DC Motor: Funktionsweise, Aufbau und Anwendungsgebiete

Der Gleichstrommotor (DC Motor) ist eine der ältesten Elektromotorarten und wird noch heute in vielen Anwendungen eingesetzt. Wir erklären Aufbau und Funktionsweise.

Was ist ein DC Motor?

Ein DC Motor (Direct Current Motor) wandelt elektrische Energie aus Gleichstrom in mechanische Rotationsenergie um. Er besteht aus einem feststehenden Teil (Stator) und einem rotierenden Teil (Rotor).

Aufbau eines DC Motors

Hauptkomponenten

• Stator: Gehäuse mit Permanentmagneten oder Elektromagneten
• Rotor (Anker): Drehbarer Teil mit Wicklungen
• Kommutator: Umschalter für Stromrichtung
• Bürsten: Übertragen Strom auf den Kommutator
• Welle: Gibt die mechanische Leistung ab

Funktionsweise

1. Strom fließt durch die Bürsten in die Rotorwicklungen
2. Das Magnetfeld des Rotors interagiert mit dem Statorfeld
3. Die resultierende Kraft (Lorentzkraft) dreht den Rotor
4. Der Kommutator schaltet die Stromrichtung um → Drehung setzt sich fort
5. Die mechanische Energie wird über die Welle abgegeben

Typen von DC Motoren

1. Bürstenmotor (Brushed DC)

• Klassische Bauform mit Kohlebürsten
• Einfache Steuerung
• Verschleiß durch Bürsten
• Anwendung: Spielzeug, kleine Haushaltsgeräte

2. Bürstenloser Motor (BLDC)

• Elektronische Kommutierung
• Wartungsfrei
• Höherer Wirkungsgrad
• Anwendung: E-Bikes, Drohnen, PC-Lüfter

3. Nebenschluss-Motor

• Feldwicklung parallel zum Anker
• Konstante Drehzahl
• Anwendung: Werkzeugmaschinen

4. Reihenschluss-Motor

• Feldwicklung in Reihe mit Anker
• Hohes Anlaufmoment
• Anwendung: Elektrofahrzeuge, Kräne

Vorteile von DC Motoren

• ✓ Einfache Drehzahlregelung
• ✓ Hohes Anlaufmoment
• ✓ Sanfter Anlauf möglich
• ✓ Betrieb in beide Richtungen
• ✓ Kompakte Bauform

Nachteile von DC Motoren

• ✗ Verschleiß der Bürsten (bei Brushed-Typen)
• ✗ Funkenbildung am Kommutator
• ✗ Regelmäßige Wartung nötig
• ✗ Nicht für explosionsgefährdete Bereiche

Anwendungsgebiete

Haushalt

• Staubsauger
• Mixer und Küchengeräte
• Elektrische Zahnbürsten

Automobil

• Fensterheber
• Scheibenwischer
• Sitzverstellung
• Anlasser

Industrie

• Förderanlagen
• Werkzeugmaschinen
• Robotik

Steuerung und Regelung

DC Motoren lassen sich einfach steuern durch:

• PWM (Pulsweitenmodulation): Drehzahlregelung
• H-Brücke: Drehrichtungsumkehr
• Vorwiderstand: Einfache Drehzahlminderung