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Außenpolmaschine - Erklärung

Sie kennen sie von Staubsaugern und Mixern, Bohrmaschinen und ferngesteuerten Spielzeugautos: Elektromotoren. Diese bestehen aus einem Ständer (Stator) und einem Läufer (Rotor bzw. Anker). Trägt der feststehende Ständer die Erregerwicklung (magnetisches Hauptfeld) und der rotierende Läufer die Ankerwicklung, so spricht man von einer Außenpolmaschine.

Einblick in einen Elektromotor mit Stator und Rotor
Einblick in einen Elektromotor mit Stator und Rotor

So funktioniert eine Außenpolmaschine

  • Mit der Technik der Außenpolmaschine arbeiten die meisten Gleichstrommotoren. Bei einer solchen Außenpolmaschine bildet der feststehende Stator mithilfe eines Permanentmagneten oder von Feldspulen ein Erregerfeld (magnetisches Hauptfeld), welches auf der auf dem Rotor angebrachten 3-strängigen Ankerwicklung eine Kraft in Form eines Drehmoments ausübt.
  • Die 3 Enden der Ankerwicklung bilden versetzt am Rotor über einen Schleifring sogenannte Kollektorlamellen, welche Kontakt mit den feststehenden Kohlebürsten am Stator haben. Über diese Verbindung erhält der Rotor seinen Ankerstrom.
  • Durch diesen Ankerstrom entsteht um den Rotor der Außenpolmaschine ein Magnetfeld senkrecht zum magnetischen Hauptfeld (Erregerfeld) des Stators und aus der Überlagerung der beiden Magnetfelder ergibt sich das Drehmoment. Diese Drehbewegung sorgt für eine andere Stellung der Kollektorlamellen, welche nun den Strom von den Kohlebürsten zum nächsten Strang des Ankers leiten, welcher wiederum ein Magnetfeld senkrecht zum Hauptfeld des Stators bildet, was den Anker weiter drehen lässt.
  • Die Außenpolmaschine kann ebenso als Generator dienen. Die Kohlebürsten nehmen die entstehende Leistung aus dem rotierenden Anker in Form von Strom ab, da die magnetischen Feldlinien des Ankers das magnetische Hauptfeld des Stators durchsetzen und in den Wicklungen des Rotors eine Wechselspannung induzieren. Über einen Polwender (Kommutator) wird die Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt.

Vor- und Nachteile der Außenpolmaschine

  • Diese Bauform eignet sich eher als Antrieb für Maschinen mit kleinerer Bemessungsleistung, da die Ströme in Abhängigkeit von der Leistung steigen und damit ein Anstieg des Verschleißes und Verluste am Schleifringapparat einhergehen. In letzterem Fall sind Innenpolmaschinen die bessere Wahl, da man so auf die Kollektorplatten und Kohlebürsten verzichten kann.
  • Außenpolmaschinen eignen sich vor allem als Motoren, wenn eine konstante Drehzahl benötigt wird.
  • Auch ein Einsatz in kleineren Geräten und beispielsweise in Uhren kommt infrage.
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