Eine Hand kontrolliert Blitze

Verschleiß durch schädliche Entladungen können Sie entgehen. Wie? Das verrät ein Instandhaltungs-Dienstleister im Beitrag. - Bild: Fantasista/stock.adobe.com

| von Nina Bäßler, Off-Highway Powertrain Services

Kennen Sie das? Bei auftretenden Geräuschen aus Lagern oder dem Getriebe beginnt schnell eine unspezifische Fehlersuche, da die Ursachen sehr unterschiedlich sein können. Typische Gründe sind beispielsweise Verschleißerscheinungen oder eine Unwucht, die beide zu Vibrationen führen können. Eine oft vergessene und unterschätzte Ursache für Geräuschentwicklung und Verschleiß ist jedoch ein anderes Probelm: die sogenannte Wellenspannung. Im Folgenden stellt der Instandhaltungs-Dienstleister Off-Highway Powertrain Services dieses Phänomen etwas näher vor, gibt Ihnen Methoden zur Prüfung an die Hand und zeigt anschließend wirksame Gegenmaßnahmen auf.

Was bedeutet eigentlich Wellenspannung und wie entsteht sie?

Bei elektrischen Prozessen, wie in gängigen Elektroantrieben, besteht allzeit eine physikalische Wechselwirkung zwischen Spannung, der daraus resultierenden Stromstärke und den dann entstehenden magnetischen und elektrostatischen Feldern. Dieses Grundprinzip geht jedoch auch mit teils negativen Nebeneffekten einher – den sogenannten Lagerströmen.


Bei Förderbändern, Kunststofffilzen, Papier und Folienbahnen kommt es beispielsweise zu statischen Aufladungen, sogenannten oberflächlichen hochfrequenten Spannungen. Diese werden im Vergleich zu den herkömmlichen Erdungs-Strömen nicht über den Erdungs-Leitungsquerschnitt, sondern über die Erdungs-Leitungsoberfläche abgeführt.

Aus diesem Grund müssen für ein ausreichendes Erdungskonzept feindrahtige Erdungskabel eingesetzt werden. Der Anschluss der Erdungskabelenden an die Maschinenkomponenten spielt dabei ebenfalls eine große Rolle, denn häufig wird zum Beispiel nach Tausch des Motors die Farbe des Kabels nicht sauber entfernt, sodass trotz der Auswahl des richtigen Erdungs-Kabels die Wellenspannung, nicht abgeführt werden kann.


Hinzu kommt, dass insbesondere bei Prozessänderungen wie zum Beispiel dem Abnehmen des Papieres, die Wellenspannung nicht mehr durch das Papier abgeführt wird und sich dann über den Antriebsstrang entlädt. Hier kommt es schon einmal zu Spannungsspitzen von über 400 Volt. Durch das Lagerspiel und die hohe Spannung am Antriebsstrang kommt es zu einer Funkenbildung, und letztlich zu einer Materialschädigung, die zu einem verfrühten Verschleiß der Komponenten und in der Konsequenz zu kostspieligen Reparatur- und Wartungs-Arbeiten führt. Ein richtiges Erdungs-Konzept wie auch die Auswahl der richtigen Erdungsmittel kann diese Kosten vorbeugend verhindern. Um die richtige Auswahl des Erdungs-Konzeptes zu treffen, und die vorherrschende Wellenspannung zu erkennen, ist eine Wellenspannungsmessung zwingend erforderlich.

Wellenstrom und Wechselspannung: Wie sie zusammenhängen

Der Wellenstrom ist eine besondere Form des Gleichstromes. Er entsteht immer nur aus der Gleichrichtung von Wechselstrom. Dabei kehren die in diesem Fall verwendeten Dioden nur die negative Hälfte der Sinuskurve um. Es entsteht eine Abfolge von Hügeln. Diese Wellen geben letztlich dem Wellenstrom seine Bezeichnung.

Die Ausbildung von Wellenspannungen ist ein parasitärer Nebeneffekt an elektrischen Maschinen, insbesondere an Synchron-Motoren. Diese Wellenspannungen sind systembedingt und beeinträchtigen die Funktion zunächst nicht, solange durch konstruktive Maßnahmen gesorgt wird, dass sie keinen Strom treiben können. Kommt dieser Wellenstrom durch Überbrückung der konstruktiv vorgesehenen Isolationsstellen durch Montagefehler oder Verschmutzung doch zum Fließen, treten an den kleinen Verbindungs-Punkten innerhalb zum Beispiel der Verzahnung eines Getriebes (zu) hohe Stromdichten auf, was zu Verschleiß oder gar einen Ausfall führen kann.

Wie kann ich Wellenspannung erkennen und messen?

Spezialisten für den Antriebsstrang, wie der Instandhaltungs-Dienstleister Off-Highway Powertrain Services, greifen für die Messung von Wellenspannung auf ein sogenanntes Digitaloszilloskop mit Spezial-Messspitzen und einem Erdungsringsimulator zurück. Zunächst wird mit dem Oszilloskop der zeitliche Spannungsverlauf auf der Welle gemessen, um herauszufinden, ob bzw. welche Spannung sich beim Betrieb des Antriebs aufbaut und ob Spannungsentladungen an anderer Stelle auftreten, beispielsweise in Kreuzgelenklagern oder Getriebeverzahnungen. In einer zweiten Messung wird zusätzlich der Erdungs-Simulator am Antrieb angebracht, um die Wirksamkeit einer Wellenerdung zu prüfen. Für die Nutzung dieser meist sehr kostspieligen Erdungs-Geräte bedarf es jedoch eines erheblichen Maßes an Schulung, Übung und Erfahrung. So wird gewährleistet, dass an den richtigen Stellen sowie in den unterschiedlichen Prozessen von Maschinen und Anlagen die Wellenspannung korrekt erfasst wird. TIPP: Wie eine Wellenspannungsmessung in der Praxis ablaufen kann, zeigt im Übrigen diese hilfreiche Fallstudie !

Was tun gegen eine hohe Wellenspannung?

Werden durch die Wellenspannungsmessung erhöhte Lagerströme festgestellt, empfehlen sich folgende technische Maßnahmen:

Maßnahme 1: Wellen-Erdungs-Ringe leiten schädliche Entladungen ab

Es wird ein Wellen-Erdungs-Ring mit leitenden Mikrofasern verwendet, der einen niederohmigen Pfad von der Motorwelle zur Erde erzeugt. Wellen-Erdungs-Ringe leiten schädliche Entladungen sicher ab und gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb von Antriebssystemen Maschinen oder Anlagen. Bei der Umsetzung ist die Unterstützung eines kompetenten Antriebsstrang-Fachpartners anzuraten.

Maßnahme 2: Isolierte Lager können Fließen des Wellenstroms blockieren

Isolierte Lager verhindern erst einmal den Weg der Wellenströme durch das Lager. Unbedingt zu beachten ist allerdings, dass durch den Einbau isolierter Lager die Wellenspannung selbst nicht beseitigt wird. Stattdessen können schädliche Spannungen weiter durch andere Antriebs-Komponenten verlaufen, dann dort unerwünschte technische Schäden verursachen und Wartungen oder Instandhaltungen am Antriebsstrang notwendig machen.

Fazit Wellenspannung - Experten ranlassen!

Wellenspannungen am Antriebsstrang von Maschinen oder Anlagen sind ein sehr komplexes Thema und auch die Beschaffung und das Handling der nötigen Geräte für die Messung bedarf umfangreicher Erfahrung. Es ist daher empfehlenswert, einen Experten im Bereich der Antriebstechnik zu Rate zu ziehen. Instandhaltungs-Servicepartner wie Off-Highway Powertrain Services unterstützen darüber hinaus auch bei der Fehlerdiagnose rund um den Antriebsstrang und bieten ein adäquates Lösungskonzept an, um Maschinen sicher in Betrieb zu halten.

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