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Was ist der Hauptzweck eines Wellenerdungsringes?
In der modernen Industrie werden die meisten Motoren mit frequenzgeregelt betriebenen Antrieben (VFDs) betrieben. VFDs regeln Spannung und Frequenz durch schnelle Schaltvorgänge. Dies hat jedoch eine Nebenwirkung: Die von den VFDs ausgegebenen PWM-Wellenformen enthalten hochfrequente Komponenten, die ein asymmetrisches elektrisches Feld im Motor erzeugen. Diese Induktion erzeugt eine Spannung zwischen Motorwelle und Erde – diese wird als Wellenspannung bezeichnet.
Wenn sich die Wellenspannung im Laufe der Zeit aufbaut, steigt ihr Wert an. Sobald diese Spannung die Isolationsdurchschlagsspannung des Lagerschmierfilms überschreitet, bricht sie den Film plötzlich durch. Sobald der Schmierfilm durchbrochen ist, sucht die Hochspannung einen Entweichungsweg und erzeugt einen kurzzeitigen gepulsten Strom, der als Wellenstrom bezeichnet wird.
Dieser hochfrequente, energiereiche Wellenstrom erzeugt beim Durchgang durch das Lager im Kontakt zwischen Kugel und Laufbahn sofort winzige Funkenentladungen. Die häufige Wiederholung dieser Entladungen kann eine Wirkung ähnlich der Elektroerosion hervorrufen, was zu folgenden typischen Problemen führt:
Vertiefungen und Rillen: Diese „Wellblech“-ähnlichen Vertiefungen und Rillen bilden sich auf den Oberflächen der Lagerringe und Kugeln.
Schmierfett-Zersetzung: Hochtemperaturige elektrische Funken können eine vorzeitige Alterung und Verschlechterung des Schmierfetts verursachen, wodurch die Schmiereigenschaften verloren gehen.
Geräusche und Vibrationen: Beschädigungen der Lagersitze können während des Betriebs ungewöhnliche Geräusche und Vibrationen erzeugen.
Lagerausfall: Dies führt letztendlich zu einem vorzeitigen Lagerausfall lange vor Erreichen der konstruktionsbedingten Lebensdauer und verursacht Ausfallzeiten des Motors.
Wie verhindern Wellenerdungsringe eine Lagerkorrosion? Zunächst muss verstanden werden, dass das Schutzprinzip von Wellenerdungsringen darin besteht, einen „niedrigimpedanten Vorzugsleiter“ bereitzustellen. Beispielsweise bestehen Volsun-Wellenerdungsringe und leitfähige Bürsten hauptsächlich aus leitfähigen Fasern und einem metallischen Körper und bieten dadurch eine leichte, niederohmige sowie physikalisch stabile Stromübertragung. Volsun verwendet ein Freiträgerdesign, bei dem die flexible Bürstenspitze fest an der Wellenoberfläche anliegt. Dieser durch das leitfähige Faserbündel und den Draht gebildete Pfad weist einen Widerstand auf, der deutlich niedriger ist als der Isolationswiderstand des Lagerschmierfilms. Sobald sich eine Wellenspannung aufbaut, leitet der Pfad des Wellenerdungsringes aufgrund seiner äußerst geringen Impedanz den Großteil des Wellenstroms vorzugsweise über sich ab.
Einfach ausgedrückt, bietet dies einen einfacheren, niederohmigeren Weg, über den der Wellenstrom zur Erde abfließen kann, bevor er durch den Lagerölfilm bricht. Dadurch wird verhindert, dass sich eine Wellenspannung auf einem Niveau aufbaut, das ausreicht, um den Lagerölfilm zu durchdringen, wodurch der Pfad des Wellenstroms über die Lager effektiv abgeleitet und die Lager somit vor elektrischer Korrosion geschützt werden.
Zusammenfassend bietet der Wellenerdungsring einen niederohmigen, bevorzugten Ableitungsweg, der schädliche Wellenspannungen und -ströme zur Erde leitet und verhindert, dass sie den Lagerölfilm durchdringen. Dies verhindert, dass Funken die Laufbahnen und Kugeln des Lagers korrodieren, bekämpft effektiv die elektrische Korrosion in Motorlagern und verlängert dadurch signifikant die Lebensdauer sowohl des Motors als auch der Lager.
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