Wie Funktioniert ein Elektromotor?

Elektromotor


Betrachten wir die Geschichte des Elektromotors, so treffen wir auf den Namen Werner von Siemens, der 1857 die Grundlagen für
diese Antriebstechnik schaffte. Bis wir jedoch den heutigen Stand der Technik erreichten, vergingen noch einmal fast 150 Jahre.


Eine Bestandsaufnahme
Elektromotoren werden heute neben ihrer industriellen Anwendung vor allem im alltäglichen Gebrauch im Haushalt benutzt. Geräte wie
Rasierapparat, Mixer, Staubsauger, Waschmaschine und Trockner sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dabei bietet die
Antriebsart des Elektromotors viele Vorteile, wie etwa seine Umweltverträglichkeit. Die oben genannten Geräte sind jedoch alle für das
23O-V-Hausnetz ausgerichtet.

Im Modellbau bezieht der Elektromotor seine Energie aus Batterien bzw. Akkus. Die hier verwendeten Motoren haben bedingt durch
ihre spezifische Anwendung natürlich eine andere Ausrichtung. Der Elektromotor findet seine Verwendung beim Antrieb von Auto-,
Schiffs- und Flugmodellen. Hat man noch vor Jahren die Leistungsausbeute von Elektromotoren und den verwendeten Akkus nur müde
belächelt,so stellen sie heute eine ernstzunehmende Alternative gegenüber dem Verbrennungsmotor dar. Die Leistung kann je nach
Verwendung bestimmter Komponenten sogar höher sein als die des Verbrennungsmotors. Die Entwicklung in diesem Segment ist noch
lange nicht abgeschlossen, was technische Neuerungen wie beispielsweise bürstenlose Motoren zeigen.

Dabei ist der Elektromotor immer im Zusammenhang mit den zusätzlich benötigten Komponenten zu sehen. Motor, Regler und Akku
bilden stets eine Einheit, die auch gemeinsam aufeinander abgestimmt sein müssen.Funktionsweise


Funktionsweise
Elektromotoren bestehen aus einem Permanent-Magneten, in dessen Magnetfeld ein mehrpoliger Anker aus Eisen drehbar gelagert ist.
Der Anker aus Eisen trägt dabei mehrere Wicklungen aus Kupferdraht. Drei- oder fünfpolige Anker sind üblich. Fließt nun in einer der
Drahtwicklungen des Ankers Strom, erfährt der Anker im Magnetfeld eine Ablenkung und wird somit in Drehung versetzt. Um diese
Drehung bei zu halten, führen Schleifkontakte den Strom den Ankerwicklungen in ständigem Wechsel zu. Damit ist eine kontinuierliche
Drehbewegung gewährleistet.

Es gibt aber auch eisenlose Anker. Bei diesen Glockenankermotoren dreht sich eine starrgewickelte, topfförmige Spule in dem schmalen
Spalt zwischen einem Permanent-Magneten und dem das Motorgehäuse bildenden Eisenmantel.Glockenankermotoren weisen einen
besonders hohen Wirkungsgrad auf. Wir wollen jedoch diesen Motorentyp vernachlässigen, da er in der Regel nicht als Antriebsmotor
von Modellen in Frage kommt.


Motorleistung
Die elektrische Leistung eines Motors wird durch die Versorgungsspannung und die Stromaufnahme bestimmt. Fließt zum Beispiel in
einem Elektromotor im Leerlauf bei einer Versorgungsspannung von 8 V ein Strom von 250 mA, so beträgt dessen Leistungsaufnahme
im Leerlauf 8 x 250 = 2000 Milliwatt = 2 Watt (W). Wird der Motor belastet, steigen Stromaufnahme und die Leistungsaufnahme an.
Die elektrische Leistungsaufnahme ist somit von Bedeutung, da die Größe der Stromquelle (Akku) unmittelbar von der benötigten
Leistung des Motors abhängt. Die mechanische Leistung, also das Umsetzen etwa in eine Drehbewegung, ist immer geringer als die
elektrische Leistung, die der Motor aufnimmt. Man spricht hier von einem Wirkungsgrad, der immer nur kleiner als 100 % sein kann.
Reibung und Wärmeentwicklungverringern den Wirkungsgrad. Elektromotoren, die in Fahrzeugmodellen eingebaut werden, haben in der
Regel einen Wirkungsgrad, der zwischen 40 und 80 % liegt. Die mechanische Leistung des Motors wird durch das Drehmoment und die
Drehzahl bestimmt. Daher gilt als obere Maxime, den Motor in einem Drehzahlbereich zu betrieben, wo dieser seinen besten
Wirkungsgrad hat.

Standardmotoren
In Fahrzeugmodellen kommen in der Regel Motoren der 500er-Baugröße zum Einsatz. Sie weisen ein geschlossenes Motorengehäuse
auf, das häufig mit zwei Lüftungsschlitzen versehen ist. Diese Standardmotoren sind mittlerweile sehr leistungsfähig und verleihen den
Fahrzeugen eine ausreichende Geschwindigkeit, besonders für den Einsteiger. Die Lagerung der Motorwelle erfolgt bei diesen Motoren
in Sinterlagern. Vor Jahren noch waren die Lagerschilde aus Kunststoff, das haben mittlerweile alle Hersteller abgeschafft und das
Kunstoff-Lagerschild durch ein Metall-Lagerschild ersetzt. Diese Standardmotoren lassen sich nicht modifizieren. Ein innerer Eingriff ist
in der Regel nicht möglich.

Tuningmotoren
Tuningmotoren weisen gegenüber den Standardmotoren folgende Unterschiede auf:

  • Sie haben offenliegende Kohlenschächte,
  • Die Kohlen lassen sich austauschen.

Der Markt bietet weiche und harte Kohlen an. Der Unterschied besteht zum einen in der Nutzungsdauer zum anderen in derm Strom-
übertragung.


Tuningmotoren haben austauschbare Anpressfedern. Die Federn haben die Aufgabe, die Kohlen mit einem bestimmten Anpressdruck
gegen den Kollektor zu drücken. Federn gibt es in unterschiedlichen Stärken.

Die Motorwelle ist bei Tuningmotoren doppelt kugelgelagert. Die Hersteller bieten für Tuningmotoren einen Ersatzteil-Service an.
Tuningmotoren lassen sich zum Austausch der Teile komplett zerlegen und wieder zusammen bauen. Abgenutzte Kollektoren können
mit einer Kollektordrehbank abgedreht und somit wieder auf Leistung gebracht werden.

Tuningmotoren gibt es je nach Einsatzzweck in vielen unterschiedlichen Ausführungen. So bietet der Markt Motoren für den Off- und
On-Road-Bereich, für 2 WD- und 4 WD-Fahrzeuge an, die jeweils unterschiedliche Laufeigenschaften aufweisen.

Der Einsatz von Tuningmotoren ist häufig die erste Tuningmaßnahme an Fahrzeugen mit Elektromotor.

Praxis
Sie haben ein Automodell mit Elektroantrieb erworben. In diesem Fahrzeug befindet sich ein Elektromotor der 500er-Baugröße, der
zudem eine Besonderheit aufweist. Er besitzt eine innenliegende Motorkühlung in Form eines Lüfterrades, das direkt auf der Motorwelle
sitzt. Die Kühlung eines Elektromotors ist von großer Bedeutung. Die durch die Belastung auftretende Hitze schädigt die Magneten und
verringert somit die Leistung. Bei Modellfahrzeugen reicht in der Regel die Kühlung durch den Fahrtluftstrom aus. Es gibt jedoch im
Zubehör-Bereich Kühlschlangen bzw. Kühlbleche, die mit großen Oberflächen versuchen die Hitze vom Motor wegzuleiten. Extreme
Verhältnisse herrschen in einem Rennboot. Da sich der Motor hier in der Regel in einem verschlossenen Raum befindet, in dem keine
oder nur eine geringe Luftzirkulation stattfindet, muss hier mit Hilfe einer Wasserkühlung Abhilfe geschaffen werden. Doch nun zurück zu
unserem Modellauto. Nachdem Sie sich mit dem Fahrzeug vertraut gemacht haben, stehen die ersten Tuningmaßnahmen auf dem
Programm. An aller oberster Stelle rangiert gerade bei Einsteigern der Wunsch nach einem stärkeren Motor, um mehr Power zur
Verfügung zu haben.

Doch Vorsicht!!! Sie können hier nicht einfach einen Tuningmotor einsetzen, ohne auf die restlichen Komponenten wie Regler und
Akku zu achten. Motor, Regler und Akku sind gerade bei Baukästen und Fertigmodellen immer aufeinander abgestimmt. Ändern wir die
Leistungsklasse des Motors ab und bauen einen Motor mit erheblich mehr Leistung ein, benötigen wir ebenfalls einen stärkeren Regler
und einen entsprechenden Akku, der in der Lage ist, über den gewünschten Zeitraum gleichmäßig hohe Ströme abzugeben. Es nützt der
beste Tuningmotor nichts, wenn der Akku nicht die vom Motor geforderten Ströme zu liefern kann, ebenso, wenn der Regler nicht in der
Lage ist, die gelieferten Ströme an den Verbraucher weiterzuleiten. Im schlimmsten Falle zerstören Sie beim Einsatz eines heißen Motors
unter Beibehaltung aller anderen Komponenten den Regler unwiderruflich. Hier ist also Vorsicht geboten. Eine gute Komponente ist im
Zusammenspiel mit anderen nur so gut, wie das schwächste Glied in der Kette. Hier hilft Ihnen Ihr Fachhändler gerne weiter, um eine
sinnvolle Auswahl zu treffen.

Strom muss man regeln
Schließt man einen Akku direkt an einen Elektromotor an, so läuft dieser im Volllastbereich. Es bestünde keine Möglichkeit der
Regelung. Ein solcher Zustand ist im Auto nicht wünschenswert. In Rennbooten arbeitet man zum Teil mit Schaltern. Hier geht es dann
nur um volle Power oder aus. Doch zurück zum Fahrzeug. Vor Jahren noch war der elektronische Regler die Ausnahme. Es wurde
ausschließlich mit mechanischen Reglern gearbeitet, die heute fast von der Bildfläche verschwunden sind.


Nachteile des mechanischen Reglers

  • störanfällig im Betrieb
  • lässt nur Fahrstufen zu
  • nicht benutzte Energie wird in Wärme umgewandelt,
    also verschwendet
  • es wird ein Servo zur Ansteuerung benötigt

Vorteile des elektronischen Reglers

  • störungsfreier Betrieb
  • stufenlose Geschwindigkeitsregulierung
  • es wird nur die Energie gebraucht, die der Motor
    benötigt, kein Stromverlust
  • Bremsenergie wird zurück in den Akku geleitet
    (bei bestimmten Reglertypen)
  • ein Ansteuerungsservo entfällt
  • programmierfähig, da mikroprozessorgesteuert
    (bei bestimmten Reglertypen)

Problemlösungen
  1. Störungen: Elektromotoren müssen beim Einsatz in ferngesteuerten Modellen entstört werden. Dies geschieht mit Hilfe von
    Entstörkondensatoren, die zum Teil vom Hersteller bereits angebracht worden sind. Das trifft in der Regel nur auf Standard-
    motoren zu. Tuningmotoren werden häufig mit den benötigtem Zubehör, 3 Entstörkondensatoren geliefert, die der Kunde dann
    selber anlötenmuss.Eine wirkungsvolle Entstörung erreicht man, indem man je einen Kondensator an den Minus- bzw. Plus-Pol
    anlötet und das andere Ende mit der Masse, dem Motorengehäuse verbindet. Den dritten Kondensator lötet man zwischen die
    Pole.


  2. Stecker und Kabel: Diesen beiden Komponenten wird häufig zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Dort, wo hohe Ströme
    fließen,müssen sichere Kontakte und ausreichende Kabelquerschnitte verwendet werden. Hier haben sich Goldkontaktstecker
    bestens bewährt.
Zurück