BEN Buchele Elektromotorenwerke GmbH

Die Schockfestigkeit eines Motors wird über die g-Kräfte definiert, die der Motor unter Schockeinwirkung aushalten muss. Erschütterungen, Stöße und Schläge erzeugen teils hohe g-Kräfte, ein Vielfaches der Erdbeschleunigung. Je nach Anwendung und Branche müssen Elektromotoren entsprechend ausfallsicher ausgelegt sein, damit sich durch diese Krafteinwirkung keine Bauteile lösen oder Funktionen beeinträchtigt werden.

Schockfestigkeitskategorien

BEN Buchele klassifiziert schockfeste Motoren in drei Kategorien – Standard, mittlere Belastung und hohe Belastung – und konstruiert die Motoren entsprechend robust. Im Standardbereich, der Belastungen bis 15g bei einer Dauer von sechs oder zwölf Millisekunden umfasst, sind keine Sondermaßnahmen nötig. Graugussmotoren des Unternehmens werden inklusive aller Bauteile, wie Lager oder Flansche, bereits so stabil konstruiert, dass sie der Beanspruchung sicher standhalten.

In mittleren Bereich von 15 bis 25g (bei gleicher Dauer) werden bessere, hochfeste Schrauben verwendet, um alle Bauteile zusammenzuhalten. Darüber hinaus wird die Wicklung als Herzstück des Motors mit verbesserten Materialien behandelt und geschützt, sodass die erhöhten Schockbelastungen keinen Einfluss auf die einzelnen Drähte nehmen.

Maßnahmen für Motoren, die eine Schockfestigkeit von mehr als 25g benötigen, werden individuell geprüft. In der Regel kommt hier Sphäroguss für Gehäuse und Bauteile zum Einsatz, das aus einem Kugelgraphit besteht und aufgrund seiner Struktur plötzliche Stöße besser dämpfen und ableiten kann, ohne zu brechen. Auch Stahlteile aus hochfestem Stahl werden teilweise genutzt. Zusätzlich können Sonderlager, wie Zylinderrollenlager gewählt werden, um auch hier mehr Stabilität zu gewährleisten. Die gesamten Spezifikationen müssen bei derlei Belastungen für die Materialwahl berücksichtigt werden: Betriebsart, Laufzeit, Drehzahl etc.

Beispielbranchen Marine und Stahlindustrie

Im Schiffsbereich sind häufig schockfeste Motoren gefordert, sowohl für Mooring- und Ankerwinden als auch für Pumpenmotoren an oder unter Deck. Schockfestigkeit wird von Schiffsgesellschaften anhand bestimmter Normen vorgegeben, um im Ernstfall bei einem Beschuss o.Ä. Sicherheit an Bord zu gewährleisten. Die Maßgabe ist, dass sich bei einer Schockeinwirkung keinerlei Bauteile lösen und umherfliegen dürfen; es geht dabei weniger um den Erhalt der Funktionsfähigkeit der Motoren. Bei kleineren Schiffen, wie Patrouillenbooten oder Versorgerschiffen, sind die Anforderungen an die Schockfestigkeit geringer (ca. 15 bis 20g); auf Kundenwunsch fertigt BEN Buchele Motoren aber auch bei diesen Standardwerten aus Sphäroguss, um eine erhöhte Sicherheit zu gewährleisten. Bei großen Fregatten ist häufig eine Schockfestigkeit von bis zu 100g gefordert, bei der individuell geprüft wird, welche Materialien, Schrauben und Lager für den jeweiligen Motor infrage kommen.

In der Stahlindustrie liefert das Unternehmen z. B. schockfeste Motoren, die große Schmiedehämmer zur Stahlbearbeitung antreiben. Hier geht es nicht um punktuelle Schocks, sondern um permanente Stöße, die dauerhaft auf das ganze System und damit auch die Motoren übertragen werden. Die g-Kräfte werden hier mit 30g angegeben, sodass höchste Vorkehrungen nötig sind: Sphäroguss für alle umhüllenden Bauteile, verstärkte Lager und ggf. eine höhere Festigkeit der Schrauben. Wichtig ist in Anwendungen mit permanenter Schockbelastung, nicht nur ein Auseinanderbrechen des Motors zu verhindern, sondern eine dauerhafte Funktionsfähigkeit des Motors zu gewährleisten.

Schockprüfungen

Auf Kundenwunsch führt der Elektromotorenhersteller Prüfungen für die Schockfestigkeit von Motoren durch. Beispielhaft sei hier die Prüfung für einen Schiffsausrüster erwähnt, für den gemeinsam mit einem zertifizierten Prüfinstitut ein Motor der Baugröße 225 geschockt und die Auswirkungen auf kritische Stellen überprüft wurde – z. B. am Guss, an den Schraubenverbindungen oder an den Stahlteilen.

Im Normalfall wirken Schocks aus drei Richtungen auf ein Objekt ein, sodass Klassifikationsgesellschaften die maximalen g-Kräfte aus drei Richtungen angeben: vertikal, transversal und longitudinal. Vertikal waren in diesem Beispiel 39g gefordert, transversal 26g und longitudinal 20g, eine mittlere bis höhere Belastung. Ausgelegt wurde der Motor mit Sphäroguss und Stahlbauteilen. BEN Buchele baute ein Prüfgestell, auf dem der Motor eingehängt und über eine Dreheinrichtung in sämtliche Lagen gebracht wurde, um aus den drei verschiedenen Richtungen zu schocken. Das bedeutete, dass der Motor auf dem Gestell hochfuhr und mit Kraft nach unten fiel, um die g-Kräfte nachzuempfinden. Der Test brachte noch einmal wertvolle praktische Erkenntnisse, die die Auslegepraxis bestätigten. Für andere Baugrößen und g-Kräfte führt das Unternehmen auf Kundenwunsch ebenfalls Schockprüfungen durch.

Bildinfo: Unterwassermotor für den Antrieb einer Törnmaschine für eine Tauchtiefe von bis zu 10 m in einem Zeitraum von bis zu vier Tagen, ausgelegt für eine Schockfestigkeit von 100g, jedoch ohne Funktionsfähigkeit nach Schockeinwirkung. Alle Bauteile des Motors wurden aus Stahl gefertigt und sind mit hochfesten Schrauben befestigt.