Anker (Elektrotechnik)

Bedeutung und Funktion des Ankers

In der Elektrotechnik bezeichnet Anker im engeren Sinn den Rotor (Läufer) von Gleichstrommaschinen und Einphasen-Reihenschlussmotoren, also Universalmotoren, oder den elektrisch wirksamen Teil dieses Rotors. Er dreht sich zusammen mit einer fest verbundenen Welle. Meist umgibt ihn ein feststehender Stator (Ständer); zwischen beiden liegt nur ein feiner Luftspalt.

Zwischen der Ankerwicklung und der im Stator angeordneten Erregerwicklung entstehen im Betrieb Kräfte. Diese Kräfte bewirken die Drehbewegung des Ankers und damit der Welle.

Die Bezeichnung wird nicht bei allen elektrischen Maschinen gleich verwendet: Beim Rotor einer Synchronmaschine als Innenpolmaschine spricht man vom Polrad; die ruhende Ständerwicklung heißt dort Ankerwicklung. Bei Asynchronmaschinen ist der Begriff Anker nicht festgelegt, weil zwischen Läufer- und Ständerwicklung gegenseitig Spannungen induziert werden. Ihr Rotor wird Kurzschlussläufer genannt. Auch der bewegliche Eisenkern von Relais, Schützen und Elektromagneten heißt Anker.

Konstruktion und Wicklung

Ein Anker ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut. Sein Kern besteht aus geschichteten, untereinander elektrisch isolierten Elektroblechen. Diese Bauweise soll Wirbelströme verringern, die durch das Feld des Stators im Anker entstehen können.

Im Umfang der Elektrobleche liegen entlang der Welle Nuten. Sie nehmen die Ankerwicklung auf. Je nach Bauform können die Nuten an der Oberfläche mit Keilen geschlossen werden. Dadurch soll verhindert werden, dass sich die Wicklung durch Fliehkräfte löst.

Bei kleinen Gleichstrommaschinen wird die Wicklung aus Kupferlackdraht gefertigt. Größere Gleichstrommaschinen verwenden elektrisch isolierte Kupferstäbe, die Roebelstäbe heißen und in die Nuten eingesetzt werden. Vor der Ankerwicklung sitzt auf der Welle der Kommutator. Seine Kontakte sind mit den Wicklungsenden verbunden. Die Konstruktion wird mit Pressringen auf der Welle befestigt. Ankerwickeleien stellen Anker her, reparieren sie oder wickeln ihre Ankerwicklungen neu.

Einfache T-förmige Anker

Der Doppel-T-Anker ist die einfachste Ankerbauform. Werner Siemens erfand ihn 1856. Das Firmenlogo der Robert Bosch GmbH zeigt ein stilisiertes Schnittbild eines Doppel-T-Ankers.

Beim Dreifach-T-Anker ist wie beim Doppel-T-Anker jeder Anker von einer Spule umschlossen. Alle Spulen müssen gleichsinnig um den Anker gewickelt sein. Gegenüber dem Doppel-T-Anker ermöglicht der Dreifach-T-Anker einen selbständigen Anlauf aus allen Ankerstellungen.

Ringanker und Trommelanker

Der Ringanker wurde 1871 von Zénobe Gramme eingesetzt. Er besitzt ein magnetisch gut leitfähiges Trägermaterial aus Elektroblech, das ringförmig ausgebildet ist. Um diesen Ring wird die Ankerwicklung spiralförmig geführt. Bei historischen Bauformen, etwa bei Grammes Gleichstrommaschine, wurde Eisendraht verwendet.

Die Ringankerwicklung hat über den Umfang mehrere Abgriffe, die zu den Kontakten des Kommutators führen. Konstruktiv ist sie jedoch nachteilig: Die Windungen im Inneren des Rings tragen nichts zur Drehmomentbildung bei.

Heute übliche Bauform

Der Trommelanker wurde 1872 von Friedrich von Hefner-Alteneck entwickelt. Er ist bis heute die gebräuchlichste Ankerbauform bei Gleichstrommaschinen und beseitigt den Nachteil des Ringankers.

Bei der Trommelankerwicklung verlaufen die einzelnen Windungen in den Nuten an der äußeren Ankeroberfläche. Die Rückleitung einer Windung wird nicht im Inneren geführt, sondern am Umfang um die Polteilung des Stators versetzt. Dadurch wird in jeder Windung gegenüber dem Ringanker die doppelte Spannung induziert. Das erforderliche Wicklungsschema hängt von der Polpaarzahl des Stators ab; bei der beispielhaft dargestellten Polpaarzahl 1 beträgt die Polteilung 180°.