Schutz für die Lager elektrischer Maschinen

Wellenerdungsringe von Kaco

Wellenerdungsringe Antriebsmaschinen kaco
Wellenerdungsring für elektrische Antriebsmaschinen zum Schutz der Lager Bild: Kaco
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Die Elektrifizierung der Antriebsstränge ist in vollem Gange. Kaco bietet dafür neben der gezielten Adaption bewährter Technologien aus der Dichtungstechnik seit einigen Jahren neuartige Produktsegmente an. Für die optimale Auslegung elektrischer Antriebsmaschinen hat der Hersteller ein Portfolio an Wellenerdungsringen entwickelt. Damit wird ein hervorragender Schutz der Lager elektrischer Maschinen über die Betriebsdauer gewährleistet. Ein spezifisches, leistungsfähiges Prüffeld zum Nachweis der Funktion unter realen Einsatzbedingungen stellt sicher, dass aktuelle und zukünftige Prüfbedingungen der E-Mobilität abgebildet werden.

Andreas Genesius, Vice President Research and Development, und Kerstin Adam, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Kaco GmbH + Co. KG, Kirchardt

Inhaltsverzeichnis

1. Elektrische Verbindung und dauerhafter Potenzialausgleich
2. Erprobung unter Realbedingungen

Die zunehmende Leistungsdichte bei Hochvoltsystemen für elektrische Fahrzeuge und Hybride verlangt bei elektrischen Antriebsmaschinen nach Lösungen, bei denen die Rotorwelle mit dem geerdeten Motorgehäuse dauerhaft elektrisch verbunden ist. Ist dies nicht gewährleistet, kann es neben Störfrequenzen zu Lagerschäden kommen, wenn sich Spannungspotenziale durch Entladungsströme über die Lager der Rotorwelle ausgleichen. Die Potenzialunterschiede können unterschiedliche Ursachen haben, wie beispielsweise ein asymmetrischer Aufbau der Maschine oder die Anregung durch den Frequenzwechselrichter. Aufgrund der ungewollten Lagerströme kommt es zu lokalen Schädigungen an den Laufflächen der metallischen Lagerungen und damit letztlich zum Ausfall der Lagerung. Die Verwendung von isolierten (z. B. keramischen) Lagern verschiebt das Problem erfahrungsgemäß weiter in Richtung der metallischen Getriebeverzahnungen, wodurch das Problem des definierten elektrischen Potenzialausgleichs nicht gelöst ist. Auch Störgeräusche im Mittelfrequenzbereich können durch Isolation der Lager ohne weitere Maßnahmen nicht verhindert werden. Je nach Zulassungsland wird dies sogar als sicherheitsrelevant eingestuft, da der Verkehrsfunk teilweise über Mittelwellen empfangen wird.

Elektrische Verbindung und dauerhafter Potenzialausgleich

Die speziell für die Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe entwickelten Wellenerdungsringe der Kaco GmbH + Co. KG, Kirchardt, stellen die elektrische Verbindung und somit einen dauerhaften Potenzialausgleich ohne das Risiko schädlicher Lagerströme sicher. Sie vermeiden damit Lagerschäden und beugen Störgeräuschen im Mittelfrequenzbereich vor, indem sie Wellenspannungen und Lagerströme zur elektrischen Masse ableiten. Möglich wird dies durch eine hochleitfähige PTFE-Scheibe mit spezieller Beschichtung. Die Wellenerdungsringe sind auf die Spezifikationen elektrischer Antriebsstränge hin optimiert. Applikationen mit Umfangsgeschwindigkeiten von 45 m/s für Umgebungstemperaturen von -40 bis +140 °C befinden sich bereits im Serieneinsatz. Optimierungen und weitere Lösungen für höhere Umfangsgeschwindigkeiten sind in der Erprobung, wobei der heutige Serienstand nahezu alle aktuellen Applikationen abdeckt.

Im Trockenzustand bewegt sich die elektrische Impedanz im Bereich von 5 Ω zwischen Welle und Gehäuse. Die eigens von Kaco entwickelte Technologie bietet somit effektiven Lager- und Verzahnungsschutz, eine signifikante Reduzierung der Impedanz über die gesamte Lebensdauer und ist unabhängig von der Drehrichtung der Welle. Neue Erdungssysteme für den Einsatz im Ölraum von ölnebelgekühlten Maschinen sind in der Entwicklung und stehen in Kürze für den Serieneinsatz von hoch integrierten elektrischen Antriebssträngen zur Verfügung. Aufgrund der Spezialisierung auf die Entwicklung und Produktion von Erdungsringen ist der Hersteller optimaler System- und Entwicklungspartner für derartige Produkte.

Erprobung unter Realbedingungen

Kaco hat in enger Zusammenarbeit mit Fahrzeugherstellern und Systemlieferanten die Leistungsfähigkeit des Portfolios an Wellenerdungsringen auf speziellen und für diesen Zweck gebauten Prüfständen nachgewiesen. Messmethoden und neue Auswertealgorithmen wurden für die spezifischen Anforderungen der E-Mobilität entwickelt. Die Testmöglichkeiten für Wellenerdungsringe umfassen applikationsspezifische Prüfungen sowie weiterführende mechanische, chemische und klimatische Tests. Durch die gezielte Investition in spezifische Prüfstände für Wellenerdungsringe können bei Kaco heute Lastprofile unter Berücksichtigung sehr hoher Drehzahlen, minimaler und maximaler Temperaturen oder auch Rundlaufabweichungen des Gesamtsystems evaluiert werden. Aufgrund des Expertenwissens über Werkstoffe und Reibungsoptimierung können Radialkraft, Verschleiß und Temperaturentwicklung für die Kontaktierung über Lebensdauer anwendungsbezogen festgelegt werden.

Lösungsorientierte Material- und Produktentwicklung in einem eigens dafür geschaffenen Prüffeld waren die Erfolgsfaktoren für die Entwicklung dieser Wellenerdungsringe. Eine tiefgehende Analyse der bisherigen Lösungsansätze zur Wellenerdung führte systematisch zu einem robusten, kompakten und für die Funktion kostenoptimierten Produktbaukasten. Die neue Materialkombination von hochleitfähigem PTFE mit einer Silberbeschichtung löst die bekannten Nachteile alternativer Lösungsansätze zur Wellenerdung. Je nach Anwendung kann das Ergebnis durch eine zusätzliche spezielle Laufhülse noch weiter optimiert werden. Mit diesen Wellenerdungsringen könne man als kompetenter Systempartner für die Entwicklung elektrischer Antriebsstränge den Kunden einen beachtlichen Mehrwert bieten, so der Hersteller. bec

Detaillierte Informationen zu den Wellenerdungsringen für elektrische Antriebsmaschinen:
hier.pro/eKuQs

Kontakt zu Kaco
Kaco GmbH + Co. KG
Industriestraße 19
74912 Kirchardt
Tel.: 07266 9130–0
Fax: 07266 9130–1386
E-Mail: info@kaco.de
Website: www.kaco.de
Geschäftsführer: Johannes Helmich, Richard Ongherth

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