In häufigen Start-Stopp-Szenarien (z. B. in Aufzügen, CNC-Werkzeugmaschinen, automatisierten Produktionslinien) durchlaufen Gleichstrommotoren wiederholte Übergänge von 0 auf Nenndrehzahl und umgekehrt. Dadurch sind bestimmte Komponenten ständigen Stößen und Energieverlusten ausgesetzt, was die Aufmerksamkeit auf vier Kernkomponenten lenken muss: Bürsten und Kommutatoren, Ankerwicklungen, Lager und elektromagnetische BremsenIm Folgenden werden deren Verschleißmechanismen und gezielte Wartungsmaßnahmen detailliert beschrieben:
1. Bürsten und Kommutatoren: Zonen mit hoher Reibungs- und Funkenbildungsgefahr beim Starten/Stoppen
Häufiges Starten und Stoppen beschleunigt den Verschleiß von Bürsten und Kommutatoren. Zwei Hauptfaktoren sind hierfür verantwortlich: Erstens schwankt der Ankerstrom während des Startens/Stoppens stark (der Anlaufstrom kann das 5- bis 8-fache des Nennstroms erreichen) und die Kommutatordrehzahl steigt schnell von 0 an oder ab, was zu Gleitreibung und verstärkter Kommutierungsfunkenbildung an der Kontaktfläche führt. Einerseits beschleunigt die Reibung den Bürstenverschleiß – bei normalem Dauerbetrieb halten Bürsten typischerweise 2.000–3.000 Stunden, bei häufigem Starten und Stoppen verkürzt sich diese Lebensdauer jedoch auf 800–1.200 Stunden. Werden Bürsten nicht ausgetauscht, wenn sie auf ein Drittel ihrer ursprünglichen Länge abgenutzt sind, verringert sich die Kontaktfläche, die Stromdichte steigt und die Funkenbildung wird schlimmer. Andererseits können plötzliche Änderungen der elektromotorischen Kommutierungskraft beim Starten/Stoppen leicht starke Funken erzeugen, die die Oberfläche des Kommutators verbrennen, Löcher oder Oxidschichten bilden und den Kontaktwiderstand erhöhen – es entsteht ein Teufelskreis aus „Verschleiß → Funkenbildung → stärkerem Verschleiß“.
Die Wartung konzentriert sich auf drei Hauptschritte:
- Überprüfen Sie den Bürstenverschleiß regelmäßig alle 200–300 Betriebsstunden. Ersetzen Sie die Bürsten durch geeignete Modelle (z. B. sind Graphit-Metallpulver-Verbundbürsten für häufige Start-Stopp-Szenarien vorzuziehen, da sie eine 30 % höhere Verschleißfestigkeit als reine Graphitbürsten bieten) und stellen Sie sicher, dass der Bürstendruck bei 15–25 kPa stabilisiert ist (unzureichender Druck führt zu Funkenbildung; zu hoher Druck beschleunigt den Verschleiß).
- Polieren Sie die Kommutatoroberfläche alle 500 Stunden mit feinem Schleifpapier (400er-Körnung), um Oxidschichten und Löcher zu entfernen. Achten Sie dabei auf eine Oberflächenrauheit (Ra) ≤ 0,8 μm. Reinigen Sie die Oberfläche nach dem Polieren mit Alkohol.
- Tragen Sie eine dünne Schicht leitfähiges Fett (z. B. Fett auf Graphitbasis) auf die Kommutatoroberfläche auf, um den Reibungskoeffizienten beim Starten/Stoppen zu verringern und die Funkenbildung zu minimieren.
2. Ankerwicklungen: Risiken der Isolationsverschlechterung und des Kupferverlusts unter Start-Stopp-Stromeinwirkung
Beim Starten und Stoppen sind die Ankerwicklungen einer doppelten Verschleißgefahr ausgesetzt:
- Hoher Anlaufstrom führt zu einem Anstieg der Kupferverluste (Pcu = I²R). Beispielsweise kann ein Motor mit einem Nennstrom von 50 A einen Anlaufstrom von 300 A aufweisen, wodurch sich die Kupferverluste auf das 36-fache des Nennbetriebsstroms erhöhen. Dies führt zu einem plötzlichen Temperaturanstieg in den Wicklungen und beschleunigt die Alterung der Isolierung (z. B. halbiert sich die Lebensdauer von Isolierungen der Klasse B bei Temperaturen über 130 °C).
- Während sich der Rotor dreht, sind die Ankerwicklungen wiederholt elektromagnetischen Kräften ausgesetzt. Insbesondere an den festen Enden der Wicklungsdrähte können Vibrationen leicht die Isolationsschicht beschädigen und zu Kurzschlüssen zwischen den Windungen führen.
Wartungszentren für „Stromkontrolle“ und „Isolationsprüfung“:
- Installieren Sie einen Sanftanlaufschalter im Ankerkreis. Durch schrittweises Erhöhen der Ankerspannung wird der Anlaufstrom auf das 1,5- bis 2-fache des Nennwerts (z. B. 75 bis 100 A bei einem 50-A-Motor) begrenzt, wodurch Hochstromstöße vermieden werden.
- Prüfen Sie den Isolationswiderstand der Ankerwicklungen alle 3 Monate mit einem Megaohmmeter und stellen Sie sicher, dass er ≥ 0,5 MΩ (bei 380-V-Motoren) bleibt. Sinkt der Isolationswiderstand, zerlegen Sie den Motor und trocknen Sie die Wicklungen mit einer Heißluftpistole (Temperatur ≤ 80 °C) oder tragen Sie erneut Isolierfarbe auf (z. B. epoxidmodifizierte Isolierfarbe).
- Überprüfen Sie das Umreifungsband an den Enden der Ankerwicklungen. Ersetzen Sie loses oder beschädigtes Band durch hochtemperaturbeständige Alternativen (z. B. Glasfaserband), um vibrationsbedingten Verschleiß zu vermeiden.
3. Lager: Versteckte Risiken durch Radialkräfte und Schmierungsfehler beim Starten/Stoppen
Häufiges Starten und Stoppen stört die stabile Schmierung und den Kräftehaushalt der Lager:
- Beim Anlaufen beschleunigt der Rotor plötzlich aus dem Stillstand, wodurch zwischen dem Lagerinnenring und den Kugeln Gleitreibung (anstelle der normalen Rollreibung) entsteht. Dadurch wird der Schmierfilm zerstört, was den Verschleiß an Kugeln und Laufbahnen beschleunigt.
- Beim Starten und Stoppen neigt die Motorwelle aufgrund von Lastschwankungen zu Rundlauffehlern, wodurch die Lager zusätzlichen Radialkräften ausgesetzt werden. Mit der Zeit vergrößert sich dadurch das Lagerspiel (normale Rillenkugellager haben ein Spiel von ≤ 0,1 mm, das nach häufigen Starts und Stopps 0,2 mm überschreiten kann), was zu ungewöhnlichen Geräuschen und Vibrationen führt.
Bei der Wartung stehen „Schmiermittelmanagement“ und „Spielprüfung“ im Vordergrund:
- Verkürzen Sie das Fettwechselintervall – von 6 Monaten (bei Normalbetrieb) auf 3 Monate bei häufigen Start-Stopp-Szenarien. Verwenden Sie scherfestes Hochtemperaturfett (z. B. Verbundfett auf Lithiumbasis der Klasse 2, geeignet für -20 °C bis 150 °C) und füllen Sie 1/2–2/3 des Lagerinnenraums (zu viel Fett führt zu Überhitzung; zu wenig Fett führt zu Trockenreibung).
- Überwachen Sie die Lagergeräusche alle 200 Stunden mit einem Stethoskop. Bei Brumm- oder Klickgeräuschen den Motor sofort abschalten. Messen Sie das Lagerspiel mit einer Fühlerlehre und ersetzen Sie die Lager, wenn das Spiel 0,15 mm überschreitet.
- Stellen Sie sicher, dass die Koaxialitätsabweichung zwischen Motorwelle und Kupplung bei der Installation ≤ 0,1 mm beträgt, um die radiale Krafteinwirkung beim Starten/Stoppen zu reduzieren.
4. Elektromagnetische Bremsen: Verschleiß an Bremsbelägen und Spulen bei häufigem Bremsen
Einige Gleichstrommotoren (z. B. Fahrmotoren für Aufzüge oder Hubmotoren) sind mit elektromagnetischen Bremsen ausgestattet. Häufiges Anfahren und Anhalten erfordert ein wiederholtes Ein- und Auskuppeln der Bremse, was zu zwei Arten von Verschleiß führt:
- Bremsbelagverschleiß: Bei jedem Bremszyklus entsteht Reibung zwischen Belag und Bremstrommel. Häufiges Bremsen reduziert die Belagdicke rapide (normalerweise 5 mm; bei häufigem Start-Stopp-Verhalten kann der Verschleiß 0,5–1 mm pro Monat betragen). Sinkt die Dicke unter 2 mm, lässt die Bremsleistung deutlich nach.
- Spulenverschleiß: Häufiges Bestromen der Bremsspule erhöht den Kupferverlust. Darüber hinaus kann die Isolationsschicht der Spule durch elektromagnetische Kräfte beim Einrücken leicht beschädigt werden, was zu Kurzschlüssen führen kann.
Wartungsziele „Bremsbeläge“ und „Spulen“:
- Überprüfen Sie wöchentlich die Dicke der Bremsbeläge. Ersetzen Sie die Beläge, wenn die Dicke unter 2 mm liegt. Achten Sie dabei auf eine Kontaktfläche von ≥ 90 % zwischen Belag und Bremstrommel, um ungleichmäßige Kräfte beim Bremsen zu vermeiden.
- Messen Sie den Widerstand der Bremsspule monatlich. Bei Abweichungen vom Nennwert von mehr als 5 % ist die Spule zu zerlegen und auf Kurzschlüsse zwischen den Windungen zu prüfen. Bei Kurzschlüssen ist die Spule neu zu wickeln oder die gesamte Bremseinheit auszutauschen.
- Tragen Sie eine dünne Schicht einer verschleißfesten Hochtemperaturbeschichtung (z. B. einer Beschichtung auf Keramikbasis) auf die Oberfläche der Bremstrommel auf, um die Verschleißfestigkeit der Beläge und Trommeln zu verbessern und so die Lebensdauer der Beläge zu verlängern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei Gleichstrommotoren mit häufigen Start-Stopp-Szenarien „häufige Inspektionen und gezielte Wartung“ von Bürsten/Kommutatoren, Ankerwicklungen, Lagern und elektromagnetischen Bremsen die Komponentenausfallrate um über 60 % senken kann. Dies gewährleistet einen langfristig stabilen Betrieb und vermeidet Produktionsausfälle oder Sicherheitsunfälle durch Komponentenschäden.