Elektromotor 55)
Elektromotoren-Glossar-Blog Windungsschluss

Was ist ein Windungsschluss beim E-Motor? Wie entstehen
Schäden durch Hitze, Vibrationen & Spitzen-Spannung?

Alles zu Ursachen & Schutz um ein zu schränken, davor.

Ein Windungsschluss gehört zu den häufigsten Ursachen für den
Ausfall von Elektromotoren. Wenn die Isolation der Kupferdrähte versagt, schlägt
die Spannung durch. Wir erklären die physikalischen Hintergründe, typische
Auslöser wie Hitze und Mikro-Bewegungen sowie präventive Qualitätsmaßnahmen.

Elektromotoren-Glossar-Blog Windungsschluss ... Motortod

Im Inneren eines Elektromotors befinden sich spulenartig gewickelte, isolierte
Kupferdrähte. Je nach Polzahl liegen in den Statornuten und den Wickelköpfen
zahlreiche Drahtwindungen dicht nebeneinander. Bei einem 2-poligen
Drehstrommotor arbeiten bereits mindestens 6 Wicklungsstränge auf engstem Raum
zusammen, bei 4-poligen Motoren entsprechend 12 Wicklungen.


Spannungsverhältnisse und Unterscheidung zum Erdschluss

Im Betrieb treten erhebliche elektrische Potenziale auf. Gegenüber dem
geerdeten Gehäuse (Masse) liegt eine Effektivspannung von 230 Volt an.
Zwischen den einzelnen Spulendrähten verschiedener Phasen wirken hingegen 400
Volt Effektivspannung. Da es sich um Wechselspannung handelt, liegen die
tatsächlichen Scheitel- und Spitzenwerte der Sinuskurven noch deutlich höher
(über 300 Volt gegen Masse und über 700 Volt zwischen den Phasen).

Tritt ein Isolationsfehler zwischen Draht und Gehäuse auf, spricht man von
einem Erdschluss (bei 230 V Gegenmasse). Schlägt die Spannung dagegen direkt
zwischen zwei Drähten innerhalb der Wicklung durch, handelt es sich um einen
Windungsschluss.


Ursachen: Wie entsteht ein Windungsschluss?

1. Thermische Überlastung: Die Kupferdrähte sind mit einem Schutzlack auf
Polyesterbasis überzogen (meist Isolationsklasse F bis 155 °C). Erwärmt sich
der Motor durch Überlastung über diesen Grenzwert, verliert der Lack seine
Isolationsfähigkeit. Es entsteht ein Leckstrom, der zu lokaler Hitzeentwicklung
führt. Dieser Kaskadeneffekt verstärkt sich selbst, bis die Wicklung mit einem
Durchschlag zerstört wird.

2. Mechanische Reibung durch Mikro-Bewegungen: Das im Betrieb entstehende
Magnetfeld erzeugt Sinusschwingungen. Neben den spürbaren Makro-Vibrationen des
gesamten Motors bewegen sich die einzelnen Kupferdrähte im Wickelkopf minimal
gegeneinander (Mikro-Bewegungen). Durch das dauerhafte Aneinanderreiben kann die
dünne Lackschicht beschädigt werden.


Prävention und Qualitätssicherung bei AQ Pluss Motoren

Um diese Schwachstellen effektiv zu minimieren, setzt AQ Pluss auf bewährte
fertigungstechnische Schutzmaßnahmen:

Zusätzliche Phasenisolation: An den kritischen Kreuzungspunkten im Wickelkopf
– dort wo die höchsten Potenzialdifferenzen anliegen – werden hochwertige
Isolationsplättchen als Trennschicht eingelegt.

Vakuumtränken und Aushärtung: Nach dem Wickeln und Bandagieren kommen die
Statoren in einen Tränkbottich. Durch das Absaugen der Luft (Vakuumtränken)
dringt das flüssige Tränkharz vollständig in alle Poren und Zwischenräume
zwischen den Drähten ein. Anschließend härten die Statoren über Nacht im
Trockenofen aus. Es entsteht ein starrer, fester Wicklungskörper, der
mechanische Relativbewegungen der Drähte wirksam unterbindet.


Fazit und Lebensdauer von Wicklungen

Trotz moderner Werkstoffe und präziser Verarbeitung setzen Hitze, Feuchtigkeit,
Schmutz, Mikro-Vibrationen und Spannungsspitzen der Isolation im Laufe der
Jahre zu. Tritt ein Defekt kurz nach Inbetriebnahme ohne Überlastung auf,
liegt meist ein Gewährleistungsfall vor. Kommt es erst nach jahrelangem,
klaglosem Betrieb zum Durchschlag, handelt es sich um den natürlichen
Alterungsprozess des Motors.

AQ Pluss nutzen – bringt jahrelang Nutzen!!

Elektromotoren Glossar Blog, Windungsschluss, die Bilder ( Praxis ... Bilder direkt von der Werkbank):

Der Windungsschluss beim Elektromotor baut sich meist langsam auf, bis zum Motortod - Ende.

Im Bild die mögliche Wickelkopfentwicklung, oben die Wicklung äußerlich intakt, nichts zu

sehen, drunter verfärbt sich langsam die Wicklung, das Kupfer wird heiß der Lack

änderst sich auf den Kupferdrähten, ganz unten viele fehlerhafte Verbindungen,

die Wicklung überhitzt massiv, verbrennen vom Drahtlack ...

Wicklung durchgerannt = Motortod.

Bild füge ich ein.

Elektromotoren-Glossar-Blog Windungsschluss

Elektromotoren haben im Inneren isolierte Kupferdrähte zu Spulen zusammengerollt, gewickelt ist der umgangssprachliche Begriff, der englische Coils. Diese Wicklungen, bei Drehstrommotoren mindestens 6 (2-polig = 1 Polpaar = „Nord + Süd“ = 3-Phasen-Wechselstrom) also mal 3, in Summe minimal 6. Also 6 Wicklungen bei 2-polig, 12 Wicklungen bei 4-polig usw. Alle sind mit einer verschlungen, in den Wickelköpfen A (vorne am E-Motor) und B (hinten am E-Motor). In den Nuten (die Schlitze im Blechpaket) laufen mehrere parallel, je nach Wicklungsart (Einschicht- oder Zweischicht-Wicklungen). Durch dieses Verschlungene und parallel laufen ergeben sich sehr viele Berührungspunkte und Berührungsflächen (die Drähte laufen nebeneinander). Wir haben es hier mit 230 und 400 V zu tun, 230 V Kupferdrähte gegen „Masse“, also Gehäuse und 400 V gegeneinander, also Spulendrähte zu Spulendrähte. Ein paar „flache“ Stichpunkte zur Physik, die 230 V und 400 V sind Effektivwerte, die Spitzenwerte sind höher und nimmt man noch die maximalen (plus / minus) Werte der 3 Schubkurven dazu, kommen noch erheblich höhere Werte heraus.

Bei 230 V gegen Masse (Erde) über 300 V, bei 400 V (gegen Masse geht nicht), aber gegeneinander sind es über 700 V. Die beiden Werte sind Merkwerte, die genauen kann man natürlich errechnen, aber für hier zu viel Physik. Die beiden Spannungen sind also im Wechsel (Wechselstrom) mal positiv, mal negativ, im Auf und Ab 50 Mal pro Sekunde (50 Hz) gegeneinander aktiv. Mehr inaktiv, sind sie aktiv, dann haben wir nämlich den Windungsschluss.

Windungsschluss die 400 V gegeneinander, Erdschluss die 230 V gegen Gehäuse (Erde oder auch als Masse bezeichnet). Soweit der Vorspann, wie kommt es jetzt zum Windungsschluss?

Die Kupferdrähte haben einen Isolationslack (Schutzlack aus Polyester) in Isolationsklasse F hält der mindestens 155 Grad aus. Wird es mehr, beginnt der Lack seine Isolationsfähigkeit zu verlieren, der „Druck“, die Spannung fängt an, einen Strom durch die geringere Isolation zu treiben, ein Ketteneffekt, es wird immer größer, es wird immer heißer, bis wir irgendwann beim „Knall“ sind, die Wicklung ist durchgeschlagen, wir haben einen Windungsschluss.

Ein anderes Szenario spielt sich eher in den Wickelköpfen ab, hier haben wir die höchsten Spannungsdifferenzen (Potenziale) gegeneinander. An den kritischen Stellen setzt AQ Pluss Motoren natürlich zusätzliche Isolationsplättchen dazwischen (Phasenisolation / Phasentrenner sagt der Fachmann), ein Qualitätsmerkmal, bei uns selbstverständlich.

Zurück zum Szenario in den Wickelköpfen, in denen die Wicklung ja sehr verschlungen ist. Die Strompulse im Sinusrhythmus erzeugen ja die erforderlichen Magnetfelder, dass sich der Rotor dreht. Dass ein E-Motor vibriert, das haben Sie sicher schon einmal bemerkt, diese Makro-Bewegungen müssen auch die Kupferdrähte abbekommen, dazu kommen noch die Mikro-Bewegungen der Drähte an sich, auch die bewegen sich minimal ohne die äußeren Schwingungen schon. Die Drähte reiben aneinander, mal mehr, mal weniger, dass es bei weniger bleibt, dafür werden die Wicklungen getränkt, d. h. Eintauchen in einen Bottich mit flüssigem Harz „klebt“ alles zusammen, so die einfache Version.

Genauer beschrieben geht so, zumindest bei AQ Pluss Motoren. Sind alle Wicklungen (Kupferdrahtspulen) in den Nuten eingelegt und die beiden Wickelköpfe geformt und mit Band bandagiert, kommen diese in einen Bottich, den Tränkbottich. Da bleiben sie erst mal drinnen. Dann kommt ein Verfahren, das bei uns (AQ Pluss) zum Qualitätsanspruch gehört, die Luft wird nämlich aus dem Bottich abgesaugt (der Fachmann sagt Vakuumtränken dazu). Der Vorteil, die Luft zwischen den Drähten wird abgesaugt, das Tränkharz kann wesentlich besser in die Zwischenräume.

Im Endeffekt kleben die isolierten Kupferdrähte so zusammen, dass sie sich „fast“ nicht mehr bewegen. Nach dem Tränken im Bottich werden die Statoren mit den neuen Wicklungen und dem Tränkharz über Nacht in einen Trockenofen gestellt. Unter Wärmeeinwirkung des Ofens härtet das Tränkharz aus, es bildet sich eine „verkrustete“ Wicklung, die Wickelköpfe werden starr.

Die Makro-Bewegungen sind somit weitgehend unschädlich, die Mikro-Bewegungen werden gemindert, sodass auch da eine höhere Sicherheitsstufe gilt. Soweit der Vorspann für den Windungsschluss ohne Wärmeeinwirkung (hatten wir vorher schon).

Trotz allem, trotz des aufwendigen Procederes, kommt es zu Windungsschlüssen und Erdschlüssen. Die Technik ist nicht 100 %, ebenso wie die Natur ist es auch nicht möglich, Technik unfehlbar zu machen. Nur zu optimieren, soweit es geht. Das bedeutet sorgfältiger arbeiten, qualitativ gutes Material benutzen und alles an präventiven Maßnahmen ausschöpfen, was halt machbar ist, wobei die Kosten mit im Blick gehalten werden müssen.

Fazit Thema Windungsschlüsse: Hitze, Schmutz, Schwingungen, Mikro-Bewegungen und elektrische Probleme (Koronarentladungen sollte man mal gehört haben) setzen den E-Motor-Wicklungen dauernd zu. Irgendwo, möglich bei mehreren Verkettungen von „Problemchen“, schlägt dann die Spannung durch und der Strom zerstört, weil er da nicht hingehört.

Geht es schnell nach kurzer Zeit (außer Überlastung mit Hitze), dann ist es eine Gewährleistung, geht es langsam (meistens), dann ist es nach Jahren des störungsfreien Betriebs ein Alterungsprozess.

AQ Pluss nutzen – bringt „jahrelang“ Nutzen!!

Interner Vermerk Überschrift ( lfd Nr ohne ) Elektromotor Windungsschluß

E Motor Linkliste als Procductplacement für AQ Pluss Motoren

  Ps.:

Info Link zu ......................................  Elektromotoren finden leicht gemacht 
Es hilft Ihnen ihren defekten Elektromotor mit der Norm ab zu gleichen,

paßt Ihrer in die Norm, dann  gibt es einen Ersatzmotor, auch bei
AQ Pluss Motoren.

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Suchen Sie eine Elektromotor für eine, z.B neue Problemlösung deren 
Anwendung noch offen ist, dann hilft Ihnen unsere Suchassistent

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kommen Sie in eine heiße Umgebung, dann sind die Normmotoren

schnell am Ende, 40 Grad Celsius und 50 Grad Cesius, dann 

ist Ende, die HTM von AQ Pluss können es viel heißer.

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zu reparieren, auf dieser Internetseite haben wir eine große Anzahl von 

E Motoren-Bildern die Ihnen zeigen - bei diesen geht es auch.  

Diese Linksammlung fügen wir jedem Blogbeitrag ab sofort als Ps. bei.

Wir hoffen das es bei der Problemlösung hilft und wir darüber 

hinaus ebenfalls helfen können.

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