Ausfälle von Elektromotoren: die Grundursache aus dem Schadensbild ermitteln und über Reparatur oder Austausch entscheiden

In einer Mühle brannte derselbe Elevatormotor innerhalb eines Jahres dreimal durch. Jedes Mal ging der Motor zum Wickler, die Wicklung wurde erneuert und der Motor wieder eingebaut. Beim vierten Ausfall öffnete der Wickler den Motor und zeigte, dass nur eine Phase der Wicklung verkohlt war, die anderen beiden waren nahezu intakt. Das Problem lag nicht im Motor, sondern an einem lockeren Schützanschluss im Schaltschrank: Der Motor war jedes Mal auf zwei Phasen weitergelaufen, und das Motorschutzrelais hatte dies nicht rechtzeitig erkannt. Die Kosten für drei Neuwicklungen hätten sich mit einer Umdrehung des Schraubendrehers vermeiden lassen.

Ein ausgefallener Elektromotor ist meist eine Folge, nicht die Ursache. Den Motor reparieren zu lassen oder einen neuen einzubauen bringt die Linie wieder in Gang; wird die Ursache jedoch nicht gefunden, tritt derselbe Fehler auch am neuen Motor auf. Dieser Beitrag behandelt die Schritte nach dem Stillstand des Elektromotors, was die Schadensspuren verraten und wie mit diesem Wissen die Entscheidung „Reparatur oder Austausch“ getroffen wird. Die Diagnose anhand von Geräusch, Wärme und Vibration an einem laufenden Motor haben wir gesondert im Leitfaden zur Störungsdiagnose beschrieben.

Der Motor steht: was in der ersten Stunde zu tun ist

Die Informationen zum Zeitpunkt des Ausfalls gehen nach dem Ausbau des Elektromotors weitgehend verloren. Deshalb ist die erste Aufgabe, den Zustand festzuhalten, bevor der Motor ausgebaut wird:

• Welcher Schutz hat ausgelöst? Motorschutzrelais, Motorschutzschalter, Sicherung oder Wicklungsfühler? Jeder weist in eine andere Richtung.
• Was geschah unmittelbar vor dem Ausfall? Ist er beim Anlauf, nach langem Betrieb oder bei steigender Last stehengeblieben?
• Prüfen Sie im Schaltschrank die Spannung aller drei Phasen sowie den festen Sitz der Schütz- und Klemmenanschlüsse; ein verbrannter oder verfärbter Anschluss sagt bereits viel aus.
• Trennen Sie den Motor von der Maschine und drehen Sie die Welle von Hand. Bei Schwergängigkeit lässt sich so am einfachsten klären, ob das Problem am Motor oder an der Maschine liegt.
• Messen Sie den Isolationswiderstand an den Motorklemmen und notieren Sie den Wert.

Wie die Isolationsmessung durchgeführt und das Ergebnis bewertet wird, haben wir in unserem Beitrag zum Megger-Test ausführlich beschrieben. Diese wenigen Minuten Dokumentation sagen dem Wickler oder Lieferanten weit mehr als die bloße Aussage „Motor durchgebrannt“.

Das Schadensbild der Wicklung zeigt die Ursache

Eine durchgebrannte Wicklung hinterlässt beim Öffnen ein charakteristisches Bild. Ein erfahrener Wickler kann daraus weitgehend ablesen, woher der Fehler stammt. Nach allgemeiner technischer Erfahrung sind dies die häufigsten Schadensbilder:

• Eine Phase vollständig geschwärzt, die anderen intakt: Der Motor hat eine Phase verloren und ist auf zwei Phasen weitergelaufen. Die Ursache liegt meist außerhalb des Elektromotors: eine ausgelöste Sicherung, eine lockere Verbindung, ein defekter Schützpol. Genau das war im Eingangsbeispiel der Fall.
• Alle drei Phasen gleichmäßig über die gesamte Wicklung geschwärzt: Der Motor ist lange über dem Bemessungsstrom gelaufen. Überlast, zu niedrige Versorgungsspannung, verstopfte Kühlung oder zu häufige Anläufe erzeugen dieses Bild.
• Örtlicher Durchschlag in einem kleinen Bereich der Wicklung: An einer Stelle ist die Isolation zusammengebrochen. Mögliche Ursachen sind Feuchtigkeit, leitfähiger Staub, eine durch Vibration scheuernde Windung oder ein Spannungsstoß. Bei Motoren, die per Frequenzumrichter und über lange Kabel versorgt werden, ist zusätzlich an einen Durchschlag in den ersten Windungen zu denken.
• Phase-Erde-Durchschlag am Nutaustritt oder am Wickelkopf: Tritt häufig zusammen mit Feuchtigkeit und Verschmutzung auf; besonders verbreitet dort, wo der Motor lange im Stillstand gelagert oder gereinigt wurde.

Diese Bilder sind kein endgültiges Urteil, sondern ein Weg, die richtige Frage zu stellen. Ist nur eine Phase verbrannt und im Schaltschrank kein Mangel gefunden worden, läuft auch der neue Motor mit demselben Risiko.

Die Sprache von Lager- und mechanischen Schäden

Ein erheblicher Teil der Motorausfälle beginnt nicht an der Wicklung, sondern am Lager; blockiert das Lager, klemmt der Motor, und die Wicklung brennt in einem zweiten Schritt durch. Auch die Spuren am ausgebauten Lager zeigen die Ursache. Regelmäßig angeordnete Riefen auf der Laufbahn (allgemein als Riffelbildung bezeichnet) weisen auf Stromdurchgang durch das Lager hin und treten meist bei großen, umrichtergespeisten Motoren auf. Einseitig konzentrierter Verschleiß lässt an einen zu stark gespannten Riemen oder eine falsch ausgerichtete Kupplung denken. Eingedicktes, dunkel verfärbtes Fett deutet auf Wärme hin, Wassertröpfchen im Fett auf eindringende Feuchtigkeit, fehlendes Fett darauf, dass das Schmierintervall versäumt wurde.

Die Grundursachen auf der mechanischen Seite liegen meist an der Maschine, mit der der Motor verbunden ist. Ein neuer Motor, der eingebaut wird, ohne Kupplungsausrichtung und Riemenspannung zu korrigieren, verbraucht dasselbe Lager in derselben Zeit. Zur Ausrichtung auf der Kupplungsseite finden Sie den Beitrag zu Kupplungsauswahl und Wellenausrichtung.

Warum hat der Schutz nicht rechtzeitig ausgelöst?

Jeder durchgebrannte Motor bedeutet auch, dass der Schutz seine Aufgabe nicht erfüllt hat. Wurde das Motorschutzrelais auf den Typenschildstrom eingestellt oder „damit es nicht auslöst“ höher gesetzt? Überwacht ein separates Relais den Phasenausfall? Ist ein PTC- oder PT100-Fühler in der Wicklung angeschlossen, oder liegt sein Kabel lose im Klemmenkasten? Die Antworten auf diese Fragen sind vor Ort oft überraschend. Nehmen Sie die Kontrolle der Schutzeinstellungen unbedingt in die Liste der Prüfungen nach einem Ausfall auf; wie der Schutz ausgewählt und eingestellt wird, behandeln wir im Beitrag zur Auswahl von Motorschutzrelais, Relais und Sicherung.

Reparatur oder Austausch? Die Entscheidung nach Klärung der Ursache

Ist die Grundursache ermittelt, steht die Entscheidung auf einer festeren Grundlage. Einige Orientierungsfälle:

• Liegt die Ursache außerhalb und sind Gehäuse, Welle und Läufer intakt: Eine Neuwicklung ist eine vernünftige Option; zuerst muss jedoch der äußere Mangel behoben werden.
• Wurde der Motor bereits mehrfach neu gewickelt oder ist er ein altes Modell mit niedrigem Wirkungsgrad: Jede Neuwicklung kann einen gewissen Wirkungsgradverlust verursachen. Bei einem Antrieb mit langen Laufzeiten gleicht ein neuer IE3- oder IE4-Motor den Unterschied auf der Energieseite mit der Zeit aus.
• Bei Rissen im Gehäuse, verbogener Welle oder Schleifspuren am Läufer: Kosten und Risiko einer Reparatur steigen rasch; ein Austausch ist meist sinnvoller.
• Sind die Stillstandskosten pro Stunde hoch: Statt während der Reparatur zu warten, lassen sich beide Optionen kombinieren, indem man den Motor durch ein exakt passendes Ersatzmodell austauscht und den defekten Motor nach der Reparatur als Reserve aufbewahrt.

Die Kosten- und Wirkungsgradseite der Neuwicklung haben wir im Beitrag Motor neu wickeln oder neu kaufen beschrieben, die Auswahl eines maßgleichen Ersatzmotors für einen alten Motor im Leitfaden zum 1:1-Austausch.

Störungsprotokoll: der günstigste Weg, den nächsten Ausfall zu verhindern

Nach jedem Ausfall ein kurzes Protokoll zu führen, ergibt mit der Zeit eine eigene Störungslandkarte der Anlage: welcher Motor, an welchem Datum, mit welchem Schutz stehengeblieben ist, was das Schadensbild zeigte, was die Grundursache war und was ersetzt wurde. Wiederkehrende Ausfälle in derselben Linie oder derselben Schaltschrankgruppe werden in diesen Aufzeichnungen leicht sichtbar. Liegen auch Typenschilddaten, Bauform sowie Wellen- und Flanschmaße der kritischen Motoren in derselben Akte, dauert es beim nächsten Ausfall nur Minuten, den richtigen Ersatz zu finden.

Fazit

Bei Ausfällen von Elektromotoren liegt der eigentliche Gewinn nicht im Austausch des Elektromotors, sondern im Auffinden der Ursache. Dokumentation in der ersten Stunde, das Schadensbild an Wicklung und Lager sowie die Kontrolle der Schutzeinstellungen zeigen das Problem häufig außerhalb des Elektromotors. Eine Reparatur- oder Austauschentscheidung, die nach Beseitigung der Grundursache getroffen wird, verhindert, dass derselbe Ausfall einige Monate später erneut auftritt. Ist ein Austausch nötig, können Sie mit den Typenschilddaten die Optionen für Asynchronmotoren ansehen und sich zur Auswahl eines Ersatzmodells an unser technisches Team wenden.

Häufig gestellte Fragen

Genügt es, einen durchgebrannten Motor sofort durch einen neuen zu ersetzen?

Um die Linie schnell wieder in Betrieb zu nehmen, kann das nötig sein; ein neuer Motor, der ohne Klärung der Ausfallursache eingebaut wird, läuft jedoch mit demselben Risiko. Ein Austausch ohne Prüfung von Phasenanschlüssen, Schutzeinstellungen, Kupplungsausrichtung und Lastzustand führt oft zur Wiederholung desselben Ausfalls.

Was bedeutet es, wenn nur eine Phase der Wicklung verbrannt ist?

Meist zeigt es, dass der Motor eine Phase verloren hat und auf zwei Phasen weitergelaufen ist. Die Ursache liegt überwiegend außerhalb des Elektromotors; ausgelöste Sicherung, lockere Klemme oder defekter Schützpol sollten geprüft und ein Schutz zur Phasenausfallüberwachung erwogen werden.

Kann ein Lagerschaden auch die Wicklung durchbrennen lassen?

Ja. Blockiert das Lager, klemmt der Läufer, der Motor nimmt einen sehr hohen Strom auf, und löst der Schutz nicht rechtzeitig aus, brennt die Wicklung in kurzer Zeit durch. In diesem Fall genügt es nicht, nur die Wicklung zu erneuern; auch die Ursache des Lagerschadens muss untersucht werden.

Ist es sinnvoll, den defekten Motor neu wickeln zu lassen und als Reserve aufzubewahren?

Bei einem Motor mit intaktem Gehäuse, intakter Welle und intaktem Läufer ist das oft sinnvoll. Die Linie wird sofort mit einem neuen oder gleichwertigen Motor betrieben, und der reparierte Motor wird für den nächsten Ausfall als Reserve aufbewahrt.

Für einen gleichwertigen Ersatz des defekten Motors senden Sie uns ein Foto des Typenschilds; die Baugrößenzuordnung können Sie anhand der Tabelle Baugröße – Leistung prüfen.