1. Problemstellung​
Gleichstrommotoren sind zentrale Komponenten zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und werden häufig in Werkzeugmaschinen, Aufzügen, Fahrzeugen mit alternativen Antrieben und anderen Bereichen eingesetzt. Bei längerem Betrieb kann es jedoch zu einem anormalen Temperaturanstieg am Motorgehäuse und in schweren Fällen zu Überhitzungserscheinungen wie Verfärbungen der Isolierschicht und Brandgeruch kommen. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Motors, sondern kann auch zu schwerwiegenden Störungen wie Wicklungsdurchbrennen und Anlagenabschaltungen führen, was Sicherheitsrisiken und wirtschaftliche Verluste zur Folge hat. Daher ist es für die Gewährleistung eines stabilen Anlagenbetriebs von großer Bedeutung, die Ursachen für Überhitzung von Gleichstrommotoren im Betrieb sowie deren wissenschaftliche Vermeidung und Handhabung zu erforschen.​

2. Problemanalyse: Hauptursachen für die Überhitzung von Gleichstrommotoren​
Die Erwärmung eines Gleichstrommotors steht in direktem Zusammenhang mit Energieverlusten. Das Überhitzungsphänomen ist hauptsächlich auf zwei Hauptprobleme zurückzuführen: einen abnormalen Anstieg der internen Verluste und einen Ausfall des Wärmeableitungssystems. Diese lassen sich in die folgenden drei Kategorien unterteilen:

Erstens kommt es zu übermäßigen elektrischen Verlusten. Beim Motorbetrieb entstehen in der Anker- und Feldwicklung Kupferverluste, deren Größe proportional zum Quadrat des Stroms ist. Läuft der Motor über längere Zeit unter Überlastung oder ist die Ankerspannung zu hoch, sodass der Strom den Nennwert überschreitet, steigen die Kupferverluste stark an. Kann die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden, steigt die Motortemperatur. Beispielsweise muss der Motor bei einer Werkzeugmaschinenbearbeitung bei plötzlich erhöhter Schnittlast ein höheres Drehmoment aufbringen, wodurch der Ankerstrom entsprechend ansteigt. Hält dieser Zustand über längere Zeit an, überschreitet die Wicklungstemperatur schnell den Sicherheitsgrenzwert.​

Zweitens gibt es anormale mechanische Reibung. Im Motorinneren entsteht mechanische Reibung zwischen Lagern, Kommutator und Bürsten. Unter normalen Umständen ist der Reibungsverlust gering. Mit zunehmender Betriebsdauer können jedoch Lagerprobleme wie Verschleiß und Austrocknen des Schmierfetts auftreten, was zu erhöhtem Reibungswiderstand führt. Ist die Kommutatoroberfläche abgenutzt oder verformt oder ist der Bürstendruck zu hoch, verstärkt dies die Reibungserwärmung. Diese mechanischen Fehler wandeln die mechanischen Verluste des Motors in zusätzliche Wärme um, wodurch die Gesamttemperatur des Motors steigt. Beispielsweise weist der Rotor nach Lagerverschleiß eine leichte Exzentrizität auf, die nicht nur die Reibung erhöht, sondern auch ungleichmäßige Luftspalte verursachen kann, die die Motorerwärmung weiter verstärken.​

Drittens ist ein Ausfall des Wärmeableitungssystems möglich. Gleichstrommotoren sind üblicherweise auf Lüfter, Kühlkörper oder Kühlluftkanäle angewiesen, um die Wärme abzuleiten. Sind die Lüfterflügel beschädigt, die Kühlkörper durch Staub und Öl oder die Kühlluftkanäle durch Schmutz verstopft, verringert sich die Wärmeableitungseffizienz erheblich. Zudem erschwert der Betrieb in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (z. B. bei Außenanlagen im Sommer oder bei Motoren in geschlossenen Schaltschränken) die Wärmeableitung, was die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung erhöht.​

3. Präventions- und Behandlungsmaßnahmen bei Überhitzung von Gleichstrommotoren​
Als Reaktion auf die oben genannten Ursachen können Maßnahmen aus zwei Richtungen ergriffen werden: vorbeugende Wartung und Fehlerbehebung, um eine Überhitzung des Motors zu vermeiden.​

Im Hinblick auf die vorbeugende Wartung ist es zunächst notwendig, die Motorlast angemessen zu kontrollieren und eine langfristige Überlastung zu vermeiden. Wählen Sie einen Motor mit der passenden Leistung entsprechend den Geräteanforderungen und richten Sie in der Steuerung einen Überstromschutz ein, der die Stromversorgung automatisch unterbricht oder die Last reduziert, wenn der Strom den Nennwert überschreitet. Führen Sie anschließend regelmäßige mechanische Wartungsarbeiten am Motor durch. Überprüfen Sie alle 3–6 Monate den Zustand der Lagerschmierung, fügen Sie rechtzeitig Schmierfett hinzu oder ersetzen Sie es, überprüfen Sie den Bürstenverschleiß, passen Sie den Bürstendruck an und halten Sie die Kommutatoroberfläche sauber und glatt. Reinigen Sie schließlich das Wärmeableitungssystem regelmäßig und entfernen Sie Staub und Öl von Kühlkörpern, Lüftern und Luftkanälen, um eine ungehinderte Wärmeableitung zu gewährleisten. In Umgebungen mit hohen Temperaturen können zusätzliche Lüfter oder Wärmeableitungsgeräte installiert werden.

Im Hinblick auf die Fehlerbehebung sollte die Maschine bei einer Überhitzung des Motors sofort zur Überprüfung abgeschaltet werden. Liegt die Ursache in übermäßigen Stromverlusten, muss geprüft werden, ob die Last anormal ist, die Ankerspannung stabil ist und die Wicklungen auf Fehler wie Kurzschlüsse und Erdschlüsse untersucht werden. Gegebenenfalls sind beschädigte Wicklungen auszutauschen. Liegt das Problem an anormaler mechanischer Reibung, zerlegen Sie den Motor, um zu prüfen, ob die Lager abgenutzt sind und Kommutator und Bürsten defekt sind. Tauschen Sie die beschädigten Teile aus und bauen Sie den Motor wieder zusammen. Bei einem Ausfall des Wärmeableitungssystems reinigen Sie die Wärmeableitungskomponenten, reparieren oder ersetzen Sie den beschädigten Lüfter und reinigen Sie die Kühlluftkanäle, um sicherzustellen, dass das Wärmeableitungssystem wieder normal funktioniert. Führen Sie nach der Fehlersuche einen Leerlauf-Testlauf durch, um sicherzustellen, dass die Motortemperatur normal ist, bevor Sie ihn wieder in Betrieb nehmen.​

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Überhitzung von Gleichstrommotoren das Ergebnis des Zusammenwirkens mehrerer Faktoren ist. Durch wissenschaftliche vorbeugende Wartung und rechtzeitige Fehlerbehebung kann eine Überhitzung wirksam vermieden, die Lebensdauer des Motors verlängert und der stabile Betrieb der Anlage sichergestellt werden.​
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