Die Zukunft der Kommutatormotoren in einem von bürstenlosen Motoren dominierten Markt

Wenn man sich heute mit elektrischen Antrieben beschäftigt, hat man das Gefühl, dass alles bürstenlos wird. Neue Spezifikationen fordern einen höheren Wirkungsgrad, einen leiseren Betrieb und eine genauere Steuerung. Die Leistungselektronik wird immer billiger. Die Marketingunterlagen sind voll von “BLDC”- und “EC-Motor”-Schubladen.

Und doch ist der Kommutatormotor der alten Schule immer noch überall zu finden.

Er steckt in preiswerten Werkzeugen, Fensterhebern, Spielzeug, kleinen Pumpen und einer überraschenden Anzahl von Geräten. Wenn man alltägliche Produkte öffnet, sieht man immer noch Bürsten, einen Kommutator und einen sehr vertrauten Geruch von Kohlestaub.

Die eigentliche Frage lautet also nicht: “Werden bürstenlose Motoren die Kommutatoren abtöten?”

Die ehrlichere Frage ist: Welche Rolle werden Kommutatormotoren in einer Welt spielen, in der bürstenlose Motoren die Standardwahl für alles Moderne und Hochwertige sind?

• In diesem Artikel gehen wir darauf ein:
  • Wo es noch sinnvoll ist, einen Kommutatormotor einzubauen.
  • Wie sich die Technologie rund um den Kommutator in aller Stille weiterentwickelt.
  • Was kluge OEMs und Motorenhersteller jetzt tun können, um nicht in die Falle zwischen Vorschriften und Kostendruck zu geraten.

1. Brushless ist eindeutig auf dem Vormarsch - aber nicht überall

Beginnen wir mit dem großen Ganzen.

Das meiste Wachstum in der Motorenwelt findet auf der bürstenlosen Seite statt. Für alles, was viel läuft, echte Leistung verbraucht oder in eine regulierte Kategorie fällt (wie HLK oder Haushaltsgeräte), stehen die Ingenieure unter ständigem Druck, auf BLDC- oder andere hocheffiziente Plattformen umzusteigen.

Aber das ist nur die Hälfte der Geschichte.

Gebürstet, Kommutator-Typ Motoren werden immer noch in großen Mengen hergestellt. Sie tauchen immer wieder in Konstruktionen auf:

• die Materialliste ist sehr begrenzt,
• Die Lebenszeit ist begrenzt,
• oder das Elektronikbudget geht gegen Null.
• Warum der bürstenlose Antrieb ins Rampenlicht gerückt ist:
  • Energienutzung: BLDC-Motoren vergeuden in der Regel weniger Energie in Form von Wärme, was bei einer Effizienzprüfung Ihres Produkts von großer Bedeutung ist.
  • Verlässlichkeit: Keine Bürsten bedeuten weniger Verschleißteile und weniger Serviceeinsätze in kritischen Systemen.
  • Kontrolle: Die elektronische Kommutierung ermöglicht eine reibungslose Drehzahl- und Drehmomentsteuerung sowie die Integration von Sensoren und Software.
  • Vorschriften: Viele Effizienz- und Ökodesign-Standards führen dazu, dass bei Produkten mit höheren Stückzahlen bürstenlose Optionen eingesetzt werden.

2. Wo Kommutatormotoren noch sinnvoll sind

Der Fehler bei vielen “Alles wird bürstenlos”-Ansätzen ist die Annahme, dass jedes Produkt auf die gleichen Dinge optimiert ist: Effizienz, Lebensdauer und ein vollwertiges Steuerungssystem. In der Praxis werden viele Produkte gebaut, um zu optimieren Überleben mit einer kalkulierten Stückliste erstens, und alles andere zweitens.

In dieser Welt haben die Kommutatormotoren noch echte Stärken.

Man kann sie sich so vorstellen: Sie sind ein in sich geschlossener elektromechanischer Antrieb mit Kommutierungssystem, der funktioniert, sobald man ihn angeschlossen hat. Keine Firmware, kein Motor-Controller, keine Sensor-Fusion. Legen Sie einfach eine Spannung an und er dreht sich.

• Typische Sweet Spots für heutige Kommutatormotoren:
  • Starker Kostendruck: Geräte mit geringer Gewinnspanne und Geräte, bei denen der Einbau einer eigenen BLDC-Antriebsstufe einfach nicht bezahlbar ist.
  • Produkte mit kurzer Nutzungsdauer oder kurzer Lebensdauer: Wenn der Motor während seiner gesamten Lebensdauer nur ein paar hundert Stunden laufen soll, kann der Vorteil der verlängerten Lebensdauer des BLDC-Motors ein Overkill sein.
  • Elektrisch “schmutzige” Umgebungen: Einige Industrie- und Prozessanlagen ziehen einen robusten Bürstenmotor einer empfindlichen, elektroniklastigen Lösung vor.
  • Sehr einfache Steuerung: Ein/Aus, vielleicht ein paar diskrete Geschwindigkeiten, nichts, was fortschrittliche Elektronik erfordert.
  • Ältere Plattformen: Langlebige Produktlinien mit Zulassungen, Werkzeugen und Lieferketten rund um Kommutatormotoren.

3. Seite an Seite: die künftige Rolle von Kommutator und bürstenlos

Um grobe Verallgemeinerungen zu vermeiden, ist es hilfreich, die beiden Technologien nebeneinander zu stellen und sich die künftige Aufgaben die sie wahrscheinlich spielen werden, und nicht nur ihre technischen Unterschiede.

• Der Sinn dieses Vergleichs ist einfach:
  • Die Zukunft ist nicht “bürstenlos gegen Kommutator”, es ist bürstenlose überall dort, wo es sich lohnt - und Kommutatoren dort, wo sie noch strukturelle Vorteile haben.

4. Die Technik ist nicht eingefroren: Was sich bei Kommutatormotoren tatsächlich ändert

Es ist leicht anzunehmen, dass Kommutatormotoren als Technologie “fertig” sind, aber das ist nicht das, was in den Fabriken und F&E-Labors passiert. Es gibt einen stetigen Strom kleiner, aber sinnvoller Verbesserungen, die diese Maschinen in ihrer Nische wettbewerbsfähig halten.

Ein Großteil dieser Arbeit wird nie in den Schlagzeilen erscheinen. Sie zeigen sich als leiserer Betrieb in einem billigen Handwerkzeug oder eine etwas längere Lebensdauer der Bürsten in einer Pumpe, an die niemand denkt, bis sie ausfällt.

• Die wichtigsten Bereiche, in denen die Kommutatormotoren besser werden:
  • Bürsten- und Kommutatormaterialien:
    Neue Bürstenformulierungen und Kupferlegierungen sollen Verschleiß, Lichtbogenbildung und Staub reduzieren und gleichzeitig die Lebensdauer verlängern.
  • Miniaturisierung und Verpackung:
    Kompaktere Rotoren, eine verfeinerte Stack-Geometrie und engere Toleranzen helfen, die Motoren in kleinere Gehäuse einzupassen.
  • Lärm und Vibration:
    Die angepasste Schlitzgeometrie, die Schräglage und die bessere Auswuchtung reduzieren das von Kunden beklagte “Heulen” und Klappern.
  • Prozessverbesserungen:
    Automatisierte Fertigung, eine präzisere Bearbeitung und bessere Imprägnier-/Lackierverfahren verringern den Ausschuss und verbessern die Konsistenz.
  • Hinzu kommt eine einfache Elektronik:
    Sanftanlauf, Strombegrenzung und grundlegende Überwachungsschaltungen werden mit Bürstenmotoren kombiniert, um die Belastung zu verringern und die Lebensdauer zu verlängern, ohne dass eine vollständige BLDC-Lösung erforderlich ist.

5. Drei realistische Zukunftsperspektiven für Kommutatormotoren (bis ~2035)

Niemand kann die genauen Zahlen vorhersagen, aber man kann ein paar vernünftige Pfade skizzieren, was mit Kommutatormotoren in den nächsten 10-15 Jahren passiert.

Der Gesamtmarkt für Motoren wird wahrscheinlich weiter wachsen, da wir mehr von allem elektrifizieren: Fahrzeuge, Werkzeuge, Gebäudesysteme, industrielle Prozesse. Bürstenlose Optionen werden einen großen Teil dieses Wachstums auffangen.

Bei den Kommutatormotoren hingegen ist mit einem langsameren Wachstum oder einem leichten Rückgang des Volumens zu rechnen, wobei die Verlagerung des Verwendungszwecks und nicht ein Zusammenbruch über Nacht.

• Drei Szenarien, die Sie im Auge behalten sollten:
  • Szenario A - “Geordneter Übergang” (das langweilige, aber wahrscheinliche Szenario)
    Bürstenlose Motoren ersetzen allmählich die Kommutatoren in größeren, höherwertigen Anwendungen. Kommutatormotoren werden weiterhin in kostengünstigen, kurzlebigen Konstruktionen eingesetzt, wo sie noch wirtschaftlich sinnvoll sind. Der Markt schrumpft, aber langsam und vorhersehbar.
  • Szenario B - “Regulierungshammer”
    Die neuen Effizienzvorschriften wirken sich auf kleinere Geräte, Werkzeuge und andere Kategorien aus, die bisher als “sicher” galten. Eine Reihe von kommutatorbasierten Designs sind plötzlich nicht mehr konform und müssen mit BLDC oder anderen Alternativen neu entwickelt werden.
  • Szenario C - “Absicherung der Lieferkette”
    Magnetpreise, Halbleiterknappheit oder geopolitische Erschütterungen erschweren oder verteuern die Herstellung elektroniklastiger Designs. OEMs behalten bewusst einige gebürstete Designs in ihrem Portfolio, um sich abzusichern - weniger Chips, keine seltenen Erden, einfachere Kontrolle.

6. Anwendung für Anwendung: wo Kommutatoren wahrscheinlich bleiben werden

Wenn man in Abstraktionen spricht, kann man die tatsächlichen Kompromisse nicht erkennen. Es ist sinnvoller, einige Produktfamilien zu betrachten und sich zu fragen, wie sie sich weiterentwickeln könnten.

Einige Autoaktuatoren verwenden heute noch Bürstenmotoren, weil sie billig, robust und gründlich validiert sind. Auf der anderen Seite werden Sie keinen modernen EV-Antrieb mit Bürsten sehen; dieser Kampf ist bereits vorbei.

• Ein grober Ausblick nach Anwendungsbereichen:
  • Stellmotoren für Kraftfahrzeuge (Fenster, Sitze, Spiegel, Schlösser):
    Erwarten Sie mehr bürstenlose Motoren in High-End- und EV-Plattformen, aber bürstenbehaftete Motoren werden wahrscheinlich noch eine ganze Weile in kostensensiblen Modellen und aufstrebenden Märkten eingesetzt werden.
  • Elektrowerkzeuge und Heimwerkerbedarf:
    High-End-Werkzeuge werden bereits auf bürstenlose Geräte umgestellt, um eine bessere Leistung und eine längere Laufzeit zu erzielen, insbesondere kabellose. Schnurgebundene Werkzeuge der Einstiegsklasse könnten noch lange Zeit bürstenbehaftet bleiben, einfach weil sie “gut genug” und billig sind.
  • Haushaltsgeräte und weiße Ware:
    Große Energieverbraucher (wie hochwertige Waschmaschinen, Kompressoren mit variabler Drehzahl und hocheffiziente Ventilatoren) bewegen sich in Richtung BLDC. Einfachere Geräte und Modelle des unteren Marktsegments werden sich zurückhalten und die Kommutatormotoren dort belassen, wo die Wirtschaftlichkeit es erfordert.
  • Industrielle Automatisierung, Pumpen und Ventilatoren:
    Sowohl die gesetzlichen Bestimmungen als auch die Energierechnungen zwingen zu immer effizienteren Motoren. Kommutator Motoren werden sich wahrscheinlich auf tragbare oder intermittierende Aufgaben zurückziehen, bei denen ihre Schwächen weniger schmerzen.
  • Spielzeug, Hobbyprodukte und billige Gadgets:
    Brushed-Motoren sind hier immer noch der Standard. Im Hochleistungshobby- und RC-Segment werden bürstenlose Motoren weiter zunehmen, aber preisgünstige Spielzeuge werden wahrscheinlich bürstenbehaftet bleiben, bis sich etwas an den Kosten radikal ändert.

7. Wenn Sie Erstausrüster sind: Wie man Kommutatoren handhabt, ohne stecken zu bleiben

Wenn Sie Motoren kaufen oder spezifizieren, lautet die sinnvolle Frage nicht: “Sollten wir Kommutatormotoren abschaffen?”, sondern: “Wo helfen sie uns noch, zu gewinnen - und wo werden sie stillschweigend zu einer Belastung?”

Viele Probleme entstehen dadurch, dass alle Kommutatoranwendungen gleich behandelt werden, anstatt sie nach dem Risiko und den Chancen zu sortieren, die sie bergen.

• Ein praktischer Ansatz für Ihre Produktpalette:
  • Schritt 1: Ordnen Sie Ihre Produkte nach Arbeitszyklus und Regulierungsrisiko
    • Produkte für hohe Beanspruchung, hohe Leistung oder geregelte Produkte: Gehen Sie davon aus, dass die Umstellung auf BLDC-Motoren (oder andere effiziente Motoren) entweder bereits im Gange ist oder bald erfolgen wird.
    • Schwach belastete, ungeregelte oder extrem preisempfindliche Produkte: Kommutatoren sind vielleicht auch in den nächsten 10+ Jahren noch die beste Wahl.
  • Schritt 2: Mehr Wert aus bestehenden Bürstendesigns herauspressen
    Arbeiten Sie mit den Zulieferern an besseren Bürstenmaterialien, einer verfeinerten Geometrie und kleinen elektronischen Zusatzeinrichtungen (Softstart, Basisschutz), die die Lebensdauer verlängern und die Geräuschentwicklung reduzieren, ohne das Budget zu sprengen.
  • Schritt 3: Planen Sie “gepaarte” Plattformen
    Wenn Sie eine neue mechanische Plattform entwerfen, sollten Sie sowohl für einen Kommutatormotor als auch für eine BLDC-Version Platz lassen. So können Sie verschiedene Märkte ansprechen - und Ihren Mix ändern - ohne das gesamte System neu zu entwickeln.
  • Schritt 4: Verordnungen früh und nicht spät beachten
    Es ist viel billiger, eine Effizienzmaßnahme einige Jahre im Voraus zu planen, als sich zu sträuben, wenn eine Richtlinie endlich in Kraft tritt.

8. Wenn Sie ein Automobilhersteller sind: Wie Sie in einer kleineren, schärferen Nische gewinnen können

Für Unternehmen, die Kommutatormotoren bauen, besteht das Ziel in den kommenden Jahren nicht darin, überall gegen bürstenlose Motoren zu kämpfen. Das ist ein anstrengender Kampf. Das Ziel ist es die Räume besitzen, in denen Kommutatoren noch die richtige Antwort sind, und ihnen besser als jeder andere zu dienen.

Das bedeutet oft, dass man sich in die “langweiligen” Details vertiefen muss: Bürstenabnutzungskurven, akustische Signaturen, Toleranzstapel und das Verhalten von Motoren bei marginalen Stromversorgungen.

• Ein wichtiger Schritt für Motorenhersteller, die sich auf Kommutatoren konzentrieren:
  • Spezialisierung auf schwierige Umgebungen
    Sie sind die offensichtliche Wahl für Designs, die Staub, Vibrationen, Temperaturschwankungen oder schmutzigem Strom standhalten müssen - Orte, an denen sich zusätzliche Elektronik zerbrechlich anfühlt.
  • Messung und Veröffentlichung von Verbesserungen der Lebensdauer
    Längere Lebensdauer der Bürsten und geringerer Verschleiß sind starke Verkaufsargumente. Verbessern Sie sie nicht nur im Stillen: zeigen Sie die Daten.
  • Reibungslose Upgrade-Pfade anbieten
    Entwickeln Sie für die wichtigsten Motorenfamilien mechanisch kompatible BLDC-Optionen. OEMs schätzen es, wenn sie die Möglichkeit haben, auf der technischen Leiter aufzusteigen, ohne ihren mechanischen Stapel neu zu gestalten.
  • Einsatz moderner technischer Hilfsmittel auch für “alte” Technik
    Finite-Elemente-Analyse, digitale Zwillinge und Simulation sind nicht nur für bürstenlose Motoren geeignet. Sie können Geräusch- und Verlustreduzierungen in Kommutatorkonstruktionen aufdecken, die bisher verborgen waren.

9. Der Aspekt der Nachhaltigkeit: differenzierter als “bürstenlos gut, bürstenbehaftet schlecht”

In Diskussionen über Nachhaltigkeit werden Kommutatormotoren oft als der offensichtliche Bösewicht dargestellt: Sie sind weniger effizient und erzeugen Bürstenstaub. Da ist etwas Wahres dran, aber das Gesamtbild ist etwas komplizierter.

Bürstenlose Motoren sind in der Regel tun den Energieverbrauch über die gesamte Lebensdauer zu senken, insbesondere bei Produkten, die Tausende von Stunden laufen. Das kann andere Auswirkungen in den Schatten stellen.

Auf der anderen Seite haben BLDC-Systeme ihren eigenen Fußabdruck: Magnete, Elektronik und komplexere Steuerungshardware. Bei kleinen, wenig belasteten Geräten ist der Unterschied nicht immer so eindeutig, wie es auf einer Folienpräsentation scheint.

• Eine ausgewogenere Betrachtungsweise:
  • Bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung und hohem Energieverbrauch ist der bürstenlose Antrieb in der Regel die umweltfreundlichere Wahl, auch wenn er im Vorfeld komplexer und teurer ist.
  • Bei intermittierenden Produkten mit niedrigem Energieverbrauch ist das Gleichgewicht zwischen dem Fußabdruck bei der Herstellung, dem Elektronikabfall und dem Energieverbrauch schwieriger zu finden.
  • Es ist von echtem Wert für die Nachhaltigkeit, wenn Kommutatormotoren länger halten, etwas effizienter laufen und seltener ausfallen, wo sie noch die vorherrschende Option sind.

10. Was Sie als Nächstes tun können

All dies ist in der Theorie interessant, aber es ist nur von Bedeutung, wenn es Ihre Arbeit am Montagmorgen verändert.

Wenn Sie heute für Produkte verantwortlich sind, die Kommutatormotoren verwenden, müssen Sie sich nicht für ein einziges “Lager” entscheiden. Sie können Kommutatormotoren als ein Werkzeug unter mehreren betrachten - immer noch nützlich, aber nicht automatisch der Standard.

• Konkrete Maßnahmen, die in Betracht gezogen werden sollten:
  • Machen Sie eine Bestandsaufnahme Ihrer Kommutatorverwendung:
    Führen Sie auf, welche Produkte sie verwenden, wie viele Stunden sie normalerweise laufen und wie sichtbar ihr Energieverbrauch für Kunden oder Regulierungsbehörden ist.
  • Trennen Sie die Anträge, die migrieren müssen, von denen, die bleiben können:
    • Muss abwandern: hoher Energieverbrauch, lange Betriebszeiten oder starker Regulierungsdruck.
    • Kann bleiben: kurzer Einsatz, harte Kostengrenzen, raue Umgebungen mit minimaler Aufsicht.
  • Sprechen Sie mit den Anbietern ausführlich und nicht nur über den Preis:
    Erkundigen Sie sich nach Bürstentechnologie, neuen Materialien, Geräuschverbesserungen und einfachen Treiberoptionen, die Ihnen mehr Lebensdauer und Leistung bieten können.
  • Pilotprojekt mit mindestens einem “hybriden” Projekt:
    Nehmen Sie ein aktuelles Bürsten-Design und testen Sie, was passiert, wenn Sie einen bescheidenen intelligenten Treiber hinzufügen: besseres Startverhalten, Überlastschutz oder Geschwindigkeitsanpassung. Nutzen Sie reale Daten, um zu entscheiden, ob es sich lohnt, das System weiter auszubauen.

Abschließende Gedanken

In einem Markt, der von bürstenlosen Motoren dominiert wird, werden Kommutatormotoren nicht die Stars der Show sein. Sie werden die Nebendarsteller sein - die, die man nur bemerkt, wenn sie fehlen.

Sie werden immer noch von Bedeutung sein, wenn:

• müssen Sie einen brutalen Preispunkt erreichen,
• die Umgebung ist zu rau oder zu laut für empfindliche Elektronik,
• oder Sie brauchen etwas Bewährtes, Einfaches und leicht zu Beschaffendes.

Wenn Sie Kommutatormotoren als “alte Technik, die von alleine verschwindet” betrachten, werden Sie wahrscheinlich zu spät auf Vorschriften und Kostenveränderungen reagieren.

Wenn Sie sie wie eine gezielte, sich entwickelnde Nischentechnologie Wenn Sie das berücksichtigen, haben Sie mehr Flexibilität, weniger Risiko und einen klareren Fahrplan - selbst in einer Welt, in der bürstenlose Motoren die meiste Aufmerksamkeit bekommen.