Anlasser

Anlasser an einem Luftschiffmotor aus den 1920er Jahren

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

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 Zylindern zugeordnet werden. Verlauf und Maximalwert des gemessenen Stroms kann Rückschlüsse z.B. auf die Kompression der einzelnen Zylinder zulassen.

Geschichte

Ein elektrischer Anlasser wurde von Clyde J. Coleman bereits 1899 erfunden. Wirklich funktionsfähig war seine Version von 1903 (US-Patent Nr. 745,157). Lizenznehmer davon war die Firma Delco des US-amerikanischen Erfinders und Ingenieurs Charles Kettering. Es wurde 1911 erstmals in einem Cadillac getestet und später von dieser Marke serienmäßig verwendet. Die älteste Verwendung war entweder im Cadillac, belegt jedoch im Lancia Theta (nach US-Patent) ab 1913, und als zweiten europäischen Hersteller ab 1919 bei Citroen. Anfang der 1920er Jahre wurde der elektrische Pressgas-Anlasser von Renault berühmt: Der Dozent für Kraftwagen an der Technischen Hochschule Darmstadt, Ludwig Löw von und zu Steinfurth, schrieb in der 1924 erschienenen 5. Auflage seines Standardwerks Das Automobil: „Die wichtigste selbsttätige Anlassung ist heute die Anlassung mit Hilfe eines kleinen Elektromotors, der in eine Schwungradverzahnung eingreift, wie wir es [...] an dem kleinen Pressgasmotor von Renault gesehen haben.“^[1] Diese Beschreibung deckt sich mit dem heute gängigen Prinzip des Anlassers in fast allen Kraftfahrzeugen.

Schwungrad und Anlasskurbel

Löw beschreibt 1924 als Umbruchszeit für Anlassersysteme. Die damals aussterbende Methode war das direkte Andrehen des Schwungrads eines Motors durch Eingriff in die Speichen, auch wenn Benz schon längst die Nachfolgetechnologie anbot, die aber bei einigen „der alten Benz-Automobile [...] so schlecht funktionierte, dass von den Besitzern solcher Automobile meist das Andrehen am Schwungrad bevorzugt wurde“^[2]. 1920 war das Drehen der Anlasskurbel die gängige Methode, einen Motor zu starten. Sie wurden in der Regel von vorn durch den Kühler eingesteckt und gedreht, bis der Motor ansprang. Anders als beim Eingriff direkt ins Schwungrad machte man sich die Hände dabei nicht schmutzig, jedoch war das Kurbeln insbesondere bei Motoren mit einem Zylinder und ihrem einen Kompressionspunkt problematisch, weil sich die Kurbeln selbständig machen und zurückschlagen konnten. Löw warnt deswegen immer wieder von Verletzungsgefahr und rät zum Einsatz der linken Hand beim Ankurbeln - um die rechte nicht zu verletzen. Beim Einsatz der Kurbel war insbesondere wichtig, den Daumen einzuziehen („Affengriff“).

1898 entwickelten Ingenieure der Fahrzeugfabrik Eisenach für ihre kleinen Motoren eine Anlasskurbel, die vom Inneren des Wagens aus bedient werden konnte. Etwas später führte der französische Autobauer Brasier ein Startsystem mit Pedal ein; der Fahrer musste gleichzeitig mit dem Drücken des Pedals einen großen Handhebel zu sich heranziehen und damit eine Schraubenfeder spannen, die den Motor anließ. Die Energiezufuhr für Anlassvorrichtungen war in den 1920er Jahren ein großes Experimentierfeld. Einige Hersteller boten die Möglichkeit an, ihre Pressgas-Anlasser mit Kohlensäure aus Stahlflaschen zu speisen, andere versuchten, den Druck aus dem laufenden Motor zu gewinnen und zu speichern. Fiat setzte Luftpumpen ein.

Gefühl zum Motor

Bei all diesen, weitgehend mechanischen Anlassverfahren hatte der Fahrzeugführer engen Kontakt zum Motor und musste ein Gefühl für dessen Eigenheiten entwickeln. Geläufige Worte waren in diesem Zusammenhang „Explosionshub“ und „Totpunkt“. Insbesondere war es für das Gelingen des Startvorgangs wichtig, den Wagen beim Abstellen entsprechend vorzubereiten:

„Nach dem Stillstehen des Motors entweicht langsam die Kompression, und dadurch wird die Zündfähigkeit des Gemisches eine geringere. Bei machen Vergasern kann man diesen Übelstand dadurch bekämpfen, dass man durch eine geeignete Zugvorrichtung, die nach dem Vergaserschwimmer führt, eine Benzinüberschwemmung bewirkt, so dass der Motor kurz vor dem Stehenbleiben ein äußerst benzinreiches Gemenge ansaugt, das sich auch bei atmosphärischer Spannung im Zylinder (wenn also die Kompression vollständig entwichen ist) noch entzünden lässt. Ferner kann man manche Motoren überhaupt nicht durch Abstellen der Zündung derart zum Auslaufen bringen, dass sich die Zylinder mit brennbarem Gemisch laden, sondern sie schlagen infolge Selbstentzündung zurück, wenn man das Gemisch nicht abstellt. [...] Bei solchen Motoren ist die Anlasszündung unanwendbar.“^[3]

Verbreitung des Elektroanlassers

Mitte der 1920er Jahre begannen die Hersteller teurer Automobile, in ihre elektrischen Kreisläufe einen Elektroanlasser zu integrieren. „Der Führer drückt mit einem Finger auf einen kleinen Druckknopf, dadurch erhält der Anlassmotor zunächst nur einen ganz schwachen Strom, der den Anker langsam dreht und axial verschiebt, so dass das Ritzelzahnrad mit der Schwungradverzahnung in Eingriff kommt. Sowie sich das Ritzelzahnrad in die Schwungradverzahnung ganz eingeschoben hat, wird automatisch der Hauptstrom geschlossen, der den Motor so lange dreht, bis die Zündungen erfolgen. Alsdann schaltet sich der Anlassmotor selbsttätig aus. Nun läuft der Motor leer, genau so, als wenn er mit der Handkurbel angedreht worden wäre.“^[4] Nach diesem Verfahren funktionieren die meisten heutigen Anlasser. Als besonders fortschrittlich galt in dieser Aufbruchszeit der Anlassertechnik eine Entwicklung des Herstellers Maybach: Man startete den Wagen einfach durch Drücken eines „Abfahrtpedals“.

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.

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 die Losbrechkraft des Verbrennungsmotors gut überwinden zu können. Die durch den Leistungsbedarf des Anlassers beeinflusste Bordnetzspannung ist als sogenannte Anlasskurve normiert.

Startvorgang

• Zum Starten des Verbrennungsmotors werden (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 Schwungrades greift (eingespurt wird). Dazu ist das Ritzel 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.

• Solange der Zündschlüssel in der Startstellung gehalten wird, bleibt vom Magnetschalter lediglich die Haltewicklung aktiv und hält das Ritzel eingespurt. Der Anker des Elektromotors (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 und der Schiebeanker wird durch die gespannte Druckfeder in seine Ruhelage zurückgeschoben; dabei wird der Elektromotor abgeschaltet und das Ritzel ausgespurt.

Pendelstarter

Der Pendelstarter oder Pendelanlasser dient zum Anlassen des Lanz-Einzylindermotors und wurde speziell dafür 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, das sich solange wiederholt, bis der Motor 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 auch sog. Federspeicher verwendet, bei denen ein starkes Federwerk mittels Kurbel aufgezogen wird. Beim Einsatz von Elektromotoren können Motoren verwendet werden, die eine wesentlich geringere Leistung haben als direkt wirkende Elektrostarter, wodurch der Motor und die Starterbatterie kleiner und leichter ausgelegt werden können. Ein bekanntes Muster mit kurbelbetätigtem Schwungmassenanlasser war der Flugmotor DB 605 ^[5]. 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 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. Das 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 einer pyrotechnischen Treibladung gefüllten 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, was 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, so dass 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 wurde im Film Der Flug des Phoenix von 1965 (u.a. mit Schauspieler wie James Stewart, Hardy Krüger und Richard Attenborough) sowie dessen Neuinszenierung von 2004 dramaturgisch eingesetzt.

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 Möglichkeit, einen großen Motor zu starten, besteht darin, dass 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). Bevorzugt wurden benzin- oder dieselbetriebene Zweitaktmotoren mit Luft- oder Wasserkühlung verwendet, die mittels Seilzug oder auch elektrisch gestartet wurden, um dann den großen Dieselmotor zu starten. Bei wassergekühlten Startmotoren war teilweise der Kühlkreislauf des Anlassermotors mit dem des großen Motors verbunden. Auch wurden teilweise die heißen Auspuffgase des Startmotors zum Ansaugtrakt des großen Dieselmotors geleitet, um dessen Ansaugluft für sicheren Motorstart insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen vorzuwärmen.

Einzelnachweise

1. ↑ v. Löw, Das Automobil, C. W. Kreidel's Verlag Berlin, 5. Auflage, S. 220
2. ↑ v. Löw, Das Automobil, S. 205
3. ↑ v. Löw, Das Automobil, S. 216
4. ↑ v. Löw, Das Automobil, S. 229
5. ↑ Dick, Patterson, Perkins, Simsa, Klassische Jagdflugzeuge, HEEL Verlag GmbH 2000, S. 129, ISBN 3-89365-847-5

Literatur

Fachbücher

• Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Service-Fibel für die Kfz-Elektrik. 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

 Commons: Engine starters – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien