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Der Scheibenläufermotor

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Der Scheibenläufermotor

Beitrag  checker am Mi Apr 12, 2017 2:47 am

Ein Scheibenläufermotor, (englisch pancake motor, disc motor, printed motor), ist ein Elektromotor, dessen Rotor (Läufer) die Form einer Scheibe hat. Bei der bekanntesten Bauform werden die stromdurchflossenen Wicklungen auf der Scheibe angebracht, der Rotor enthält jedoch keinen Eisenkern. Scheibenläufer sind an der für andere Elektromotoren unüblichen Bauform, der Durchmesser ist größer als die Länge, leicht zu erkennen.

Scheibenläufermotoren mit eisenlosem Rotor

Die Wicklungen sind auf einer dünnen Isolierschicht in Form von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte ausgeführt oder bestehen aus massiveren Kupfer- oder Aluminiumleitern in Form von Drähten oder gestanzten Teilen. Die Scheibe läuft in einem engen Spalt zwischen Elektro- oder Permanentmagneten, die das Statorfeld erzeugen. Der magnetische Kreis wird über ein weichmagnetisches Material außerhalb der Scheibe geschlossen. Der elektrische Strom wird über Bürsten zugeführt; diese berühren im einfachsten Fall direkt die Scheibe an der Achse und am äußeren Umfang. Dieser Aufbau entspricht dem Prinzip einer Gleichstrommaschine.

Aluminium hat den Vorteil eines geringeren spezifischen Gewichts gegenüber Kupfer, weist aber eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit auf. Bei gleichen elektrischen Widerstand benötigt der Aluminiumleiter ein größeres Volumen, hat aber ein geringeres Gewicht als ein Kupferleiter mit identischem Widerstand. Damit kann die Scheibe sehr leicht gebaut werden und weist ein geringes Trägheitsmoment auf. Scheibenläufermotoren können besonders rasch beschleunigen und abbremsen. Außerdem wirken nur dann magnetische Kräfte auf den Rotor, wenn die Scheibe von Strom durchflossen wird, es gibt keine "Zahnung", der Rotor des ausgeschalteten Motors hat also keine Vorzugsrichtungen. Scheibenläufermotoren laufen auch bei niedrigen Drehzahlen sehr gleichmäßig, und in vielen Fällen kann auf ein Getriebe zur Untersetzung verzichtet werden.

Ein weiterer Vorteil von Scheibenläufermotoren liegt in der hohen Leistungsdichte, die durch die dünne Bauweise der Wicklungen auf der Scheibe ermöglicht wird. Dadurch sind die Wicklungen durch die große Oberfläche gut gekühlt und können mit hohen elektrischen Stromdichten betrieben werden. Allerdings ist die Wärmekapazität der Scheibe gering, daher besteht bei kurzzeitiger Überlastung eher die Gefahr einer Zerstörung durch den Temperaturanstieg als bei Elektromotoren mit Stabanker, bei denen das Eisen des Rotors Wärmeenergie aufnehmen kann.

Eine ähnliche Anordnung, bei der die Spulen statt als Scheibe in Form eines Zylinders ausgebildet sind, ist als Glockenläufer- oder Glockenankermotor bekannt. Zwischen beiden besteht kein prinzipieller Unterschied. Eisenlose Glocken- und Scheibenläufer werden meist aus Backlackdraht hergestellt. Dieser trägt zwei Isolationsschichten unterschiedlichen thermischen Verhaltens, die Wicklung lässt sich daher ohne Isolationsschäden in Form pressen und thermisch stabilisieren („backen“).

Eisenlose Glocken- und Scheibenläufer haben aufgrund des fehlenden Eisenkerns und der damit verringerten Eisenverluste im Vergleich zu Maschinen, die Wicklungen mit Eisenkern verwenden, einen sehr hohen Wirkungsgrad, der bei Scheibenläufern bei 80 % und bei Glockenläufern bei 60-70 % bei Kleinmotoren liegt.
Bürstenlose Scheibenläufermotoren

Der Begriff Scheibenläufermotor wird auch für Motoren verwendet, bei denen die Scheibe ein Permanentmagnet ist, und feststehende Spulen auf einer Seite (oder beiden Seiten) der Scheibe ein Magnetfeld erzeugen; gegenüber den oben behandelten Scheibenläufern mit eisenlosem Rotor ist also Rotor und Stator vertauscht. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass keine Bürsten zur Stromzuführung auf den Rotor benötigt werden und der Motor damit zuverlässiger wird, Nachteil ist die höhere Masse des Permanentmagneten und damit eine geringere Beschleunigung. Bürstenlose Scheibenläufer sind Synchronmotoren, oder auch Schrittmotoren, und stellen eine Bauform des bürstenlosen Gleichstrommotors mit elektronischer Kommutierung dar.
Anwendungen

Scheibenläufermotoren wurden für dynamische Regelaufgaben, z.B. bei Servomotoren entwickelt. Scheibenläufer werden auch für Elektrofahrräder und Elektroautos hergestellt. Kleine bürstenlose Scheibenläufermotoren sind in zahlreichen Geräten zu finden, z.B. in Videorekordern und Diskettenlaufwerken. Scheibenläufermotoren sind für Leistungen von ca. 10 W bis über 10 kW erhältlich; bürstenlose Scheibenläufer auch für kleinere Leistungen.

Scheibenläufer können auch als Generatoren eingesetzt werden (Scheibenläufer-Generator).

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