Bürstenloser Akkuschrauber vs. Akkuschrauber mit Kohlebürsten

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(zuletzt aktualisiert am: 28. Mai 2021)

Ein Motor eines Akkuschraubers oder einer Bohrmaschine dient dazu, elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln. Der Markt ist voll mit einer Vielzahl von Motoren, die unterschiedliche Anwendungen und unterschiedliche Leistungsanforderungen bewältigen können.

Die zwei gängigsten Arten sind bürstenlose Motoren und Kohlebürsten-Motoren. Obwohl sie auf den gleichen physikalischen Prinzipien basieren, unterscheiden sie sich dennoch deutlich in Aufbau, Leistung und Steuerung. Was ist also besser: Ein bürstenloser Akkuschrauber, oder ein Gerät mit Kohlebürsten?

Ein Akkuschrauber mit einem bürstenlosen Motor, der bei Heimwerkern und professionellen Anwendern immer beliebter wird, ist nicht neu auf dem Markt. Um seinen Ursprung zu verstehen, ist es wichtig, auf die Erfindungen von Herrn Ernst Werner von Siemens im Jahr 1856 zurückzublicken.

Obwohl rudimentär, haben die Erfindungen im Laufe der Jahrzehnte eine Reihe von Verbesserungen erfahren, eine davon war ein Regelventil zur präzisen Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Welle.

Die Reise des bürstenlosen Motors zur heutigen Bekanntheit begann in den frühen 1960er Jahren mit der Ankunft eines Leistungsdimmers, der die Fähigkeit hatte, Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln.

Im Jahr 1962 veröffentlichten T. G. Wilson und P. H. Trickey einen Artikel, in dem sie einen bürstenlosen Motor beschrieben, der mit Gleichstrom arbeitet. Die Einheiten waren mit einer Technologie ausgestattet, die den Magnetismus ausnutzte und sukzessive von einem elektrischen Gerät bekämpft wurde.

Die große Erkenntnis hinter dem Konzept des bürstenlosen Motors war das Fehlen eines physischen Schalters zur Übertragung des Stroms.

Doch erst in den 1980er Jahren kam der bürstenlose Motor so richtig in Schwung. Die größere Verfügbarkeit von Permanentmagneten in Kombination mit Hochspannungstransistoren hat es diesem Motortyp ermöglicht, genauso viel Leistung wie Bürstenmotoren zu erzeugen.

Die Verbesserungen am bürstenlosen Motor sind in den letzten drei Jahrzehnten ungebremst weitergegangen. Dies hat die Art und Weise, wie Hersteller von Akkuschraubern effiziente Maschinen produzieren, verändert.

Im Gegenzug profitieren die Kunden von den entscheidenden Vorteilen, die mit der Vielfalt und den reduzierten Wartungsanforderungen verbunden sind.

Wie funktioniert ein Akkuschraubermotor?

Der Hauptunterschied zwischen einem bürstenlosen Motor und einem Motor mit Kohlebürsten besteht darin, dass die Bürsten-Variante aus Carbon besteht, während die bürstenlose Maschine Magnete zur Energieerzeugung nutzt.

buerstenloser Motor vs. Buerstenmotor
Aufbau und Wärmeentwicklung eines bürstenlosen Motors und eines Bürstenmotors

Aus diesem Grund sind bürstenlose Motoren besser angepasst, erzeugen keine Reibung, produzieren weniger Hitze und bieten eine bessere Leistung. Außerdem reduzieren bürstenlose Geräte den Wartungsaufwand erheblich, der sich auf das Abstauben beschränkt und es ist nicht nötig, abgenutzte Bürsten zu ersetzen.

Bei einem bürstenlosen Motor erfolgt die Umkehrung der Spulen nicht mechanisch, sondern elektronisch durch ein Gerät, den sogenannten Controller. Dieser wandelt den Gleichstrom in einen dreiphasigen, frequenzvariablen Strom um und versorgt die Motorspulen nacheinander, um das Rotationsfeld zu erzeugen. Damit ist klar, dass bei diesem Leistungsprinzip die Spulen fest im Motor sitzen und sich nicht wie bei einem Kohlebürsten-Motor drehen.

Alle bürstenlosen Motoren haben einen relativ ähnlichen Aufbau. Sie kommen mit einem festen Stator, der die Spulen hält und einem beweglichen Rotor, auf dem die Permanentmagnete aufgeklebt sind. Die Spulen können unterschiedlich aufgebaut sein, entweder in Form eines Sterns oder eines Dreiecks. Die meisten bürstenlosen Motoren haben einen Innenrotor, der sich mit bis zu 100.000 U/min schnell dreht.

Was sind Kohlebürsten?

Kohlebürsten sind essentiell für die korrekte Funktion von Werkzeugen mit Bürstenmotor, wie z.B. Bohrmaschinen, Presslufthämmern, Hobeln, Heckenscheren und Schleifmaschinen. Kohlebürsten werden je nach Marke und Art des Werkzeugs ausgewählt.

Sie werden auf dem festen Teil eines Motors installiert, um eine optimale Kraftübertragung auf den Rotor (den rotierenden Teil) zu gewährleisten. Sie sorgen für das Schalten ohne den Funken.

Da sie paarweise arbeiten, sind diese Komponenten Verschleißteile und unterliegen der Reibung. Die Kohlebürsten stehen in ständigem Kontakt mit den Schleifringen. Sie bestehen aus Graphit und es gibt sie in verschiedenen Ausführungen.

Sie können mit einer Feder, einem Verbinder (einem Draht mit Stecker) oder ohne Bürstenhalter ausgestattet sein. Die Bürsten gibt es in verschiedenen Größen und Formen (quadratisch, rechteckig hauptsächlich) und können Rillen zur besseren Führung haben.

Die Geschwindigkeit eines Akkuschraubers wird als Teil des Drehmoments angegeben, das von der Stärke des Magnetfeldes abhängt. Die gefederten Kohlebürsten sind an einer Feder befestigt, die mit einer Platte versehen ist, um einen reibungslosen Durchgang der Kraft zu gewährleisten.

In manchen Fällen sind die Bürsten an einem Bürstenhalter befestigt, der eine Feder enthält, die die Schubkraft verstärken soll.

Dagegen werden Unterbrecherbürsten verwendet, um den Betrieb des Motors und letztlich der Maschine vor der vollständigen Abnutzung des Graphitmaterials zu stoppen. Dadurch soll die optimale Leistung erhalten bleiben.

Hersteller von tragbaren Elektrowerkzeugen, einschließlich Bohrmaschinen, verkaufen in der Regel Bürsten, die mit ihren Maschinen kompatibel sind. Die Abmessungen werden in Millimetern oder Zoll angegeben, die die Dicke, Tiefe und die Breite darstellen. Diese Angaben können jedoch von einem Hersteller zum anderen variieren.

Nachteile der Bürstenmotoren

Obwohl Bürstenmotoren preiswert, zuverlässig und mit einem hohen Drehmoment bzw. Trägheitsverhältnis ausgestattet sind, haben sie auch eine Reihe von Nachteilen. Diese Komponenten nutzen sich mit der Zeit ab und produzieren Staub.

Diese Art von Motor erfordert eine regelmäßige Wartung, um die Bürsten zu reinigen oder zu ersetzen. Sie haben auch eine geringe Wärmeabfuhrkapazität aufgrund der Rotorbegrenzungen, eine hohe Rotorträgheit, eine niedrige Maximaldrehzahl und elektromagnetische Störungen (EMI) aufgrund von Lichtbogenbildung an den Bürsten.

Das Funktionsprinzip von bürstenlosen Motoren ist das gleiche wie bei Motoren mit Bürsten (Schaltsteuerung über die interne Rückmeldung der Wellenposition), aber ihr Gesamtdesign ist anders.

Das Design der bürstenlosen Geräte reduziert den Innenwiderstand und hilft, die in den Statorspulen entstehende Wärme abzuführen. Der Wirkungsgrad ist somit besser, da die Wärme der Spulen dank des viel größeren stationären Motorgehäuses effizienter abgeführt werden kann.

Im Gegensatz zum Kohlebürsten-Motor ist der Permanentmagnet bei dem bürstenlosen Gerät auf dem Rotor montiert. Der Stator ist aus gerilltem Walzstahl und enthält die Wicklungen der Spule.

Vorteile eines bürstenlosen Motors

Die bürstenlose Motortechnologie verbessert nicht nur die Leistung deiner Akku-Bohrschrauber, sondern verlängert auch deren Lebensdauer. Mit diesen Motoren hast du praktisch keine Wartungsprobleme mehr.

Die Vorteile der bürstenlosen Technologie sind zahlreich. Das Fehlen von Bürsten eliminiert Probleme, die mit Überhitzung und Ausfällen verbunden sind. Die Lebensdauer des bürstenlosen Motors beschränkt sich daher nur noch auf die Lager.

Der bürstenlose Motor ist kompakter und zwei bis drei Mal leichter als eine Maschine mit Kohlebürsten. Dies verbessert das Handling zusätzlich zur Reduzierung von Vibrationen und Lärm.

Die elektronische Kommutierung ermöglicht eine präzise Positionierung. Der Motor erreicht Drehzahlen von bis zu 50.000 U/min mit optimal ausgewuchteten Rotoren. Das elektronische Modul sorgt für mehr Flexibilität mit einer größeren Variationsbreite und vor allem für die Aufrechterhaltung des Drehmoments von Anfang an.

Ohne Reibung zwischen dem Rotor und dem Stator verbessert sich der Wirkungsgrad deutlich. Wärme und Reibung werden reduziert, während die Energie der Batterie optimiert wird. Dies erhöht die Leistung und Autonomie um bis zu 25 Prozent gegenüber herkömmlichen Batterien.

Die neuesten Generationen von Li-Ion-Batterien bieten nach Angaben der Hersteller bis zu 50 oder sogar 60 Prozent mehr Autonomie.

Die Abwesenheit von Reibung ermöglicht es dem Motor, auch bei intensiven Anwendungen ohne Funkenbildung zu arbeiten. Die bürstenlose Technologie hat keine Kontaktzone, was den Verschleiß und die Wartung deutlich reduziert.

Das bietet mehrere Vorteile: Der Motor ist energieeffizienter, verhindert Überhitzung, der Austausch der Bürsten entfällt und die Nutzer freuen sich über eine längere Akkulaufzeit – du wirst bald feststellen, dass der beste Akkuschrauber mit einem bürstenlosen Motor arbeitet.

Bürstenlose vs. Bürsten-Motoren: Warum die zusätzlichen Kosten?

In einem herkömmlichen Elektromotor wird der Rotor (rotierender Teil der Maschine) im Inneren des Stators (feststehender Teil) angetrieben. Beide sind durch eine elektrische Verbindung verbunden: den Kollektor oder Kommutator, der in Kontakt mit kleinen Kohlebürsten steht.

Bei der bürstenlosen Technologie besteht der Rotor aus Magneten und der Stator aus Spulen, die abwechselnd positiv oder negativ geladen sind. So ziehen sich die Pole an und stoßen sich ab, wodurch sich der Motor drehen kann.

Der Vorteil ist, dass es keinen physischen Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator gibt. Die Energie wird durch den Magnetismus zwischen den Elektromagneten von einem zum anderen übertragen.

Der Motor wird mit Gleichstrom betrieben und arbeitet mit einem Wechselstrom, der von einer elektronischen Karte erzeugt wird, die den Gleichstrom in eine dreiphasige variable Frequenz umwandelt. So werden die Spulen abwechselnd gespeist, um ein Drehfeld und damit die Rotation zu erzeugen.

Das elektronische Modul, das im Motor oder in einem Gehäuse eingebaut ist, regelt kontinuierlich den Strom, so dass der Motor mit maximaler Effizienz arbeitet. Dies verbessert die Gesamtleistung und bietet somit ein echtes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Was ist besser: Bürstenloser Motor oder Bürsten-Motor?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bürstenlose Motoren besser sind als Geräte mit Kohlebürsten. Der Benutzer hat die Vorteile der reduzierten Wartung, der verbesserten Effizienz, der reduzierten Hitze und der Geräuschentwicklung.

Elektrowerkzeuge mit einem bürstenlosen Motor gelten heute als High-End-Produkte.