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Versuche

Elektromotor

Das Ziel des Versuchs

  • Der Versuch zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise eines Gleichstrom-Elektromotors.

 

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Aufbau eines Elektromotors mit einem Dauermagneten als Stator, einem Rotor und einer elektrischen Quelle.

Ein Elektromotor besteht aus einem drehbarem Elektromagneten, dem Rotor (oder Anker), der über Schleifkontakte (weiße Kabel) mit der elektrischen Quelle verbunden ist.

Er befindet sich im Magnetfeld eines Dauermagneten (Stator), dessen blaue Polschuhe links den Südpol und rechts den Nordpol markieren.

Rotor im Detail

Abb. 2 Aufbau und Funktionsweise des Rotors eines Elektromotors

Der Rotor eines Elektromotors besteht aus einer drehbar gelagerten Spule mit Eisenkern. Die Animation in Abb. 2 zeigt den Aufbau und die Funktionsweise des Rotors. Um die Orientierung des Magnetfeldes zu ermitteln, nutzt du die Rechte-Faust-Regel:

  • Daumen in Richtung der technischen Stromrichtung,also von + nach -. (Oranger Pfeil)
  • Feldlinien des Magneten zeigen dann in Richtung der Finger (Blaue Pfeile)

Die Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten aus dem Nordpol heraus und in den Südpol hinein. Im Inneren des Magneten verlaufen die Feldlinien vom Südpol zum Nordpol.

Abb. 3 Elektromotor mit einem Dauermagneten als Stator, einem Rotor (ohne Kommutator) und der elektrischen Quelle

Der Rotor-Magnet wird senkrecht zum Feld des Stator-Magneten gestellt. Der Rotormagnet wird an die Stromquelle angeschlossen und der Schalter geschlossen.

Beobachtung

Der Rotor bewegt sich um eine Vierteldrehung und bleibt dann stehen. Grund hierfür ist, dass die verschiedenen Pole von Stator und Rotor nun nahe beieinander liegen, sich anziehen und sich der Rotor nicht mehr weiter dreht.

Ergebnis

Da man die Pole des Stators (Dauermagnet) nicht ändern kann benötigt einen Mechanismus, der die Pole des Rotors ändert.

Kommutator

Abb. 4 Aufbau und Funktionsweise des Kommutators (Polwenders) eines Elektromotors

Aus diesem Grund muss der Rotor des Elektromotors mit einem Kommutator (Polwender) versehen werden. Die Animation in Abb. 4 zeigt den Aufbau und die Funktionsweise eines Kommutators:

Vor Erreichen des Totpunktes ist der Pluspol der Batterie mit dem linken Halbzylinder und der Minuspol mit dem rechten Halbzylinder, der Strom fließt auf der sichtbaren Oberseite des Rotors von unten nach oben.

Im Totpunkt fließt kein Strom.

Nach Durchlaufen des Totpunktes ist der Pluspol der Batterie mit dem rechten Halbzylinder und der Minuspol mit dem linken Halbzylinder, der Strom fließt auf der sichtbaren Oberseite des Rotors von oben nach unten.

Abb. 5 Elektromotor mit einem Dauermagneten als Stator, einem Rotor mit Kommutator und der elektrischen Quelle

Nun wird der Rotormagnet über den Kommutator (Polwender) an die Stromquelle angeschlossen und der Schalter geschlossen.

Beobachtung

Der Rotor bewegt sich kontinuierlich.

Erklärung

Der Kommutator sorgt dafür, dass sich genau im richtigen Augenblick die Polung des Rotors ändert.