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Ein Gleichstrommotor ist ein Bauteil, dessen Aufgabe es ist, elektrische Energie in Bewegung umzuwandeln. Wie funktionieren diese Produkte und wofür werden sie verwendet?
DC-Motor - was ist das?
Elektrische und elektronische Geräte können verschiedene Arten von Motoren verwenden – eine der beliebtesten Varianten sind DC-Motoren (engl. DC – Direct Current). Ihr Betrieb basiert auf der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Kraft, die in der Regel durch das Magnetfeld erreicht wird, das durch den Fluss von Gleichstrom durch eine Spule erzeugt wird. Die Geschwindigkeit des Motors kann durch Änderung der Eingangsspannung oder der Magnetfeldstärke angepasst werden. Chips dieser Art sind in der Elektronik weit verbreitet – man findet sie unter anderem in Spielzeug, Robotern und sogar in Haushaltsgeräten.
DC-Motorensind in einer Reihe von Varianten erhältlich, die sich in Design und Funktionsprinzip unterscheiden. Vor allem wird zwischen Antrieben mit oder ohne Getriebe unterschieden – der Zweck dieser Komponente ist die Erhöhung des Drehmoments, wodurch größere Geräte wie z.B. Roboter effizient angetrieben werden können.
Wie ist ein Gleichstrommotor aufgebaut?
Die grundlegenden Teile eines Gleichstrommotors sind der Stator und der Rotor. Es ist das Zusammenspiel dieser beiden Komponenten, das es dem System ermöglicht, mechanische Energie zu erzeugen. Der Stator ist eine stationäre Komponente aus Permanentmagneten, während der Rotor aus einer Wicklung (auch Anker genannt) und Kupferplatten besteht. Die Funktionsweise dieser beiden Teile basiert auf den Veränderungen im System, die durch das Auftreten der entsprechenden Magnetfeldkräfte hervorgerufen werden. Hinzu kommt, dass ein standardmäßiger bürstenbehafteter Gleichstrommotor über Bürsten verfügt, deren Aufgabe es ist, die Wicklung mit Strom zu versorgen. Der Kommutator, der für den Polwechsel der Versorgungsspannung verantwortlich ist, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle.
Die Stromversorgungsleitungen sind ebenfalls obligatorisch, denn ohne sie kann das System nicht mit Strom versorgt werden. Die Gleichstromquelle ist normalerweise eine Batterie oder ein Netzteil.
Wie funktioniert der Gleichstrommotor?
Der Betrieb eines Gleichstrommotors beruht auf der Nutzung des Elektromagnetismus, um die verschiedenen Teile des Systems in Bewegung zu setzen. Der Strom, der dem Motor zugeführt wird, fließt durch die Rotorwicklungen, wodurch ein Magnetfeld entsteht, das wiederum eine Drehung dieser Komponente bewirkt. Wenn die Feldstärke parallel zu den vom Stator erzeugten Magnetfeldlinien verläuft, ändert der Kommutator die Richtung des Stromflusses in den Wicklungen. Dadurch kann der Motor seine Drehbewegung beibehalten, was zu einem Antrieb mit der erwarteten Leistung führt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, wie Gleichstrom am Motoreingang anliegt.
DC-Motoren - Anwendungen
Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion, ihrer hohen Betriebsstabilität und ihres relativ niedrigen Preises sind Gleichstrommotoren in vielen Systemen recht beliebt. Sie sind unter anderem in elektrischem Spielzeug wie ferngesteuerten Autos, Flugmodellen oder Zügen zu finden. Sie sind auch ein unverzichtbarer Bestandteil verschiedener Robotik- und Elektronikprojekte.
Mit Gleichstrommotoren lassen sich zum Beispiel Roboter konstruieren, die präzise Bewegungen ausführen und sich auf eine bestimmte Art und Weise bewegen können.
Aber das ist noch nicht alles – Gleichstrommotoren werden auch in tragbaren Elektrowerkzeugen wie Bohrmaschinen und Schleifmaschinen eingesetzt. Bei dieser Art von Geräten ist es entscheidend, eine ausreichend große Leistung zu erbringen, was im Allgemeinen ein Getriebesystem erfordert. Außerdem sind Gleichstrommotoren in Ventilatoren zu finden, wo sie für ihre Fähigkeit geschätzt werden, die Geschwindigkeit genau zu steuern, was sowohl in Haushaltsgeräten als auch in Industrieanlagen wichtig ist. Apropos Industrie: Das Potenzial von Gleichstrommotoren in Automatisierungssystemen ist ebenfalls nicht zu übersehen – sie sind unter anderem in Produktionsmaschinen, Förderanlagen und Bewegungssteuerungssystemen zu finden. Sie können auch in medizinischen Geräten (wie z.B. Insulinpumpen, bei denen Gleichstrommotoren eine präzise Flusskontrolle ermöglichen) sowie als Antrieb für die Trommel einer Waschmaschine oder eines Trockners eingesetzt werden.
Der Einsatz von Gleichstrommotoren ist vielfältig – sie sind Komponenten, die in Geräten für eine Vielzahl von Zwecken anzutreffen sind, sei es im täglichen Gebrauch oder für spezielle Anwendungen entwickelt. Es ist erwähnenswert, dass dies eine der beliebtesten Lösungen für Antriebssysteme in der Robotik ist.
Wie wählen Sie den richtigen Gleichstrommotor aus?
Vor dem Kauf eines Gleichstrommotors müssen Sie eine Reihe wichtiger Faktoren berücksichtigen, die seine Funktionalität und Anwendbarkeit bestimmen. Unter anderem spielt die Art des Antriebs eine wichtige Rolle – es gibt Antriebe mit oder ohne Getriebe sowie mit Encodern für eine genauere Positionskontrolle. Darüber hinaus zählen auch die grundlegenden Parameter, die den Motorbetrieb beschreiben:
- Versorgungsspannung,
- Drehmoment,
- Drehzahl,
- maximale und Standard-Stromaufnahme.
Die oben genannten Spezifikationselemente sollten mit anderen Projektkomponenten abgestimmt werden. Die Versorgungsspannung ist besonders wichtig – sowohl ein zu niedriger als auch ein zu hoher Eingangswert kann verschiedene Probleme mit dem Motor verursachen, bis hin zum Auftreten dauerhafter Schäden.
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- Gleichstrommotoren ohne Getriebe;
- Getriebemotoren – Winkel-, Standard-, Mikro- und Submikromotoren;
- DC-Motoren mit Getrieben und Encodern;
- Gleichstrommotoren mit doppelter Übersetzung.
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