Kommutatoren & Schleifringkörper Finsterwalde GmbH

FAQ

Häufig gestellte Fragen und Antworten

Hier finden Sie uns häufig gestellte Fragen und deren Antworten.

Energie ist zunächst mal eine physikalische Größe. Ihre Einheit ist Joule bzw. kWh bei der Leistungsmessung von Elektromotoren. Energie kann in unterschiedlichster Form vorkommen. So ist zum Beispiel elektrische Energie eine davon. Elektrische Energie kann in andere Energieformen umgewandelt werden, zum Beispiel in chemische oder mechanische Energie. So wandelt beispielsweise ein Elektromotor die von ihm genutzte elektrische Energie in mechanische Energie um. Was konkret bedeutet, dass der Elektromotor ein Magnetfeld erzeugt, das wiederum eine Kraft auf Strom durchflossene Leiter oder auf Permanentmagnete ausübt.

Rein technisch gesehen ist ein Generator identisch mit einem Elektromotor. Allerdings ist die Wirkungsweise genau umgekehrt. Während der Elektromotor aus der elektrischen Energie, mit der er betrieben wird, Bewegungsenergie erzeugt, wandelt der Generator mechanische Energie in elektrische Energie um. Diese mechanische Energie wird dem Generator über eine Welle zugeführt, so wie zum Beispiel bei einer Windenergieanlage.

Zu den Gleichstrommotoren zählen Neben-, Reihen- und Doppelschlussmotoren, sowie permanentmagneterregte Motoren. Gutes Anlaufverhalten und gute Regelbarkeit gehören zu den grundsätzlichen Vorteilen dieses Motorentyps. Jede Variante hat dabei aber auch noch ihre ganz eigenen Vorzüge. Eingesetzt werden Gleichstrommotoren im Allgemeinen bei Windenergieanlagen als Blattverstell- oder Pitchantriebe. Man findet sie aber auch als Wickelantriebe in der Textilindustrie.

Kohlebürsten werden in Elektromotoren und Generatoren verwendet. Über sie wird der elektrische Kontakt zum Kollektor oder den Schleifringen des beweglichen Teils eines Elektromotors bzw. Generators hergestellt. Sie bestehen meist aus Grafit, können aber je nach Anwendungszweck auch um Kupfer, Silber oder andere Metalle ergänzt werden. Aufgrund der vielfältigen Einsatzgebiete in Gleichstrom- und Wechselstrommotoren gibt es Kohlebürsten auch in nahezu allen erdenklichen Größen. Von besonders kleinen Exemplaren für Modelleisenbahnen bis hin zu kiloschweren Varianten für Generatoren in Kraftwerken. Andere Bezeichnungen für Kohlebürsten sind auch Bürste, Motorkohle oder Schleifkohle.

Der Leonardsatz ist die Kombination aus einem Umformer und einem Gleichstrommotor. Dabei besteht der Umformer zunächst aus einem Asynchronmotor und einem mit diesem gekoppelten Generator auf Gleichstrombasis. Auf diesem Weg wird aus einem Drehstrom eine steuerbare Gleichspannung erzeugt, mit der schließlich der Gleichstrommotor angetrieben werden kann. Vor allem sehr große Antriebe, die in der Drehzahl auch noch variabel sein müssen, können mit einem Leonardsatz verlustarm betrieben werden. Zum Beispiel in Walzwerken. Hinzu kommt, dass ein Leonardsatz rückspeisefähig ist. Das heißt, die Energie die zum Beispiel bei Bremsvorgängen entsteht, kann zurück gewonnen werden. Ausgehend vom Namen des Erfinders, dem Amerikaner Harry Ward Leonard, wird der Leonardsatz manchmal auch Ward-Leonard-Umformer genannt.

Mit Magnetismus bezeichnet man die Kraft, die zwischen Magneten oder magnetisierten Gegenständen und der Bewegung von elektrischen Ladungen wirkt. Der Bereich zwischen diesen Magneten oder Gegenständen, über den diese Kraft übermittelt wird, ist das Magnetfeld. Das Magnetfeld wird zum einen von diesen Gegenständen erzeugt, andererseits wirkt es aber auch auf sie. Verursacht werden Magnetfelder nicht nur durch magnetisches Material, sondern zum Beispiel auch durch elektrische Ströme. So wie bei einer Spule, durch die Strom fließt.

Nebenschlussmotoren sind Gleichstrommotoren. Die Bezeichnung Nebenschluss ergibt sich aus der Tatsache, dass die Erregerwicklung und die Ankerwicklung parallel bzw. nebeneinander geschaltet sind. Dabei ist das Magnetfeld nur von der Betriebsspannung abhängig. Auch bei wechselnder Stromstärke bleibt diese Betriebsspannung nahezu konstant. Nebenschlussmotoren haben zwar, beispielsweise im Vergleich zu Reihenschlussmotoren, ein geringeres Anzugsmoment, überzeugen aber mit einer hohen Drehzahlstabilität. Nebenschlussmotoren kommen zum Beispiel beim Parallelbetrieb mehrerer Maschinen oder bei der Ladung von Akkumulatoren zum Einsatz.

Permanentmagneten halten dauerhaft ihr statisches Magnetfeld und sind nicht wie Elektromagneten auf einen elektrischen Stromfluss angewiesen. Ein Permanentmagnet besteht aus einem Stück Eisen, Nickel, Kobalt oder einem anderen Material, das magnetisierbar ist. Unabhängig vom Material hat der Permanentmagnet an seiner Oberfläche jeweils einen oder gleich mehrere Nord- und Südpole. Jedoch immer zu gleichen Anteilen. Permanentmagnete werden auch als Dauermagnete bezeichnet.

Permanentmagneterregte Motoren zählen zu den Gleichstrommotoren. Sie haben den Vorteil, dass sie keine Energie benötigen, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Das verbessert gerade bei kleiner Gesamtleistung den Wirkungsgrad. Hinzu kommt, dass sie mit weniger Bauraum auskommen. Darüber hinaus fällt der Verlustanteil der Erregerwicklungen weg, da diese durch Magnete ersetzt werden.

Als Polrad wird bei Elektromotoren das rotierende Teil bei einer elektromagnetischen Wirkung bezeichnet. Das gilt allerdings nur für Drehstrommotoren. Bei Gleichstrommotoren wird der bewegliche Teil Anker genannt. Die Bezeichnung Anker wäre bei Drehstrommotoren allerdings irreführend, da es bei diesen Motorentypen auch den Ankerstrom und die Ankerwicklung gibt. Beide Bezeichnungen stehen jedoch in keinem technischen Zusammenhang mit dem Anker, wie er bei Gleichstrommotoren verstanden wird.

Reihenschlussmotoren gehören zu den Gleichstrommotoren. Sie haben keine definierte Leerlaufdrehzahl und ihre Drehzahl geht bei Belastung stärker zurück als das bei Nebenschlussmotoren der Fall ist. Allerdings verfügen diese Motoren über ein hohes Anzugsmoment. Dadurch sind sie im Kurzbetrieb extrem belastbar und werden daher auch in Anlassern verwendet. Zum Beispiel in denen von Elektrolokomotiven. Eine weitere Bezeichnung für Reihenschlussmotor ist Hauptschlussmaschine.

Der Schleifringläufermotor ist ein Asynchron-Drehstrom-Motor. Bei dieser Motorvariante ist die Läuferwicklung nicht kurzgeschlossen, sondern wird über Schleifringe nach außen geführt. Eingesetzt wird er überall dort, wo gleichzeitig ein hohes Anlaufdrehmoment und niedriger Anlaufstrom gefragt ist. Beim sanften Anfahren im Schwerlast- und Volllastlauf zum Beispiel, was unter Anderem bei großen Mühlen, Steinbrechmaschinen oder Krananlagen der Fall ist. Eher kleiner fällt dagegen der Wirkungsgrad aus. Außerdem zählt dieser Motortyp zu den wartungsintensiveren.

Sowohl Gleichstrom-, Synchron- als auch Asynchronmotoren können als Servomotoren ausgelegt werden. Zusammen mit einem Servoverstärker (auch Servoregler) bilden sie dann den so genannten Servoantrieb. Genau geregelt werden können mit diesem Antrieb das Drehmoment, die Geschwindigkeit oder die Position. Dazu wird mit einem Drehgeber, z.B einem Inkrementalgeber, immer die aktuelle Position des Rotors gemessen. Der ermittelte Wert wird dann mit dem Sollwert verglichen und, sofern eine Abweichung vorliegt, angepasst. Servomotoren wurden zunächst als Hilfsantriebe eingesetzt. Daher auch die Bezeichnung „Servo“, was abgeleitet vom lateinischen „servus“ so viel wie „Sklave“ bedeutet. Verwendung finden Servomotoren zum Beispiel in Werkzeugmaschinen oder industriellen Robotikanwendungen.

Der Stator ist der feststehende und unbewegliche Teil eines Elektromotors, eines Generators oder auch einer Pumpe. Oftmals ist der Stator auch zugleich das Gehäuse des Elektromotors.

Der Kommutator ist eine wichtige Komponente zum Bau von Gleichstrommotoren. Seine Aufgabe besteht darin, den rotierenden Anker (Rotor) in der Weise mit Strom zu versorgen, dass die einzelnen Wicklungen im richtigen Moment und in der Richtung vom Strom durchflossen werden, damit, entsprechend der Lenz‘schen Induktionsregel, der Rotor in der vorgesehenen Richtung bewegt wird.

Konstruktiv handelt es sich um einen rotationssymmetrischer Körper der, entsprechend der Windungszahl des Rotors aus elektrisch leitenden Einzelsegmenten (Kupfer) zusammengesetzt ist. Diese sind wiederum durch Glimmerlamellen elektrisch gegeneinander isoliert. Die Einzelteile werden im Spritzpressverfahren mit einem Duroplast-Formstoff gefügt.

Der Kommutator wird unmittelbar neben der Wicklung auf der Rotorwelle montiert und die Wicklungsenden sind mit jeweils zwei  versetzten Kommutatorsegmenten (Wicklungsschritt) verschaltet. Die Übertragung des Stroms auf den rotierenden Kommutator erfolgt über Kohlebürsten.

Konstruktive Auslegung und Herstellungsqualität des Kommutators müssen gewährleisten, dass er als zusammengesetzter Körper den hohen Fliehkräften bei der Rotation wiedersteht und die erforderliche Stromstärke unter der gegebenen Ankerspannung  übertragen kann, ohne dass es zu ungewollten Kurzschlüssen kommt.

Schleifringkörper sind ebenfalls Komponenten elektrischer Antriebe. Sie dienen in Generatoren dazu, den induktiv erzeugten Strom vom rotierenden Anker eines Generators zur weiteren Nutzung zu übertragen. Die Anwendungsbreite reicht vom tragbaren Notstromaggregat über Windkraftgeneratoren bis zu Kraftwerksmaschinen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Übertragung des erforderlichen Antriebsstroms auf Schleifringläufermotoren. Das sind Motoren, die sehr hohe Drehmomente erzeugen können und zum Beispiel in Mühlen und Zementwerken eingesetzt werden.

Eine spezielle Anwendung für Schleifringkörper ist der Einsatz in Frequenzumformern.

Darüber hinaus können Schleifringkörper aber überall dort eingesetzt werden, wo Strom zu den verschiedensten Antriebs- und Schaltfunktionen zwischen rotierenden und feststehenden Baugruppen übertragen werden müssen.

Schleifringkörper sind rotationssymmetrische Bauteile, bei denen der Strom während der Rotation über Kohlebürsten auf Ringe aus leitendem Material (Zinnbronze, Stahl. u.a.) übertragen wird. Die Ringe sind in duroplastischem Formstoff verpresst und somit untereinander und zur Rotorwelle elektrisch isoliert. Größere Schleifringkörper (Durchmesserbereich über 395 mm) werden in Schraubausführungen gefertigt, bei denen die Schleifringe durch spezielle Isolationselemente vor elektrischen Überschlägen gesichert sind. An den Schleifringen befinden sich Anschlusselemente (Schienen, Gewindebolzen u.a.) zur Verschaltung mit der Ankerwicklung.

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