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Elektrische Motoren

 

Der Gleichstrommotor

Leiterschleife im Magnetfeld

Die Funktionsweise des Gleichstrommotors lässt sich am besten anhand einer stromdurchflossenen Leiterschleife erläutern.
Eine drehbar gelagerte Leiterschleife wird einem Magnetfeld ausgesetzt. Legt man an die Enden der Leiterschleife eine Gleichspannung an, tritt ein Stromfluss in der Leiterschleife auf. Dabei ist die Richtung des Stromflusses in den beiden Längsseiten der Leiterschleife unterschiedlich. Folglich wirken auf beide Längsseiten der Leiterschleife auch zwei einander entgegengesetzte Komponenten der Lorentzkraft. Diese beiden Komponenten bewirken eine Drehbewegung der Leiterschleife.
Erreicht die Leiterschleife eine waagerechte Position, heben sich die beiden Komponenten der Lorentzkraft auf. Überschreitet die Leiterschleife die waagerechte Position, wirken die Komponenten Lorentzkraft der weiteren Drehung der Leiterschleife entgegen. Die Leiterschleife wird abgebremst und schließlich in die waagerechte Position zurückgezogen, in der sie verbleibt.

 

Funktion des Kommutators

Soll die Drehbewegung der Leiterschleife nicht in der waagerechten Position enden, muss kurz nachdem sie diese Position durchlaufen hat, die Richtung des Stromflusses umgeschaltet werden. Diese Funktion übernimmt der Kommutator.
Der Kommutator besteht in der Animation aus einer Scheibe mit 2 gegeneinander elektrisch isolierten Hälften. Jede Hälfte ist mit jeweils einem Ende der Leiterschleife verbunden. Über feststehende Bürsten, die über die Oberfläche des Kommutators gleiten, wird die elektrische Verbindung zur Gleichspannungsquelle hergestellt. Die Bürsten sind so angeordnet, dass wenn die Leiterschleife die waagerechte Position erreicht, die Bürsten von einer Hälfte des Kommutators auf die andere Hälfte des Kommutators übergehen. Damit wird die Polarität der elektrischen Spannung an den Enden der Leiterschleife umgeschaltet und die Stromrichtung ändert sich. Die jetzt auftretenden Lorentzkräfte bewirken, dass die Leiterschleife ihre Drehbewegung fortsetzt und nicht abgebremst wird.