Motoren am Frequenzumrichter über 90 kW: spezielle Lager und Lagerschilde | NDR

Motoren am Frequenzumrichter über 90 kW: warum spezielle Lager und Lagerschilde nötig sind

Der Frequenzumrichter ist heute auch bei großen Leistungen Standard. Er regelt die Drehzahl, senkt den Energieverbrauch und macht die Anläufe sanfter. Oberhalb von 90 kW kann ein Standardmotor am Frequenzumrichter jedoch ein Problem entwickeln, das man zunächst nicht sieht: Lagerströme. Deshalb müssen große Motoren am Frequenzumrichter mit einigen besonderen Vorkehrungen ausgewählt werden.

Was in den Lagern eines Motors am Frequenzumrichter passiert

Der Frequenzumrichter speist den Motor nicht mit einer sauberen Sinuswelle, sondern mit sehr schnellen Spannungsimpulsen. Dadurch baut sich eine Spannung zwischen Welle und Gehäuse auf.

Übersteigt diese Spannung den Widerstand des Schmierfilms, entlädt sie sich durch das Lager. Jede einzelne Entladung ist winzig. Aber sie wiederholt sich tausende Male pro Sekunde, über alle Betriebsstunden hinweg.

Mit der Zeit bilden sich auf den Laufbahnen des Lagers regelmäßige Riefen, ähnlich den Rillen eines Waschbretts. Außerdem altert das Fett schneller. Der Motor wird zuerst laut, beginnt dann zu vibrieren, und schließlich fällt das Lager aus.

Warum das Risiko über 90 kW steigt

Bei kleinen Motoren tritt das Phänomen ebenfalls auf, bleibt aber meist begrenzt. Mit der Baugröße wachsen jedoch die Wellenlänge sowie die Abmessungen von Rotor und Wicklung. Damit steigen sowohl die Wellenspannung als auch die Ströme, die im Motor fließen können.

Diese Ströme bleiben nicht immer im Motor. Über die Kupplung können sie auch die Lager des Getriebes oder der angetriebenen Maschine erreichen.

Bei einem Motor großer Leistung ist ein Lagerschaden teuer. Es geht nicht nur um das Ersatzteil, sondern vor allem um den Maschinenstillstand. Deshalb sollte das Problem bereits bei der Motorauswahl angegangen werden, nicht erst nach dem ersten Ausfall.

Die Lösungen: Lager und Lagerschilde für den Umrichterbetrieb

Eine Einheitslösung gibt es nicht. In der Praxis hängt die Wahl von der Leistung, vom Umrichter, von der Kabellänge und vom Maschinentyp ab. Unter den Motoren, die wir anbieten, sind verschiedene Ausführungen verfügbar.

Isolierte Lager

Das Lager hat einen Ring mit einer isolierenden Beschichtung, die den Stromfluss unterbricht. Es wird in der Regel auf der Nichtantriebsseite montiert. Bei höheren Leistungen oder in besonderen Fällen werden beide Seiten isoliert.

Hybridlager mit Keramikkugeln

Keramikkugeln leiten keinen Strom. Deshalb sind sie die wirksamste Wahl, wenn die Ströme hoch sind oder der Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen arbeitet.

Maßgefertigte Lagerschilde

Alternativ kann die Isolierung im Lagerschild ausgeführt werden, im Lagersitz. Der Vorteil ist praktischer Natur: Das Lager bleibt ein Standardlager, Wartung und Ersatz bleiben also einfach. Zudem lässt sich der Lagerschild an die Anwendung anpassen, zum Beispiel für die Aufnahme von Rollenlagern bei hoher Radiallast.

Wellenerdung

Ein Erdungsring oder eine Erdungsbürste leitet den Strom ab, bevor er das Lager erreicht. Häufig wird sie mit einem isolierten Lager auf der Gegenseite kombiniert, um auch die angetriebene Maschine zu schützen.

Nicht nur Lager

Im Umrichterbetrieb zählt auch die Wicklung. Die Spannungsspitzen beanspruchen die Isolierung; bei großen Leistungen ist daher eine verstärkte Isolierung in Betracht zu ziehen.

Dazu kommt die Kühlung. Bei niedrigen Drehzahlen reicht der auf der Welle sitzende Lüfter nicht aus. In diesen Fällen hält die Fremdbelüftung den Motor bei jeder Drehzahl auf der richtigen Temperatur. Und wenn Drehzahl oder Position geregelt werden müssen, kann der Motor mit einem Drehgeber ausgestattet werden.

Auch die Installation spielt eine Rolle: geschirmte Kabel, korrekte Erdungen und, wo nötig, Filter am Umrichter verringern die Spannungen, die am Motor ankommen.

Wie wir die richtige Ausführung auswählen

Wenn ein Maschinenbauer bei uns einen Motor über 90 kW für den Umrichterbetrieb anfragt, beginnen wir mit wenigen Fragen. Wie groß ist die Leistung und mit welcher Drehzahl arbeitet der Motor? Welcher Umrichter ist im Einsatz und wie lang ist das Kabel? Welche Maschine ist mit der Welle verbunden?

Auf dieser Grundlage nennen wir die am besten geeignete Ausführung unter den verfügbaren. So kommt der Motor bereits umrichterfertig an, ohne nachträgliche Änderungen und ohne Überraschungen nach den ersten Betriebsmonaten.

Wenn Sie eine Maschine mit Motoren großer Leistung am Frequenzumrichter planen, schreiben Sie uns an info@ndr.it: Wir prüfen gemeinsam die passendste Lösung.