Viertaktmotor · Frage 5 von 5
Wie funktioniert ein Anlasser?
Der Anlasser ist ein Elektromotor, der den Verbrennungsmotor andreht, bis er von selbst läuft. Beim Starten schiebt sich sein kleines Ritzel in den Zahnkranz am Schwungrad und dreht die Kurbelwelle mit etwa 250 U/min. So saugen die Zylinder Benzin-Luft-Gemisch an und verdichten es. Entzündet wird es von den Zündkerzen, danach lässt der Anlasser los.
In dieser Tour drehst du einen 3D-Motor von Hand, wie es der Anlasser tut, startest ihn dann und siehst, wie das Ritzel eingreift, andreht und zurückspringt.
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Warum ein Motor einen Anlasser braucht
Ein Ottomotor leistet nur in einem seiner vier Takte Arbeit. Bevor dieser Arbeitstakt drücken kann, muss der Zylinder beim Abwärtsgang Gemisch ansaugen und es beim Aufwärtsgang verdichten. Im Stand bewegt aber nichts die Kolben: Es wird nichts angesaugt, nichts verdichtet, nichts gezündet. Ein Verbrennungsmotor kann deshalb nicht von allein anspringen. Den ersten Arbeitsspielen muss jemand von außen mit einer Mindestdrehzahl nachhelfen.
Bei den ersten Autos war das eine Handkurbel vorn am Motor. Das kostete Kraft, und wenn der Motor zu früh zündete, schlug die Kurbel zurück und brach manchem Fahrer den Arm. Charles Ketterings elektrischer Anlasser, 1912 zuerst im Cadillac eingebaut, ersetzte sie durch einen kleinen Elektromotor und einen Knopf. Heute hat jedes Auto mit Verbrennungsmotor einen.
Die Tour, nacherzählt
Schritt für Schritt
Schritt 1 von 7 · Erklären
Der Anlasser sitzt am Schwungrad
Der Anlasser, auch Starter genannt, ist ein kompakter Elektromotor. Er ist unten am Motor angeschraubt, dort, wo das Getriebe anschließt. Vorn auf seiner Welle sitzt ein kleines Zahnrad, das Ritzel. Direkt daneben dreht sich das Schwungrad, eine schwere Scheibe am Ende der Kurbelwelle, mit einem Zahnkranz rundherum.
Solange der Motor steht oder läuft, bleibt das Ritzel zurückgezogen und berührt den Zahnkranz nicht. Nur für die paar Augenblicke des Startens schiebt es sich vor und greift ein.
Schritt 2 von 7 · Ausprobieren
Wer die Kurbelwelle dreht, baut den Druck für den Zündfunken auf
Drehst du den Motor in der Tour von Hand, übernimmst du die Arbeit des Anlassers. Steht der Kolben von Zylinder 1 unten, ist der Zylinder voll Gemisch mit etwa 0,7 bar, rund 30 % weniger als die Luft draußen. Geht der Kolben hoch, steigt der Druck erst langsam, dann steil: 2,5 bar bei 60° vor dem oberen Totpunkt, über 10 bar etwa 15° davor.
Kurz vor oben, in diesem Modell 10° vor dem oberen Totpunkt, zündet die Zündkerze in das dicht gepresste Gemisch, und der Druck schießt nach dem Totpunkt auf seinen Höchstwert. Erst jetzt leistet der Motor eigene Arbeit. Genau darum geht es beim Starten: Der Anlasser muss die Kolben durch Ansaugen und Verdichten tragen, bis die ersten Zylinder zünden.
Schritt 3 von 7 · Erklären
Ein kleines Zahnrad dreht ein großes
Der Elektromotor des Anlassers ist klein, muss aber den ganzen Motor gegen die Verdichtung in den Zylindern drehen. Das schafft er über die Übersetzung. Im Modell der Tour hat das Ritzel 12 Zähne und der Zahnkranz 72. Das Ritzel dreht sich also sechsmal für eine Kurbelwellenumdrehung, und an der Kurbelwelle kommt das Sechsfache seines Drehmoments an.
Echte Autos untersetzen stärker: etwa 10 : 1 bis 20 : 1 zwischen Ritzel und Zahnkranz. Die meisten modernen Anlasser haben außerdem ein kleines Planetengetriebe im Gehäuse, damit der Elektromotor schnell drehen und leicht bleiben kann. Der Motor wird so mit etwa 250 bis 300 U/min durchgedreht, rund einem Drittel der Leerlaufdrehzahl.
Halbzeit
Sieh es dir selbst in 3D an
Lesen ist das eine. In der Tour veränderst du es selbst und siehst, was passiert, Schritt für Schritt.
3D-Tour startenSchritt 4 von 7 · Vorhersagen
Der Anlasser zündet nicht, und er treibt den Motor nicht dauernd an
Viele denken, der Anlasser mache das Feuer, schließlich „startet“ der Zündschlüssel den Motor. Oder sie stellen sich vor, er schiebe weiter an, solange der Motor läuft. Beides stimmt nicht. Der Anlasser dreht nur die Kurbelwelle. Das Gemisch entzünden die Zündkerzen, und die zünden schon, während der Anlasser noch dreht: Im Modell steht die Anzeige Motor auf Startet, das Ritzel greift in den Zahnkranz, und in den ersten Zylindern verbrennt schon Kraftstoff.
Sobald der Motor aus eigener Kraft läuft, ist der Anlasser fertig. Das Ritzel springt aus dem Zahnkranz zurück, der Elektromotor bleibt stehen, und die Drehzahl steigt weiter bis zum Leerlauf, im Modell etwa 850 U/min. Bis zum nächsten Start hat der Anlasser dann nichts mehr zu tun.
Schritt 5 von 7 · Erklären
Das Schwungrad gleicht die Stöße aus
Das Schwungrad ist mehr als ein Träger für den Zahnkranz. Jeder Zylinder drückt nur in einem von vier Takten. Ein Einzylinder, etwa im Rasenmäher, rollt die anderen drei Takte auf seinem Schwungrad durch. Beim Reihenvierzylinder wechseln sich die Zylinder in der Reihenfolge 1-3-4-2 ab, sodass immer einer im Arbeitstakt ist. Trotzdem steigt jeder Stoß auf eine Spitze und lässt dann wieder nach.
Das schwere Schwungrad nimmt bei jeder Spitze Energie auf und gibt sie in den Lücken wieder ab. So dreht sich die Kurbelwelle gleichmäßig statt ruckweise. Schaltest du den Motor ab, merkst du die gespeicherte Energie: Die Funken hören sofort auf, aber der Motor dreht noch einen Moment weiter, bevor er stehen bleibt.
Was beim Drehen des Zündschlüssels passiert
Der Anlasser braucht viel mehr Strom, als ein Schalter im Armaturenbrett aushalten würde. Der Zündschlüssel oder Startknopf schickt deshalb nur einen kleinen Steuerstrom über Klemme 50 zum Magnetschalter, einem Elektromagneten auf dem Anlasser. Seine Einzugswicklung zieht einen Eisenkern an, die Haltewicklung hält ihn mit weniger Strom fest. Der Kern hat zwei Aufgaben: Über einen Hebel schiebt er das Ritzel in den Zahnkranz, und am Ende seines Wegs schließt er die dicken Kontakte, die die 12-Volt-Batterie direkt mit dem Elektromotor verbinden.
Der Motor zieht beim Andrehen weit über 100 Ampere und dreht den Verbrennungsmotor durch. Lässt du den Schlüssel los, lässt auch der Magnetschalter los: Eine Feder zieht den Kern zurück, der Hauptstrom ist unterbrochen, und das Ritzel wird aus dem Zahnkranz gezogen. Diese Bauart, der Schub-Schraubtrieb-Anlasser, steckt heute in fast jedem Auto. Ältere Schraubtrieb-Anlasser (Bendix) warfen das Ritzel auf einem Steilgewinde nach vorn, sobald ihr Elektromotor hochdrehte, und der anspringende Verbrennungsmotor schleuderte es wieder zurück.
Der Freilauf: warum der Motor den Anlasser nicht mitreißt
Springt der Motor an, dreht er schneller hoch, als der Anlasser mitkommt. Steckte das Ritzel dann noch im Zahnkranz, würde der Motor den Anlasser antreiben, und zwar über dieselbe Übersetzung, die vorher dem Anlasser half. Bei 10 bis 20 : 1 würde schon der Leerlauf mit 850 U/min das Ritzel auf 8.500 bis 17.000 U/min bringen, und den Elektromotor hinter dem Planetengetriebe noch einmal um ein Mehrfaches schneller.
Davor schützt der Freilauf, eine Einwegkupplung zwischen Ritzel und Anlasserwelle. Er sperrt, wenn das Ritzel den Zahnkranz antreibt, und rutscht durch, wenn der Zahnkranz das Ritzel antreiben will. So kann der Motor den Anlasser überholen, ohne ihn zu beschädigen, bis der Magnetschalter das Ritzel zurückzieht.
Was macht das Schwungrad?
Das Schwungrad ist eine schwere Scheibe am Ende der Kurbelwelle und hat drei Aufgaben. Erstens speichert es Drehenergie. Die Verbrennung schiebt die Kurbelwelle stoßweise an, jeder Zylinder einmal in zwei Umdrehungen, und so schwankt die Drehkraft ständig. Die Masse des Schwungrads nimmt Energie auf, wenn der Stoß stark ist, und gibt sie wieder ab, wenn er nachlässt. Das hält den Motor im Leerlauf ruhig und lässt einen Einzylinder überhaupt erst über seine drei Takte ohne Arbeit kommen.
Zweitens trägt es den Zahnkranz, in den der Anlasser greift. Drittens drückt bei Autos mit Schaltgetriebe die Kupplung auf seine glatte Fläche und gibt so die Kraft des Motors an das Getriebe weiter. Die gespeicherte Energie siehst du auch beim Abschalten: Der Motor steht nicht sofort, sondern läuft einen Moment aus, bis Reibung und Verdichtung in den Zylindern ihn bremsen.
Woran du einen defekten Anlasser erkennst
Ein einzelnes Klicken beim Drehen des Schlüssels, ohne dass sich der Motor dreht, liegt oft gar nicht am Anlasser: Eine leere oder schwache Batterie oder ein korrodiertes Kabel liefert nicht genug Strom, und nur der Magnetschalter klickt. Ist die Batterie in Ordnung, kann der Magnetschalter oder der Elektromotor verschlissen sein. Schnelles Rattern und Klicken deutet meist auf die Batterie.
Dreht der Motor nur müde durch, kommt zu wenig Strom an: schwache Batterie, schlechte Kontakte oder ein verschlissener Anlassermotor. Ein Mahlen oder Kreischen deutet auf ein abgenutztes Ritzel oder einen beschädigten Zahnkranz, oder auf ein Ritzel, das nicht sauber einspurt oder zurückspringt. Passiert gar nichts, prüf die Batterie, die Sicherungen und bei Automatikautos, ob der Wählhebel auf P oder N steht.
FAQ
Häufige Fragen
- Zündet der Anlasser den Kraftstoff?
- Nein. Der Anlasser dreht nur die Kurbelwelle, damit die Zylinder Gemisch ansaugen und verdichten können. Beim Benziner entzünden es die Zündkerzen, beim Diesel die Hitze der Verdichtung. Die Kerzen zünden schon, während der Anlasser noch dreht, und er lässt los, sobald der Motor von selbst läuft.
- Was tun, wenn der Anlasser nicht funktioniert?
- Zuerst die Batterie prüfen: Sind die Lichter schwach oder klickt es nur, hilft oft Starthilfe mit einem Überbrückungskabel. Ein Auto mit Schaltgetriebe lässt sich außerdem anschieben: im zweiten Gang mit getretener Kupplung rollen lassen, dann die Kupplung kommen lassen, und die Räder drehen den Motor an. Mit Automatik geht das nicht. Springt das Auto auch mit Starthilfe nicht an, gehört der Anlasser in die Werkstatt.
- Wie lange darf man den Anlasser betätigen?
- Nicht länger als etwa 10 bis 15 Sekunden am Stück, danach eine Pause einlegen. Der Anlasser zieht weit über 100 Ampere, wird dabei heiß und leert die Batterie schnell. Springt der Motor nach ein paar Versuchen nicht an, such lieber die Ursache, statt weiter zu orgeln.
- Was macht das Schwungrad?
- Es speichert Drehenergie und gleicht die Stöße der Kolben aus, damit sich die Kurbelwelle gleichmäßig dreht. Außerdem trägt es den Zahnkranz, in den der Anlasser greift, und bei Schaltwagen drückt die Kupplung auf seine Fläche.
- Warum brauchen Start-Stopp-Autos einen stärkeren Anlasser?
- Die Start-Stopp-Automatik stellt den Motor an jeder Ampel ab und startet ihn beim Losfahren neu. Der Anlasser arbeitet also viel öfter als in einem Auto ohne sie. Deshalb haben solche Autos verstärkte Anlasser, die für die vielen zusätzlichen Starts gebaut sind. Dafür spart das Abschalten im Stand Kraftstoff, im europäischen Stadtzyklus (ECE 15) bis zu etwa 8 %.
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