Brushed Motor

Der Brushed-Motor (Bürstenmotor) ist der „klassische Gleichstrom-Elektromotor“, er wird schon seit einigen Jahrzehnten für die unterschiedlichsten Verwendungen eingesetzt. Elektromotoren sind sogenannte elektromechnanische Energiewandler, welche elektrische Energie oder auch elektrische Leistung, in mechanische Energie, bzw. mechanische Leistung, umwandeln. Aufgrund von Reibungsverlusten und anderen Effekten ist die mechanische Leistung immer kleiner im Vergleich zur elektrischen Leistung. Dieser Effekt wird über den Wirkungsgrad beschrieben.

Hersteller haben natürlich ein großes Interesse Motoren mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad zu entwickeln, hierbei geht es nicht nur um eine optimale Ausnutzung der elektrischen Leistung, auch der Verschleiß der Motoren ist bei einem hohen Wirkungsgrad tendenziell geringer. Bürstenmotoren haben in der Regel einen Wirkungsgrad zwischen 50% und 80%. Moderne Brushless-Motoren dagegen, liegen in den meisten Betriebsfällen im Bereich zwischen 80% – 90% (häufig auch darüber).

Funktionsweise der Brushed-Motoren

Das Funktionsprinzip eins Bürstenmotors lässt sich ganz gut an einem klassischen Innenläufer-Motor beschreiben. Der feststehende Teil, der Stator, befindet sich außen und der drehende Teil, der Rotor, ist innen. Der Motor bewegt sich (wie auch der Brushlessmotor) nach der Lenzsche Regel. Bei diesem Prinzip üben immer (Permanent-) Magnete und stromdurchflossene Leiter Kräfte aufeinander aus..

Bei einem Brushed-Motor sind die Permanentmagnete immer auf dem Stator angebracht. Während die stromdurchflossenen Leiter sich stets auf dem drehenden Teil (Rotor) befinden. Das vom Magneten hervorgerufene magnetische Feld und der Strom durch den Leiter üben jedoch nur dann eine Kraft in die Richtung der Rotordrehung aus, wenn sie in der richtigen Orientierung zueinander stehen. Daher muss der Strom während einer Umdrehung gewendet werden, was in der Fachsprache als „kommutiert“ bezeichnet wird.

Um den Kontakt zwischen den am Stator fixierten Zuleitungsdrähten und dem sich drehenden Rotor herzustellen, werden die Bürsten benötigt. Sie sind meistens aus Graphit gefertigt, werden aber häufig noch mit Kupfer, Silber oder anderen Metallen angereichert, um den Verschleiß zu reduzieren sowie um den Kontakt zu verbessern.

Bürstenmotoren haben den Vorteil, dass sie mit Gleichstrom (z.B. aus einer Batterie oder einem Akku) betrieben werden können, weshalb sie häufig auch als Gleichstrommotoren oder englisch Direct-Current (DC-)Motoren bezeichnet werden. Die Kommutierung mit den Bürsten sorgt dann für die richtige Stromrichtung. Jetzt ist es allerdings so, dass die Bürsten die Schwachstelle bei dieser Technik ausmachen.

Für die Stromübertragung wird ein gewisser Anpressdruck benötigt, welcher die Reibung erhöht und dementsprechend den Wirkungsgrad mindert. Die enstehende Wärme verschleißt wiederum den Hauptverursacher für den geminderten Wirkungsgrad, die Bürsten. Zusätzlich sorgen Induktivitäten im Motor dafür, dass abrupte Wechsel des Stroms, zu erhöhten Spannungsspitzen führen. Das dadurch enstehende „Bürstenfeuer“ stört den Empfänger der Fernsteuerung. Dadurch müssen Bürstenmotoren häufig aufwändig entstört werden.