Dimensionierung eines Wellenerdungsrings

[Sebastian (basti24091996)]

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

[Harald K. (kirnbichler)]

Sebastian schrieb:
> 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.

Was meinst Du, wieviele Umdrehungen dieses Konstrukt übersteht? Mehr als 
zehn?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Sebastian schrieb:
> Welche Phänomene kann ich noch nutzen, um beispielsweise auf die
> notwendige Anzahl von Fasern oder Faserdurchmesser zu schließen?
Ich werfe mal den Corona-Effekt ins Rennen. Darüber hinaus sind 
mechanische Effekte sicher auch interessant, denn es bringt nichts, wenn 
die Elastizität der Fasern nicht ausreicht, die genannten Bedingungen 
sicherzustellen. Hast du darüber hinaus auch schon visuelle Phänomene 
verwendet und mal angeschaut, wie die Markbegleiter dieses Problem 
lösen?

Harald K. schrieb:
> Was meinst Du, wieviele Umdrehungen dieses Konstrukt übersteht?
Naja, manche leben vom Verkauf solcher Teile:
- https://www.google.com/search?q=Wellenerdungsring

[Martin S. (mmaddin)]

Lothar M. schrieb:
> Naja, manche leben vom Verkauf solcher Teile:

Warum dann nicht einfach kaufen?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Martin S. schrieb:
> Warum dann nicht einfach kaufen?
Klassisches Henne-Ei-Problem: irgendwer muss die Dinger ja auch 
entwickeln...

[Rainer D. (rainer4x4)]

Man muss erstmal fragen um welche Motoren an welchen Maschinen es geht?
Bei kleinen Motoren an mäßig benutzten Maschinen lohnt sich der Aufwand 
kaum.
An den Metallbearbeitungsmaschinen in der Firma altern die FU 
betriebenen Motoren seit vielen Jahren in Würde, ohne das sie gleich 
ausfallen. Dito an meinen Maschinen. Ich käme nicht im Traum darauf die 
Motoren umzubauen. Eher wechsel ich alle x Jahre die Lager. War bisher 
in zehn Jahren auch noch nicht erforderlich.


Ach so, einfach mal schauen um welche Dimensionen es hier geht:
Lothar M. schrieb:
> Harald K. schrieb:
>> Was meinst Du, wieviele Umdrehungen dieses Konstrukt übersteht?
> Naja, manche leben vom Verkauf solcher Teile:
> - https://www.google.com/search?q=Wellenerdungsring
AEGIS® SGR
Einsatzgebiet:
AC < 600 V bis zu 375 kW
DC < 225 kW

AEGIS® iPRO
Einsatzgebiet:
AC > 600 V oder > 375 kW
DC < 225 kW

AEGIS® WTG
Einsatzgebiet:
Generatoren von Windkraftanlagen

[Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)]

Lothar M. schrieb:
> Naja, manche leben vom Verkauf solcher Teile:

Und manche davon geben sogar Infos zu dem Thema preis: z.B.:
- 
https://www.hsa.de/wp-content/uploads/2021/10/HSA_AEGIS_Lagerschutz_Handbuch_V3_9_Stand_10_2021.pdf

[Jörg K. (joergk)]

Oder man löst es so, wie viele andere auch: Isolierte Lager, dann ist 
Ruhe.
Haben wir bei FU-gespeisten Maschinen von 50..500kW an sehr langen 
Leitungen (das erhöht die Spannungsbelastung noch einmal) gemacht - 
keine Probleme.

Jörg

Soll tatsächlich statische Ladung abgeführt werden, würde ich einen 
Schleifring und eine passende Kleinkohle samt Halter nehmen. 
Millionenfach in Lichtmaschinen (klein) und Schleifringläufer-Motoren 
(groß) im Einsatz.

[H. H. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> Warum dann nicht einfach kaufen?
> Klassisches Henne-Ei-Problem: irgendwer muss die Dinger ja auch
> entwickeln...

Beim TE klingt das ehr nach Hausaufgabe.

[Christian M. (likeme)]

Kugellager aus Plastik?

[Rainer W. (rawi)]

Sebastian schrieb:
> Dabei ist zwischen Faserspitze und Wellenoberfläche ein Luftspalt von
> 2nm bis 5 Mikrometer.

Weißt du, wieviel ein Nanometer ist?
So ein Motor ist ein mechanisches Teil und da kannst du dich 
ausgesprochen glücklich schätzen, wenn du im einstelligen 
Mikrometerbereich landest.
Köpfe von Festplatten fliegen etwa um die 5nm über der Platte.