Häufigste Ursachen für Elektroantriebsausfälle & Präventionstipps

Von Fertigungsmaschinen und Landtechnik über E-Autos bis zu Robotern – der Elektroantrieb treibt die moderne Welt an, buchstäblich und im übertragenen Sinne. Diese Abhängigkeit wird bleiben. Ein tieferes Verständnis der Funktionsweise wird zunehmend notwendig.

Dazu gehört, die häufigsten Probleme zu kennen. Für industriell Engagierte ist es entscheidend, zu wissen, warum ein Elektroantrieb nicht optimal läuft – um Stillstände zu reduzieren und Produktivität zu steigern.

Dieser Artikel behandelt die gängigsten Leistungsprobleme.

Bauteile eines Elektroantriebs

Ein guter erster Schritt zur Fehlersuche ist das Verständnis der Bauteile – besonders derer, die oft Probleme bereiten.

Zwei Hauptkategorien: das elektrische System (Antrieb, Motor) und das mechanische System (Kupplungen, Aktuator).

Motor

Der Motor erzeugt die Drehbewegung durch Rotation von Spindel oder Rotor. Über die Antriebswelle ist er mit einer Steigspindel verbunden, die in einer Kugelspindelmutter rotiert. Diese wird vor- oder zurückbewegt, während die Spindel rotiert. Der Linearantrieb folgt einem Hohlkolben, der an der Kugelspindelmutter befestigt ist.

Motorleistung und Drehmoment bestimmen die Bewegungskraft. Stärkere Motoren haben andere Anwendungen als schwächere.

Antrieb (Drive)

Der elektrische Antrieb steuert den Motor. Er variiert Drehzahl und Drehmoment, damit ändert sich Geschwindigkeit und Kraft des Linearantriebs – essenziell für Anpassung an verschiedene Anwendungen.

Ein Rückführmechanismus (meist Encoder oder Resolver) liefert Positionsinformationen an den Antrieb, um den Aktuator in die befohlene Position zu bringen. Der Antrieb kann dann programmiert werden: Bewegen, Stoppen, Ruhelage anfahren.

Kupplungen (Couplings)

Kupplungen verbinden den Drehmotor mit der Kugelspindel des Elektroantriebs.

Materialien: Aluminium, Edelstahl, andere Metalle. Passende Kupplungen sind für Präzision unverzichtbar. Sie beeinflussen Beschleunigungsglätte, Drehzahlregelung, Lastgrenze, Stoß- und Vibrationsisolierung sowie Synchronisation mehrerer Aktuatoren.

Aktuator (Actuator)

Der Aktuator (oft Linearaktuator) wandelt Drehbewegung des Motors in Linearbewegung um – je nach Kraft, Geschwindigkeit, Tragfähigkeit, Reibungswiderstand usw.

Aktuatoren übertragen Geschwindigkeit und Drehmoment auf diverse Antriebsmechanismen: Spindel, Zahnriemen, Zahnstangengetriebe. Basis: Aktuatorgehäuse, Antriebsart (Spindel, Riemen, Zahnstange), Lager für Spindel, Lagersystem für Last, Schlitten für Anbauteile. Hersteller variieren Antriebsart und Lagerstruktur für unterschiedliche Geschwindigkeits- und Lastcharakteristiken.

Häufige Probleme bei Elektroantrieben

Problem: Auslegerlast (Cantilevered load)
Ursache: Aktuator für die Last unterdimensioniert.

Eine unterdimensionierte Einheit ist die häufigste Ursache. Richtiges Auslegen wird oft zugunsten von Kosteneffizienz vernachlässigt. Ein zu kleiner Aktuator kann nicht arbeiten. Die meisten Hersteller bieten Software-Auslegungstools zur Auswahl des passenden Aktuators.

Der richtige Aktuator muss:

• Dynamische und statische Lasten dauerhaft tragen
• Ausreichend Geschwindigkeit und Drehmoment über den gesamten Hub für die Anwendung bereitstellen
• Service- und Sicherheitsfaktoren erfüllen (Hersteller- oder Anwenderseitig definiert)

Problem: Keine Riemenbewegung
Ursache: Zu hohes Motordrehmoment reißt Riemenzähne ab oder Riemen falsch gespannt.

Bewegt sich der Riemen nicht, liegt es oft an übermäßigem Motordrehmoment, das die Riemenzähne abstreift. Lösung: Drehmomentspezifikationen des Motors mit maximaler Eingangsdrehmoment-Spezifikation des Aktuators abgleichen und anpassen.

Auch falsche Riemengröße oder -spannung möglich. Riemen haben Arbeits- und Zugfestigkeitswerte, die in Industrieanwendungen berücksichtigt werden müssen. Bei stangenlosen Aktuatoren kann Fertigungsfehler Ursache sein.

Problem: Partikel im Aktuator
Ursachen: Exponierter Riemen oder fehlender Überdruck zur Partikelentfernung.

Gelangen Partikel ins System, ist meist der offene Riemen schuld – er zieht Umgebungsstaub an. Einmal drin, gefährden sie den Betrieb.

Weitere Ursache: Fehlender oder unzureichender Überdruck im System, der Partikel herausblasen würde.

Problem: Durchgebrannter Motor
Ursachen: Falscher Einschaltdauer (Duty Cycle), falsche Spannung, Verunreinigungen im System.

Durchbrennen durch falschen Duty Cycle – der Prozentsatz der Betriebszeit im Verhältnis zur Ruhezeit. Hersteller geben Limits vor, die bei Motorauswahl zu beachten sind.

Falsche Spannung (zu hoch) führt ebenfalls zu Durchbrennen.

Partikelverunreinigungen erhöhen Reibung, fordern mehr Drehmoment – endet im Durchbrennen bei starkem Eintrag.

Problem: Bauteilausfälle
Ursachen: Alter, falsche Dimensionierung, dauerhafte Überlastung.

Verschiedene Ursachen: Alter – Bauteile verschleißen und benötigen Ersatz. Dauerüberlastung über Nennwerte hinaus führt zu Ausfällen. Falsche Dimensionierung – Aktuatoren arbeiten mit präzisen Maßen, schon kleine Abweichungen verursachen langfristig Bauteilversagen.

Fazit

Elektroantriebe sind in vielen Branchen im Einsatz. Ihre häufigen Probleme zu kennen, minimiert Stillstände. Das Verständnis der Grundbauteile und ihrer Ausfallarten ist der wichtigste Schritt zur Prävention. Probleme entstehen durch Dimensionierung, Verschleiß, Kontamination, Inkompatibilität u. v. m.

Dennoch: Diagnose, Reparatur, Austausch gehören in Profihände – wie JHFoster. Seit 1938 statten wir Unternehmen aus. Wir sind Experten für Industrieautomation und Druckluftsysteme.

Bei Fragen zu Elektroantriebsproblemen und mehr: Wenden Sie sich an unser Team.