleichtaktströme

Durch die Verhinderung eines Spannungsaufbaus an der Quelle beseitigt der Erdungsring die Ursache von EDM-Schäden und nicht nur die Symptome.

5. Auswahlempfehlungen

• Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des richtigen Wellenerdungsrings Folgendes:

• Motortyp (AC-Induktion, Permanentmagnet, Servo)

• Antriebsmethode (VFD/PWM, Wechselrichter-Schaltfrequenz)

• Wellendurchmesser und Oberflächenbeschaffenheit

• Einbauort (Antriebsseite oder Nicht-Antriebsseite)

• Umweltfaktoren (Staub, Öl, Feuchtigkeit)

Bei umrichterbetriebenen Motoren über einigen Kilowatt wird die Installation mindestens eines Wellenerdungsrings dringend empfohlen.

6. Anwendungsgrenzen und Risikogrenzen

• Wellenerdungsringe sind zwar hochwirksam, aber keine Universallösung:

• Sie ersetzen nicht die ordnungsgemäße Systemerdung

• Eine falsche Installation kann die Wirksamkeit beeinträchtigen

• Extrem kontaminierte Umgebungen erfordern möglicherweise zusätzlichen Schutz

• In einigen Anwendungen sind kombinierte Lösungen (Erdungsring + isoliertes Lager) erforderlich

Abschluss

Ein Wellenerdungsring ist eine einfache, aber leistungsstarke Lösung für ein komplexes elektrisches Problem, das durch moderne Motorantriebe entsteht.

Durch die sichere Entladung der Wellenspannung, bevor sie zerstörerisch wird, schützen Wellenerdungsringe die Lager, verlängern die Lebensdauer des Motors und reduzieren ungeplante Ausfallzeiten.

In der heutigen umrichtergetriebenen Welt ist die Wellenerdung nicht mehr optional – sie ist unerlässlich.