Gleichstrommotor

Motoren sind dir wahrscheinlich schon bekannt, z. B. aus dem Auto. Aber wusstest du auch, dass es im Auto noch viel mehr Motoren gibt? Das sind z. B. die Gleichstrommotoren.

Aber was ist das genau? Wofür werden sie genutzt? Wie funktionieren sie? Und wie sind die aufgebaut?

simpleclub hilft dir, alles Wichtige zum Gleichstrommotor zu verstehen.

Gleichstrommotor einfach erklärt

Durch den Gleichstrommotor wird elektrische Energie zu mechanischer Energie, die dann wiederum mechanische Arbeit liefern kann. Das passiert durch die Drehbewegung in einem Motor mit dem dann Geräte betrieben werden.

Insgesamt besteht ein Gleichstrommotor aus den vier Bestandteilen:

• Rotor: Stromdurchflossene Leiterschleife
• Stator: Festes Magnetfeld
• Kommutator: Umpolung des Stromflusses
• Kohlebürsten: Versorgen den Kommutator mit Strom

Um den stromdurchflossenen Leiter befindet sich der Stator, der den Leiter (Rotor) zu einem Elektromagnet macht. Durch Abstoßen und Anziehen der Magnete entsteht eine Drehbewegung. Die Drehung setzt sich solange fort, bis sich der Südpol des Magnetfeldes der Spule beim Nordpol des statischen Magneten befindet und umgekehrt. Für eine ständige Drehbewegung muss die Stromrichtung der Spule immer wieder geändert werden. Dafür ist der Kommutator zuständig. Das Ganze nennt man auch Umpolung.

Gleichstrommotor Definition

Gleichstrommotor Erklärung

Aufbau

Ein Gleichstrommotor besteht immer aus den gleichen Bestandteilen:

• Rotor (auch: Anker), also die stromdurchflossene Leiterschleife oder Leiterspule, die drehbar gelagert ist.
• Stator, der ein festes Magnetfeld aufbaut, in der sich die Spule dreht.
• Kommutator zur Umpolung des Stromflusses nach halber Umdrehung bzw. automatische Umpolung durch Wechselstrom.
• Kohlebürsten, die an die Stromquelle angeschlossen sind und den Kommutator mit Strom versorgen. Die Bürsten schleifen am Kommutator entlang.

Funktionsweise

Am Anfang ist kein Strom an die Kohlebürsten angeschlossen, der Rotor bewegt sich also nicht. Sobald eine Stromquelle angeschlossen ist, baut sich durch die stromdurchflossene Leiterschleife (Spule) automatisch ein Magnetfeld auf. Dies tritt nun mit dem statischen Magnetfeld außen in Wechselwirkung. Es kommt zur Abstoßung und zur Anziehung, was eine Drehbewegung zur Folge hat.

Die Drehung setzt sich so lange fort, bis sich der Südpol des Magnetfeldes der Spule beim Nordpol des statischen Magneten befindet und umgekehrt.

Umpolung

Im Moment der Umpolung befindet sich der Rotor am sogenannten Totpunkt. An dieser Stelle wird dann umgepolt, damit sich die Drehbewegung fortsetzen kann. Der Nord- und Südpol des Rotors werden vertauscht, damit sich dieser immer wieder neu vom Stator abstoßen kann. Im weiteren Verlauf wird immer umgepolt, wenn sich der Rotor am Totpunkt befindet. Deshalb dreht sich der Gleichstrommotor immer weiter. Die Umpolung erfolgt durch den Kommutator.

In folgender Animation ist der Übersichtlichkeit halber eine Leiterschleife gezeichnet. Die Funktionsweise für eine Spule, die aus vielen übereinander liegenden Leiterschleifen besteht, ist dabei die Gleiche. In der Animation ist oben ein Pfeil zu sehen, der die Ausrichtung des Magnetfeldes der Leiterschleife angibt. Dieses Magnetfeld tritt mit dem statischen Magnetfeld in Wechselwirkung.

Totpunkt

Am Totpunkt selbst ist kurzzeitig keine Kraft mehr vorhanden, da die Schleifkontakte, die die Leiterschleife bzw. die Leiterspule mit dem Kommutator verbinden, kurzzeitig keinen Strom abgreifen (Schwarzer Spalt vom Kommutator). Dies ist allerdings bei einem laufenden Motor egal, da sich der Rotor durch seine Trägheit immer noch ein Stück über den Totpunkt hinaus bewegt.

Folglich greifen die Schleifkontakte wieder einen Strom ab. Die Schleifkontakte sind nun mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden. Darum kommt es zur Umpolung und der Rotor dreht sich weiter.

Einteilung der Gleichstrommotoren

Bei den Gleichstrommotoren kann man in vier Arten unterteilen. Dabei unterscheidet sich die Art der Erregung:

• Nebenschlussmotoren: Rotor und Erregerwicklung befinden sich parallel zueinander. Sie werden von nur einer Spannungsquelle versorgt und erzeugen ein gleichbleibendes Polfeld.

• Doppelschlussmotoren: Besteht aus einer Reihenschluss- aber auch Nebenschlusswicklung. Die Erregerwicklungen sind parallel zum Rotor und in Reihe zum Rotor.

• Reihenschlussmotoren: Hier liegt eine Reihenschaltung der Erregerwicklung und Rotorwicklung vor. Mit nachlassender Last nimmt die Drehzahl zu.

• Permanenterregte Motoren: Durch Dauermagnete kommt es zu einem Erregerfeld. Hier wird keine Energie für das Entstehen eines Magnetfelds benötigt.

Gleichstrommotor Beispiel

Gleichstrommotoren können in unterschiedlichen Geräten zum Einsatz kommen. Hier mal ein paar Beispiele:

• Scheibenwischer
• Ventilatoren
• Startern von Autos
• Aufzügen
• Kränen
• Elektrischen Zahnbürsten

Gleichstrommotor Zusammenfassung

Bei dem Gleichstrommotor wird mechanische Arbeit durch die Drehbewegung des Motors erzeugt.
Um eine Bewegung zu erzeugen, sind am Rotor Kohlebürsten angebracht, die die Spule mit Strom versorgen und ein Magnet (Stator), der sich außen um den Rotor befindet.

Durch den Strom und den Stator wird der Rotor zu einem Elektromagnet und es kommt zu einem Anziehen und Abstoßen der Magnete und somit zu einer Bewegung.
Für eine ständige Drehbewegung muss die Stromrichtung der Spule immer wieder geändert werden. Dafür ist der Kommutator zuständig. Das Ganze nennt man auch Umpolung.

Außerdem gibt es noch vier Arten von Gleichstrommotoren:

• Nebenschlussmotor
• Doppelschlussmotor
• Reihenschlussmotor
• Permanenterregte Motor