Elektromotor

Was einen Schiffselektromotor auszeichnet

Ein Elektromotor wandelt elektrische Leistung aus der Schaltanlage oder von einem Frequenzumrichter in Wellenleistung um, und auf einem typischen Schiff ist er die am häufigsten vorhandene rotierende Maschine an Bord: Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Separatoren, Rudermaschinen, Winden und Krane sind alle auf einen angewiesen. Industriemotoren sind für eine trockene, gemäßigte Fabrikhalle gebaut. Auf einem Schiff steht dieselbe Maschine im Maschinenraum bei hoher Umgebungstemperatur und Ölnebel oder auf dem offenen Deck in der Gischt, verschraubt mit einem Rumpf, der vibriert. Schiffsausführungen unterscheiden sich deshalb in den Details, die über die Lebensdauer entscheiden: Isoliersystem, Gehäuse, Korrosionsschutz, Lagerauslegung und Kühlungsanordnung.

Hauptbauarten

• Käfigläufer-Asynchronmotoren - das Standardarbeitspferd für Hilfsantriebe; einfach und robust, ohne Bürsten oder Schleifringe, die gewartet werden müssen
• Schleifringläufermotoren - in älteren Anlagen zu finden, in denen ohne Umrichter ein gesteuertes Anlaufmoment oder eine Drehzahlsteuerung gebraucht wurde
• Permanentmagnet-Synchronmotoren - kompakt und effizient, zunehmend für Strahlruder, Pods und elektrischen Antrieb eingesetzt und stets am Umrichter betrieben
• Gleichstrommotoren - an älteren Winden, Kranen und Altantrieben weiterhin vorhanden; Kommutator und Bürsten erfordern regelmäßige Aufmerksamkeit
• Explosionsgeschützte (Ex-)Motoren - zertifizierte Gehäuse für gasgefährdete Bereiche wie Pumpenräume und Tankerdecks, wobei das Schutzkonzept zur Zone und Gasgruppe passen muss

Hauptkomponenten

• Statorwicklung und Isoliersystem, der Teil, der die thermische Grenze der gesamten Maschine bestimmt
• Läufer mit Käfig oder Magneten, ausgewuchtet für den Drehzahlbereich, den er durchlaufen wird
• Lager und deren Schmieranordnung, bei größeren Maschinen entweder lebensdauergeschmiert, nachschmierbar oder ölgeschmiert
• Klemmenkasten mit Kabeleinführungsplatten und Dichtungen, dimensioniert für das Kabel und die Anschlussart
• Kühlung: ein auf der Welle sitzender Lüfter bei eigenbelüfteten Maschinen oder ein separater motorgetriebener Lüfter, wenn der Motor unter Last mit niedriger Drehzahl laufen muss
• Stillstandsheizungen gegen Kondensation und Wicklungstemperaturfühler, meist PT100-Elemente oder Thermistoren

Auswahl und Dimensionierung

• Leistung und Drehmoment für die angetriebene Maschine, einschließlich der Anlaufbeanspruchung: Lasten mit hohem Trägheitsmoment wie große Lüfter benötigen einen langen Hochlauf, der den Läufer erwärmt
• Versorgungsspannung, Frequenz und Polzahl, abgestimmt auf die Schaltanlage oder den Umrichter
• Betriebsart, Dauerbetrieb oder aussetzend, wie in IEC 60034-1 definiert; Winden und Krane sind keine Dauerlasten
• Gehäuseschutzart und Kühlverfahren, siehe IEC 60034-5 und IEC 60034-6
• Isolierstoffklasse und zulässige Übertemperatur, mit Reserve für die Umgebung im Maschinenraum statt für die übliche Laborreferenz
• Bauform und Baugröße, damit ein Ersatzmotor auf das vorhandene Fundament und die vorhandene Wellenhöhe passt
• Bei umrichtergespeisten Maschinen: Bestätigung, dass Isolation und Lager für den Umrichterbetrieb geeignet sind

Vorschriften und Klasse

Motoren für wesentliche Betriebssysteme müssen nach den Regeln der Klassifikationsgesellschaft gebaut und geprüft werden. Größere Maschinen benötigen in der Regel ein Klassezeugnis, das nach einer abgenommenen Prüfung ausgestellt wird, während kleinere auf Grundlage einer Typzulassung oder eines Werksprüfberichts des Herstellers akzeptiert werden. Die Normenreihe IEC 60034 legt Bemessungsdaten, Gehäuseschutz, Kühlung und Prüfverfahren fest, und die Normenreihe IEC 60092 behandelt elektrische Anlagen auf Schiffen. Ex-Motoren tragen zusätzlich eine Zertifizierung nach IECEx oder ATEX für die Zone, in der sie eingebaut sind, und die Kennzeichnung auf dem Leistungsschild muss mit der Zeichnung der explosionsgefährdeten Bereiche abgeglichen werden.

Typische Störungen

• Lagerausfall durch gealtertes Fett, zu viel oder zu wenig Schmierung oder, bei umrichtergespeisten Maschinen, durch zirkulierende Lagerströme, die Riffelbildung auf den Laufbahnen verursachen
• Durchschlag der Wicklungsisolation nach Feuchtigkeitseintritt, wenn der Motor ohne eingeschaltete Stillstandsheizung stillstand
• Überhitzung durch einen blockierten Kühlluftweg, einen ausgefallenen Fremdlüfter oder einen überlasteten Antrieb
• Beschädigte Läuferstäbe oder ein gelockerter Läufer nach wiederholten schweren Anläufen, erkennbar an Vibration, Geräuschen und sinkender Drehzahl
• Probleme am Klemmenkasten: lose Anschlüsse, verhärtete Dichtungen und Wasser im Kasten
• Kupplungsfluchtfehler, der Lager und Wellendichtungen verschleißt, lange bevor der Motor selbst ausfällt

Worauf bei einem Lieferanten zu achten ist

• Ein Klassezeugnis oder eine Typzulassung, die zu Baugröße, Leistung und Gehäuse der bestellten Ausführung passt
• Leistungsschilddaten (Leistung, Spannung, Frequenz, Drehzahl, Betriebsart, Gehäuse, Isolierstoffklasse), die mit dem zu ersetzenden Gerät übereinstimmen, oder schriftlich dokumentierte Abweichungen
• Bei Umrichterbetrieb eine Herstellererklärung zur Isolationsfestigkeit und zum Lagerschutz
• Lager, Lüfter, Dichtungen, Stillstandsheizungen und Drehgeber als Ersatzteile für diese Baugröße
• Bei Ex-Motoren das Zertifikat mit der vollständigen Kennzeichnung, nicht nur der Begriff explosionsgeschützt

Vor jedem Wiederanlauf nach längerer Stilllegung den Isolationswiderstand messen und aufzeichnen. Ein einzelner Messwert sagt wenig, doch der Verlauf über die Jahre zeigt eine feuchte oder alternde Wicklung, lange bevor sie auslöst.