EN
Nachrichten
Warum verursachen VFD-Motoren Lagerbeschädigungen?
Schnelle Antwort
Drehzahlregelbare Frequenzumrichter (VFDs) können aufgrund der hochfrequenten Schaltvorgänge innerhalb des Wechselrichters eine Wellenspannung erzeugen. Wenn sich diese Spannung aufbaut, kann elektrischer Strom über die Motorlager abfließen. Im Laufe der Zeit beschädigen diese wiederholten Entladungen die Lagerlaufbahnen, was zu Pitting, Geräuschen, Vibrationen und vorzeitigem Ausfall führt. Durch den Einbau eines Wellenerdungsringes kann der Strom sicher an die Erdung abgeleitet und so eine Beschädigung der Lager verhindert werden.
Die zunehmende Verwendung von VFD-Motoren
Drehzahlregelbare Frequenzumrichter werden weit verbreitet eingesetzt, um die Energieeffizienz zu verbessern und die Motordrehzahl zu steuern. Sie kommen häufig in industriellen Anlagen wie Pumpen, Kompressoren, HLK-Anlagen (Heizung, Lüftung, Klima) und Förderanlagen zum Einsatz.
Viele Ingenieure stellen jedoch nach der Inbetriebnahme von VFD-Systemen ein unerwartetes Problem fest: Die Motorlager fallen deutlich früher aus als erwartet.
Dieses Problem wird nicht durch mangelhafte Schmierung oder mechanische Überlastung verursacht. In vielen Fällen liegt die eigentliche Ursache in einer elektrischen Beschädigung innerhalb des Lagers.
Wie VFDs eine Wellenspannung erzeugen
Im Gegensatz zu herkömmlichen Stromversorgungen, die eine glatte sinusförmige Spannung liefern, regeln Frequenzumrichter (VFDs) die Motordrehzahl mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Bei diesem Verfahren wird die Spannung mit hohen Frequenzen sehr schnell ein- und ausgeschaltet.
Während dieses Schaltvorgangs entsteht ein Phänomen, das als Gleichtaktspannung bezeichnet wird.
Diese Spannung kann ein elektrisches Potential zwischen der Motorwelle und dem Motorgehäuse induzieren. Während des Motorbetriebs steigt die Wellenspannung allmählich an.
Sobald die Spannung stark genug ist, um den dünnen Schmierfilm im Lager zu durchbrechen, kommt es zu einer elektrischen Entladung.
Was im Lager geschieht
Jede Entladung ist äußerst klein, verhält sich jedoch wie ein mikroskopischer Funke zwischen metallischen Oberflächen.
Tausende solcher Funken können pro Sekunde während des Motorbetriebs auftreten.
Langfristig führt diese wiederholte elektrische Aktivität zu mehreren Arten von Schäden:
● Lochfraß – kleine Krater auf der Laufbahn
● Frostverglasung – eine stumpfgraue, abgenutzte Oberfläche
● Flüchteln – gleichmäßig verteilte Rillen entlang der Laufbahn des Lagers
Erhöhte Vibrationen und Geräusche
Studien an industriellen Motoren zeigen, dass elektrische Lagerbeschädigungen für einen großen Anteil vorzeitiger Ausfälle bei von Frequenzumrichtern (VFD) betriebenen Motoren verantwortlich sein können.
Vermeidung des Problems mittels Wellenerdungsringen
Ein Wellenerdungsring schützt das Lager, indem er einen kontrollierten elektrischen Pfad zur Erdung bereitstellt. Statt die Spannung über das Lager abzuleiten, leitet der Erdungsring Streustrom von der rotierenden Welle direkt zum Motorgehäuse um.
Der Wellenerdungsring verwendet leitfähige Mikrofasern, die während des Motorbetriebs ständig Kontakt mit der Welle halten. Da der Erdungsring einen geringeren elektrischen Widerstand als das Lager bietet, fließt der elektrische Strom naturgemäß durch ihn hindurch.
Eine einfache präventive Lösung
Bei vielen modernen Antriebssystemen ist elektrischer Lagerverschleiß nicht sofort sichtbar, sondern erst bei einem Ausfall erkennbar. Durch die frühzeitige Installation eines Wellen-Erdungsringes im Rahmen der Systemkonstruktion können Ingenieure das Risiko eines vorzeitigen Lagerverschleißes reduzieren und die Langzeitzuverlässigkeit des Motors verbessern.
FAQ
1. Warum verursachen Frequenzumrichter-Motoren Lagerströme?
Die hochfrequente Schaltung in Frequenzumrichtern erzeugt eine Gleichtaktspannung, die eine Wellenspannung induzieren kann, die möglicherweise über die Motorlager abfließt.
2. Kann Schmierung elektrischen Lagerverschleiß verhindern?
Nein. Schmierung schützt vor mechanischem Verschleiß, kann jedoch elektrische Entladungen nicht verhindern.
3. Welche Schutzmethode wird am häufigsten angewendet?
Wellen-Erdungsringsysteme werden weit verbreitet eingesetzt, da sie Streuströme sicher vom Lager ableiten.
