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Elektromotor 07:21 min

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Transkript Elektromotor

Das Thema dieses Films ist der Elektromotor. Elektromotoren sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie treiben Lokomotiven, Straßenbahnen, Kräne und Pumpen an, Kinderspielzeug oder auch Festplatten und DVD-Player. Und wahrscheinlich sind sie die Zukunft des Individualverkehrs. Vom Fahrrad mit Elektrounterstützung bis zum Elektroauto. Wie aber funktioniert ein Elektromotor? Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die elektrische Energie in mechanische umwandelt. Am Anfang steht dabei ein einfacher, zylindrisch aufgewickelter Draht. Eine Spule. Eine Spule, durch die ein Gleichstrom fließt, erzeugt ein Magnetfeld mit einem Nord- und einem Südpol. Wird eine solche Spule drehbar, etwa zwischen den beiden Polen eines Hufeisenmagneten aufgehängt, wirken die magnetischen Kräfte. Gleichnamige Pole stoßen einander ab, ungleichnamige ziehen sich an. Die drehbar aufgehängte Spule, die Anker genannt wird, beginnt zu rotieren, in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn. Allerdings nur so weit, bis der Anker parallel zu den magnetischen Feldlinien steht. Denn jetzt wirken keine magnetischen Kräfte mehr auf ihn ein, die ihn weiter rotieren lassen. Stattdessen halten ihn diese Kräfte nun in seiner Position fest. In einem Elektromotor soll der Anker jedoch weiter rotieren, um kontinuierlich Bewegung zu erzeugen. Wenn das geschieht, dürfen die Ankerwicklungen nicht fest an eine Stromquelle angeschlossen sein. Stattdessen wird in die Spannungsversorgung des Ankers ein Stromwender eingefügt. Ein kleines aber effektives Bauteil, das der deutsch-russische Physiker Moritz Hermann von Jacobi 1834 erfand. Der Stromwender besteht aus einem Schleifring und zwei Schleifkontakten. Diese werden Bürsten genannt und bestehen meistens aus Kohle. Der Schleifring ist in zwei Segmente unterteilt, die jeweils mit einem Pol der Ankerwicklungen verbunden sind. Dazwischen liegt eine isolierende Schicht. Im Ausgangszustand ist dann zum Beispiel Pol 1 mit dem Plus- und Pol 2 mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Das bleibt zunächst auch so wenn der Stromwender gedreht wird. Hat der Stromwender sich aber so weit gedreht, dass die Bürsten die Isolierschicht des Schleifrings erreichen, ist keiner der beiden Pole mehr mit der Spannungsquelle verbunden. Der Stromwender ist stromlos. Wird der Stromwender noch ein bisschen weiter gedreht, kehrt sich das Spannungsverhältnis des Ausgangzustands um. Jetzt ist Pol 2 mit dem Plus- und Pol 1 mit dem Minuspol des Bauteils verbunden. Darum heißt es auch Stromwender, oder Lateinisch Kommutator. Wie wirkt sich der Einbau des Kommutators nun auf unseren im Magnetfeld rotierenden Anker aus? Zu Beginn steht der Anker wieder senkrecht zu den magnetischen Feldlinien des umgebenden Magneten. Die gleichnamigen Pole stoßen einander ab, die ungleichnamigen ziehen sich an. Der Anker beginnt gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren. Kurz bevor er nun aber wieder die Position erreicht, in der ihn keine Kräfte mehr weiterbewegen würden, erreichen die Bürsten die Isolierschicht des Schleifrings und schalten den Anker stromlos. Jetzt wirken keine magnetischen Kräfte mehr auf den Anker, die ihn festhalten würden. Infolge der eigenen Trägheit rotiert der Anker daher noch ein Stück in seiner ursprünglichen Bewegungsrichtung weiter. Dadurch treten die Bürsten wieder in Kontakt mit den Polen des Ankers. Nun jedoch erfüllt der Kommutator, der Stromwender, seine Aufgabe und kehrt die Polung des Ankers und damit das Magnetfeld gegenüber dem Ausgangszustand um. Dann wirken sofort wieder die magnetischen Kräfte. Zunächst vor allem die Abstoßungskräfte der gleichnamigen Pole. Bis etwa eine Viertelumdrehung weiter erneut die Anziehungskräfte der ungleichnamigen Pole stärker wirken. Erreichen die Bürsten nach einer Drehung des Ankers um beinahe 180° wieder die Isolierschicht des Schleifrings, wiederholt sich der Vorgang. Der Motor läuft jetzt ohne Unterbrechung. Das war bereits das Funktionsprinzip des ersten von einem Elektromotor angetriebenen Schiffs. Das 1834 auf dem Fluss Neva in Sankt Petersburg über sieben Kilometer zurücklegte. Unser einfacher Gleichstromelektromotor hat allerdings einen entscheidenden Nachteil. Kommt er just in dem Zustand zur Ruhe, in dem der Anker stromlos geschaltet ist, können wir ihn nicht starten. Wir müssen ihn dann zunächst von außen in Bewegung versetzen. Eleganter ist die Lösung einen zweiten Anker mit eigenem Kommutator im rechten mit dem ersten Anker zu verbinden. So ist gewährleistet, dass immer einer der beiden Anker mit der Stromquelle verbunden ist und die Rotationsbewegung in Gang setzen kann. Moderne Elektromotoren haben nicht nur einen oder zwei, sondern eine ganze Reihe von Ankern mit einer entsprechenden Anzahl zusätzlicher Segmente am Kommutator. Der Magnet, in dem unser Anker gelagert war, muss übrigens nicht unbedingt ein Permanentmagnet sein, sondern kann auch ein von derselben Stromquelle gespeister Elektromagnet sein. Das ermöglicht dann eine weitere Bauart des Elektromotors. Statt die Polung des Magnetfelds des Ankers umzukehren wird hier per Wechselstrom die Polung des umliegenden Magneten umgekehrt. Ein solcher Wechselstromelektromotor kommt ohne Kommutator aus. Es muss nur sichergestellt werden, dass die Umpolung des Magnetfelds so getaktet ist, dass der Anker stets vorwärts bewegt und nicht etwa gebremst wird. Moderne Elektromotoren entwickeln erstaunliche Leistungen. So bringt es dieser elektrisch angetriebene Sportwagen auf 225 kW. Das ist etwa eintausend mal so viel wie beim Elektroschiff auf der Neva. Das größte Problem bei Elektromotoren, die nicht an eine feste Stromquelle angeschlossen sind, ist aber immer noch die Stromversorgung. Der Akku dieses Flitzers zum Beispiel füllt nicht nur den Raum aus, der normalerweise für den Tank benötigt wird, sondern den gesamten Kofferraum gleich mit.

9 Kommentare
  1. Default

    Das beste Physik Video!

    Von Joerg Schuster, vor 4 Monaten
  2. Default

    Sehr schön erklärt!👍🏽

    Von Jonathan J., vor mehr als einem Jahr
  3. Default

    sehr gutes video!!!!

    Von M Kose, vor etwa 2 Jahren
  4. Karsten

    @Ellisprung77

    durch den Kommutator wird genau in diesem Moment, indem sich ungleichnamigen Pole gegenüberstehen, umgepolt, so das sich die nun gleichnamigen Pole wieder abstoßen. Und so dreht sich der Rotor immer weiter.

    Von Karsten Schedemann, vor fast 3 Jahren
  5. Spaziergang sommer 20117

    Eine kleine Frage:
    Ich habe noch nicht ganz verstanden wie sich der Anker weiter drehen kann wenn er an den gleichnamigen Poeln angekommen ist?

    Von Ellisprung77, vor fast 3 Jahren
  1. Default

    Vielen Dank das Video hat mir sehr dabei geholfen dieses Thema zu verstehen

    Von Heideroskar, vor etwa 3 Jahren
  2. Default

    sehr gutes video

    Von Molladominika, vor mehr als 3 Jahren
  3. Wellensittich ankiro fotolia com

    Unglaublich gut erklärt! Danke!

    Von Iris Dd, vor fast 4 Jahren
  4. Default

    Cool! Hab mir sehr geholfen!!!

    Von Jwseo2002, vor etwa 4 Jahren
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