Wartungsfrei: Hochspannung lässt Aluplatten rotieren
US-Forscher wollen elektrische Antriebe revolutionieren. Und haben einen Motor gebaut, der elektrostatische statt magnetische Kräfte nutzt. Keine neue Idee. Aber zeitgemäß: Er kommt ohne teure Werkstoffe wie Kupfer und Seltene Erden aus. Außerdem benötigt er keine Wartung. Nur mit dem Wirkungsgrad hapert es noch.
Schon im 18. Jahrhundert haben Forscher mit elektrostatischen Motoren experimentiert. Sie beruhen darauf, dass gleiche Ladungen sich abstoßen, verschiedene sich aber anziehen. Dieses Wechselspiel kann in rotierende Bewegung umgesetzt werden. Bis heute ist es jedoch nicht gelungen, den Wirkungsgrad auch nur annähernd an den von normalen Elektromotoren heranzuführen. Zudem arbeiten elektrostatische Motoren nicht mit den in Haushalten üblichen Spannungen von 240 und 380 Volt. Sie brauchen einige 1000 Volt.
Dan Ludois von der University of Wisconsin in Madison glaubt, dass die Zeit des elektrostatischen Motors jetzt gekommen ist. Zwar dürfte die Maschine, die er entwickelt hat, auch nur einen mäßigen Wirkungsgrad haben. Doch er wartet mit anderen Vorzügen auf. Sie soll praktisch wartungsfrei sein, ohne teure Kupferwicklungen auskommen und auch keine wertvollen Seltenen Erden benötigen, die in den Hochleistungs-Permanentmagneten bestimmter Elektromotoren stecken.
Spin-off soll den Motor zur Serienreife bringen
Ludois` Motor besteht aus zahlreichen dünnen Aluminiumplatten, zwischen denen sich ein winziger Luftspalt befindet. Fest stehende Platten, die Statoren, wechseln sich ab mit rotationsfähigen, den Rotoren. Das Wechselfeld bewegt die Rotoren, die auf einer Achse befestigt sind. Um den Motor zur Serienreife zu bringen hat Ludois das Unternehmen C-Motive Technologies als Spin-off der Universität gegründet. Seine Motoren sollen wirkliche Antriebsarbeit verrichten. Und umgekehrt können sie auch als Generatoren genutzt werden, also Strom erzeugen. In dieser Funktion heißen sie Influenzmaschinen, die ebenfalls schon vor Jahrhunderten erfunden wurden. Sie dienten dazu, hohe Spannungen für Experimente in Elektrolabors zu erzeugen, nicht aber kraftvollen Strom.
Weit verbreitet in Aktoren und Mikromaschinen
Elektrostatische Maschinen, die nur winzige Kräfte aufbringen müssen, sind bereits relativ weit verbreitet, beispielsweise in mikroskopisch kleinen Aktoren, die meist keine Rotationsbewegung erzeugen, sondern einfach ein- und ausfahren, etwa zum Öffnen und Schließen eines Ventils oder um einer mechanischen Hand Bewegung zu ermöglichen. Hier kommt es nicht auf Wirkungsgrade an, sondern auf die Umsetzung von elektrischen Impulsen in mechanische Arbeit auf kleinstem Raum. Da ist die Elektrostatik unschlagbar.
Was sie auch für den Einsatz in Mikro- und Nanomaschinen prädestiniert. So gibt es elektrostatische Motoren, die kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares, die mit 10.000 Umdrehungen pro Minute beispielsweise Mikropumpen in winzigen Reaktoren laufen, die chemische Produkte herstellen.
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