Sensoreinteinteilung
Einteilung nach der Art des Informationskanals zur Weiterleitung der Information
mechanische
pneumatische/ hydraulische
elektrische
Einteilung nach der Art der Messgrößen
Weg/ Winkel/ Kraft
Beschleunigung
Temperatur
Gas
Einteilung nach der Art der Wirkprinzipien
galvanische
ohmsche/ kapazitive/ induktive
optoelektronische
thermoelektrische
magnetische
—> Ausschließöiche Betrachtung von Sensoren, die ein elektrisches Ausgangssignal liefern
Sensor - Aufnehmer - Transistor
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Sensor -> erfasst die Messgröße unmittelbar (Druckmesszelle)
Aufnehmer -> ergänzt sensorelement zu einem vollständigen, aber “rohen” Messgerät - also z.B durch Hinzufügen von mech. Aufnahme & Abgleichelemente für Null- und Endpunkt (Druckaufnehmer)
Transmitter -> Aufnehmer + Elektronik für Einheitsausgangssignal (Drucktransmitter)
Kalorimetrischer Strömungssensor
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Kalorimetrisch - thermisch
Beheizter Sensor wird durch durchströmende Flüssigkeit abgekühlt
Grad der Abkühlung ist direkt proportional zur vorbeiströmenden Masse
Fließgeschwindigkeit und Medientemperatur sind messbar
Aktive & passive Messfühler
Aktiv, self generating: Wandlung von nichtelektrischer Energie in elektrische Energie (Thermoelement)
passiv, non- self generating: Modulation eines elektrischen Energieflusses durch elektrische Bauelemente, wobei die nichtelektrische Größe bestimmte Parameter dieser Bauelemente beeinflusst und damit ein elektrischer Signal moduliert (Messbrücke/ Wheatstone-Brücke)
Messbrücke - Das wichtigste
wichtige Hilfsmittel, um kleine Widerstandsänderungen zu messen
signaländerung ist groß
gleichsinnige Störeffekte auf die Widerstände wirken sich (fast) nicht auf das Signal aus
Alle Widerstände gleich groß -> Ud = 0V (Ideale Messbrücke)
Reale Messbrücken haben nie einen Nullpunkt von exakt 0 mV
Einzelne Widerstände haben Temperaturkoeffizienten -> Brückennullpunkt wird temperaturabhängig
Ausschlag - Brücke (“Sensor-Messbrücke”)
Einzelne Widerstände ändern ihren Wert -> veränderliche Brückenspannung wird gemessen
Widerstands-Messfühler
Grundprinzip: Der Widerstand R hängt vom spezifischen Widerstand p und der Geometrie (Länge und Fläche) ab. Zusätzlich von dem Temperaturkoeffizienten
Mess-Schaltungen:
Spannungsteiler
Brückenschaltung
Vierleitertechnik
Operationsverstärkerschaltung
Arten:
Potentiometrische Längs- oder Dreh-Messfühler
Metall- oder Halbleiter- Dehnungsmesstreifen
Widerstandsthermometer: PTC, NTC
Fotowiderstand, Fotodiode
Anwendung: Weg-, Winkel-, Füllstandsmessung
(Tankanzeige)
Widerstandsmaterialien: Konstanten Draht, Karbonfilme, Leitplaste
Lebensadauer: 10^6 Bestätigungen, Schleifer Belastung beachten
Bei der Auswahl der Messschaltung:
Schleiferübergangswiderstand beachten
Spannungsteiler nicht belasten (Spannungsfolgerschaltung)
Materialien:
Drahtpoti: hohe Stromfestigkeit, geringe temperturempfindlichkeit, geringes rauschen
Schichtpoti: sehr dünn, temperaturempfindlichkeit, hohe Betätigungszahl
Schleifermaterialien z.B. aus edelmetallen, um konstante Übergangswiderstände zu realisieren
Probleme beim Drahtpoti -> Rauschen
thermisches Rauschen: Thermische Bewegung von Ladungsträger in Schaltkreisen auch ohne äußeres Feld. Thermisches Rauschen ist weißes rauschen
Stromrauschen: Material mit Korngrenzen setzt Ladungsträgern Potentialbarrieren entgegen
Ur = Wurzel (4* T* K* R* B)
K->Boltzmann - Konstante
T -> temperatur in kelvin
B -> Messbandbreite in Hz
Vorteile von Potentiometern
niedrige Kosten
einfacher, übersichtlicher Aufbau
sehr großer Messeffekt (Messhub = Versorgungsspannung)
keine Elektronik erforderlich
gute Störspannungsfestigkeit
weiter Betriebstemperatur (<250)
Nachteile von Potentiometern
Mechanischer Verschleiß durch Abrieb
Messfehler durch Abriebreste
Probleme bei Betrieb in Flüssugkeit
Rauschen
begrenzte Miniaturisierbarkeit
Dehnungsmessstreifen
Prinzip: Elektrischer Leiter wird gedehnt -> Widerstand steigt
Häufige Anwendung in Messaufnehmern für Kraft & Druckmessung und der experimentellen Spannungsanalysen
Entscheinender Parameter: Dehnung des verwendeten Materials
DMS werden häufig aufgeklebt
Dehnung
Absolutenänderung:
positive Kraft -> Längenänderung +l
negative Kraft -> Längenänderung -l
relative Längenänderung:
Verhältnis zwischen absoluter Längenänderung und Basislänge
wird Dehnung E genannt = l/l0
Experimentelle Spannungsanalyse
mechanische Spannungen werden über DMS ermittelt, um die maximalen Belastungen oder Lebensdauer einer Materials zu ermitteln
Spannungszustände
Spannung & Dehnung hängen über das Spannungs-Dehnungs-Diagramm zusammen
typische max Dehnung bei Sensoren E=10^3
Einachsiger Spannungszustand: In Zug und Druckstäben (Druck und Zug)
Zweiachsiger Spannungszustand (Ebene): kräfte durch die Spannungen sind senkrecht zueinander
Dreiachsiger Spannungszustand (Räumlich): Kräfte greifen aus Beliebigen Richtungen an
Komplikationen der experimentellen Spannungsanalyse
Eigenspannungen & Wärmespannungen werden ebenfalls durch den DMS erfasst
DMS kann nur an geraden Flächen angebracht werden -> Kerben nicht zugänglich
Dehnungsmessstreifen Varianten
Halbleiter DMS
Metall DMS
Dünnfilm DMS
Draht DMS aus dünnen (25 micrometer) Konstanten Drähten
Folien DMS aus metallisierter Kunststoff-Folie (Herstellung vergleichbarer mit gedruckten Schaltungen)
Auswahlkriterien
Anwendungsbereich
Strombelastung
Temperaturbereich
Dynamische Beanspruchung
Dehnungsempfindlichkeit (k-Faktor): k * E = (delta R)/R
Dehnbereich
Komplikation Querempfindlichkeit
Querempfindlichkeit: Widerstand ändert sich auch bei Dehnung quer zur aktiven Richtung
ist bei einachsiger Spannung im k-Faktor berücksichtigt & macht keine zusätzlichen Fehler
erschwert bei komplizierten Spannungsfeldern die Interpretation
Komplikation “Kriechen”
= DMS unter statischer Dehnung; trotzdem zeitliche Veränderung des Widerstands in Richtung “Entlastung”
Dünnschicht DMS
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Für Messaufnehmer werden meist Dünnschicht DMS verwendet -> kein kriechen
Anwendbar bei drücken zwischen 2 und 500 bar, sehr robust (anwendung im Verbrennungsmotor)
Lineraritätsabweichung
gibt es in vielen Sensorprinzipien
das verhältnis zwischen druck und signal ist nicht linear (schwer zu errechnen) da die Membran mit zunehemenden Druck steifer wird
abhilfe kann durch eine in der mitte verstärkte Membran geschafft werden
Hysterese bei Sensoren mit Strahlmembran
ämderung der Wirkung, die verzögert gegenüber der Veränderunf der Ursache auftritt
Bei der Strahlmembran führen mikroplastische Effelte (Korngrenzen Verschiebung) zu einer untersch. Kennlinie bei ansteigendem und abfallendem Druck
Durch die Verschiebung der Grenzen ändert sich das Gefüge des Materials ständig weshalb die Kennlinien leicht verschieden sind
Piezoresistiver Drucksensor auf Siliziumbasis (Si-DmS auf Si-Membran)
Hocher k-Faktor
kleine Hysterese
sehr dünne membran
k-faktor & temp. koeffizient sehr temperaturabhängig
Metall- Widerstandsthermometer
elektrisches Bauelement, welches die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands eines elektrischen Leiters zur Messung der Temperatur nutzt
Funktion: In Metallen sind Valenzelektronen frei beweglich, bei anstiegender Temperatur steigt die Anzahl der Kollosionen von Valenzelektronen mit Metallionen -> mittlere freie Weglänge wird reduziert & Widerstand steigt
Für Ro bei To = 0°C —> RT=Ro[1+αT+βT2]
Raumtemperatur RT = R20 [1 + α20 * ∆T]
Arten: Platin, Nickel, Silizium und Heißleiter/ Kaltleiter
Anwendung: Motorschutz (Temperatutmessung in der Wicklung, einfache Temperaturmessung)
Standard sind Platinwiderstände mit 100, 500, 1000 Ohm, also Pt100
Diese sind breiteinsetzbar und leicht wechselbar
Temperaturbereich zwischen —200°C und 800°C
Alternativ werden Nickelwiderstände eingesetzt, z.B in der Dünnschichttechnik, diese haben jedoch
einen niedrigen Temperaturmessung von —40°C bis 180°C
Kaltleiter —> PTC —> R steigt bei steigender Temperatur
Bestehen aus halbleitendem ferroelektrischem Material
Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird der Effekt der Ferroelektrizität wirksam, d.h. die einheitliche Ausrichtung der Kristallite löst sich auf —> dies führt in einem schmalen Temperaturbereich zum exponentiellen Anstieg von R
Ferroelektrisch —> elektrische Dipole liegen vor die Oberhalb einer kritischen Temperatur (Curie Temperatur) ihre Ordnung aufgeben
Heißleiter —> NTC —> R fällt bei steigender Temperatur
Probleme von Widerstandsthermometern: Eigenerwärmung und Zuleitungswiderstände der Vierleitermessung
Magnetisch steuerbare Widerstände
Lorentz Kraft
erzeugt Hall spannung
erzeugt widerstandserhöhung durch Weglängenvergrößerung
Anwendung: Magnetabhängige Widerstände in Kombination mit Permanentmagneten finden sich in Positions-, Winkel- und Drehzahlmessern
Magnetempfindliche/ magnetisch steuerbare Widerstände: Feldplatte
aus Halbleitern aufgebaute Sensoren, die auf Magnetfelder durch eine Änderung des elektrischen Widerstands reagieren, also auf einem magnetoresistiven Effekt
Optoelektrische Sensoren
Grundlage der optoelektronischen Sensorelemente ist der innere photoelektrische Effekt
Photoelektrische Effekt: 3 Prozesse der Wechselwirkung zwischen Photonen und Material
Der Innere Photoelektrische Effekte tritt nur in Halbleitern auf
Photon mit “passender” Energie regt Elektron aus Valenzband ins Leitungsband an
Verwendung: Fotowiderständen, Fotoelemente, Fotodioden, Fototransistoren
Anwendung: Lichtschranken, Regen-, Schmutzsensoren
Photowiderstand
durch einfallendes Licht bilden sich Ladungsträgerpaare, den Leitwert erhöhen
Nachteil: Langlebigkeit
Im Prinzip:
Zwischen Photoelement, Photodiode (Lichtempfindlicher Sensor) und Phototransistor besteht kein prinzipieller unterschied. Sie nutzen alle den Photostrom bzw. die Leerlaufspannung die bei beleuchteten PN-Halbleiterkontakten als Messeffekt
Prinzip PN-Übergänge
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2 Varianten:
Photoelement: Ohne Vorspannung, Leerlauf oder Kurzschlussbetrieb
Photodioden, Phototransistoren: Mit Vorspannung Us in Sperrschicht
Induktive Messfühler
** 3 Bilder fehlen**
eignen sich hervorragend zur hochgenauen Positionsermittlung
Unterscheidung zwischen Induktiver Messfühler und Induktiver Näherungsschalter
Induktive Messfühler: funktionieren für alles, da sie auf Kontakt reagieren
Bestehen aus Gehäuse, Primärspule, 2 Sekundärspulen, sowie einem bewglichen Stößel
Stößt das Material an den Stößel an, so verschiebt sich der magnetische Kern innerhalb der Spulen
dadurch ändert sich Induktivität der Spule
Sensor kann sowohl lineare als auch rotatorische Bewgungen erfassen
Kapazitive Messfühler
** Bilder fehlen**
funktioniert berührungsfrei auf Annäherung eines leitenden oder nichtleitenden Gegenstands, aber auch von Flüssigkeiten. Durch die die sich ändernde Kapazität einer Messelektrode zur Refernzelektrode reagiert er mit einem Schaltsignal
z.b kapazitives Display am Handy, Feuchtsensor
Aktive Messfühler ->Spannungsliefernde Messfühler Thermoelemente
ist ein paar aus metallischen Leitern unterschiedlicher Materialien, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des themoelektrischen Effektes zur Temperaturmessung geeignet sind
Elektronen treten aus Material mit niedriger Austrittsarbeit in das Material mit der höheren, bis das entstehende elektrische Feld dem Diffusionsstrom entgegenwirkt
Die Ladungstrennung führt an der Berührungsschicht zu einer temperaturanhängigen Konstanten Spannung Uk
Prinzip: Typische Materialpaarung
Anwendung: Günstige genaue Temperaturmessung in industriellem Umfeld
Ausgleichsleistung: Bestehen aus Material mit gleichen thermoelektrischen Eigenschaften in eingeschränkten Temperaturbereichen. Sie dienen z.B dazu, das Signal außerhalb des Ofens weiterzuführen (keine Verfälschung an der vergleichsweise kalten Kontaktstelle) bei geringeren Materialkosten
Regeln für Thermoelemente
Leiter beliebigen Materials, die in eine Thermokette geschaltet sind, beeinflussen die Thermospannung nicht, wenn beide Verbindungsstellen des Leiters die gleiche Temperatur haben
Verbindungsstellen zwischen Leiter thermoelektrisch gleichen Materials beeinflussen die Thermospannung auch dann nicht, wenn die Verbindungstelle verschiedene Temperaturen haben
Die Art der Verbindung beeinflusst die Thermospannung nicht
Thermoelement
Vorteile: kleine Messtelle, einfache Befestigung, billig, robust
Nachteile: Empfindlichkeit gering, Signal klein
Metallwiderstand
Vorteile: Empfindlichkeit groß, gute Genauigkeit
Nachteile: thermische Kontaktierung schwierig, relativ groß
Halbleiterwiderstand
Vorteile: Empfindlichkeit groß, kleine Messtelle
Nachteile: Genauigkeit sehr gering
Hallgenerator
Halleffekt: Anlegen einer elektrischen Spannung in einem Stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet
wird ein Stromdurchflossenens Plättchen senkrecht von einer Induktion durchsetzt, werden die Ladungsträger durch die Lorentzkraft senkrecht zum Feld und zum Strom aus ihrer Bahn abgelenkt
Piezoelektrischen Effekt
Sensoren: Mechanische Kompression führt in bestimmten Kristallen zu elektrischer spannung -> direkter Piezoelektrischer Effekt
Aktoren: elektrische Spannunf führt zu mechanischer Kompression -> reziproker indirekter Piezoelektrischer Effekt
Prinzip des Piezoelektrischen Effekts ->Bei Stauchung des Kristalls schieben sich die negativen O2-Ionen nach oben, die positiveb Si4-Ionen nach unten; an der Kristalloberfläche werden elektrische Ladungen induziert
inverser Piezo-Effekt: Durch die angelegte elektrische Spannung werden O2-Ionen nach oben, Si4-Ionen nach unten verschoben, der Kristall kontrahiert
Für die piezoelektrisch erzeigte Ladung Q = k* F
k = Piezoelektrischer Koeffizient (k = 2,3pC/N), F= Kraft
direkter piezoelektrischer Effekt -> Verformung führt zu Energie -> F zu e -> Sensoren
Reziproker piezoelektrischer Effekt -> Energie führt zu Verformung -> E zu F -> Aktoren
Zusammenfassung der Drucksensorprinzipien
Quarzdruckaufnehmer mit Strahlmembran
Vorteile: gute Medienbeständigkeit, hochgenau
Nachteile: kleines Signal, große Bauform
Dünnfilm - DMS mit Strahlmembran
Vorteile: sehr gute Medienbeständigkeit, robust, genau
Si- DMS mit Si- Membran
Vorteile: klein, billige großes Signal
Nachteile: Überdruckempfindlich, Temperaturempfindlich
Aktoren
Sensoren -> Die Sinne
Aktoren -> Die Muskeln
Elektromagnetische Antriebe
Ein Elektromagnet erzeugt eine Kraft und setzt so etwas in Bewegung (Elektromotor, Relais)
2 wichtige Kräfte:
Reluktanz Kraft (Kraft des magnetischen Widerstand) die Schließvorgänge ermöglicht (wie beim Relais oder Hubmagneten)
Loremzkraft für die Elektromotoren
ein magnetischer Kreis ist ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses
Die Betrachtung des magnetischen Kreises spielt vor allem in Konstruktion von Elektromagneten, Transormatoren und Elektromagneten eine Rolle
Größen und Formeln
Magnetischer Fluss 𝜙 = 𝐵 ∗ 𝐴 = ∫𝐵∗𝑑𝐴
Die Gesamtheit der Feldlinien wird analog zum Stromfluss im elektrischen Strömungsfeld Magnetischer Fluss genannt
Induktion 𝐵 = 𝜙/A = (μ0∗I)/(2 * pi * r)
Magnetische Feldstärke 𝐻 = 𝜙/ (μ * A)= B * μ
Durchflutung, Durchflutungsgesetz, Energie im Luftspalt, Normalkraft siehe oben
Hysterese
Der Permeabilität μr ist bei der ferromagnetischen Stoffen von der magnetischen Feldstärke abhängig
Der Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und der magnetischen Feldstärke ist nicht linear und eindeutig
Hysterese ist eine Änderung der Wirkung, die verzögert gegenüber der Änderung der Ursache Auftritt
Hubmagnet, Drehmagnet, Relais, Reedrelais
Magnetostrikative Aktoren
Magnetstriktion ist die Defintion magnetischer Stoffe infolge eines angelegten magnetischen Feldes -> Körper erfährt bei konstantem Volumen eine Längen Änderung
Bei der Polarisation ändert sich durch die Drehvorgänge in den Weißschen Bezirken (Werkstoffetechnik) die Gesalt des des Werkstoffes -> Magnetostrikation
Die Längenänderung λ erreicht bei magnetischer Sättigung ihr Maximum λs
Aus dem VZ für λs erkennt man, ob Verkürzung oder Verlängerung vorliegt
Anwendung -> Erzeugung von Ultraschall, Brummgeräusche im Transformator werden durch Magnetostriktion erzeugt
Vorteile: sehr hohe Stellkräfte, Hocher elektrochemischer Widerstand, kurze Reaktionszeit
Nachteile: Ohmsche Verluste auch im statischen Betrieb, sehr geringer Stellweg (Hub)
Piezoelektrische Aktoren (Längenänderung der x-Achse)
** INFORMATIONEN FEHLEN HIER AUCH**
Piezoelektrischer effekt -> Ladungstrennung bei Temperaturänderung
Neben Sensoranwendung auch in Aktoren genutzt -> Biegeelemente, Hydraulikventile, Pneumatik, Ventile (allgemein für Stellglieder), Verstellung von Werkstoffen, und PE-Motor
Durch Anlegen einer Spannung ändert sich die Länge des Kristalls, ebensfalls entsteht eine Spannung (sehr gut für Stellglieder)
Prinzip:
Kleinmotoren
Motorarten
Gleichstrommotoren
Universalmotoren für AC & DC
Drehfeldmotoren (Starkstrom)
Synchronmotoren -> Rotor aus Magneten & Stator aus 6 Spulen
Asynchronmotoren -> Rotor aus gegossener Aluminiumwicklung und Stator aus 6 Spulen
Im Folgenden werden nur Gleichstrom und Universalmotoren betrachtet
Ausführungsvarianten (Zur Verdeutlichung Skizze des Motors oben betrachten)
Gleichstrommotor
Magnetische Erregung
permanent erregt durch Magneten (Stator), Rotor mit Spule
Felderzeugende Spule (Rotor) parallel mit Felderfahrender Spule (Stator)
Nebenschlussmotor
Felderzeugende Spule (Rotor) in reihe mit Felderfahrender Spule (Stator)
Reihenschlussmotor
Kommutierung (Anschluss)
Durch Bürsten die auf einem Schleifer (Kommutator) schleifen (Graphit oder Metall)
Elektronisch (Halleffekt)
Theorie von Elektromotoren
Elektromotoren sind elektromechanische Energiewandler, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln
Die elektrische Energie kann direkt oder durch Zwischenstufen in mechanische Energie gewandelt werden
Wirkungsgrad ist 𝜂 = (Wmech/ Wel) muss kleiner 1 sein
Abgegebene Energie 𝑊𝑚𝑒𝑐ℎ = 𝐹 ∗ 𝑙 = 𝑀𝑑 ∗ 𝐷𝑟𝑒ℎ𝑤𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙
Leistung 𝑃𝑚𝑒𝑐ℎ = 𝜔 ∗ 𝑀M
Funktion
** Genau bitte in Skript ab 96 durchlesen **
um gleichbleibende Rotation zu erhalten, muss die Ankerwicklung (Rotor) nach einer halben Umdrehung umgekehrt (Da stator mit Nord und Südpol) werden
Dies geschieht durch den Kommulator, der die Ankerspannung kontinuierlich umpolt
Eine elektromagnetische Schaltvorrichtung aus Schleifbahn und Kohlebürsten übernimmt diese Aufgaeb
Man kann also sagen das die Läuferwicklung (Rotor) mit wechselstrom gespeist wird
Auch wird durch aufgrund des Induktionsgesetzes in der sich im Magentfeld bewegten Wicklung eien spannung induziert, der Spannung der Ankerspannung entgegenwirkt
Dadurch wird eine dem Antrieb entgegengesetzte Spannung erzeugt
Verhalten Ankerstrom / Drehmoment
+ Ersatzschaltbild -> ** Bilder fehlen**
kleiner Ankerstrom -> kleines Drehmoment
großer Ankerstrom -> großes Drehmoment
Je größer der Erregerstrom desto größer das Moment
Konventioneller Gleichstrommotor mit Permanentenmagneten als Stator und Spule als Rotor
Stator besteht aus einem außen angeordneten Permanentmagneten in einem Gehäuse (Stator)
Die hinten & vorne angebauren Flansche dienen als Lagerung für die Motorwelle
Der Rotor besteht aus 4 unabhängigen Wicklungen in einem Eisenkern (Geblätterter Stahlkern) die auf einer Welle aufgeschrumpft wurden
Ebenfalls zum Rotor gehört der Kollektor (Kommulator) um den die Bürsten kaufen (Elektrischer Kontakt zu den Wicklungen)
Problem: Konventionelle Motoren weißen Rastmomente auf -> Drehmoment weist Welligkeit auf, das entsteht, dadurch das die Zähne des Eisenkerns (Wicklung liegen in Nuten, daneben befinden sich die “Zähne”) magnetisiert und angezogen werden
Um den Motor zu drehen, muss diese Magnetisierung immer eins weitergeschalten werden
Dadurch ruckelt das Drehmoment bei kleinen Drehzahlen, außerdem entstehen Vibrationen & wenn der Rotor anhält, will er das immer so machen, dass diese Zähne magnetisch ausgerichtet sind -> erschwert genaue Positionierung
Lösung eisenloser Motor
Eisenloser Motor
hier besteht der Stator aus einem Innenliegenden Permanentmagneten, dem Gehäuse, das außenliegt & bei den beiden Flanschen für die Lagerung
Der Rotor aus Welle, Wicklung & Kollektor liegt zwischen Gehäuse & dem permanentmagneten
es dreht sich also der rotor um den Stator
Vorteile:
Keine Rastmomente
Keine wechselwirkung der Zähne
Ruckelfreier Lauf bei niedrigen Drehzahlen
weniger Vibration
genaue Positionsermittlung möglich
Keine Eisen Verluste
konstante Magnetisierunf
drehmoment streng proportional zum Motorstrom (keine Rastmomente)
Kleine Induktivität
weniger elektromagnetische störung
höhere Lebensdauer
DC Kommutierungssysteme
Grafit
Hebebürsten -> drehbar gelagert & mit Feder auf Kollektor gedrückt
sehr aufwändig in der Fertigung
Bürste besteht aus 505 graphit, Rest:Kupfer, um Leitfähigkeit zu verbessern
Kollektor als Legierung aus Kupfer (wird nochmal mit drehmaschine überdreht, um Rundheit und Rauheit sicherzustellen)
Graphitbürsten auf kupferkollektor ist ein bewärter Gleitkontakt & findet breites Anwendungsspektrum im Motoren Bau (Bohrmaschine, Kücheferäte, etc)
Edelmetallbürsten
Für kleine Ströme & Spannungen
Gleitkontakt zwischen Metall und Metall -> kleiner Kontaktwiderstand
Bürste aus Federbronze mit aufgebrachtem Kontaktbereich aus Silber
Kollektor aus Silberlegierung
Bürstenloser DC Motor
EC: electronically commutated
BLDC: brushless DC
Motorverhalten wie DC Motor
Aufbau ähnlich einem Synchronmotor (3 phasige Statorwicklung, rotierender Magnet)
verglichen mit bürstenbehaftetem DC Motor: höhere lebensdauer, höhere Drehzahl
nutenlose Wicklung -> keine Rastmomente
EC Motor
Aufbau ähnlich wie Synchronmotor
höhere Drehzahlen & höhere Lebensdauer als die Bürstenmotoren
Nutenlose Wicklung deshalb keine Rastmomente
Steuerung durch Halleffekt
nach abschalten der motor dreht sich der rotor weiter und würde Spannung in die Schaltungselektronik (Transistoren) induzieren.
Das würde die Halbleiterbauelemente zerstören, deshalb wird eine Freilaufdiode verwendet, die diese Spannung kurzschließt (Diode lässt die Spannung nur in eine Richtung durch)
Anwendung: PC Lüfter, Festplatten, E scooter
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