Elektromotor - HTL Mödling

2016/17
Elektromotor
Petronijevic Marinko
HTL MÖDLING
Was ist ein Elektromotor?
Elektromotoren sind elektromechanische Wandler, die elektrische Energie in mechanische
Energie umwandeln. Hier wird die Kraft der Magnetfelder genutzt und diese in Bewegungen
umgesetzt. Heutzutage verwenden wir Elektromotoren fast überall z.B bei Autos, Lüfter und
Ofen usw.
Historisches über den Elektromotor
Die Entwicklung des Elektromotors begann im Jahre 1820 mit der Entdeckung des
Elektromagnetismus durch Hans Christian Örsted. Im selben Jahr veröffentlichte auch Michael
Faraday seine Forschungsergebnisse zur elektromagnetischen Rotation.
1837 erhielt dann der US-Amerikaner Thomas Davenport das erste Patent auf einen
Elektromotor für seinen 1834 entwickelten Kommutator Motor (Gleichstrommotor).
Nach vielen Zwischenschritten erfand schließlich Werner von Siemens die Dynamomaschine,
womit von nun an elektrische Energie in großem Umfang erzeugt werden konnte.
So war der Weg für den elektrischen Motor wie wir ihn heute kennen geebnet.
Aufbau des Elektromotors
Auch wenn es noch so verschiedene Größen von Elektromotoren gibt, arbeiten sie alle nach
demselben Grundprinzip und haben oft dieselben Bestandteile.
(Natürlich kann ein Gleichstrommotor nicht den komplett gleichen Aufbau wie ein Elektromotor
eines Autos haben.)
Die Bestandteile eines einfachen Gleichstrommotors sind:
Rotor (drehender Elektromagnet), Stator (Permanentmagnet), Polwender oder Kommutator,
Bürsten, Spule, Welle,
Rotor: Der Rotor ist der bewegliche Teil des Motors und bewegt sich zwischen den beiden
Polen des Stators. Um den Rotor wird eine Spule mit mehreren Windungen gewickelt, die von
einem elektrischen Strom durchflossen wird. Für die Stromversorgung sind die Bürsten
verantwortlich, welche am Rotor fixiert wurden.
Stator: Der Stator ist meistens ein Elektromagnet, welcher statisch also unbewegt bleibt
Bei einfachen Gleichstrommotoren (Kommutator Motor) handelt es sich um einen
Permanentmagneten (Hufeisenmagneten)
Stromquelle: Die Stromquelle ist der Versorger der Elektromotoren.
Bei einfachen Kommutator Motoren kann es sich um eine Flachbatterie handeln
Je größer die Stromquelle ist, umso stärker ist der Elektromotor.
Kommutator: oder auch Polwender genannt, dient zur Umpolung in Elektromotoren.
Dieser ändert die Richtung des Stroms und somit auch das Magnetfeld.
Der Kommutator besteht aus zwei Hälften, Strom leitenden Materials und einem Streifen
nichtleitenden Materials in der Mitte. Er isoliert die beiden Hälften voneinander, damit die Spule
des Innenmagneten nicht mehr mit Strom versorgt wird sobald der Totpunkt erreicht ist
(Am Totpunkt sind sich Plus- und Minuspol des beweglichen und unbeweglichen Magneten
am nächsten, Kraft setzt aus)
Welle: Die Welle ist ein stabförmiges Maschinenelement. Dieses wird dazu benötigt, um die
drehbaren Lagerungen des Rotors zu Ermöglichen.
Bürsten: Die Bürsten versorgen den Rotor mit Strom.
Funktion des Elektromotors
Auch wenn es noch so verschiedene Größen und Bauformen von Elektromotoren gibt arbeiten
sie alle nach demselben Prinzip:
In allen Elektromotoren werden die Drehkräfte durch Magnete erzeugt.
Des Weiteren gibt es noch physikalische Prinzipe, die man erst verstehen muss, damit man
sich mit der Funktion der Elektromotoren auseinandersetzen kann.
Deshalb folgen nun ein paar physikalische Grundlagen, die mit Beispielen erklärt werden:
Physikalische Grundlagen:
Wenn durch einen Draht Strom fließt (von + nach – technische Stromrichtung), entsteht ein
Magnetfeld in Richtung des Stromflusses, dass sich im Uhrzeigersinn um den Magneten
befindet. (Magnetfeld von Nordpol bis Südpol)
Magnetismus
Wenn man nun diese Regel kennt versteht man auch das Prinzip der Magnetischen Spule.
Wenn man einen Draht zur Spule dreht und dort Strom durchfließen lässt, entsteht ein
Magnetfeld, dass durch und um die Spule geht, denn die ganzen kleinen Magnetfelder der
einzelnen Drähte addieren sich zu einem großen Magnetfeld, dem Magnetfeld der Spule.
Aus diesem Grund sind Elektromagneten mit mehr Spulenwindungen oder einer stärkeren
Stromquelle (wie bei Hebe-und Tragkräne) viel stärker. (je stärker der Strom fließt, desto
stärker der Magnetismus.)
Spule mit einem Eisenkern sind durch die magnetische Leitfähigkeit des Eisens sogar noch
bessere Elektromagneten. (Magnetismus)
Anziehungskräfte und Abstoßkräfte:
Wenn man als Kind Magnete zusammenstoßen wollte ging das manchmal wie von
Zauberhand fast von allein, aber manchmal konnte man Magneten nicht zusammenstoßen,
da diese sich immer auseinandergestoßen haben. Grund war die Anziehungskraft
(unterschiedliche Pole ziehen sich an) bzw. die Abstoßkraft (Gleiche Pole stoßen sich ab).
Funktion:
Auch wenn es noch so verschiedene Größen und Bauformen von Elektromotoren gibt arbeiten
sie alle nach demselben Prinzip:
In allen Elektromotoren werden die Drehkräfte durch Magnete erzeugt.
In der einfachsten Form besteht ein Gleichstrommotor aus einem feststehenden
Permanentmagneten (Stator), Rotor (drehender Elektromagnet), Polwender oder
Kommutator, Bürsten, Spule, Welle,
Die Änderung der Stromrichtung am Totpunkt bewirkt der Kommutator, somit ist dieser beim
Gleichstromelektromotor besonders wichtig. Er ist durch eine Achse mit dem Rotor verbunden
und dreht sich mit ihm im Kreis. Der Kommutator bewirkt nun, dass der Magnet, der durch
seine Trägheit auch nach Erreichen des Totpunkts weiter rotiert, umgepolt wird.
Dies geschieht mit Hilfe der Kontakte (Bürsten), die an derselben Stelle bleiben, während sich
die leitfähigen Hälften vertauschen und sich somit auch die Polung des Rotors umkehrt.
Dadurch wird die Stromrichtung und damit die Polung des Rotors so geändert, dass sich
ständig einander abstoßende Magnetpole gegenüberstellen.
Dies Verläuft solange bis keine Stromquelle mehr vorhanden ist.
Verwendung der Rohstoffe im Elektromotoren
Oft kümmert und beschäftigt man sich nicht mit der Situation der Rohstoffe, die im
Elektromotoren verwendet werden. Heutzutage wo die Situation mit unserer
Umweltverschmutzungssituation nicht allzu gut ausschaut, sollte man sich auch mit den
Rohstoffen der Elektromotoren auseinandersetzen.
Da der Elektromotor aus mehreren Bestandteilen besteht, braucht man auch viele Rohstoffe.
Es werden in Elektromotoren viele verschiedene Metalle eingebaut, die jedoch immer seltener
werden. (Kupfer, Lithium, Zink, Eisen,etc.)
Jedoch muss man auch sagen, dass der Elektromotor viele andere Eigenschaften mitbringt,
wie den guten Wirkungsgrad und die Elektromobilität.
In Autos werden bereits Elektromotoren eingebaut. Die zugeführte Energie, die man im Motor
reinsteckt, wird zu ca.95 % auf der Strecke wiedergegeben, das heißt das die Energie nicht
viel (ca.5%) durch Wärme im Motor verloren geht. Im Gegensatz zu Elektromotoren gehen bei
Dieselmotoren ca.80% der zugeführten Energie an die Umwelt. (Verheizen der Umwelt und
verschlimmern durch die Auspuffgase die Luft) Wegen diesen guten Eigenschaften versuchen
viele Autokonzerne immer mehr auf Elektromotoren zu arbeiten.
Literaturverzeichnis:
Quellen:
Bücher: Physik heute 4 vom Verlag Veritas (Erscheinungsjahr: 2013), Was ist Was der
Magnetismus? (Erscheinungsjahr: 2007)
http://aquarium.teufel100.de/tag/aufbau-elektromotor/ (Stand:22.11.2016)
http://www.delfine3d.de/elektromotor-funktionsweise-einfach-erklart/(Stand:28.11.2016)
http://motoren-technik.net/aufbau-elektromotor/ (Stand:22.11.2016)
http://www.mx-electronic.com/pdf/WirkungsgradVergleich_zwischen_Fahrzeugen_mit_Verbrennungsmotor_und_Fahrzeugen_mit_Elektromo
tor.pdf (Stand: 17.1.2017)
http://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/mobilitaet-unsantriebe/electromobilitaet-elektromotoren.html (Stand: 17.1.2017)