Kommutatoröl: Wann es hilft, wann es schadet und was die Leute eigentlich meinen

Meistens ist das beste Kommutatoröl gar kein Öl auf dem Kupfer, sondern nur ein stabiler Film und saubere Lager, die kein Schmiermittel dorthin schleudern, wo es nicht hingehört.

Die unausgesprochene Regel, die niemand klar formuliert

Wenn man genügend Wartungshandbücher für Gleichstrommotoren, Generatoren, Anlasser und Kompressoren liest, erkennt man ein Muster. Auf den Seiten wird über das Ölen von Lagern, das Schmieren von Zahnrädern und die Überprüfung von Dichtungen gesprochen. Dann folgt, meist in Fettdruck oder Großbuchstaben, eine einfache Warnung: Den Kommutator niemals ölen und sauber und trocken halten. Öl auf den Stäben verringert das Anlaufdrehmoment, erhöht den Bürstenverschleiß und verringert die Leistung. Vor überschüssigem Lageröl wird gewarnt, da es austreten und den Kommutatorraum verunreinigen kann.

Gleichzeitig beschreiben Konstruktionshinweise und Normen den Oberflächenfilm des Kommutators als das eigentliche Schmiermittel für den Gleitkontakt. Die durch die Bürsten gebildete Schicht aus Kupferoxid und Graphit, die durch Feuchtigkeit und Temperatur unterstützt wird, sorgt für einen reibungslosen Stromfluss und hält den Verschleiß in Grenzen. In vielen Anleitungen wird darauf hingewiesen, dass diese braune “Patina” bei normalem Betrieb nicht entfernt werden sollte. Sie ist dünn, leicht zerbrechlich und sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere durch Kohlenwasserstoffe und Silikondämpfe. Wenn diese Schicht in Ordnung ist, laufen die Maschinen mit geringer Funkenbildung, selbst wenn das Kupfer optisch nicht perfekt ist. Wenn sie nicht in Ordnung ist, geben die Leute dem Öl oder den Bürsten die Schuld, aber in Wirklichkeit ist die Schicht stillschweigend schuld.

Die Grundregel ist also etwas anders als der Name auf der Flasche vermuten lässt. Der Kommutator wird nicht geölt. Man schützt den Kommutator vor Öl, während man die Lager und Zahnräder um ihn herum schmiert.

Warum gibt es überhaupt “Kommutatoröl”?

Der Ausdruck hat mehrere verschiedene Bedeutungen.

In Oldtimer-Kreisen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Model T und ähnlichen frühen Zündsystemen, ist der “Kommutator” eigentlich ein Timer, der in Fett oder dickflüssigem Öl gebadet ist. In der Ford-Dokumentation wurde empfohlen, den Timer mit Vaseline zu füllen und dann in regelmäßigen Abständen leichtes Öl nachzufüllen. Auch heute noch empfehlen moderne Besitzer, ein paar Tropfen STP oder ähnliches Öl in einen mit Fett gefüllten Timer zu geben. Diese Produktempfehlung bedeutete jedoch keineswegs, dass man Öl auf einen Kupferstab-Kommutator im Inneren eines Traktionsmotors gießen sollte. Sie war nur für einen versiegelten Timer sinnvoll, der für die Umwälzung eines halbflüssigen Schmiermittels ausgelegt war.

Slotcar- und Spielzeugmotor-Hobbyisten haben diesen Ausdruck weiterverwendet. Einige verwendeten sehr leichtes Öl beim Einfahren kleiner Motoren oder vermarkteten “Comm Drops” als Mittel zur Reinigung und Pflege verschlissener Oberflächen. Andere stellten fest, dass fast jedes Öl auf der Kontaktfläche schnell verbrennt, verkohlt und Staub anzieht, und in Online-Diskussionen wird immer wieder davor gewarnt, dass Lageröle und allgemeine Fette den Kommutator verkleben und die Leistung beeinträchtigen. Die Community lernte öffentlich, dass ein Tropfen auf dem Lager nützlich sein kann, aber ein Tropfen auf dem Kupfer oft zu schwarzem Schlamm und unregelmäßiger Leistung führte.

Es gibt noch eine dritte Bedeutung, bei der Ingenieure Öl nur als Bedrohung betrachten. Viele technische Leitfäden und sogar Patente konzentrieren sich auf Ölabweiser, die verhindern, dass Lagerschmiermittel entlang der Welle zum Kommutator wandert, gerade weil Öl auf der Kontaktfläche die Filmbildung stört und Lichtbogenbildung und Verschleiß begünstigt. Die Dichtung ist vorhanden, weil man immer wieder beobachtet hat, was passiert, wenn ein wenig Öl am Lager vorbeifließt: fleckiger Film, Lichtbogenbildung, abgeplatzte Stäbe und kurze Lebensdauer der Bürsten bei einem scheinbar geringfügigen Leck.

“Kommutatoröl” ist also oft eine Kurzform für das Ölmanagement rund um einen Kommutator und nur selten ein absichtlich aufgetragener Ölfilm auf dem Kupfer selbst.

Der Film gleitet, nicht das Öl.

Wenn Menschen zum ersten Mal etwas über rotierende Maschinen lernen, gibt es ein einfaches mentales Modell: Metall, das an Graphit reibt, benötigt ein Schmiermittel, also holt man sich eine Flasche. Der tatsächliche Kontakt ist seltsamer.

Eine Kohlebürste, die auf einem Kupferkommutator sitzt, bildet einen gemischten Film aus Kupferoxiden und fein verteiltem Bürstenstaub. Bei der richtigen Stromdichte, Temperatur und Luftfeuchtigkeit poliert sich dieser Film selbst und erreicht eine Dicke, bei der die Bürste darauf gleitet, anstatt sich durch das blanke Metall zu pflügen. Der Film hat eine ausreichende Leitfähigkeit, um den Ankerstrom mit geringem Spannungsabfall zu leiten, und eine ausreichende Schmierfähigkeit, um starken Verschleiß zu vermeiden. Aus diesem Grund wird in guten Handbüchern empfohlen, aggressive Reinigungsmaßnahmen zu vermeiden, die die braune oder schokoladenfarbene Oberfläche abtragen, es sei denn, Sie beheben auch die Ursache, die zu dieser Beschädigung geführt hat.

Leichte Mineralöle und Fette beeinträchtigen diesen Prozess. Sie verändern die chemische Zusammensetzung der Oberfläche, binden Kohlenstoff- und Kupferpartikel und bilden eine fleckige, klebrige Schicht. Wenn Lichtbögen über diese Schicht springen, verbrennt das Öl und bildet harte Flecken und Streifen. Der Film wird ungleichmäßig in der Farbe, mit dunklen Streifen und Vertiefungen unter den Bürsten, und die Maschine neigt zu Funkenbildung und Vibrationen. Anleitungen zur Wartung von Kommutatoren warnen davor, dass Öl- und Fettverschmutzungen dem Film ein fleckiges Aussehen verleihen und den Verschleiß beschleunigen, wenn sie nicht beseitigt werden. Die Bediener reinigen den Kommutator dann aggressiv und entfernen sowohl den schlechten als auch den guten Film. Der Zyklus wiederholt sich, bis jemand die Quelle der Verschmutzung aufspürt, anstatt sie wegzupolieren.

In diesem Sinne bedeutet “kein Öl” nicht trockenes Metall. Es bedeutet einen kontrollierten Feststofffilm, der durch den elektrischen Kontakt selbst und nicht durch eine Flasche erzeugt wird.

Wo Öl tatsächlich im System hingehört

Öl hat in der Nähe eines Kommutators noch eine wichtige Aufgabe zu erfüllen. Lager auf der Antriebsseite und der Kommutatorseite werden häufig mit Fett oder zirkulierenden Ölsystemen geschmiert. Getriebe benötigen geeignete Ölqualitäten, die im Getriebegehäuse verbleiben. Rutschkupplungsmechanismen haben ihre eigenen Schmierstellen, die manchmal mit leichtem Motoröl und manchmal mit synthetischen Fetten geschmiert werden. Hardware, bei der all dies ignoriert wird, versagt auf ganz banale mechanische Weise, lange bevor der Kommutator dies bemerkt.

Der zu beobachtende Punkt ist die Migration. In Handbüchern für Generatoren und kleine Industrieanlagen wird regelmäßig davor gewarnt, dass überschüssiges Lageröl austritt und durch die Zentrifugalkraft in den Kommutatorraum geschleudert wird, und aus dem gleichen Grund wird vor einer Überfettung gewarnt. Konstrukteure fügen Abschirmungen, Abstreifer und Dichtungen hinzu, um eine Barrierezone zu schaffen, sodass der Kontaktbereich in seiner eigenen Umgebung bleibt. Wenn eine Maschine wiederholt fleckige Beläge, gemischte braune und schwarze Flecken oder Streifen aufweist, die der Schwerkraft folgen, ist häufig eher ein Ölleck die Ursache als “schlechte Bürsten”.

Praktische Regel: Schmieren Sie die Lager vollständig und korrekt und überprüfen Sie anschließend, ob der Weg vom Lager zum Kommutator trocken und sauber ist. Wenn Sie sich entscheiden müssen, ist es in der Regel besser, etwas zu wenig zu schmieren, als die Lager zu überfluten und eine Verunreinigung im elektrischen Bereich zu riskieren, solange Sie die Grenzwerte des Lagerherstellers einhalten.

Wenn in einer Anleitung tatsächlich Kommutatoröl verlangt wird

Von Zeit zu Zeit trifft man auf eine Maschine, die wirklich Öl auf oder in der Nähe des Kommutators benötigt, wobei diese in der Regel in eine von drei Kategorien fallen.

Mechanische Zündzeitgeber und frühe “Kommutatoren” für Kraftfahrzeuge können als Teil ihrer Konstruktion auf ein Fett- oder Schwerölbad angewiesen sein. Sie verfügen über Metallkontakte, die sich durch eine Schmierstofftasche drehen, was sowohl den Verschleiß dämpft als auch dazu beiträgt, Ablagerungen wegzufegen. In dieser Welt ist das Schmiermittel Teil der Technik, und die Anweisungen aus der Ford-Ära zu den Ölbechern am Zeitgeber sind nicht verhandelbar.

Sehr kleine Hobby-Motoren verwenden manchmal spezielle Kommutatorzusätze, die eher Kontaktverbesserern als klassischem Öl ähneln. Während der Einlaufphase kann ein Tropfen auf den laufenden Motor aufgetragen werden, damit er sich dünn verteilt, mikroskopisch kleine Rückstände entfernt und einen leicht modifizierten Film hinterlässt. Viele erfahrene Anwender vermeiden jedoch aufgrund der langfristigen Verschmutzung weiterhin das direkte Ölen des Kupfers. Diejenigen, die daran festhalten, tun dies in der Regel, weil sie ein Produkt und eine Routine gefunden haben, die für ihre spezifischen Motoren geeignet sind, und dann nichts mehr daran ändern.

Schließlich gibt es eine kleine Gruppe industrieller Anwendungen, bei denen anstelle von Öl direkt behandelte Bürsten zum Einsatz kommen. Die Behandlungen basieren häufig auf Additiven wie Metallhalogeniden oder Schmiermitteln, die in das Bürstenmaterial eingebettet sind. Im Betrieb beeinflussen diese Additive die Filmbildung, ohne dass jemals Öl in den Luftspalt gesprüht wird. In tribologischen Fachartikeln wird darauf hingewiesen, dass der genaue Mechanismus noch nicht vollständig geklärt ist, insbesondere in aggressiven Umgebungen. Wenn jemand dies beiläufig als “Kommutatorölung” bezeichnet, spricht er in der Regel sehr allgemein.

Der rote Faden, der sich durch alle drei Fälle zieht, ist, dass die Art, der Ort und die Menge des Schmiermittels durch die Konstruktion genau festgelegt sind. Wenn man sich für ein Allzwecköl entscheidet, weil “etwas besser ist als nichts”, kommt es zu verschmorten Folien und abgeplatzten Stangen.

Die Wahl eines Öls, wenn es wirklich sein muss

Wenn Sie an einem System arbeiten, bei dem der Hersteller ausdrücklich Öl am oder in der Nähe des Kommutators verlangt, sind die Einschränkungen in der Regel streng, auch wenn das Etikett auf der Dose einfach ist.

Das Grundöl ist in der Regel mineralisch, nicht pflanzlich und kein schwerflüssiges Getriebeöl. Es muss auch bei langen Stillstandszeiten gegen Verkleben resistent sein, damit Timer und kleine Mechanismen nicht erstarren. Additivpakete sollten Silikon, feste Partikel und alles Leitfähige vermeiden. In vielen Handbüchern aus der Mitte des letzten Jahrhunderts steht einfach “ein paar Tropfen leichtes Motoröl, SAE 20”, weil das damals allgemein erhältlich war und diese Anforderungen erfüllte. Im Zweifelsfall ist es in der Regel sicherer, sich an diese einfache Spezifikation zu halten, als mit modernen Haftfetten oder Automobiladditiven zu improvisieren, die für völlig andere Scher- und Temperaturbedingungen ausgelegt sind.

Die Viskosität spielt auf nicht offensichtliche Weise eine Rolle. Ist das Öl zu dünnflüssig, läuft es direkt aus dem Gehäuse heraus und gelangt an Stellen, an denen es nicht erwünscht ist. Ist es zu dickflüssig, wird es vom Mechanismus aufgewirbelt, erzeugt Wärme und schleudert Tröpfchen weiter als beabsichtigt. In Zeitschaltuhren und kleinen Gehäusen funktioniert ein Öl mittlerer Viskosität in Kombination mit einer Fettpackung oft am besten: Das Fett hält das Öl zurück, das Öl sickert langsam heraus, um die Grenzschicht zu erneuern, und das ganze Durcheinander bleibt im Gehäuse.

Wenn Ihr Handbuch keine oder nur vage Angaben enthält und die Maschine selten oder teuer ist, ist es am sichersten, den Kommutator selbst als trocken zu behandeln und die Schmierung auf Lager zu konzentrieren, deren Güteklassen Sie als mit den umgebenden Isolierungen und Kunststoffen kompatibel kennen.

Häufige Fehlermuster im Zusammenhang mit Öl und Film

Die Menschen bemerken in der Regel zuerst die Symptome, bevor sie das Öl bemerken.

Ein Kommutator, der dunkle, fettige Streifen unter jeder Bürste aufweist und lackiert aussieht, ist wahrscheinlich mit Öldämpfen oder direkten Spritzern in Berührung gekommen. Die Bürsten in dieser Maschine haben oft eine glasierte Oberfläche und können Abplatzungen an den Kanten oder Kupferabriebspuren aufweisen. Eine Reinigung ohne Behebung der Leckage führt zu einer kurzzeitigen Verbesserung, gefolgt von einer Rückkehr des gleichen Musters – genau das wiederkehrende Problem, das in vielen Wartungshinweisen zu ölverschmutzten Kommutatoren beschrieben wird.

Wenn Öl oder Fett in die Bürstenhalter oder die Isolierung zwischen den Stäben eingedrungen ist, kann man einen niedrigen Isolationswiderstand, Oberflächenverfolgung und manchmal sichtbare Kohlespuren feststellen. Bei älteren Geräten kann die Lösung darin bestehen, den Kommutator teilweise neu zu wickeln oder auszutauschen, anstatt ihn nur abzuwischen. Einfache Lösungsmittel auf der Oberfläche erreichen die in porösen Materialien absorbierten Verunreinigungen nicht.

Im Gegensatz dazu weist eine Maschine, die unter rauen Luftbedingungen mit geringer Luftfeuchtigkeit und Feinstaub einfach zu trocken läuft, häufig eine blasse Kupferoberfläche mit fleckigem Film und schnellem Bürstenverschleiß auf, jedoch nicht das gleiche gummiartige Aussehen. Sowohl Normen als auch Feldhandbücher weisen darauf hin, dass trockene Umgebungen häufig andere Bürstenbehandlungen als Flüssigschmierung erfordern. In diesen Fällen ist die Lösung in der Regel eine andere Bürstenqualität oder eine andere Umgebungskontrolle und nicht das Ölen.

Wenn Sie diese Muster verstehen, können Sie besser entscheiden, ob “Kommutatoröl” Teil des Problems ist oder etwas, das man gerne als Heilmittel einsetzen würde.

Eine kurze Referenztabelle, die Sie tatsächlich verwenden können

Die folgende Tabelle dient nur als Orientierungshilfe, zeigt jedoch, wie verschiedene Gemeinden Kommutatoröl verwenden oder vermeiden. Es wird davon ausgegangen, dass Sie bereits über die Maschinendokumentation verfügen.

Wenn Ihre Situation keiner Zeile eindeutig entspricht, gehen Sie vom konservativen Fall aus: kein flüssiges Öl auf den Stäben, strenge Kontrolle von Leckagen und bewusste Beachtung des Kommutatorfilms.

Maßnahmen, die die Lebensdauer des Kommutators stillschweigend verlängern

Sobald man Öl als Randbedingung und nicht als magischen Zusatzstoff betrachtet, werden die Abläufe rund um Kommutatoren einfacher und vorhersehbarer.

Überprüfen Sie bei planmäßigen Stillständen zunächst die Farbe und Beschaffenheit der Kommutatoroberfläche, bevor Sie mit der Reinigung beginnen. Wenn die Beschichtung glatt und gleichmäßig ist und eine normale kupfer- bis braune Farbe aufweist, widerstehen Sie dem Drang, sie aus kosmetischen Gründen zu polieren. Überprüfen Sie dann, ob Anzeichen von Ölspuren vorhanden sind, insbesondere in Richtung der Wellenrotation und der Schwerkraft. Wenn Sie Anzeichen für eine Migration feststellen, verfolgen Sie diese bis zum nächsten Lager oder Getriebedichtung zurück, beheben Sie die Undichtigkeit und reinigen und setzen Sie erst dann die Bürsten wieder ein.

Wenn Sie reinigen müssen, verwenden Sie Methoden und Schleifmittel, die das Einbetten von leitfähigem Sand vermeiden. Viele Branchenhinweise empfehlen sehr feines, nicht leitfähiges Papier oder spezielle Steine anstelle von Schmirgelpapier. Lassen Sie die Maschine nach der mechanischen Reinigung unter leichter Last laufen, um den Film wieder aufzubauen, anstatt direkt mit voller Last von einer abgetragenen Kupferoberfläche aus zu starten.

Halten Sie schließlich den Schmierplan für Lager getrennt von der routinemäßigen elektrischen Inspektion. Diese mentale Trennung verhindert, dass jemand dem Kommutator mit einer zusätzlichen Portion Öl “helfen” will, nur weil die Fettpresse gerade zur Hand ist.

Fazit

Bei Kommutatoröl geht es vor allem darum, wo man kein Öl verwenden sollte. Auf der Kupferfläche einer modernen Gleichstrommaschine ist die ideale Komfortzone ein trockener, gut ausgebildeter Film, der durch die Bürsten gebildet wird und vor zufälligen Schmiermitteln geschützt ist. Öl gehört in die Lager und Getriebe und muss sorgfältig ausgewählt werden, damit es dort auch bleibt. Die wenigen Maschinen, die wirklich Öl in direktem Kontakt mit ihren Kommutierungsteilen benötigen, weisen in ihren Handbüchern deutlich darauf hin und verlangen eine ganz bestimmte Sorte, die auf ganz bestimmte Weise verwendet werden muss. Alles andere ist Spekulation, und Kommutatoren reagieren selten freundlich auf Spekulationen.