Motoren gibt es in fast jeder Maschine, von Haushaltsgeräten bis zu schweren Industriemaschinen. Obwohl sie denselben Zweck haben (elektrische Energie in Bewegung umzuwandeln), funktionieren nicht alle gleich. 

Viele verlassen sich auf Bürsten, die den Strom auf den Rotor übertragen und die Richtung des Magnetfelds mechanisch umschalten. Dieses System funktioniert zwar, führt aber auch zu Reibung, Wärme und infolgedessen mit der Zeit zu Verschleiß.

Andere verzichten ganz auf Bürsten und verlassen sich auf eine elektronische Steuerung, um Leistung zu liefern. Aber wie? Das erfahren Sie in diesem ausführlichen Leitfaden, in dem nicht nur erklärt wird, was ein bürstenloser Motor ist, sondern auch, ob Sie in einen solchen Motor investieren sollten oder nicht.

Warum gibt es Motoren in verschiedenen Ausführungen?

Bevor wir erklären, was bürstenlose Motoren sind, möchten wir die in der Einleitung gemachte Aussage erweitern.

Wie wir bereits erwähnt haben, sind diese Kraftwerke in fast jedem Gerät zu finden, das sich bewegt, dreht, hebt oder pumpt. Ihr Ziel ist recht ähnlich: elektrische Energie in Bewegung umzuwandeln, aber die Art und Weise, wie sie das erreichen, kann variieren.

Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist das Vorhandensein von Bürsten. Bei bürstenbehafteten Motoren stellen kleine Kohlebürsten den Kontakt zu einem sich drehenden Teil her, das als Kommutator bezeichnet wird. Dieser Mechanismus liefert elektrischen Strom an den Rotor und hält den Motor in Bewegung. Diese Methode ist einfach und kostengünstig. Aus diesem Grund sind bürstenbehaftete Motoren immer noch in einfachen Werkzeugen und preisgünstigen Geräten zu finden.

Die gleiche physische Berührung, die bürstenbehaftete Motoren so einfach macht, schränkt sie jedoch auch ein. Die Reibung zwischen Kommutatoren und Bürsten erzeugt Wärme, verursacht allmählichen Verschleiß und führt zu geringen Effizienzverlusten.

Bürstenlose Motoren lösen genau dieses Problem. Wenn die Bürsten entfernt werden, werden sie durch eine elektronische Steuerung ersetzt. Keine Bürsten bedeutet keine Reibung, kein Verschleiß und keine Leistungseinbußen.

In späteren Abschnitten werden wir einen detaillierteren Vergleich zwischen Bürstenmotoren und bürstenlosen Motoren anstellen. Aber jetzt wollen wir erst einmal die Anatomie und Funktionsweise eines bürstenloser Gleichstrommotor. 

Die Anatomie eines bürstenlosen Motors

In den vorangegangenen Abschnitten haben wir uns mit den Grundlagen eines bürstenlosen Motors befasst, d. h. er hat keine Bürste und seine grundlegenden Vorteile. Aber wenn er keine Bürste hat, wie soll er dann funktionieren und die Effizienz Ihrer Maschinen steigern? Um das zu verstehen, müssen wir zunächst seine Anatomie verstehen, d. h. die Komponenten, die einen bürstenlosen Motor effizient arbeiten lassen.

Stator

Erstens haben wir die Stator. Es ist der unbewegliche Teil und die Grundlage des gesamten Systems. Er enthält die Kupferwicklungen (wir haben die Wicklungen weiter unten auch erklärt), die Spulen, die ein Magnetfeld erzeugen, wenn elektrischer Strom durch sie fließt. 

In einem bürstenloser Motor, In der Regel befindet sich der Stator auf der Außenseite, während sich der Rotor im Inneren dreht (bei einigen Konstruktionen ist diese Anordnung jedoch umgekehrt).

Das Wichtigste am Stator ist, wie gleichmäßig und effizient er ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Da es keine Bürsten gibt, ist der Stator auf elektronische Signale angewiesen, um die richtigen Spulen zum richtigen Zeitpunkt zu erregen.

Rotor (bewegliches Teil) 

Wie der Name schon sagt, ist die Rotor ist ein Teil, das sich tatsächlich dreht. Er hat Permanentmagnete, die um seinen Umfang herum angeordnet sind. 

Die Rotorkonstruktion hat einen direkten Einfluss auf die Leistungsmerkmale:

• Anzahl der Magnete: Mehr Magnete verbessern in der Regel die Laufruhe und die Drehmomentkonstanz.
• Material des Magneten: Stärkere Materialien erzeugen ein stärkeres Magnetfeld.
• Form und Positionierung: Diese bestimmen, wie effizient die Magnetfelder interagieren.

Da der Rotor nicht auf den physischen Kontakt mit den Bürsten angewiesen ist, unterliegt er weit weniger Verschleiß. Dies ist einer der Gründe, warum bürstenlose Motoren viel länger halten als bürstenbehaftete Motoren.

Wicklungen

Wie bereits erwähnt, sind die Kupferwicklungen um den Eisenkern des Stators gewickelt.

Ihre Aufgabe ist es, bei Stromzufuhr Magnetfelder zu erzeugen. Bürstenlose Motoren können unterschiedliche Wicklungsanordnungen haben (z. B. Stern oder Dreieck). Auch wenn die Einzelheiten unterschiedlich sein können, bleibt der Grundgedanke derselbe: Die Wicklungen bestimmen, wie sich das Magnetfeld entwickelt und wie der Motor auf die Last reagiert.

Eine gute Wicklungskonstruktion führt zu einem besseren Wirkungsgrad, geringerer Wärmeentwicklung und einem besser vorhersehbaren Drehmoment. Ein schlechtes Wicklungsdesign führt natürlich zu Energieverschwendung, ungleichmäßiger Leistung und unnötiger Erwärmung.

Dauermagnete 

Diese Magnete sind sehr wichtig, da sie den Rotor (der auf Elektromagnetismus basiert) ersetzen, der in Bürstenmotoren verwendet wird.

Ihre Stärke und Temperaturbeständigkeit beeinflussen die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des Motors. Deshalb machen stärkere Magnete das Gerät reaktionsschneller und die hitzebeständigen Materialien verhindern einen Leistungsabfall bei großem oder anspruchsvollem Betrieb.

Kommutierungssystem (Leistungsschalter)

Kommutierung bedeutet, dass der Strom zur richtigen Spule geleitet wird. Bei bürstenbehafteten Motoren geschieht dies mechanisch durch Bürsten, die einen sich drehenden Kommutator berühren. Bei bürstenlosen Motoren wird dieser Kontakt durch eine elektronische Kommutierung ersetzt, die von einem externen Gerät namens ESC (Electronic Speed Controller) gesteuert wird.

Das Kommutierungssystem bestimmt:

• wenn jede Spule erregt ist,
• wie schnell die Magnetfelder rotieren, und
• wie reibungslos der Motor sich dreht

Dieser elektronische Ansatz ist der Hauptgrund, warum bürstenlose DC-Motoren oder bürstenlose Servomotoren bieten einen höheren Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer. Der Drehzahlregler (ESC) erfasst die Position des Rotors. Dies geschieht entweder durch Sensoren oder durch die Auswertung von elektrischen Rückmeldungen. Außerdem passt er die Leistungsabgabe in Echtzeit an.

Welle und Lager (zur Unterstützung)

Die Welle/Lager sind für die Lagerung unerlässlich. Die Welle überträgt die Drehbewegung des Motors auf das, was er antreibt. Die Lager hingegen halten die Bewegung stabil und verringern die Reibung. 

Wie funktioniert ein bürstenloser Motor? 

Es mag zunächst wie eine Art Zauberei erscheinen, aber wenn man den Prozess erst einmal verstanden hat, ergibt er auch Sinn.

Eingabe

Wie viele technische Prozesse beginnt er mit einer Eingabe. Der Input kann in Form von Informationen, Aktionen eines Benutzers oder Daten aus einem anderen Teil des Prozesses erfolgen. 

Anschließend leitet das System diese Eingaben an eine Verarbeitungsphase weiter, in der es prüft, was der Benutzer zu tun versucht und welche Regeln auf diese Anweisungen anzuwenden sind. Diese Eingabe ist von entscheidender Bedeutung, denn sie verhindert Fehler und sorgt dafür, dass das System konsistent läuft.

Verarbeitung

Sobald das System die Eingabe verstanden hat, wendet es eine Reihe von vordefinierten Anweisungen an. Diese Anweisungen sind sehr hilfreich, da sie dem System sagen, wie es mit fast allen Situationen umgehen soll, mit denen es konfrontiert werden könnte.

Ausgabe

Sobald die Anweisungen angewendet wurden, ist es an der Zeit, dass das System eine Ausgabe erzeugt. Dabei kann es sich um ein Ergebnis, eine Aktualisierung, eine Änderung auf dem Bildschirm oder einfach um eine Antwort an den Benutzer handeln. 

Update

Hinter den Kulissen behält das System stets den Überblick über alles. Es speichert, was es braucht, und verwirft, was es nicht braucht. Außerdem werden alle Teile, die auf neue Informationen angewiesen sind, aktualisiert. Auf diese Weise wächst das System weiter, indem es aus kleinen Problemen lernt.

Zusammenfassung

Im Großen und Ganzen läuft das System immer nach dem gleichen Schema ab: 

• nehmen die Eingabe, 
• verarbeiten, 
• die Regeln anwenden, 
• die Ausgabe zu liefern, und 
• das Notwendige zu aktualisieren. 

Durch die konsequente Wiederholung dieser Schleife wirkt es für den Benutzer einfach, auch wenn unter der Haube mehrere Schritte ablaufen.

Haupttypen von bürstenlosen Motoren 

Ja, auch bei bürstenlosen Motoren gibt es weitere Typen. Jeder Typ ist für die Lösung unterschiedlicher Probleme konzipiert. Deshalb empfehlen wir Ihnen, diesen Teil des Artikels aufmerksam zu lesen, denn er wird Ihnen helfen, herauszufinden, welche Typ des bürstenlosen Motors für Ihre Bedürfnisse geeignet ist.

Inrunner

Beim Inrunner befindet sich der Rotor auf der Innenseite. Der Stator ist um ihn herum gewickelt. Diese Konstruktion ermöglicht es dem Rotor, sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bei relativ geringem Drehmoment zu drehen.

Aber warum? Es ist praktisch für Anwendungen, bei denen eine schnelle Drehung wichtiger ist als die Kraft. Deshalb findet man sie häufig in ferngesteuerten Fahrzeugen, kleinen Drohnen und anderen kompakten Werkzeugen.

Ausreißer 

Der Außenläufer kehrt das Design um. Der Rotor befindet sich auf der Außenseite und dreht sich um den Stator. Diese Anordnung erzeugt natürlich ein höheres Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen. Aus diesem Grund brauchen Sie nicht so viel Getriebe und der Motor fühlt sich auch bei bescheidenen Drehzahlen kraftvoller an. 

Damit sind die Ausläufer ideal für kardanische Aufhängungen, Elektrofahrräder, Automatisierungsanlagen und Förderanlagen, die eine gleichmäßige, starke Leistung benötigen. Vereinfacht gesagt, geht es bei den Inrunnern um die Geschwindigkeit, bei den Outrunnern um die nutzbare Kraft.

Nutenloser oder kernloser bürstenloser Motor

Bei nutenlosen Motoren entfällt der traditionelle Eisenkern, der in den meisten Statoren zu finden ist. Ohne die Metallstruktur kann sich der Rotor mit sehr geringem Widerstand drehen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige und vibrationsfreie Leistung.

Außerdem sind sie in der Regel leicht und reagieren prompt auf schnelle Änderungen. Daher werden sie gerne in Gesundheitsgeräten, hochpräzisen Werkzeugen und überall dort eingesetzt, wo nur minimale Geräusche oder außergewöhnlich gleichmäßige Bewegungen erforderlich sind. Sie sind nicht für schwere Lasten ausgelegt, zeichnen sich aber durch ihre Genauigkeit und Reaktionsfähigkeit aus.

Bürstenlose Motoren im echten Leben 

Bürstenlose Motoren sind nicht spezifisch für eine bestimmte Branche. Sie kommen dort zum Einsatz, wo es auf Zuverlässigkeit, leisen Betrieb und effiziente Leistung ankommt.

In Produkte des täglichen Bedarfs, Diese Geräte wie kabellose Staubsauger, Drohnen und Elektrowerkzeuge. Staubsauger verwenden sie, weil bürstenlose Motoren eine starke Saugleistung erbringen, ohne bei einer langen Reinigungssitzung zu überhitzen. Drohnen verlassen sich auf sie, weil sie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen geringem Gewicht, schnellem Ansprechverhalten und präziser Geschwindigkeitskontrolle bieten, was alles für einen stabilen Flug unerlässlich ist.

In Fahrzeuge, Bei E-Bikes und Elektrorollern werden häufig bürstenlose Motoren verwendet. Die Fahrer müssen sich keine Sorgen um abgenutzte Bürsten machen, und die Geräte können den täglichen Gebrauch ohne Leistungseinbußen bewältigen.

Auf der Industrie Auf der anderen Seite werden bürstenlose Motoren in CNC-Maschinen und in Verpackungslinien eingesetzt. Diese Maschinen laufen lange Zeit (manchmal ununterbrochen), so dass die Haltbarkeit wichtiger ist als die Kosten für Ersatzteile. 

Im medizinischen Bereich treiben bürstenlose Motoren Beatmungsgeräte, chirurgische Instrumente, bildgebende Geräte und Laborautomatisierungssysteme an. Ein Beatmungsgerät zum Beispiel sollte rund um die Uhr ohne unerwartete Ausfälle laufen. Chirurgische Geräte benötigen eine präzise, vibrationsfreie Rotation, um die Genauigkeit zu gewährleisten.

Schneller Vergleich: Bürstenlose Motoren vs. Bürstenmotoren 

Bürsten- und bürstenlose Motoren haben das gleiche Ziel, aber die Art und Weise, wie sie diese Bewegung erreichen, führt in der Praxis zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen.

Faktor	Bürstenlos	Gebürstet
Effizienz	hoch	mäßig bis gering
Dauerhaftigkeit	lange Lebenserwartung	Bürsten verschleißen
Lärm	niedrig	höher
Kontrolle	reibungslos und präzise	weniger konsequent
Kosten	hohe Vorauszahlung	niedrigerer Einstiegspreis

Praktischer Leitfaden für die Wahl des richtigen bürstenlosen Modells 

Die Auswahl des richtigen bürstenloser Gleichstrommotor oder bürstenloser Servomotor muss nicht kompliziert sein. Am besten gehen Sie Schritt für Schritt vor und bewerten Ihre Anwendung. Wenn Sie die folgenden Faktoren auf organisierte Weise betrachten, wird es viel einfacher, den “richtigen Motor” zu finden.

Verstehen Sie die Anforderungen an Ihre Ladung 

Zunächst müssen Sie die Art der Last bestimmen. Handelt es sich um einen Ventilator, ein Rad, einen Riemen, eine Pumpe oder etwas, das angehoben wird? Jede Art von Last verhält sich anders. Zum Beispiel:

• Ein Ventilator benötigt eine konstante Drehzahl und ein geringes Drehmoment.
• Das Förderband benötigt ein gleichmäßiges Drehmoment bei mäßiger Geschwindigkeit.
• Ein Robotergelenk benötigt unter Umständen präzise Drehzahländerungen und Haltemomente.

Schätzen Sie dann, wie viel Kraft erforderlich ist. 

Anpassung der Motordrehzahl an die Aufgabe

Bürstenlose Motoren verfügen über ein natürliches Geschwindigkeitsprofil. Einige sind für hohe Drehzahlen ausgelegt (ideal für Luftstrom oder drehende Werkzeuge), während andere für langsamere, kontrollierte Bewegungen optimiert sind.

Fragen Sie sich selbst:

• Benötigt Ihre Anwendung Geschwindigkeit, Drehmoment oder ein Gleichgewicht?
• Wird das System ein Getriebe verwenden? Wenn ja, kann die Geschwindigkeit höher sein.
• Ist die Geschwindigkeit konstant oder ändert sie sich häufig?

Die Anpassung der Motordrehzahl an den tatsächlichen Bedarf verhindert Lärm, Wärme und unnötigen Stromverbrauch.

Wählen Sie die richtige Spannung und Leistungsstufe

Prüfen Sie zunächst die Kompatibilität der Stromversorgung. Die Nennspannung des Motors sollte mit der verfügbaren Stromquelle übereinstimmen, die eine Batterie oder eine industrielle Stromversorgung sein kann.

Dann sollten Sie wissen, wie sich die Spannung auf die Leistung auswirkt. Eine höhere Spannung bedeutet im Allgemeinen eine höhere potenzielle Geschwindigkeit, während eine niedrigere Spannung gut für kompakte Anwendungen ist, die weniger Wärme benötigen.

Berücksichtigen Sie den physischen Formfaktor des Motors 

Bürstenlose Motoren gibt es in einer Vielzahl von Formen und internen Konfigurationen. Die Wahl des richtigen Formfaktors beeinflusst sowohl die Leistung als auch die einfache Installation.

Bewerten Sie die Betriebsbedingungen 

Umweltfaktoren haben einen großen Einfluss auf das Leben der Geräte:

• Temperatur: Ein gleichmäßiger Betrieb erfordert eine bessere Wärmeableitung.
• Staub oder Feuchtigkeit: Gekapselte Motoren können erforderlich sein.
• Einschaltdauer: Motoren, die den ganzen Tag laufen, benötigen eine bessere thermische Leistung als Motoren, die nur gelegentlich laufen.

Stellen Sie sicher, dass Ihr Motor für die Umgebung, in der er arbeiten soll, optimal geeignet ist.

Häufige Missverständnisse über bürstenlose Motoren

Lassen Sie uns herausfinden, was hinter den vier Irrtümern über bürstenlose Gleichstrommotoren wirklich steckt.

“Zu komplex”.”

Bürstenlose Motoren mögen komplex klingen, aber die Kernidee ist sehr einfach. Der Prozess ist ebenfalls einfach, nur nicht so einfach wie bei einem Bürstenmotor, da Elektronik verwendet wird.

Die Elektronik, die sie steuert, erledigt die harte Arbeit automatisch, so dass die Benutzer nur selten darüber nachdenken müssen, was im Inneren passiert. Im alltäglichen Gebrauch sind sie aufgrund des geringeren Wartungsaufwands sogar einfacher zu handhaben.

“Immer teuer.”

Bürstenlose Motoren waren “früher” teurer, aber das ist nicht mehr der Fall. Die Preise sind erheblich gesunken, da sie in verschiedenen Branchen eingesetzt werden. Aber selbst wenn man die Anschaffungskosten außer Acht lässt, können die geringere Wartung und die höheren Energieeinsparungen zu einer besseren Investitionsrendite führen als bei bürstenbehafteten Motoren, bei denen sich die Wartungskosten stark summieren.

Wir haben eine detaillierte Preisführer für bürstenlose Motoren. Es kann gelesen werden, um eine Vorstellung davon zu bekommen, warum bürstenlose Motoren eine bessere Option für Ihren Geldbeutel sind.

“Nur für High-End-Geräte” 

Bürstenlose Motoren sind in der fortschrittlichen Robotik und bei Drohnen weit verbreitet, aber auch in alltäglichen Produkten wie Ventilatoren, E-Bikes, Staubsaugern und sogar in Büromaschinen zu finden. Dank ihrer Zuverlässigkeit und ihres reibungslosen Betriebs eignen sie sich für einfache und komplexe Geräte gleichermaßen.

“Alle bürstenlosen Motoren leisten dasselbe”

Nicht alle bürstenlosen Motoren sind für dieselbe Aufgabe gebaut. Einige sind für hohe Drehzahlen optimiert, andere für ein hohes Drehmoment und wieder andere für lange Betriebszeiten. 

Sollten auch Sie in einen bürstenlosen Motor investieren?

Die Entscheidung hängt davon ab, wie Sie Ihr Gerät verwenden und was Sie von ihm erwarten.

Die Vorteile bürstenloser Motoren kommen vor allem dann zum Tragen, wenn Ihre Geräte lange laufen, präzise gesteuert werden müssen oder mit minimalem Wartungsaufwand zuverlässig arbeiten sollen. In diesen Fällen macht sich die Aufrüstung in der Regel mit der Zeit bezahlt.

Wenn Sie täglich mit Werkzeugen oder Maschinen arbeiten, sollten Sie unbedingt einen bürstenlosen Motor in Erwägung ziehen, da Sie einen zuverlässigen Motor benötigen, der nicht von Zeit zu Zeit verschleißt.

Es gibt jedoch Situationen, in denen es sinnvoll ist, einen Bürstenmotor zu verwenden. Zum Beispiel, wenn ein Gerät nur gelegentlich läuft, keine stufenlose Drehzahlregelung benötigt oder ein sehr knappes Budget hat: Ein Bürstenmotor kann durchaus akzeptabel sein. 

Aber wenn Sie immer noch verwirrt sind, kann Ihnen diese kurze Checkliste weiterhelfen: 

• Benutzen Sie das Gerät häufig oder über lange Zeit? → Wenn ja, wählen Sie bürstenlos.
• Brauchen Sie einen leisen, reibungslosen Betrieb? → Bürstenlos hilft.
• Sind die niedrigsten Anschaffungskosten für Sie vorrangig? → Gebürstet kann ausreichend sein.
• Möchten Sie weniger Wartung und eine längere Lebensdauer? → Dann ist der bürstenlose Antrieb die bessere Wahl.

Schlussfolgerung

Bürstenlose Motoren sind zu einer Schlüsseltechnologie für moderne Maschinen geworden. Der Grund dafür ist einfach: Sie lösen viele Einschränkungen, die von bürstenbehafteten Motoren nicht überwunden werden können.

Durch den einfachen Verzicht auf Bürsten und die elektronische Steuerung bieten bürstenlose Motoren zahlreiche Vorteile. Dazu gehören reibungsloser Betrieb + hoher Wirkungsgrad + lange Lebensdauer + bessere Leistung.

Wenn Sie den Kauf einer bürstenlosen Lösung in Erwägung ziehen, ist es hilfreich, mit einem Anbieter zusammenzuarbeiten, der sich mit den Details auskennt. DMKE bietet eine große Auswahl an bürstenlosen Gleichstrommotoren und bürstenlosen Servomotoren, integrierten Einheiten und kundenspezifischen Optionen für Projekte, die mehr als nur Standardteile benötigen. 

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