Elektromeister Elektriker Forum - Fachwissen teilen und lernen

Hallo zusammen,
ich benötige dringend Hilfe zu folgendem Thema:
Frequenzumrichter induzieren eine schädliche Gleichtaktspannung. Durch verschiedene Phänomene führt dies zu einem Spannungsaufbau am Motorlager und einem anschließenden elektrischen Durchschlag, wodurch das Motorlager geschädigt wird.

Ich soll nun ein Wellenerdungsring mit leitfähigen Fasern konzipieren, der dieses Problem beheben soll. Dieser Wellenerdungsring wird auf der Antriebsseite des Elektromotors über die Welle geschoben und am Motorengehäuse verschraubt. Durch die elektrisch leitfähigen Fasern (Kohlenstoff-Kunststoff-Fasern mit Faserdurchmesser unter 150 Mikrometer) können die Spannungen von der Welle über einen parallel Pfad abgeleitet und geerdet werden. Dabei ist zwischen Faserspitze und Wellenoberfläche ein Luftspalt von 2nm bis 5 Mikrometer.

Nun meine Frage dazu:
Welche elektrotechnische Phänomene muss ich hier bei der Auslegung dieses Produkts beachten?
Welche elektrotechnische Phänomene kann ich nutzen um den Ring zu dimensionieren bzw. auszulegen? Hierbei bin ich auf das Paschen-Gesetzt, welche den Spaltabstand vorgibt, der Spitzeneffekt, der Skin- und Proximity-Effekt und die Strombelastbarkeit von den gewählten Kontaktelementen gestoßen. Welche Phänomene kann ich noch nutzen, um beispielsweise auf die notwendige Anzahl von Fasern oder Faserdurchmesser zu schließen?

Vielen Dank im Voraus.

Liebe Grüße
Basti

Hallo Basti,

gute Fragestellung, das Problem mit den Lagerströmen ist leider weit verbreitet. Deine Ansätze mit Paschen und dem Spitzeneffekt sind goldrichtig! Der Spitzeneffekt hilft ja gerade, die Entladung bei möglichst niedriger Spannung zu initiieren, während Paschen den optimalen Spaltbereich für eine stabile Entladung definiert, damit die Spannungen kontrolliert abgeleitet werden.

Für die Anzahl und den Durchmesser der Fasern würde ich zusätzlich zur Strombelastbarkeit auch die **Langzeitstabilität** und **Zuverlässigkeit** der Kontaktpunkte im Auge behalten. Überleg mal, ob durch Verschleiß oder Schmutz nicht einzelne Fasern ausfallen könnten – eine gewisse Redundanz ist da sicher sinnvoll. Auch die **mechanische Belastung** und damit die **Abriebfestigkeit** der Fasern gegen die Welle spielt eine Rolle, um eine dauerhafte Funktion zu gewährleisten.

Hast du dir schon Gedanken gemacht, wie die Fasern mechanisch im Ring fixiert werden, um ihren Abstand über die Lebensdauer konstant zu halten?

Viele Grüße,
flotterotto