Motoranlasser

Anlasser an einem Luftschiffmotor aus den 1920er Jahren

Der Anlasser oder Starter ist ein Hilfsaggregat zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen.

Geschichte

Das Aggregat wurde von Cadillac erstmals 1912 und in Europa von Citroën 1919 in den Automobilbau eingeführt. Heutige Kfz-Anlasser werden meist über ein Zündschloss bedient.

Zweck

Verbrennungsmotoren und auch Gasturbinen können, im Gegensatz zu Dampfmaschinen und Elektromotoren, bei Stillstand kein Drehmoment liefern und daher nicht selbst anlaufen. Damit ein Verbrennungsmotor seine eigentliche Arbeit beginnen kann, muss ein Ansaug- sowie ein Verdichtungstakt ausgelöst werden - er muss angeworfen werden, etwa durch Handkurbeln, Antreten oder Anschieben. Gasturbinen müssen eine Mindestdrehzahl aufweisen, ehe die Verbrennung in der Brennkammer kontinuierlich ablaufen kann.

Der Anlasser ist ein Elektromotor oder Druckluftmotor, der diese Arbeit übernimmt. Als Nebenzweck kann der elektrische Anlasser der Motordiagnose dienen: Der Anlasserstrom-Verlauf kann gemessen und die relativen Maximalströme den einzelnen Zylinder zugeordnet werden. Verlauf und Maximalwert des gemessenen Stroms kann Rückschlüsse z.B. auf die Kompression der einzelnen Zylinder zulassen.

Arten von Anlassern

Schub-Schraubtriebstarter

Schub-Schraubtriebstarter

zerlegter Schub-Schraubtriebstarter
1 Gehäusekappen
2 Freilauf mit Einspur-Schraubtrieb
3 Läufer/Rotor
4 Stator/Feldwicklung
5 Rotor-Kohlenbürsten
6 Schiebeanker zum axialen verschieben der Freilauf-Ritzelkombination (2) und betätigen des Anlasserschalter
Das äußere Gehäuse ist nicht dargestellt.

Diese im Pkw fast ausschließlich verwendeten Starter haben ein kleines Zahnrad, das sogenannte Starterritzel, das auf der Starterwelle axial stufenlos verschiebbar ist. (Schnittzeichnung siehe Weblinks)

Der Elektromotor des Starters ist häufig als Reihenschlussmotor, seltener auch als permanenterregter Gleichstrommotor ausgeführt. Besonders Reihenschlussmotoren haben die Eigenschaft, beim Anlaufen schon im Stillstand das maximale Drehmoment aufzubringen und damit das Losbrechmoment des Verbrennungsmotors gut überwinden können. Die durch den Leistungsbedarf des Anlassers beeinflusste Bordnetzspannung ist als sogenannte Anlasskurve normiert.

Startvorgang

• Zum Starten des Verbrennungsmotors wird (üblicherweise beim Drehen des Zündschlüssels) zwei parallel wirkende, unterschiedlich starke Elektromagnete (Magnetschalter) bestromt. Beide zusammen verschieben zunächst über den Schiebeanker (Pos. 6) das Ritzel und spannen dabei eine Druckfeder.

• Über ein Hebelsystem erfolgt die axiale verschiebung des Ritzels (Pos. 2), so dass es in die Verzahnung des Schwungrad greift (eingespurt wird). Das Ritzel ist hierzu geradeverzahnt, aber seitlich angeschrägt, um das Einspuren zu erleichtern.

• In der Endlage schließt der Magnetschalter den Motorkontakt, der Motor läuft an. Der Motorkontakt überbrückt gleichzeitig den stärkeren Einzug-Elektromagnet, der in einer elektrischen Reihenschaltung mit den Motorwicklungen ausgeführt ist.

• So lange der Zündschlüssel in der Startstellung gehalten wird, bleibt vom Magnetschalter lediglich die Haltewicklung aktiv und hält das Ritzel eingespurt. Der Anker des Elektromotor (Pos. 3) beschleunigt über das Ritzel den Verbrennungsmotor bis dieser ohne Unterstützung weiterlaufen kann.

• Zwischen Ritzel und Elektromotor befindet sich ein Freilauf der verhindert, dass der schon gestartete Verbrennungsmotor über das noch eingespurte Starterritzel den Elektromotor mit einer zu hohen Drehzahl antreibt und ihn dadurch beschädigen könnte.

• Nach dem Loslassen des Zündschlüssels wird der Strom zur Haltewicklung unterbrochen, der Schiebeanker wird durch die gespannte Druckfeder in seine Ruhelage zurückgeschoben, dabei wird der Elektromotor abgeschaltet und das Ritzel ausgerückt.

Pendelstarter

Der Pendelstarter oder Pendelanlasser dient zum Anlassen des Lanz-Einzylindermotors und wurde speziell hierfür von den Unternehmen Lanz und Bosch entwickelt. Der mechanische Aufbau ist bis auf den Freilauf mit dem Schub-Schraubtriebstarter nahezu identisch.

Beim Startvorgang dreht der Pendelstarter den Einzylindermotor, bis durch die Kompression vor Erreichen des oberen Totpunktes das zulässige maximale Anlasserdrehmoment erreicht wird. An diesem Punkt wechselt der Pendelstarter automatisch die Drehrichtung. Zusammen mit der zuvor aufgebrachten Kompressionsleistung, unterstützt durch das große Schwungrad, bewirkt die weitere Leistung des Pendelstarters ein Aufschaukeln des Vorganges zwischen den Totpunkten, der sich solange wiederholt, bis der Motor dann zündet. Da der Pendelstarter den Motor während des Anlassvorganges nicht über den Totpunkt drehen können muss, ist eine relativ kleine Starterbatterie (12 Volt, 56 Amperestunden) ausreichend.

Schwungmassenanlasser

Vorzugsweise Verbrennungsmotoren mit großem Hubraum kuppeln für den Startvorgang eine Schwungmasse auf das Motorzahnrad. Die Schwungmasse wird vorher durch eine Handkurbel oder einen Anlassmotor auf Drehzahl gebracht. Es werden auchg sog. Federspeicher verwendet, bei denen ein starkes Federwerk mittels Kurbel aufgezogen wird. Beim Einsatz von Elektromotoren können dazu Motoren verwendet werden, bei denen wesentlich geringere Stromstärken als bei einem direkt wirkenden Elektrostarter auftreten, wodurch eine leichtere Starterbatterie benutzt werden kann. Ein bekanntes Muster mit kurbelbetätigtem Schwungmassenanlasser war der Flugmotor DB 605 . Die Schwungmasse kann während des Betriebes mit dem Motor mitdrehen, was den Rundlauf verbessert.

Druckluftanlasser

Schema eines Druckluftanlassersystems

Als Energieträger dient Druckluft aus einem Speicher statt einer Starterbatterie. Druckluftanlasser werden zum Starten von Dieselmotoren bis 10.000 kW Leistung verwendet und bieten wesentliche Vorteile zum Beispiel bei niedrigen Temperaturen.

Bauarten

• Druckluftmotoren sind einfach aufgebaut und gelten als sehr zuverlässig. Eine Eigenschaft des Druckluftstarters ist das schnelle Starten, je nach zu startendem Motor unter einer Sekunde. Erforderlich ist ein schneller Start sowohl bei großen Notstrom- als auch bei unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen (USV-Anlagen), um die Versorgung des Stromnetzes schnellstmöglich wieder zu gewährleisten. Des Weiteren können Druckluftanlasser, in Verbindung mit einem Messingritzel, in explosionsgeschützten Bereichen eingesetzt werden. Hier wird dann statt Druckluft Stickstoff verwendet. Druckluftstarter sind wie das elektrische Pendant mit einem SAE-Flansch ausgestattet, so dass sie mechanisch leicht austauschbar sind.

• Eine weitere Methode des Startens ist die Einspeisung von Druckluft direkt in die Zylinder eines Verbrennungsmotors, wobei dann zwei oder mehr Zylinder des anzulassenden Motors als Anlasser dienen. Dies wird bei Großdieseln verwendet, wobei dann immer eine autarke Hilfsenergieanlage zur Bereitstellung der Druckluft erforderlich ist. Lokomotiv-, Schiffs- und Standdiesel (z. B. für große Notstromaggregate) sind ein bevorzugtes Einsatzgebiet.

Coffman-Starter

Der Coffman-Starter wurde in den 1930er Jahren hauptsächlich in Flugzeugmotoren eingesetzt. Das Funktionsprinzip beruht auf einer mit Sprengstoff gefüllte Kartusche.

Funktion

Nach Zündung treiben die dabei entstehenden Gase einen Kolben an, der in einem Zylinder mit einem einer Schraube ähnlichen Gewinde mit starker Steigung gelagert ist. Dadurch wird der Kolben in eine Drehbewegung versetzt, die über Zahnräder auf die Kurbelwelle übertragen wird.

Vorteile

Der Vorteil lag darin, dass der Pilot den Motor nicht mehr von Hand direkt am Propeller anreißen musste und daher einen Sicherheitsgewinn darstellte. Zudem wurde keine schwere Batterie für einen elektrischen Anlasser benötigt.

Nachteile

Hauptnachteile waren die für jeden Anlassversuch notwendige, nur einmal verwendbare Starterkartusche. Auch dauert die Motordrehung durch den Starter nur für wenige Umdrehungen an, sodass schlecht anspringende Motoren oftmals mehrere Startversuche mit entsprechender Anzahl an Starterpatronen benötigen.

Anwendungen

Der Coffman-Starter wurde z.B. in einigen Versionen der Supermarine Spitfire eingesetzt.

Der Startvorgang mit Coffman-Patronen ist im Film Der Flug des Phoenix zu sehen.

Kurbelwellen-Startgenerator

Der Kurbelwellen-Startgenerator (KSG) arbeitet beim Start als Elektromotor (Anlasser) und bei laufendem Motor als Generator (Lichtmaschine). Er ist direkt auf der Kurbelwelle angeflanscht. Die Konstruktion war schon zu Zeiten der Gleichstrom-Lichtmaschinen bei einigen Kleinwagen (z. B. AWZ P70, DKW F8, BMW Isetta) und bei Motorrollern gebräuchlich und wurde von Bosch unter dem Namen „Dynastart" entwickelt. Es gibt im Automobilbau Überlegungen, diese Art von Anlassern wegen der Gewichtseinsparung wieder vermehrt einzusetzen. Viele Automobile mit Hybridantrieb arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip, wobei der Elektromotor hier auch zum Fahren dient.

Auch Startgeneratoren von Flugzeugtriebwerken (TL- und PTL-Triebwerke) arbeiten nach diesem Prinzip.

Generatoranlasser

Der Generatoranlasser ist eine Kombination aus Elektromotor und Generator am Platz des Generators (umgangssprachlich: Lichtmaschine) mit der gleichen Funktion wie der Kurbelwellen-Startgenerator, einziger Unterschied ist der Riemenantrieb anstelle der direkten Kopplung mit der Kurbelwelle. Verwendet unter anderem von Steyr (Typ 50/55 „Baby",Typ 200, Haflinger-Geländewagen). Auffällig gegenüber üblichen Anlassern, die über ein Ritzel das Schwungrad antreiben, ist das völlig andere, sehr gleichmäßige Anlassgeräusch. Nachteilig ist, das für die Übertragung des großen Anlass-Drehmomentes der Riementrieb stärker dimensioniert werden muss.

Anlassen mit kleinem Verbrennungsmotor

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen großen Motor zu starten, indem man zuvor einen wesentlich kleineren Motor startet, um mit diesem den großen Motor zu starten. Diese Technik wurde in größerem Umfang bei Landmaschinen eingesetzt, die in der ehemaligen Sowjetunion gebaut wurden, wie zum Beispiel beim Traktor T-150 K, sowie seit den 30er Jahren über Jahrzehnte beim amerikanischen Baumaschinenhersteller Caterpillar in seinen großvolumigen Diesel-Zweitaktmotoren an Planierraupen (z.B. CAT D3). Es wurden bevorzugt benzin- oder dieselbetriebene Zweitaktmotoren mit Luft- oder Wasserkühlung verwendet, die mittels Seilzug oder auch elektrisch gestartet wurden, um dann den großen Dieselmotor zu starten. Zudem war bei wassergekühltem Startmotor teilweise der Kühlkreislauf des Anlassermotors mit dem des großen Motors verbunden. Ebenfalls wurden teilweise die heißen Auspuffgase des Startmotors zum Ansaugtrakt des großen Dieselmotors geleitet, um dessen Ansaugluft für sicheren Motorstart insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen vorzuwärmen.

Fachliteratur

Fachbücher

• Dipl. Ing. Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Service-Fibel für die Kfz-Elektri. Vogel Buchverlag, ISBN 3-8023-1881-1
• Rudolf Hüppen, Dipl. Ing. Dieter Korp: Autoelektrik alle Typen. Motorbuchverlag, Stuttgart, ISBN 3-87943-059-4

Fachbroschüren

• Bosch Technische Unterrichtung Elektrische Startanlagen. Robert Bosch GmbH, Stuttgart, VDT-UBE 501/1

Weblinks

• Schnittzeichnungen von Schub-Schraubtriebstartern: direkttreibender und Vorgelege Starter (mit vorgelegtem Planetengetriebe): In Leseprobe aus: Generatoren und Startanlagen, Fachwissen Kfz-Technik, Gelbe Reihe. Christiani Verlag, Konstanz 2002, ISBN 3-7782-2028-4.