Die besonderen Umgebungsbedingungen von Motoren lassen sich anhand der Art der Umweltfaktoren in zwei Hauptkategorien einteilen: natürliche und industrielle Klimabedingungen. Zu den natürlichen Klimabedingungen zählen vor allem tropische, maritime, kalte, unterirdische und Hochgebirgsklimate; industrielle Umgebungen umfassen vor allem korrosive und explosionsgefährdete Bereiche, hohe und niedrige Temperaturen, hohe und niedrige Drücke, Feststoffpartikel und Staub, hochenergetische Strahlung sowie besondere mechanische Belastungen. Der Einfluss dieser besonderen Umgebungen auf die Motorisolierung wird untersucht.
Temperatureinfluss
Aufgrund der hohen Umgebungstemperatur, die die Wärmeableitung des Motors beeinträchtigt, sinkt seine Ausgangsleistung. Hohe Temperaturen und UV-Strahlung beschleunigen die Alterung der Isoliermaterialien. In trockenen und heißen Gebieten sinkt die relative Luftfeuchtigkeit mitunter auf 3 %. Hohe Temperaturen und Trockenheit führen dazu, dass Isoliermaterialien austrocknen, Falten werfen, sich verformen und reißen. Hohe Temperaturen begünstigen zudem den Verlust von Vergussmasse. Niedrige Temperaturen lassen Gummi und Kunststoff aushärten, spröde werden und reißen und können zum Gefrieren von Schmieröl und Kühlmittel führen.
Hohe Luftfeuchtigkeit und Feuchtigkeitseinfluss
Hohe relative Luftfeuchtigkeit kann zur Bildung von Wasserfilmen auf Oberflächen führen. Bei einer Luftfeuchtigkeit von über 95 % kondensieren Wassertropfen häufig im Motorinneren. Dies begünstigt das Rosten von Metallteilen, die Feuchtigkeitsaufnahme und damit die Zersetzung von Schmierfetten sowie das Aufquellen oder Erweichen und Klebrige einiger Isoliermaterialien. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften verschlechtern sich, und es besteht ein hohes Risiko für Isolationsdurchschläge und Oberflächenüberschläge.
Schimmelpilzeinfluss
In Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit gedeiht Schimmel besonders gut. Die Ausscheidungen von Schimmelpilzen können Metalle und Isoliermaterialien korrodieren, wodurch die Isolierung schneller altert und Kurzschlüsse entstehen können.
Staub- und Sandpartikel
Staub (einschließlich Industriestaub) bezeichnet Partikel mit einem Durchmesser von 1 bis 150 Mikrometern; Sandstaub hingegen besteht aus Quarzpartikeln mit einem Durchmesser von 10 bis 1000 Mikrometern. Wenn sich Staub und Sand auf der Isolieroberfläche ablagern, verringern sie aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme die elektrische Isolationsleistung. Leitfähiger Staub kann zudem zu Isolationsleckagen oder Kurzschlüssen führen. Saure und alkalische Stäube neigen zur Verflüssigung und verursachen dadurch Korrosion an Metallbauteilen und Isolierteilen. Gelangen Staub und Sand in den Motor, können sie mechanische Ausfälle und Verschleiß verursachen. Bei größeren Mengen verstopfen sie die Luftkanäle und beeinträchtigen die Belüftung und Wärmeabfuhr. Daher müssen für Motoren, die in staubigen Industriegebieten und im Freien mit Sandstaubbelastung eingesetzt werden, Maßnahmen zum Schutz vor Sand und Staub getroffen werden.
Einfluss von Salzsprühnebel
Wenn die turbulenten Wellen des Ozeans auf die felsige Küste treffen, spritzen Wassertropfen ab, bilden einen nebelartigen Feststoff und steigen in die Luft auf. Diese in der Luft schwebenden Chloridpartikel werden als Salznebel bezeichnet. Der Salznebel bildet auf isolierenden und metallischen Oberflächen einen Elektrolyten, beschleunigt so die Korrosion und beeinträchtigt die Isolationsleistung erheblich. Beispielsweise kann er Koronaentladungen und einen Anstieg des Leckstroms verursachen.
Die Gefahren durch Insekten und Kleintiere
In tropischen Regionen sind die Schäden durch Insekten und Kleintiere besonders gravierend. Sie nisten sich in elektrischen Maschinen ein und hinterlassen tote Tiere, was zu mechanischen Blockaden führt; außerdem fressen sie Isolierungen an oder verzehren Isoliermaterialien, was Kurzschlüsse verursacht. Besonders schädlich sind Termiten, holzfressende Ameisen, Ratten und Schlangen.
Ätzendes Gas
In Produktionsstätten der chemischen Industrie (einschließlich Bergwerken, Düngemittel-, Pharma- und Gummiindustrie usw.) treten hauptsächlich große Mengen an Gasen wie Chlor, Chlorwasserstoff, Schwefeldioxid, Stickoxide, Ammoniak und Schwefelwasserstoff auf. Obwohl deren korrosive Wirkung in trockener Luft (mit einem maximalen relativen Mischungsgrad unter 70 %) relativ gering ist, bilden sie in feuchter Luft saure oder alkalische, korrosive Aerosole. Im Allgemeinen wird die Korrosion von Metallteilen und -komponenten sowie die Verschlechterung der Isolationsleistung erheblich beschleunigt, wenn die relative Luftfeuchtigkeit nicht die Sättigung erreicht und sich Kondenswasser auf der Produktoberfläche bildet. Daher hängt die Wirkung korrosiver Gase auf Motorenprodukte von der Luftfeuchtigkeit sowie der Art und Konzentration der korrosiven Gase ab.
Barometrischer Druck
In Höhenlagen über 1000 Metern führt die abnehmende Luftdichte zu einer Erhöhung der Motortemperatur und einem Leistungsabfall. Die Anlaufspannung der Koronaentladung bei Hochspannungsmotoren sinkt entsprechend. Dauerhafter Koronabetrieb beeinträchtigt die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Motors. Zudem beeinflussen Höhenänderungen die Gleichstromkommutierung und den Bürstenverschleiß erheblich. In trockener und sauerstoffarmer Atmosphäre (insbesondere bei geringer Feuchtigkeit) verlangsamt sich die Bildung von Kupferoxidschichten auf der Kommutierungsfläche. Dies kann den Verschleiß nicht ausgleichen, was zu einer Verschlechterung der Kommutierung und erhöhtem Bürstenverschleiß führt.
Hochenergetisch
Hochenergetische Strahlung (wie Elektronen, Protonen oder Gammastrahlen aus Kernstrahlung) kann die Atome eines Stoffes verschieben, was zu Gitterdefekten und der Bildung von Atomfehlstellen führt und somit die Materialstruktur schädigt. Zusätzlich lösen sich bei Bestrahlung Elektronen aus ihren Bahnen und erzeugen Elektron-Loch-Paare, wodurch der Stoff ionisationsanfällig wird. Die Wirkung von Strahlung auf Isolierstoffe hängt von der Art und Dosis der Strahlung (ausgedrückt als Dosisleistung oder kumulative Dosis), dem Energiespektrum der Strahlung, den Eigenschaften des bestrahlten Isolierstoffs und der Umgebungstemperatur ab. Strahlung schädigt hauptsächlich Isolierstoffe. Organische Isolierstoffe sind dabei besonders stark in ihren mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt. Die zulässige Strahlendosis für Isolierstoffe beträgt 10⁻¹⁰ Röntgen. Anorganische Isolierstoffe wie Quarz und Glimmer weisen hingegen eine höhere Strahlenbeständigkeit auf und können Dosen von mehr als 10⁻¹⁰ Röntgen tolerieren.
Mechanische Kraft
Hohe Druck-, Stoß- und Vibrationsbelastungen können leicht zu mechanischen Schäden an den Metallkomponenten und Isolationsstrukturen des Motors führen.
Veröffentlichungsdatum: 12. Juni 2025