Warum viele Elektrowerkzeuge immer noch Kommutatormotoren anstelle von bürstenlosen Motoren verwenden
Die meisten Elektrowerkzeuge laufen noch. Kommutator Motoren aus einem ganz einfachen Grund: Sie schließen die Kalkulationstabelle besser ab. Sie sind in der Massenfertigung kostengünstig, lassen sich direkt an die Steckdose oder einen einfachen Gleichstromakku anschließen, bieten ein hohes Anlaufdrehmoment aus einem kompakten Gehäuse und verfügen über ein Servicemodell, das jede Reparaturwerkstatt auf der Welt bereits versteht. Bürstenlose Motoren bieten eine bessere Effizienz, Steuerung und Haltbarkeit, aber sie bringen Magnete, Silizium, Firmware und neue Fehlermodi mit sich, und viele Anwender sind nicht bereit, diese zusätzliche Komplexität in Kauf zu nehmen, nur um am Wochenende ein paar Löcher zu bohren oder eine kabelgebundene Schleifmaschine zu betreiben, die nur für kurze Einsätze gedacht ist.
Inhaltsverzeichnis
Was dieser Artikel voraussetzt
Sie wissen bereits, wie ein Universal- oder Bürsten-Gleichstrommotor funktioniert, wie ein BLDC-Rotor aussieht und warum alle Welt von Neodym spricht. Sie haben die Marketingfolien gesehen, auf denen “bürstenlos = mehr Laufzeit und Leistung” steht, und wahrscheinlich mindestens ein Whitepaper gelesen, in dem Kommutierungsschemata und Effizienzkurven verglichen werden.
Anstatt das zu wiederholen, geht es hier darum, warum nach all dem die Katalogseiten für Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Sägen und Schleifgeräte immer noch voller Kommutatormotoren sind. Nicht weil Ingenieure nichts von bürstenlosen Motoren wissen. Sondern weil die Produktrealität chaotisch ist.
Die hartnäckige Wirtschaftlichkeit von Kommutatormotoren
Aus rein komponentenbezogener Sicht lassen sich bürstenlose Motoren sogar einfacher zusammenbauen: kein Kommutator, keine Bürsten, oft weniger mechanische Verschleißteile. Mehrere Motorenhersteller weisen darauf hin, dass die Rotor- und Statoranordnung für einen BLDC sehr produktionsfreundlich sein kann.
Werkzeuge sind jedoch nicht nur Motoren. Sie umfassen Stücklisten, Prüfstände, Reparaturhandbücher und Marketing-Preispunkte. Und wenn man das gesamte Antriebssystem betrachtet, kehrt sich die Gleichung um. Bürstenlose Motoren erfordern einen Controller mit Leistungshalbleitern, Gate-Treibern, Sensorik oder ausgeklügelten sensorlosen Algorithmen, Schutzlogik und in der Regel einen Mikrocontroller. Dieser Elektronikblock kostet oft mehr als der Motorstahl und das Kupfer in einem Low-End-Werkzeug. Branchenvergleiche zeigen nach wie vor, dass in den gängigen Verbrauchersegmenten eine bürstenlose Bohrmaschine oder ein bürstenloser Schrauber im Einzelhandel etwa ein Viertel bis ein Drittel teurer ist als ein vergleichbares Modell mit Bürstenmotor.
Kommutatormotoren hingegen stützen sich auf mehr als 80 Jahre Fertigungserfahrung. Wicklung, Stapelung, Kommutatorbaugruppe und Imprägnierung sind bis ins Detail optimiert. Die Technologie ist so ausgereift, dass mehrere Quellen Bürstenmotoren als “sehr kostengünstige” Option beschreiben, nicht weil sie besonders clever sind, sondern weil bereits alle möglichen Kostensenkungsmaßnahmen ausgeschöpft wurden.
Diese Reife überträgt sich auf das gesamte Unternehmen. Vorrichtungen, Testverfahren, Lieferantenverträge, Umgang mit Ausschussware, Schulungsmaterial für Reparaturzentren – alles ist auf eine Kommutatormaschine ausgelegt. Eine Änderung bedeutet nicht nur den Austausch eines Motors gegen einen anderen, sondern auch den Verlust von zehn Jahren gesammeltem Know-how.
AC-Kabelwerkzeuge: Der Universalmotor passt immer noch an die Wand
Kabelgebundene Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Kreissägen, kabelgebundene Schleifmaschinen – die meisten davon verwenden Universalmotoren mit Kommutatoren. Die Frage “Warum nicht bürstenlos?” sieht anders aus, wenn man die Steckdose im Raum berücksichtigt.
Ein Universalmotor ist im Wesentlichen eine in Reihe geschaltete Kommutatormaschine, die direkt mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben wird. Er wird über einen Auslöser, beispielsweise einen Triac oder eine einfache Phasenwinkelsteuerung zur Drehzahlregelung, fast direkt an das Stromnetz angeschlossen. Er kann mit mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute laufen, hat im Verhältnis zu seiner Größe ein hohes Anlaufdrehmoment und passt gut in kompakte Gehäuse.
Um einen bürstenlosen Motor über die Steckdose zu betreiben, benötigen Sie mindestens einen Gleichrichter. Bei höheren Leistungsklassen kommen wahrscheinlich noch eine Leistungsfaktorkorrektur, einige Zwischenkreiskondensatoren, eine geeignete Isolierung, eine Gate-Ansteuerung, eine Strommessung, Firmware und EMV-Korrekturen für all diese schnellen Schaltvorgänge hinzu. Nun hat sich die “Motorauswahl” still und leise zu einem kompletten Leistungselektronikprojekt entwickelt.
Bei einem kabelgebundenen Werkzeug, das nur kurzzeitig eingesetzt wird und ohnehin neben einem lauten Staubsauger oder Kompressor steht, ist der Effizienzverlust eines Universalmotors – der im unteren Leistungsbereich recht erheblich sein kann – einfach nicht groß genug, um die Kosten für diese Elektronikkomponente zu rechtfertigen.
Es gibt auch eine gewisse Trägheit bei der Zertifizierung. Eine Klasse von Universal-Elektrowerkzeugen hat eine Sicherheits- und EMV-Geschichte, die Regulierungsbehörden und Testlabors gut kennen. Ein Hochfrequenz-Wechselrichter, der einen BLDC antreibt, fügt ein anderes Muster von leitungsgebundenen und abgestrahlten Störsignalen, andere Ausfallmodi und andere Tests hinzu. Man kann das durchaus technisch umgehen; viele hochwertige kabelgebundene Werkzeuge tun dies bereits. Aber für die mittleren und unteren Preisklassen ist dies ein weiterer Grund, bei dem zu bleiben, was man kennt.
Akku-Werkzeuge: Warum Bürstenmotoren am unteren Ende der Produktpalette überleben
Bei Akku-Werkzeugen hat sich die bürstenlose Technologie am deutlichsten durchgesetzt. Die zusätzliche Effizienz und Steuerbarkeit verlängern direkt die Laufzeit und ermöglichen es Ihnen, mehr “Arbeit pro Ladung” zu verkaufen. In Fachmedien wird regelmäßig hervorgehoben, dass bürstenlose Elektrowerkzeuge eine deutlich längere Akkulaufzeit, eine bessere Drehmomentdichte und einen kühleren Betrieb bieten.
Warum gibt es dann im Akku-Bereich immer noch so viele Bürstenbohrer und Schrauber?
Denn nicht jeder Käufer nutzt diese Werkzeuge den ganzen Tag lang. Ein Hausbesitzer, der einmal im Monat ein paar Schrauben eindreht, interessiert sich nicht dafür, ob eine Akkuladung dreißig oder vierzig Minuten hält. Ihm ist wichtig, ob das Set im Regal zwanzig Dollar günstiger ist. Für diesen Käufer sind die Gesamtkosten für einen BLDC-Motor, Magnete und Steuerplatine reine Gemeinkosten, die er nie zu Gesicht bekommt.
Darüber hinaus handelt es sich bei bürstenbehafteten Gleichstrommotoren in Akku-Werkzeugen häufig um Reihenwicklungen oder Permanentmagnetmotoren, die bereits sehr kompakt und leistungsstark sind. Ihr Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und ihre Überlasttoleranz sind recht gut, wenn man sie nur für kurze Arbeiten einsetzt.
Es gibt auch eine Segmentierungsstrategie. Marken reservieren bewusst bürstenlose und “intelligente” Steuerungsfunktionen für höhere Preisklassen: handelsorientierte Produktlinien, Premium-Kits und Halo-Produkte. Einsteigergeräte mit Bürstenmotoren dienen als Einstieg in das Ökosystem: gleiche Akkuhalterung, gleiche Ladegeräte, deutlich geringere Anschaffungskosten. Eine Umstellung der unteren Preisklassen auf bürstenlose Motoren würde diese Struktur verwischen, und Marketingteams verlieren nur ungern ihre Leiter.
Zuverlässigkeit: nicht so einseitig, wie die Broschüren vermuten lassen
Bürstenlose Motoren beseitigen den Bürstenverschleiß aus der Gleichung; kein Kohlenstaub, keine Kommutatorerosion. Technische Artikel und Datenblätter bestätigen übereinstimmend, dass bürstenlose Motoren eine längere Lebensdauer erreichen können, insbesondere im Dauerbetrieb, im Vergleich zu bürstenbehafteten Konstruktionen, die durch mechanischen Kontaktverschleiß begrenzt sind.
Aber das ist nur die halbe Wahrheit, mit der ein Werkzeugkonstrukteur leben muss.
Ein Kommutatormotor weist offensichtliche physische Verschleißelemente auf. Wenn die Bürsten ihre Lebensdauer erreicht haben, lässt die Leistung deutlich nach, und ein Servicecenter kann sie innerhalb weniger Minuten austauschen. Ersatzteile sind günstig, die Diagnose unkompliziert. Für viele professionelle Anwender ist diese Vorhersehbarkeit beruhigend: Sie wissen, wie ein Ausfall aussieht und was er kostet.
Bürstenlose Werkzeuge verlagern die Schwachstellen. Der Motor selbst läuft zwar fast unbegrenzt, aber die Elektronik ist nun den Hauptbelastungen durch Überspannungen, Staub, Kondenswasser, falsch verdrahtete Generatoren, statische Entladungen und gelegentliche Benutzer ausgesetzt, die Mauerstaub direkt in alle Lüftungsöffnungen des Werkzeugs blasen. Ein durchgebranntes MOSFET kündigt sich nicht schrittweise an. Es fällt aus und nimmt oft den Treiber-IC und ein oder zwei Leiterbahnen mit sich.
In Regionen ohne dichtes Servicenetz ist dieser Unterschied von Bedeutung. Das Auswechseln von Bürsten ist etwas, das selbst eine kleine Reparaturwerkstatt mit einfachen Werkzeugen bewältigen kann. Die Diagnose und Überarbeitung von mehrschichtigen Leiterplatten in versiegelten Gehäusen ist jedoch eine ganz andere Welt. Eine Bürstenschleifmaschine mag also offiziell “schneller verschleißen”, bleibt aber länger im Einsatz, einfach weil lokale Techniker sie immer wieder wiederbeleben können.
Materialien, Magnete und Risiken in der Lieferkette
Bürstenlose Motoren basieren in der Regel auf starken Permanentmagneten, die sehr oft aus Seltenerdmetallen wie Neodym hergestellt werden. In Fachkreisen wird häufig darauf hingewiesen, dass dies die Kosten und Verfügbarkeit von BLDC-Motoren von einem relativ volatilen Rohstoffmarkt abhängig macht.
Mehrere Bürstenmotoren-Serien, die in anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz kommen, werden hingegen ausdrücklich als seltenerdfrei vermarktet: Sie bestehen ausschließlich aus Kupfer, Stahl und gängigen Magnetmaterialien und erfüllen dennoch die Drehmomentanforderungen. Dies ist vorteilhaft, wenn Sie Millionen von Einheiten herstellen und Ihre Kostenbasis nicht geopolitischen oder bergbaubezogenen Schwankungen aussetzen möchten.
Bei einem Akku-Werkzeug sind Magnete, sobald man sich für eine BLDC-Architektur entschieden hat, ein unvermeidbarer Kostenfaktor, den man akzeptieren muss. Bei einem kabelgebundenen Winkelschleifer, der über viele Jahreszeiten und Währungen hinweg preiswert bleiben soll, ist es stillschweigend attraktiv, überhaupt kein Neodym zu benötigen.
Hinzu kommt das Lieferanten-Ökosystem. Kommutatormotoren sind ein Massenprodukt. Hunderte von Fabriken können sie anbieten, und Designänderungen lassen sich oft mit geringem Aufwand von anderen Anbietern übernehmen. BLDC-Motoren und passende Steuerplatinen für Werkzeuge sind nach wie vor weniger austauschbar. Diese Abhängigkeit von bestimmten Anbietern kann ein weiteres verstecktes Argument dafür sein, bei bestimmten Produktlinien bei Bürstenmotoren zu bleiben.
Verhalten auf Systemebene: Drehmoment, Drehzahl und Überlastung
Aus physikalischer Sicht weisen Universal- und Reihenschluss-Bürstenmotoren drei Eigenschaften auf, die sich sehr gut für Elektrowerkzeuge eignen: hohes Anlaufdrehmoment, Bereitschaft zum Betrieb bei sehr hohen Drehzahlen und Toleranz gegenüber kurzen Überlastungen.
Das spürt man bei einer kabelgebundenen Kreissäge, die ohne großes Zögern in die Last einschlägt, oder bei einer Schleifmaschine, die sich fröhlich in einen Schnitt eingräbt, bis der Bediener zurückweicht, nicht die Regelschleife. Bürstenlose Werkzeuge können diese Leistung durchaus erreichen oder sogar übertreffen, aber nur, wenn die Firmware dies zulässt und die Elektronik die Spitzenbelastungen verkraften kann. Man muss sich zwischen einem weichen, schützenden Profil, das das Silizium schont, und einem aggressiveren Profil, das sich in der Hand “wütender” anfühlt, entscheiden.
Bei Bürstenwerkzeugen ist die Funktionsweise einfacher. Es gibt keinen Mikrocontroller, der Entscheidungen trifft. Der Motor zieht so viel Strom, wie das Stromnetz, die Ankerwicklung und die Verkabelung zulassen, und die Schwachstelle ist in der Regel das Kupfer oder die thermische Grenze der Isolierung. Bei einigen Kategorien entspricht dieses „Brute-Force”-Verhalten eher den Erwartungen der Benutzer als eine clevere strombegrenzte Reaktion.
Auch Geräusche und elektromagnetische Störungen sind interessant. In klassischen Artikeln wird darauf hingewiesen, dass Kommutatormaschinen aufgrund des Bürstenkontakts und der Funkenbildung mechanische und elektrische Geräusche erzeugen. Bürstenlose Antriebe sind in vielen Fällen sowohl akustisch als auch elektrisch leiser, insbesondere bei konstanter Drehzahl. In der Bau- oder Metallbearbeitung ist dieser Unterschied jedoch oft irrelevant, da er gegenüber dem zu schneidenden oder zu schleifenden Material in den Hintergrund tritt. Bauunternehmer wählen einen Abbruchhammer nicht wegen seines Flüstermodus aus.
In der Praxis zeigen sich die Vorteile des bürstenlosen Verhaltens also am stärksten dort, wo Anwender lange Zeiträume mit Teillast arbeiten oder auf feinfühlige Steuerung Wert legen – beispielsweise bei hochwertigen Schlagschraubern und Präzisionsschraubendrehern. Bei kurzzeitig eingesetzten, “missbrauchstoleranten” Werkzeugen funktioniert das grobe, aber vorhersehbare Verhalten eines Universalmotors nach wie vor gut genug.
Ein kompakter Vergleich
Um konkret zu bleiben, ist es hilfreich, die Kompromisse des Systems so zusammenzufassen, wie sie ein Designteam sehen würde.
| Designfaktor | Kommutator (universell / gebürstet) Motorwerkzeuge | Bürstenlose Elektrowerkzeuge |
|---|---|---|
| Vorabkosten für das System | Sehr niedrige Motorkosten; minimale Elektronik, oft nur ein Schalter oder eine einfache Steuerung. Fertigung und Werkzeuge sind nach jahrzehntelangem Einsatz stark optimiert. | Der Motor kann einfach sein, erfordert jedoch einen vollelektronischen Antrieb; Controller und Magnete erhöhen die Produktkosten bei gängigen Elektrowerkzeugen in der Regel um mehrere zehn Prozent. |
| Stromquelle passend | Universalmotoren werden direkt mit Wechsel- oder Gleichstrom über einfache Schaltungen betrieben und eignen sich daher sehr gut für kabelgebundene Werkzeuge. | Benötigt Gleichstrombus und Wechselrichter; für Akku-Werkzeuge geeignet, für Netzprodukte, bei denen zusätzliche Gleichrichtung und Filterung erforderlich sind, komplexer. |
| Effizienz und Laufzeit | Geringere Effizienz aufgrund von Bürsten- und Kommutatorverlusten; akzeptabel für den intermittierenden Betrieb, bei dem die Energiekosten gering sind. | Höhere Effizienz und kühlere Laufleistung, was zu einer deutlich längeren Laufzeit bei Akku-Werkzeugen und weniger Wärmebelastung bei Dauerbetrieb führt. |
| Lebensdauer und Wartung | Bürsten und Kommutator verschleißen, aber der Ausfall erfolgt schrittweise und ist reparabel; Bürsten sind weltweit günstig und leicht zu ersetzen. | Der Motorkern überdauert oft das Werkzeug, doch die Elektronik kann plötzlich ausfallen; Reparaturen erfordern in der Regel Arbeiten auf Platinenebene oder den vollständigen Austausch des Moduls. |
| Materialien und Lieferkette | Oft seltenerdfrei, Verwendung von gängigen Stählen und Kupfer; breite Lieferantenbasis für Motoren und Ersatzteile. | Stützt sich stark auf Hochleistungsmagnete und spezifische Steuerungsplattformen, was die Versorgung einschränkt und die Kosten von den Magnetpreisen abhängig macht. |
| Typische Positionierung | Einstiegsmodelle bei Akku-Werkzeugen, viele kabelgebundene Werkzeuge, preisbewusste Profi-Ausrüstung, bei der Fehlertoleranz und Reparaturfähigkeit wichtiger sind als die Laufzeit. | Hochwertige kabellose Produktreihen, Werkzeuge, die hinsichtlich Laufzeit und Leistungsdichte vermarktet werden, sowie Anwendungen, bei denen geringere Geräuschentwicklung und präzise Steuerung einen hohen Stellenwert haben. |
Wie die Produktgeschichte jedes neue Design beeinflusst
Selbst wenn ein Hersteller morgen eine ganze Werkzeugfamilie auf bürstenlose Motoren umstellen wollte, tragen sie doch ihre Geschichte mit sich.
Es gibt Wartungshandbücher für Anker und Kommutatoren. Es gibt Lagerhäuser voller Ersatzfeldspulen und Bürstensätze. Es gibt regionale Partner, deren Geschäftsmodell darauf basiert, diese Maschinen schnell zu reparieren. Es gibt Vorrichtungen in Fabriken, die für bestimmte Statorstapel und Rotorlängen ausgelegt sind.
Jede neue bürstenlose Variante ist zunächst ein Sonderfall: andere Testskripte, andere Feldausfälle, andere Ersatzteilprozesse. Mit der Zeit verschiebt sich das Gleichgewicht – viele Marken sind bereits an einem Punkt angelangt, an dem ihre Flaggschiff-Akku-Systeme fast ausschließlich bürstenlos sind. Aber aufgrund der langen Lebensdauer bestehender Designs sind Kommutatormotoren weiterhin in den Regalen zu finden, auch wenn die “Zukunft” stark als bürstenlos beworben wird.
Die Realität ist keine saubere Übergabe. Sie ist eine dichte Überlagerung.
Wo Brushless wirklich neue Maßstäbe setzt
Es wäre unfair, so zu tun, als seien Kommutatormotoren überall gleichwertig. Die Bereiche, in denen bürstenlose Motoren wirklich unschlagbar sind, werden immer deutlicher: Werkzeuge, die den ganzen Tag mit Akkus betrieben werden, Anwendungen, die eine präzise Drehmomentsteuerung erfordern, Umgebungen, in denen Lärm eine echte Einschränkung darstellt, oder in denen der Wartungszugang schlecht ist und man jede zusätzliche Betriebsstunde nutzen möchte, die man bekommen kann. Technische Vergleiche führen durchweg eine höhere Effizienz, eine längere Lebensdauer und einen leiseren Betrieb als starke Vorteile von bürstenlosen Motoren auf.
Da Controller-ICs und integrierte Treibermodule immer günstiger und leistungsfähiger werden, sinkt der Nachteil der Elektronik. Auch die Magnetproblematik könnte sich entschärfen, wenn alternative Motortopologien oder bessere Magnetversorgungsoptionen ausgereift sind. Irgendwann wird die Frage “Warum nicht bürstenlos?” in immer mehr Kategorien durch einfache Arithmetik die Oberhand gewinnen.
Wenn Sie heute jedoch vor einem Regal mit kabelgebundenen Schleifmaschinen oder preisgünstigen Akku-Bohrmaschinen stehen und sich fragen, warum diese immer noch Kommutatormotoren verwenden, ist die Antwort ganz einfach.
Sie sind alt, aber noch nicht überholt. Die Wirtschaftlichkeit stimmt nach wie vor, die Leistungsdichte ist bereits gut, die Anwender wissen, wie sie ausfallen, und jeder Teil des Ökosystems um sie herum – von Kupferwicklern bis hin zu kleinen Reparaturwerkstätten – ist darauf abgestimmt, sie am Laufen zu halten. Bürstenlos ist die Zukunft für viele Werkzeuge. Kommutatormotoren sind die Gegenwart für viele andere, und diese Gegenwart ist noch nicht vorbei.
