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Bürstenmotor oder bürstenloser Motor: Der richtige Motor für jede Anwendung

17 Jun 2021
Kollmorgen Experten

Die Frage ist eigentlich nicht, ob Bürstenmotoren oder bürstenlose Motoren besser sind. Bei neuen Anwendungen haben bürstenlose Motoren insgesamt einen Marktanteil von 90 Prozent und mehr. Bei bürstenlosen Motoren entfallen der Verschleiß und die Funkenbildung durch Bürsten. Außerdem ist die Effizienz und die Lebensdauer in der Regel höher. Ältere Systeme lassen sich oft verbessern, indem Bürstenmotoren durch bürstenlose Motoren ersetzt werden. In manchen Fällen ist jedoch ein Bürstenmotor die erste Wahl – beispielsweise wenn die Steuerungselektronik möglichst einfach gehalten werden soll. Wir sehen uns daher zunächst die Vorteile bürstenloser Motoren an und erklären anschließend, warum Bürstenmotoren in manchen Situationen dennoch die richtige Wahl sind. 

Bürstenmotor und bürstenloser Motor: Der Name spricht für sich  

Der wichtigste Unterschied zwischen den beiden Arten von Motoren steckt schon im Namen: Der eine hat Bürsten, der andere nicht. DC-Bürstenmotoren haben einen genuteten Eisenkern, dessen Windungen an einen Kommutator angeschlossen werden. Die Bürsten übertragen den Strom in die Windungen. In bürstenlosen Motoren erfolgt die Übertragung der Energie auf die Statorwindungen dagegen durch elektronische Kommutation und nicht durch einen physischen Kommutator und Bürsten. Sie haben einen einfacheren mechanischen Aufbau, dafür sind die Mikroprozessoren und die Steuerungsarchitektur komplexer. Zudem werden für die Steuerung und den Motor mindestens acht Kabel benötigt.

Während bürstenlose Motoren eine einfache Mechanik haben, aber logisch komplex sind, ist es bei Bürstenmotoren genau umgekehrt. Wegen der Kommutatorlamellen und Bürstenbauteile ist die mechanische Konstruktion bei ihnen komplexer – allerdings benötigen Motor und Steuerung nur zwei bis vier Kabel. Dadurch lassen sie sich leichter über das lineare Verhältnis zwischen Drehmoment und Drehzahl steuern. Doch die Bürsten und Kommutatoren dieser Motoren leiden unter Verschleiß, und ihre Lebensdauer ist daher begrenzt. Hinzu kommt die Funkenbildung im laufenden Betrieb, die einen Einsatz in Gefahrenbereichen ausschließt.  

Bürstenmotoren können jedoch vorteilhaft sein, wenn eine große Durchgangsbohrung benötigt wird. Diese kann bis zu 70 Prozent des Außendurchmessers ausmachen. Sie lässt sich zum Beispiel für Verbindungskabel, zur Anbringung anderer Hardware oder für die Nutzung von Überwachungsinstrumenten verwenden.

 

Im Leistungsvergleich 

In den meisten Anwendungsfällen haben bürstenlose Motoren eine höhere Leistung als Bürstenmotoren. Sie sind leistungsstärker und kompakter, haben eine höhere Drehmomentdichte und können eine höhere Geschwindigkeit erreichen. Außerdem ist ihre Geschwindigkeits- und Positionsregelung präziser und komplexer und die Wärmeableitung stellt keine Probleme dar. Darüber hinaus sind diese Motoren effizienter und langlebiger, da ohne Bürsten die Reibung im Inneren reduziert wird.  

Es erscheint so, dass die Leistung bei bürstenbehafteten Motoren geringer ist als bei bürstenlosen. Dafür haben sie andere Vorteile. Wegen der großen Anzahl der Nuten haben bürstenbehaftete Motoren weniger Drehmomentwelligkeit als bürstenlose Motoren. Mehr über Drehmomentwelligkeit erfahren Sie in unserem Blogpost „Rastmoment und Drehmomentwelligkeit: Was Sie darüber wissen müssen“. Außerdem haben sie ein hohes Stillstandsmoment und bei niedrigen Drehzahlen eine große Laufruhe.  

Bürstenmotor oder bürstenloser Motor: Welcher ist die richtige Wahl 

Wenn bei neuen Modellen eine hohe Leistung und eine komplexe Regelung benötigt wird, sollten Sie sich für einen bürstenlosen Motor entscheiden. Wenn aber spezifische Leistungsanforderungen zu beachten sind, passen Bürstenmotoren manchmal besser. In Kombination mit einer einfachen Steuerung eignen sie sich gut für bestimmte Anwendungsfälle:  

  • Beispielsweise für Positioniersysteme, die ein stetiges Halten von Lasten erfordern. Das hohe Stillstandsmoment („Stillstandbetrieb“) macht dies möglich. 
  • Anwendungen in Drehzahlregelung, die ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen (<100 U/min) benötigen. 
  • Große Hohlwelle im Vergleich zum Außendurchmesser. 
  • Das Austauschen von Bürstenmotoren gegen bürstenlose Motoren in bestehenden Anwendungen ist in manchen Fällen kostspielig, da die Regelungsarchitektur aufgerüstet werden muss. 

Aufrüsten auf einen bürstenlosen Motor. 

Bürstenmotoren in älteren Systemen können durch bürstenlose Motoren ersetzt werden. Mit dem Austauschen alleine ist es jedoch nicht getan. Im Gegensatz zu der einfachen Steuerung eines Bürstenmotors wird bei bürstenlosen Motoren die Bestromung des Stators elektronisch geregelt. Daher muss die Motoransteuerung im System ersetzt werden. Der Motor ist nur eine Komponente eines Systems. Dieses sollte daher als Ganzes betrachtet werden, um festzustellen, ob der Wechsel zu einem bürstenlosen Motor oder die Beibehaltung der derzeitigen Architektur vorzuziehen ist.

Zwar kommen in modernen Hochleistungssystemen bürstenlose Motoren zum Einsatz, doch Bürstenmotoren haben auch ihre Vorteile – nicht nur in alten Systemen, sondern auch in neuen, bei denen ein hohes Stillstandsmoment, ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl oder eine einfache Steuerung erforderlich ist. Mit der Produkt- und Technikexpertise und dem breiten Angebot an standardisierten und leicht anpassbaren Motoren von Kollmorgen können Sie entweder bereits vorhandene analoge Systeme überholen, ein neues bürstenloses System entwickeln oder ein System mit Bürstenmotor durch einen bürstenlosen Motor aufrüsten. 

Über den Autor

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Dieses Blogthema wurde in Zusammenarbeit von Motion- und Automationsexperten bei Kollmorgen erstellt, darunter Ingenieure, Customer Service - Mitarbeiter und Applikateure. Gerne helfen wir auch bei Ihrem Projekt.

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