Bürstendefekte verstehen
Bürstenfehler Es handelt sich um Probleme mit den Kohle- oder Metall-Graphit-Bürsten, die den elektrischen Strom zwischen den feststehenden und den rotierenden Teilen von Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren mit gewickeltem Rotor, Generatoren und Schleifringbaugruppen leiten. Zu den häufigsten Defekten zählen Bürstenverschleiß, unsachgemäßer Sitz, Ruckeln (Springen), Funkenbildung, Verschmutzung und Probleme mit der Federspannung. Jeder dieser Defekte verursacht Probleme in mehr als einem Bereich: elektrisch (schlechte Stromübertragung und Lichtbogenbildung), mechanisch (Vibration (durch das Aufprallen) und – wenn dies nicht behoben wird – Folgeschäden am Kommutator oder an den Schleifringen.
Bürstenmaschinen werden zwar nach und nach durch Wechselstrom-Induktionsmotoren verdrängt, sind aber noch lange nicht ausgestorben. Gleichstromantriebe, Motoren mit gewickeltem Rotor, Generatoren und eine Reihe von Spezialgeräten arbeiten nach wie vor mit Bürsten, weshalb das Erkennen von Bürstenfehlern nach wie vor ein zentraler Bestandteil von Diagnose von Elektromotoren and of any elektrischer Defekt Untersuchung an rotierenden Anlagen.
1. Häufige Bürstendefekte
Bürstenausfall
Ein gewisser Verschleiß ist normal, kann sich jedoch stark beschleunigen:
- Normaler Verschleiß: allmählicher Materialverlust durch Reibung – in der Größenordnung von 1–2 mm pro 1000 Stunden.
- Beschleunigter Verschleiß: verursacht durch hohe Ströme, mangelhafte Schmierung (kein schützender Kohlenstofffilm) oder Verschmutzungen.
- Symptome: Die Bürsten sind sichtbar kürzer geworden und nähern sich ihrer Mindestlänge.
- Konsequenzen: ein nachlassender Federdruck, wenn sich die Bürste abnutzt, was zu einem schlechten Kontakt und vermehrter Funkenbildung führt.
- Aktion: Ersetzen Sie das Teil, wenn es auf die Mindestlänge abgenutzt ist, in der Regel ein Drittel bis die Hälfte der ursprünglichen Länge.
Bürstenflattern (Springen)
Hier verliert die Bürste zeitweise den Kontakt zum Kommutator:
- Ursachen: unzureichender Federdruck, ein rauer Kommutator, äußere Vibrationoder einen exzentrischen Kommutator.
- Symptome: Sichtbare Funkenbildung, hörbares Summen oder Rasseln, elektrisches Rauschen
- Vibration: Das Prellen erzeugt Impulse bei der Kommutatorlamellen-Durchgangsfrequenz.
- Beschädigung: beschleunigt den Verschleiß des Kommutators und verursacht Lichtbogenschäden.
- Frequenz: Das Rattern liegt typischerweise im Bereich von 100 bis 1000 Hz.
Schlechter Sitz der Bürste
- Beschreibung: Die Bürstenfläche passt sich nicht der Wölbung des Kommutators an.
- Ursachen: neue, noch nicht eingelaufene Bürsten, unsachgemäße Montage oder eine zu harte Bürstenqualität.
- Wirkung: verringerte Kontaktfläche, hohe lokale Stromdichte und konzentrierte Erwärmung.
- Symptome: übermäßige Funkenbildung, Überhitzungsstellen und schneller Verschleiß.
- Lösung: ein ordnungsgemäßes Einlaufverfahren, die richtige Wahl der Bürstenqualität und Abziehsteine.
Kontamination
- Öl und Schmierfett: die Reibung verringern, die Bildung eines Kohlenstofffilms verhindern und elektrische Kriechströme verursachen.
- Staub: Schleifpartikel, die die Abnutzung beschleunigen Verschleiß.
- Feuchtigkeit: fördert Korrosion und beeinträchtigt den elektrischen Kontakt.
- Ablagerungen von Kohlenstoffstaub: Kann zwischen Segmenten kurzschließen oder Tracking-Pfade erstellen
Probleme mit der Bürstenfeder
- Schwache Federn: zu geringer Druck, schlechter Kontakt und Springen.
- Gebrochene Federn: Es wird überhaupt kein Druck ausgeübt, sodass die Bürste den Kontakt verliert.
- Falscher Druck: Ist er zu hoch, führt dies zu übermäßigem Verschleiß; ist er zu niedrig, führt dies zu schlechtem Kontakt.
- Korrosion: Korrodierte Federn verlieren ihre Elastizität.
Funkenbildung und Lichtbogenbildung
- Sichtbare Funken an der Schnittstelle zwischen Bürste und Kommutator.
- Zu den Ursachen zählen Rattern, schlechter Kontakt, Überlastung und Schäden am Kommutator.
- Der Schaden schreitet fort und führt zu Lochfraß an der Kommutatoroberfläche.
- Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Überschlag – einem Lichtbogen, der mehrere Segmente überbrückt.
2. Schwingungssignaturen
Bürstenbedingte Vibrationen
- Rattern: Hochfrequente Schwingungen im Bereich von 100 bis 1000 Hz, wenn die Bürste prellt.
- Frequenz der Kommutatorlamellen: Anzahl der Kommutatorlamellen × Drehzahl / 60.
- Elektrische Oberschwingungen: a family of Harmonische durch Lichtbogenbildung und wiederholte Stromunterbrechungen.
- Breitbandiges Rauschen: durch Funkenbildung erzeugte zufällige Hochfrequenzanteile.
- Amplitudenmodulation: tritt auf, wenn die Exzentrizität dazu führt, dass der Anpressdruck einmal pro Umdrehung schwankt.
Sekundäre mechanische Effekte
- Durch die Bürstenreibung wirken auf den Kommutator tangentiale Kräfte.
- Ein ungleichmäßiger Bürstenverschleiß kann dazu führen, dass Unwucht-artige Symptome.
- Ein asymmetrischer Federdruck kann die Zentrierung des Rotors beeinträchtigen.
Da sich einige dieser Signaturen in ihrer Frequenz mit echten mechanischen Fehlern überschneiden, sind Probleme mit den Bürsten eine klassische Ursache für Verwirrung bei der Diagnose – ein Grund, stets die Frequenz des Kommutator-Stabdurchgangs zu überprüfen, bevor man die Lager dafür verantwortlich macht.
3. Nachweisverfahren
Visuelle Inspektion
- Bürstenlänge: Messen Sie die verbleibende Länge und ersetzen Sie den Teil, der unter dem Mindestmaß liegt.
- Kontaktfläche: Sie sollte glatt sein und sich der Wölbung des Kommutators anpassen.
- Funkenbildung: Beobachten Sie das Gerät in einem abgedunkelten Raum – leichte Funkenbildung ist normal, starke Funkenbildung ist ein Problem.
- Kontamination: Auf Öl-, Staub- und Rußablagerungen prüfen.
- Federzustand: Überprüfen Sie, ob die Federn unbeschädigt sind und die richtige Spannung liefern.
Elektrische Tests
- Kontaktwiderstand der Bürste: sollte niedrig sein und bei allen Bürsten einheitlich bleiben.
- Federkraft: mit einer Federwaage messen – in der Regel 1,5–3,5 psi Anpressdruck.
- Spannungsabfall: über die Schnittstelle zwischen Bürste und Kommutator, normalerweise weniger als 1 V pro Bürste.
Schwingungs- und Akustikverfahren
- Hochfrequenz Beschleunigungsmesser Messungen zur Erfassung der Auswirkungen von Rattern.
- Schallemission zur Erkennung von Lichtbogenbildung.
- Ultraschallüberwachung bei Koronaentladung oder Kriechstrom.
- Spektralanalyse um die Frequenz der Kommutatorschiene zu isolieren.
Wärmebildgebung
- Heiße Bürsten deuten auf einen schlechten Kontakt oder eine Überlastung hin.
- Heiße Stellen am Kommutator deuten auf lokale Probleme hin.
- Thermografie kann ein Temperaturungleichgewicht zwischen den Bürstensätzen aufzeigen.
4. Messung von Bürstenvibrationen im Feld
Wenn der Verdacht besteht, dass eine Bürstenmaschine rattert oder Lichtbögen bildet, empfiehlt sich als praktischer Test eine Messung der Hochfrequenzschwingungen am Bürstengehäuse. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A ermöglicht es Ihnen, das Spektrum zu erfassen und festzustellen, ob die Energie mit der Kommutatorlamellenfrequenz oder mit einem breitbandigen Funkenbild übereinstimmt. In Verbindung mit einer Sichtprüfung in einem abgedunkelten Raum und einem Spannungsabfalltest hilft dies dabei, einen echten Bürstendefekt von einem unabhängigen Lager- oder Auswuchtproblem zu unterscheiden – und nach dem Einbau neuer Bürsten zu überprüfen, ob der Hochfrequenzanteil wieder auf den Ausgangswert gesunken ist. Die Verfolgung dieser Messwerte innerhalb eines Zustandsüberwachung Das Programm verwandelt einen reaktiven Austausch in einen geplanten.
5. Wartung und Korrektur
Routinemäßige Bürstenwartung
- Prüfintervalle: monatlich für kritische Maschinen, vierteljährlich für allgemeine Anwendungen – eine ideale Lösung für routenbasierte regelmäßige Überwachung.
- Reinigung: Saugen Sie den Kohlenstaub ab und reinigen Sie die Oberfläche des Kommutators.
- Längenprüfung: Ersetzen Sie die Bürsten, sobald sie die Mindestlänge erreicht haben.
- Federvorspannung: Überprüfen Sie, ob der Druck korrekt ist.
- Zustand des Kommutators: Auf Riefen, Lochfraß und hervorstehende Stellen prüfen.
Bürstenwechsel
- Verwenden Sie die für die jeweilige Anwendung geeignete Güteklasse – wenden Sie sich an den Hersteller.
- Ersetzen Sie alle Bürsten eines Satzes gleichzeitig.
- Achten Sie darauf, dass die Bürstenhalter richtig sitzen.
- Lassen Sie neue Bürsten 24 bis 48 Stunden einlaufen, damit sie sich vollständig setzen können.
- Überprüfen Sie den Federdruck nach dem Einbau erneut.
Kommutatorwartung
- Regelmäßig mit zugelassenen Lösungsmitteln oder Reinigungssteinen reinigen.
- Drehen Sie den Kommutator (maschinell), wenn er Rillen aufweist oder rau ist.
- Schneiden Sie den Glimmer an den angegebenen Stellen zwischen den Stäben ein.
- Achten Sie auf hochstehende Lamellen, lose Lamellen und beschädigte Segmente.
6. Bewährte Verfahren zur Prävention
Betriebspraktiken
- Halten Sie sich an den Nennstrom, um die Erwärmung der Bürsten zu begrenzen.
- Vermeiden Sie zu häufiges Anlaufen – der Anlaufstrom belastet die Bürsten.
- Halten Sie die Umgebung sauber, um eine Kontamination zu vermeiden.
- Achten Sie auf die Luftfeuchtigkeit; sowohl zu trockene als auch zu feuchte Luft beeinträchtigen den Kontakt.
Auswahl und Design
- Wählen Sie eine für die Stromdichte geeignete Bürstenqualität – weich oder hart.
- Stellen Sie eine ausreichende Anzahl von Bürsten für den Strom bereit.
- Verwenden Sie eine geeignete Bürstenhalterung.
- Erwägen Sie bürstenlose Alternativen für Neuinstallationen
Bürstenfehler sind zwar spezifisch für Gleichstrom- und Schleifringläufer-Maschinen, stellen jedoch wichtige Wartungspunkte dar, bei denen sich regelmäßige Inspektionen und ein rechtzeitiger Austausch auszahlen. Ein klares Verständnis der Verschleißmechanismen, eine solide Wartungspraxis und das Erkennen der Diagnosesymptome sorgen dafür, dass Bürstenmotoren zuverlässig laufen – und verhindern die elektrischen und mechanischen Schäden, die durch vernachlässigte Bürsten entstehen.
