Ratgeber
Wie jeder andere elektrische Antrieb wandelt auch der Gleichstrommotor elektrische Energie in mechanische Energie um. Im Gegensatz zu Dreh- oder Wechselstrommotoren werden Gleichstrommotoren vor allem in Sektoren eingesetzt, in denen kleine Leistungen, aber große Regelbarkeit erforderlich sind. Ihr Einsatzgebiet in der Industrie liegt beispielsweise im Bereich der Automatisierung und Antriebstechnik. Zudem werden die Motoren häufig in Haushaltsgeräten genutzt. Das liegt unter anderem daran, dass sie zumeist die günstigere Alternative zu anderen Antrieben sind und trotzdem gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Eine besondere Form der Gleichstrommotoren und dabei häufig verwendete Variante sind Schrittmotoren.
Gleichstrommotoren bestehen vereinfacht gesagt aus drei Komponenten: dem Stator, dem Rotor (auch Anker genannt) und dem Kommutator.
Der Stator bildet den feststehenden, äußeren Teil der Konstruktion (1) und besteht entweder aus einem Permanentmagneten (permanenterregter Motor) oder einem Elektromagneten. Im Inneren befindet sich ein frei drehender Rotor, auch als Anker (2) bezeichnet, mit einer Wicklung, meist einer Spule aus Kupferdraht (3), die bei Stromdurchfluss ein Magnetfeld erzeugt.
Dieses reagiert auf das Magnetfeld, das durch den Stator erzeugt wird. Durch die an- beziehungsweise abstoßenden Kräfte dieser interagierenden Magnetfelder entsteht die Drehbewegung des Rotors, die durch eine Welle für anschließende Verwendungen nutzbar gemacht werden kann.
Um eine beständige Drehung des Rotors zu gewährleisten, wird seine Magnetfeldausrichtung durch einen Kommutator ständig umgepolt. Aufgrund der Trägheit der Drehbewegung bewegt sich der Rotor über den sogenannten Totpunkt hinweg und durch die Umpolung werden die anziehenden Kräfte umgekehrt. Dadurch bleibt der Rotor kontinuierlich in Bewegung.
Schematischer Aufbau eines zweipoligen Elektromotors ohne Kommutator.
Expertenwissen: Mehrpolige Rotoren
Je nach Anforderungen können neben den einfachen zweipoligen Rotoren auch solche verwendet werden, die drei-, vier- oder mehrpolig sind. Deren Vorteil liegt unter anderem darin, dass zweipolige Rotoren beim Start des Motors sich nur äußerst schwer aus dem Totpunkt herausbewegen lassen. Zudem bieten mehrpolige Varianten bei geringer Drehzahl eine störungsfreie und gleichmäßigere Leistung.
Gleichstrommotoren lassen sich je nach Schaltung in drei Kategorien unterteilen:
Wenn Erreger- und Ankerwicklung in Reihe geschaltet sind, werden die Elektromotoren als Reihenschluss- oder Hauptschlussmotoren bezeichnet. Aufgrund ihrer großen Beliebtheit, Zuverlässigkeit und guten Leistung werden sie in einer Vielzahl elektrischer Haushalts- oder Werkzeuggeräte verbaut und sind auch als Universalmotoren bekannt.
Sind die beiden Wicklungen parallel geschaltet, spricht man von Nebenschlussmotoren. Während beim Hauptschluß die Drehzahl bei abnehmender Belastung ansteigt und der Motor “durch gehen” kann, variiert die Drehzahl bei Nebenschussmotoren zwischen Leerlauf und Volllast nur um etwa fünf bis zehn Prozent. Nebenschlussmotoren werden beispielsweise für Arbeiten eingesetzt, bei denen ihre lastenunabhängige Leistung von Vorteil ist - etwa bei Förder- oder Transportbändern.
Ein Doppelschlussmotor, auch Compoundmotor, verbindet beide Arten von Antrieben und besitzt sowohl eine Reihenschluss- als auch Nebenschlusswicklung. Je nach Auslegung kann der Elektromotor dann verwendet werden.
Neben den grundlegenden unterschiedlichen Bauformen der elektrischen Antriebe unterscheiden sich die Motoren noch in einer Vielzahl weiterer Aspekte. Die wichtigsten Kriterien, die Sie bei der Wahl und dem Kauf der Geräte beachten sollten, sind nachfolgend dargestellt.
Betriebs-/Leistungsdaten
Motor mit Permanentmagnettechnik nach Schutzart IP 40 und IP 53.
Neben der Bauform sind die Betriebs- beziehungsweise die Leistungsdaten die wichtigsten Faktoren, die beim Kauf eines Gleichstrommotors berücksichtigt werden sollten. Zu diesen zählen eine Reihe verschiedener Kennzahlen. Nennstrom, Nennspannung, Nenndrehzahl und Nenndrehmoment, aber auch die Betriebstemperatur sind hier die wichtigsten Informationen, die direkt mit der Leistungsfähigkeit des Antriebs zusammenhängen.
Während Strom und Spannung die benötigte Versorgung bei voller Leistung beschreiben, beziehen sich Drehzahl und Drehmoment eben auf das Potential dieser Leistung. Die Betriebstemperatur gibt den optimalen Temperaturbereich für die Antriebe an. Kennzahlen, die auf der Ausführung der Bauform beruhen, sind Angaben wie zum Beispiel die Radial- und Axiallast oder die Größe des Wellendurchschnitts. Diese sind besonders für die anzuschließenden Komponenten wichtig.
Gehäuse/Schutzart
Für die spätere Einsatzumgebung ist es sinnvoll, darauf zu achten, ob die Antriebe durch ihre Gehäuse gegen besondere oder widrige Umwelteinflüsse geschütztwerden müssen. Die Motoren werden dabei nach der internationalen Norm IP (International Protection) eingestuft. So gibt es Varianten, die gegen Staub, Flüssigkeiten oder Fremdkörper geschützt sind. Neben einer stärkeren Widerstandsfähigkeit des Motors sorgen hohe Schutzarten natürlich auch für einen besseren Schutz des bedienenden Personals.
Ausrüstung
Als letztes ist bei den Motoren darauf zu achten, ob eine besondere Ausrüstung erforderlich oder gewünscht ist. Verschiedene zusätzliche Komponenten können bereits im Antrieb mit integriert sein und dadurch spezielle Zusatzfunktionen ermöglichen. Eine der Möglichkeiten ist zum Beispiel die Verarbeitung von magnetischen Impulsgebern mit Hall-Sensoren, durch die verschiedene Messungen vorgenommen werden können und die hinterher nicht mehr nachgerüstet werden müssen.
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