Elektrische und mechanische Eigenschaften von Bürsten Gleichstrommotoren

Bürsten Gleichstrommotoren gehören trotz der wachsenden Verbreitung bürstenloser Antriebe weiterhin zu den praktischsten Motorlösungen, wenn einfache Regelbarkeit, geringe Kosten und ein robustes Verhalten gefragt sind. Ihre Funktionsweise basiert auf der mechanischen Kommutierung: Kohlebürsten übertragen den Strom auf den Kollektor, wodurch sich die Stromrichtung in der Ankerwicklung passend zur Rotorstellung umkehrt. Genau dieses Zusammenspiel prägt sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften.

Elektrisch zeichnen sich Bürsten Gleichstrommotoren durch einen klaren Zusammenhang zwischen Spannung, Drehzahl und Strom aus. Die induzierte Gegen-EMK steigt mit der Drehzahl und wirkt der angelegten Spannung entgegen. Dadurch sinkt der Strom bei steigender Drehzahl, während er beim Anlaufen besonders hoch ist, weil die Gegen-EMK zunächst praktisch fehlt. Das führt zu einem hohen Anlaufmoment, macht aber auch eine Strombegrenzung oder eine geeignete Auslegung der Versorgung sinnvoll. Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Bürstenfeuer: Beim Umschalten am Kollektor entstehen Kontaktunterbrechungen und Mikrobögen, die elektromagnetische Störungen verursachen können. Entstörkondensatoren, Drosseln sowie eine saubere Bürsten-Kollektor-Geometrie reduzieren diese Effekte. Gleichzeitig steigt mit Verschleiß, Verschmutzung oder falschem Bürstendruck der Übergangswiderstand, was Wärmeverluste und Effizienzabfall begünstigt.

Mechanisch bieten Bürstenmotoren ein gutmütiges Drehmomentverhalten. Das Drehmoment ist näherungsweise proportional zum Ankerstrom, weshalb sich Laständerungen oft direkt im Strombild spiegeln. Diese Eigenschaft erleichtert einfache Regelstrategien, etwa per PWM. Auf der anderen Seite sind Bürsten und Kollektor Verschleißteile: Reibung erzeugt Verluste, Geräusche und Wärme, und die Lebensdauer hängt stark von Drehzahl, Lastprofil und Umgebungsbedingungen ab. Bei hohen Drehzahlen treten zudem dynamische Effekte wie Vibrationen und Lagerbelastungen stärker hervor. Auch die Kommutierung setzt Grenzen: Je schneller der Rotor, desto anspruchsvoller wird das saubere Umschalten der Ströme.

Insgesamt verbinden Bürsten Gleichstrommotoren eine sehr intuitive elektrische Charakteristik mit einer mechanisch direkten Kraftübertragung. Wer ihre Stärken – hohes Anlaufmoment und einfache Ansteuerung – nutzt und ihre Schwächen – Verschleiß, Funkstörungen und Kommutierungsgrenzen – konstruktiv berücksichtigt, erhält einen zuverlässigen Antrieb für viele Alltags- und Industrieanwendungen.