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Der Gleichstrommotor ist ein wesentlicher Bestandteil vieler technischer Geräte. In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip und die verschiedenen Anwendungen beschrieben. Interessiert Sie dieses Thema? In diesem Fall laden wir Sie ein, weiterzulesen!
Erfahren Sie mehr über die Entwicklung des ersten Gleichstrommotors
Die Ursprünge des Gleichstrommotors gehen auf das 19. Jahrhundert zurück. Obwohl das Konzept der Umwandlung von elektrischem Strom in mechanische Bewegung schon von vielen Erfindern erforscht wurde, gelang der wirkliche Durchbruch 1821 dem britischen Wissenschaftler Michael Faraday.
Faraday schuf ein Gerät namens “Faraday-Scheibe” – einen einfachen Gleichstrommotor, der elektromagnetische Kraft zur Erzeugung von Bewegungen nutzte. Obwohl es sich um eine einfache und nicht effiziente Maschine handelte, bildete ihr Funktionsprinzip die Grundlage für spätere Gleichstrommotoren.
1837 schuf der belgische Erfinder Zenobe Gramme den ersten praktisch nutzbaren Gleichstrommotor, der eine konstante Leistung liefern konnte. Dieses Modell war wesentlich komplexer und effizienter als die Faraday-Scheibe.
Der Motor von Gramme war neu konstruiert und enthielt einen Kommutator – eine Schlüsselkomponente moderner Gleichstrommotoren. Der Kommutator ermöglichte eine kontinuierliche Umkehrung der Stromrichtung, was eine kontinuierliche Drehbewegung ermöglichte.
Die Entwicklung der Gleichstromtechnik setzte sich im 19. Jahrhundert fort, bis zur Erfindung des Generators und der Einführung des Wechselstroms. Gleichstrommotoren finden nach wie vor zahlreiche Anwendungen, insbesondere dort, wo eine präzise Drehzahlregelung erforderlich ist.
Gleichstrommotor - wie ist er aufgebaut?
Ein Gleichstrommotor, auch als DC-Motor bezeichnet, ist ein spezielles Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Seine Grundkomponenten bestehen aus drei Hauptteilen: dem Rotor, dem Stator und dem Kommutator.
Der Rotor, auch Drehkern oder Anker genannt, ist das wesentliche Bauteil, das sich durch das vom Motor erzeugte Drehmoment dreht. Er besteht in der Regel aus laminierten Stahlblechen, um die durch das rotierende Magnetfeld verursachten Energieverluste zu minimieren.
Der Stator ist der Teil des Motors, der statisch ist und sich nicht dreht. Er ist in der Regel mit einem oder mehreren Elektromagneten oder Permanentmagneten ausgestattet, die im Motor ein Magnetfeld erzeugen.
Der Kommutator ist ein integraler Bestandteil von Gleichstrommotoren. Er ist für die Umkehrung der Stromrichtung bei jeder halben Umdrehung verantwortlich, so dass sich der Rotor kontinuierlich in eine Richtung drehen kann. In der Praxis ist der Kommutator meist mit dem Rotor verbunden und besteht aus einer Reihe von Kupferplatten.
Gleichstrommotoren enthalten in der Regel auch eine Reihe anderer Komponenten, wie z. B. Lager, die die Drehung des Rotors ermöglichen, und Bürsten, die den Strom an den Kommutator übertragen.
Was ist das Prinzip des Gleichstrommotors?
Der Gleichstrommotor arbeitet nach den Grundgesetzen des Elektromagnetismus. Die wichtigsten davon sind das Ampère’sche Gesetz und das Lorentz’sche Gesetz.
Zunächst wird eine Spannung an den Motor angelegt, die dazu führt, dass ein Strom durch den Rotor fließt. Aufgrund dieses Stromflusses im Magnetfeld des Stators wirkt auf den Rotor nach dem Lorentz’schen Gesetz eine Kraft senkrecht zur Richtung des Stromflusses und zur Richtung des Magne Durch diese Kraft wird der Rotor in Drehung versetzt.
Für eine kontinuierliche Drehbewegung ist es jedoch erforderlich, die Richtung des durch den Rotor fließenden Stroms systematisch umzukehren. Dafür ist der Kommutator da: Jedes Mal, wenn der Rotor den Punkt passiert, an dem die Magnetkraft aufhört, kehrt der Kommutator die Stromrichtung um. Dadurch wird sichergestellt, dass der Rotor immer von einer Kraft in dieselbe Richtung angetrieben wird.
Diese Abfolge von Ereignissen – Strom, der in einem Magnetfeld durch den Rotor fließt und eine Drehkraft erzeugt, und dann der Kommutator, der die Stromrichtung umkehrt – ermöglicht die kontinuierliche Drehung des Rotors und ist die Grundlage des Gleichstrommotors.
Gleichstrommotor - Beispiele für praktische Anwendungen
Gleichstrommotoren sind in unserem täglichen Leben allgegenwärtig, auch wenn wir uns dessen oft nicht bewusst sind. Nachfolgend sind seine beliebtesten Verwendungszwecke aufgeführt:
- Elektrofahrzeuge – Gleichstrommotoren werden häufig in Elektrofahrzeugen wie Autos, Fahrrädern und Elektrorollern eingesetzt. Mit ihrer Fähigkeit zur präzisen Steuerung von Drehzahl und Drehmoment sind sie perfekt für Anwendungen geeignet, die sanfte Drehzahländerungen erfordern.
- Elektrische Haushaltsgeräte – Gleichstrommotoren sind in praktisch allen elektrischen Haushaltsgeräten zu finden. Sie werden in Geräten wie Staubsaugern, Mixern, Bohrmaschinen, Waschmaschinen, Trocknern, Ventilatoren und sogar elektrischen Zahnbürsten verwendet.
- Robotik – in der Robotik sind Gleichstrommotoren unersetzlich. Aufgrund ihrer präzisen Steuerungsmöglichkeiten werden sie in einer Vielzahl von Robotern eingesetzt – von einfachen Spielzeugen bis hin zu anspruchsvollen Industriesystemen.
- Computer – Gleichstrommotoren sind auch in Computern zu finden, wo sie zum Antrieb von Lüftern verwendet werden.
- Notstromanlagen – Gleichstrommotoren werden häufig in Stromgeneratoren verwendet, die bei einem Ausfall des Stromnetzes als Notstromanlagen eingesetzt werden.
Wie Sie sehen, ist der Gleichstrommotor eine bahnbrechende Entdeckung, die die Entwicklung der Technik bis heute beeinflusst. Es ist interessant zu sehen, was die Zukunft bringt und was die nächsten Jahrzehnte der Entdeckungen uns zeigen werden.
