Scheibenläufermotor

Ein Scheibenläufermotor ist ein Elektromotor, dessen Rotor die Form einer Scheibe hat (daher ist der Scheibenläufermotor im Englischen auch als "pancake motor", "disc motor" und "printed motor" bekannt). 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

Diese Motoren sind mit Ausnahme des Ferrarisläufers in Stromzählern Gleichstrommotoren.

Die Wicklungen sind auf einer dünnen Isolierschicht in Form von Leiterbahnen einer gedruckten Schaltung ausgeführt oder bestehen aus massiveren Kupfer- oder Aluminiumleitern (Drähte oder gestanzte Teile). Aluminium hat den Vorteil geringerer Masse. Die Scheibe läuft in einem engen Spalt zwischen Permanentmagneten, die als Stator ein festes Magnetfeld erzeugen. Der magnetische Kreis wird über ein weichmagnetisches Material außerhalb der Scheibe geschlossen. Der elektrische Strom wird über Kohlebürsten zugeführt; diese berühren im einfachsten Fall direkt die Scheibe. (Dieser Aufbau entspricht dem Prinzip einer Gleichstrommaschine.)

Da die Scheibe sehr leicht gebaut werden kann und somit ein geringes Trägheitsmoment hat, können Scheibenläufermotoren 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 ermöglicht wird. Dadurch sind die Wicklungen sehr gut gekühlt (viel Oberfläche sorgt für gute Wärmeabgabe) und können mit hohen 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“).

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). Zur Verwendung als Gleichstrommotor ist eine elektronische Kommutierung nötig.

Anwendungen

Scheibenläufermotoren wurden für dynamische Regelaufgaben, z.B. bei Servomotoren entwickelt. Mittlerweile werden Scheibenläufer 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).

Literatur

• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
• Gerd Fehmel, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen. 12. Auflage, Vogel Buchverlag, Oldenburg und Würzburg, 2000, ISBN 3-8023-1795-5
• Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1990, ISBN 3-8085-5002-3

Siehe auch

• Scheibenläuferturbine (Tesla-Turbine)

Weblinks

• Bild eines Scheibenläufermotors mit eisenlosem Rotor
• Bilder von originalen Scheibenläufermotoren mit gedrucktem Rotor