Wie Funktioniert ein Elektromotor?
Betrachten wir die Geschichte des Elektromotors, so treffen wir auf den Namen Werner von Siemens, der 1857 die Grundlagen für diese Antriebstechnik schaffte. Bis wir jedoch den heutigen Stand der Technik erreichten, vergingen noch einmal fast 150 Jahre.
Eine Bestandsaufnahme Elektromotoren werden heute neben ihrer industriellen Anwendung vor allem im alltäglichen Gebrauch im Haushalt benutzt. Geräte wie Rasierapparat, Mixer, Staubsauger, Waschmaschine und Trockner sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dabei bietet die Antriebsart des Elektromotors viele Vorteile, wie etwa seine Umweltverträglichkeit. Die oben genannten Geräte sind jedoch alle für das 23O-V-Hausnetz ausgerichtet.
Im Modellbau bezieht der Elektromotor seine Energie aus Batterien bzw. Akkus. Die hier verwendeten Motoren haben bedingt durch ihre spezifische Anwendung natürlich eine andere Ausrichtung. Der Elektromotor findet seine Verwendung beim Antrieb von Auto-, Schiffs- und Flugmodellen. Hat man noch vor Jahren die Leistungsausbeute von Elektromotoren und den verwendeten Akkus nur müde belächelt,so stellen sie heute eine ernstzunehmende Alternative gegenüber dem Verbrennungsmotor dar. Die Leistung kann je nach Verwendung bestimmter Komponenten sogar höher sein als die des Verbrennungsmotors. Die Entwicklung in diesem Segment ist noch lange nicht abgeschlossen, was technische Neuerungen wie beispielsweise bürstenlose Motoren zeigen.
Dabei ist der Elektromotor immer im Zusammenhang mit den zusätzlich benötigten Komponenten zu sehen. Motor, Regler und Akku bilden stets eine Einheit, die auch gemeinsam aufeinander abgestimmt sein müssen.Funktionsweise
Funktionsweise Elektromotoren bestehen aus einem Permanent-Magneten, in dessen Magnetfeld ein mehrpoliger Anker aus Eisen drehbar gelagert ist. Der Anker aus Eisen trägt dabei mehrere Wicklungen aus Kupferdraht. Drei- oder fünfpolige Anker sind üblich. Fließt nun in einer der Drahtwicklungen des Ankers Strom, erfährt der Anker im Magnetfeld eine Ablenkung und wird somit in Drehung versetzt. Um diese Drehung bei zu halten, führen Schleifkontakte den Strom den Ankerwicklungen in ständigem Wechsel zu. Damit ist eine kontinuierliche Drehbewegung gewährleistet.
Es gibt aber auch eisenlose Anker. Bei diesen Glockenankermotoren dreht sich eine starrgewickelte, topfförmige Spule in dem schmalen Spalt zwischen einem Permanent-Magneten und dem das Motorgehäuse bildenden Eisenmantel.Glockenankermotoren weisen einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Wir wollen jedoch diesen Motorentyp vernachlässigen, da er in der Regel nicht als Antriebsmotor von Modellen in Frage kommt.
Motorleistung Die elektrische Leistung eines Motors wird durch die Versorgungsspannung und die Stromaufnahme bestimmt. Fließt zum Beispiel in einem Elektromotor im Leerlauf bei einer Versorgungsspannung von 8 V ein Strom von 250 mA, so beträgt dessen Leistungsaufnahme im Leerlauf 8 x 250 = 2000 Milliwatt = 2 Watt (W). Wird der Motor belastet, steigen Stromaufnahme und die Leistungsaufnahme an. Die elektrische Leistungsaufnahme ist somit von Bedeutung, da die Größe der Stromquelle (Akku) unmittelbar von der benötigten Leistung des Motors abhängt. Die mechanische Leistung, also das Umsetzen etwa in eine Drehbewegung, ist immer geringer als die elektrische Leistung, die der Motor aufnimmt. Man spricht hier von einem Wirkungsgrad, der immer nur kleiner als 100 % sein kann. Reibung und Wärmeentwicklungverringern den Wirkungsgrad. Elektromotoren, die in Fahrzeugmodellen eingebaut werden, haben in der Regel einen Wirkungsgrad, der zwischen 40 und 80 % liegt. Die mechanische Leistung des Motors wird durch das Drehmoment und die Drehzahl bestimmt. Daher gilt als obere Maxime, den Motor in einem Drehzahlbereich zu betrieben, wo dieser seinen besten Wirkungsgrad hat.
Standardmotoren In Fahrzeugmodellen kommen in der Regel Motoren der 500er-Baugröße zum Einsatz. Sie weisen ein geschlossenes Motorengehäuse auf, das häufig mit zwei Lüftungsschlitzen versehen ist. Diese Standardmotoren sind mittlerweile sehr leistungsfähig und verleihen den Fahrzeugen eine ausreichende Geschwindigkeit, besonders für den Einsteiger. Die Lagerung der Motorwelle erfolgt bei diesen Motoren in Sinterlagern. Vor Jahren noch waren die Lagerschilde aus Kunststoff, das haben mittlerweile alle Hersteller abgeschafft und das Kunstoff-Lagerschild durch ein Metall-Lagerschild ersetzt. Diese Standardmotoren lassen sich nicht modifizieren. Ein innerer Eingriff ist in der Regel nicht möglich.
Tuningmotoren Tuningmotoren weisen gegenüber den Standardmotoren folgende Unterschiede auf:
Sie haben offenliegende Kohlenschächte,
Die Kohlen lassen sich austauschen.
Der Markt bietet weiche und harte Kohlen an. Der Unterschied besteht zum einen in der Nutzungsdauer zum anderen in derm Strom- übertragung.
Tuningmotoren haben austauschbare Anpressfedern. Die Federn haben die Aufgabe, die Kohlen mit einem bestimmten Anpressdruck gegen den Kollektor zu drücken. Federn gibt es in unterschiedlichen Stärken.
Die Motorwelle ist bei Tuningmotoren doppelt kugelgelagert. Die Hersteller bieten für Tuningmotoren einen Ersatzteil-Service an. Tuningmotoren lassen sich zum Austausch der Teile komplett zerlegen und wieder zusammen bauen. Abgenutzte Kollektoren können mit einer Kollektordrehbank abgedreht und somit wieder auf Leistung gebracht werden.
Tuningmotoren gibt es je nach Einsatzzweck in vielen unterschiedlichen Ausführungen. So bietet der Markt Motoren für den Off- und On-Road-Bereich, für 2 WD- und 4 WD-Fahrzeuge an, die jeweils unterschiedliche Laufeigenschaften aufweisen.
Der Einsatz von Tuningmotoren ist häufig die erste Tuningmaßnahme an Fahrzeugen mit Elektromotor.
Praxis Sie haben ein Automodell mit Elektroantrieb erworben. In diesem Fahrzeug befindet sich ein Elektromotor der 500er-Baugröße, der zudem eine Besonderheit aufweist. Er besitzt eine innenliegende Motorkühlung in Form eines Lüfterrades, das direkt auf der Motorwelle sitzt. Die Kühlung eines Elektromotors ist von großer Bedeutung. Die durch die Belastung auftretende Hitze schädigt die Magneten und verringert somit die Leistung. Bei Modellfahrzeugen reicht in der Regel die Kühlung durch den Fahrtluftstrom aus. Es gibt jedoch im Zubehör-Bereich Kühlschlangen bzw. Kühlbleche, die mit großen Oberflächen versuchen die Hitze vom Motor wegzuleiten. Extreme Verhältnisse herrschen in einem Rennboot. Da sich der Motor hier in der Regel in einem verschlossenen Raum befindet, in dem keine oder nur eine geringe Luftzirkulation stattfindet, muss hier mit Hilfe einer Wasserkühlung Abhilfe geschaffen werden. Doch nun zurück zu unserem Modellauto. Nachdem Sie sich mit dem Fahrzeug vertraut gemacht haben, stehen die ersten Tuningmaßnahmen auf dem Programm. An aller oberster Stelle rangiert gerade bei Einsteigern der Wunsch nach einem stärkeren Motor, um mehr Power zur Verfügung zu haben.
Doch Vorsicht!!! Sie können hier nicht einfach einen Tuningmotor einsetzen, ohne auf die restlichen Komponenten wie Regler und Akku zu achten. Motor, Regler und Akku sind gerade bei Baukästen und Fertigmodellen immer aufeinander abgestimmt. Ändern wir die Leistungsklasse des Motors ab und bauen einen Motor mit erheblich mehr Leistung ein, benötigen wir ebenfalls einen stärkeren Regler und einen entsprechenden Akku, der in der Lage ist, über den gewünschten Zeitraum gleichmäßig hohe Ströme abzugeben. Es nützt der beste Tuningmotor nichts, wenn der Akku nicht die vom Motor geforderten Ströme zu liefern kann, ebenso, wenn der Regler nicht in der Lage ist, die gelieferten Ströme an den Verbraucher weiterzuleiten. Im schlimmsten Falle zerstören Sie beim Einsatz eines heißen Motors unter Beibehaltung aller anderen Komponenten den Regler unwiderruflich. Hier ist also Vorsicht geboten. Eine gute Komponente ist im Zusammenspiel mit anderen nur so gut, wie das schwächste Glied in der Kette. Hier hilft Ihnen Ihr Fachhändler gerne weiter, um eine sinnvolle Auswahl zu treffen.
Strom muss man regeln Schließt man einen Akku direkt an einen Elektromotor an, so läuft dieser im Volllastbereich. Es bestünde keine Möglichkeit der Regelung. Ein solcher Zustand ist im Auto nicht wünschenswert. In Rennbooten arbeitet man zum Teil mit Schaltern. Hier geht es dann nur um volle Power oder aus. Doch zurück zum Fahrzeug. Vor Jahren noch war der elektronische Regler die Ausnahme. Es wurde ausschließlich mit mechanischen Reglern gearbeitet, die heute fast von der Bildfläche verschwunden sind.
Nachteile des mechanischen Reglers
störanfällig im Betrieb
lässt nur Fahrstufen zu
nicht benutzte Energie wird in Wärme umgewandelt, also verschwendet
es wird ein Servo zur Ansteuerung benötigt
Vorteile des elektronischen Reglers
störungsfreier Betrieb
stufenlose Geschwindigkeitsregulierung
es wird nur die Energie gebraucht, die der Motor benötigt, kein Stromverlust
Bremsenergie wird zurück in den Akku geleitet (bei bestimmten Reglertypen)
ein Ansteuerungsservo entfällt
programmierfähig, da mikroprozessorgesteuert (bei bestimmten Reglertypen)
Problemlösungen Störungen: Elektromotoren müssen beim Einsatz in ferngesteuerten Modellen entstört werden. Dies geschieht mit Hilfe von Entstörkondensatoren, die zum Teil vom Hersteller bereits angebracht worden sind. Das trifft in der Regel nur auf Standard- motoren zu. Tuningmotoren werden häufig mit den benötigtem Zubehör, 3 Entstörkondensatoren geliefert, die der Kunde dann selber anlötenmuss.Eine wirkungsvolle Entstörung erreicht man, indem man je einen Kondensator an den Minus- bzw. Plus-Pol anlötet und das andere Ende mit der Masse, dem Motorengehäuse verbindet. Den dritten Kondensator lötet man zwischen die Pole.
Stecker und Kabel: Diesen beiden Komponenten wird häufig zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Dort, wo hohe Ströme fließen,müssen sichere Kontakte und ausreichende Kabelquerschnitte verwendet werden. Hier haben sich Goldkontaktstecker bestens bewährt.
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