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Fehlersuche bei Startermotoren

Verfasst von Kirsten Panzer am 28. September 2020
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Startermotoren gehören zu den am stärksten beanspruchten Teilen eines Dieselmotors. Sie arbeiten mit extrem hohen Strömen, sollen auch bei fast leeren Batterien den Motor zuverlässig starten und leben zudem in einem feucht-salzigen Klima im unteren Bereich des Motors. Michael Herrmann beschreibt die Funktion, zeigt mögliche Ausfallursachen und gibt Tipps für erste und letzte Hilfe.

Achtung!
Zu Beginn eine Warnung: Bei allen Arbeiten an oder in der Nähe des Startermotors oder der Batterien darf kein Schmuck (Ringe, Armbänder, Halsketten usw.) getragen werden. Auch Uhren mit Metallarmbändern sind absolut tabu. Grund: Kommt zum Beispiel ein Uhrenarmband gleichzeitig mit Klemme 30 (an Batterie oder Starter) und Motormasse in Verbindung, gibt es einen massiven Kurzschluss, bei dem das Armband mehrere hundert Grad heiß wird – innerhalb von Sekundenbruchteilen!

Aufbau und Funktion
Startermotoren, auch Anlasser genannt, bestehen aus einem Elektromotor – einem sogenannten „Reihenschlussmotor“ –, dem Einrückmechanismus und dem Magnetschalter. In Reihenschlussmotoren sind Feld- und Ankerwicklung in Reihe geschaltet. Charakteristisch für diese Motoren ist, dass die Stromstärke im Motor umgekehrt proportional zur Drehzahl ist – was bei einem Starter erwünscht ist, da das Drehmoment und damit die Leistung beim Anlaufen am größten ist („Losbrechkraft“). Der Haken dabei ist, dass, wenn der Motor längere Zeit nur langsam drehen kann, beispielsweise bei fast entleerter und zu großer Batterie, durch den hohen Strom überlastet wird und anschließend ausfällt.

 



Motoren bis zu einer Leistung von etwa 300 Kilowatt werden meistens von Schubschraubtriebstartern gestartet. Der Magnetschalter sitzt über dem Startermotor und dient sowohl als Relais als auch als mechanische Einrückvorrichtung. Wird der Zündschlüssel in die Startstellung gedreht, werden beide Wicklungen des Magnetschalters über den Anschluss 50 mit Spannung versorgt, wobei der Minusanschluss der Einrückwicklung über die Motorwicklungen erfolgt. Dadurch erhält der Anker des Motors eine leichte Drehbewegung, die das nun erfolgende Einspuren des Ritzels durch die Bewegung des Einrückhebels erleichtert. Erst wenn das Ritzel vollständig in den Zahnkranz der Schwungscheibe eingespurt ist, werden die Kontakte des Magnetschalters geschlossen und Feld- und Ankerwicklungen des Startermotors mit Strom versorgt. Da nun beide Anschlüsse der Einrückwicklung an Plus liegen, ist diese abgeschaltet. Die Haltewicklung muss nun alleine dafür sorgen, dass die Kontakte geschlossen bleiben. Dies ist so lange der Fall, wie der Zündschlüssel in der Startstellung bleibt. Springt der Motor an, sorgt eine Freilaufvorrichtung auf der Ankerwelle dafür, dass die Drehbewegung der Schwungscheibe nicht auf den Anker des Startermotors übertragen wird. Sobald der Zündschlüssel in die Zündstellung zurückgedreht ist, wird das Ritzel durch eine Feder aus dem Schwungscheibenzahnkranz zurückgezogen. In größeren Motoren kommen Schubtriebstarter zum Einsatz, bei denen Schalt- und Einrückwicklung räumlich voneinander getrennt sind. Die Einrückwicklung liegt dort auf der Ritzelwelle.



 

Der Magnetschalter sitzt bei Schubschraubtriebstartern in der Regel oben auf dem eigentlichen Motor und hat hier zwei Funktionen. Erstens ist er ein Relais, das die Batterie mit dem Startermotor verbindet, und zweitens betätigt er elektromagnetisch den Einrückhebel, der das Ritzel auf der Ankerwelle des Startermotors in den Zahnkranz der Motorschwungscheibe schiebt. Der Magnetschalter schaltet Ströme im Bereich einiger hundert bis über tausend Ampere, die erstens mit herkömmlichen Schaltern nicht bewältigt werden können und zweitens die Verlegung dicker Kabel zum Fahrstand erfordern würden, wollte man auf den Magnetschalter verzichten. 

Er ist in der Regel mit zwei Wicklungen ausgestattet, von denen eine abgeschaltet wird, sobald das Ritzel in den Schwungscheibenzahnkranz eingespurt ist. Ist das System Starter-Magnetschalter in Ordnung, treten nach Drehen des Zündschlüssels in die Start-Stellung folgende Ereignisse ein: Durch den durch die Wicklungen fließenden Strom baut sich im Magnetschalter ein Magnetfeld auf, das dessen Anker so bewegt, dass auf der einen Seite – meist in Fahrtrichtung vorne – die Kontakte des Schalters zwischen Batterie und Startermotor geschlossen werden, auf der anderen Seite der Einrückhebel des Starterritzels gezogen wird. Dieser Hebel bewegt das Ritzel, das mit einer Freilaufvorrichtung versehen ist, in den Zahnkranz auf der Schwungscheibe. Gleichzeitig beginnt der Startermotor mit seiner Drehbewegung, die mittels Ritzel und Zahnkranz auf die Schwungscheibe des Motors übertragen wird. Der Motor sollte nun nach einigen Drehungen der Kurbelwelle anspringen. Sobald der Motor schneller dreht als der Anlasser, tritt der Freilauf des Ritzels in Aktion und trennt dieses von der Schwungscheibe. Wenn dann der Zündschlüssel in die Zündstellung zurückgedreht wird, wird der Magnetschalter stromlos, der Starter hört mit seiner Drehung auf und das Ritzel wird durch eine Feder zum Anlasser zurückgezogen.

Fehler und Ausfälle – Diagnose
Störungen im Bereich Magnetschalter-Starter gehören zu den häufigen Ausfallursachen der kleinen und mittleren Schiffsdieselmotoren. Schon durch das Steuerkabel des Magnetschalters fließt ein verhältnismäßig hoher Strom. Lange Kabel zwischen Steuerstand und Motor verursachen hier ohnehin schon einen Spannungsabfall, und kommt hier noch Kontaktkorrosion an den Anschlussklemmen hinzu, reicht die Spannung am Magnetschalter oft nicht mehr aus, um diesen durchzuschalten. Langfristig führt ein zu hoher Spannungsabfall in der Steuerleitung zu einem übermäßigen Kontaktverschleiß und somit zu einem vorzeitigen Versagen des Magnetschalters.  
Bevor wir uns die Ausfälle etwas näher anschauen, noch ein Hinweis: Die Zuleitung von der Batterie zum Starter ist in den meisten Fällen nicht abgesichert. Daher sollte man bei eventuellen Messungen an den Starter- und Magnetschalteranschlüssen extrem vorsichtig vorgehen - ein Kurzschluss in diesem Bereich kann kapitale Schäden zur Folge haben! Es ist nicht übertrieben, bei diesen Arbeiten eine Schutzbrille zu tragen. Nun zu den Ausfällen:

Nach dem Drehen des Zündschlüssels geschieht gar nichts.
Hier kann man in den meisten Fällen davon ausgehen, dass am Magnetschalter keine Spannung ankommt. Mögliche Ursachen: defekter Startzündschalter oder eine Unterbrechung im Leiter zwischen Startzündschalter und Magnetschalter (Klemme 50). Zweite Möglichkeit: Magnetschalter defekt. Letzteres ist der Fall, wenn am Steueranschluss des Magnetschalters bei der Stellung des Zündschlüssels in der Start-Stellung die Batteriespannung gemessen werden kann.  

Es klickt im Magnetschalter, der Starter dreht jedoch nicht.
Drei Möglichkeiten: Die Steuerspannung ist zu niedrig, zum Beispiel wegen zu langer Leitungslängen oder zu dünner Leiterquerschnitte. Dieses Symptom tritt oft erst nach geraumer Zeit auf, wenn die Übergangswiderstände an den Kontaktstellen infolge langsamer Korrosion gewachsen sind oder die Kontakte des Magnetschalters bereits ein wenig verschlissen sind. In diesem Fall hilft es oft, wenn der Kabelquerschnitt erhöht wird, um den Spannungsabfall zu reduzieren. Ob dies der Fall ist, kann man feststellen, indem man mit einem separaten Kabel Batterieplus mit der Klemme 50 am Magnetschalter verbindet (siehe Bild). Dies sollte äußerst vorsichtig erfolgen, da der Motor eventuell startet und entsprechende Bewegungen ausführt. Mit dieser Methode kann man sich auch helfen, wenn der Motor aufgrund dieses Fehlers nicht mehr anspringt.
Zweite Möglichkeit: Die Kontakte des Magnetschalters sind verschlissen und schließen nicht mehr. Dann rückt zwar das Ritzel ein, der Startermotor erhält jedoch keinen Strom. Hier muss in der Regel der Magnetschalter ersetzt werden. 
Dritte Möglichkeit: Das Innere des Magnetschalters ist verschmutzt oder verharzt, wodurch der Einrückmechanismus schwergängig wird. Hier hilft eine Reinigung und anschließendes sparsames Einfetten der Teile mit hitzebeständigem Fett.

Der Starter läuft mit hoher Drehzahl, ohne dass der Motor dreht 
Erste mögliche Ursache: siehe „Freilauf“. Zweite Möglichkeit: Der Zahnkranz auf der Schwungscheibe des Motors ist beschädigt – zumindest der Zahnkranz muss erneuert werden, da die Schwungscheibe dafür abgebaut werden muss, wird das eine ziemlich teure Angelegenheit. Dritte, jedoch seltenere Möglichkeit: Das Ritzel des Starters ist beschädigt – das erfordert den Austausch des Starters.

Die Kontrollleuchten werden dunkler oder verlöschen, der Motor dreht, wenn überhaupt, nur langsam durch
Batterie defekt, leer oder ein zu hoher Übergangswiderstand in den Leitern (positiv und / oder negativ) zwischen Batterie und Motor. 

Es ertönt ein schnarrendes Geräusch (sehr schnell wiederholtes Klicken), ohne dass der Motor dreht
Auch hier liegt die Ursache darin, dass die Spannung am Starter zu niedrig ist oder zusammenbricht, wenn die Wicklungen des Startermotors durch den Magnetschalter mit Batterieplus verbunden werden. Ohne die Last des Startermotors ist die Spannung hoch genug, um das Ritzel einzuspuren und den Kontakt zu schließen. Sobald dieser geschlossen ist, bricht sie zusammen. Dieses Spiel wiederholt sich sehr schnell und kann Magnetschalter, Startermotor und Ritzel / Zahnkranz beschädigen. Abhilfe: Batterie laden oder austauschen – falls möglich, kann man versuchen, mit der Bordnetzbatterie zu starten – und die Kabelverbindungen zwischen Batterie und Motor prüfen. Wo es heiß wird, sitzt gewöhnlich der Fehler.

Tipp: Hilfsrelais
Sind die Kabel zum Instrumentenpanel deutlich länger als zwei Meter und / oder besteht ein Spannungsverlust von über 0,6 Volt am Anschluss 50 des Magnetschalters, kann sich der Einbau eines Hilfsrelais lohnen. Dieses Standard-30 Ampere-KFZ-Relais wird in der Nähe des Startermotors angebracht. Gesteuert wird es über das vorhandene Kabel 50 vom Startzündschalter, die Arbeitskontakte werden mit 30 (B+) am Starter und 50 am Magnetschalter verbunden. Der Vorteil dieser einfachen und preiswerten Schaltung liegt darin, dass am Magnetschalter immer nahezu die volle Batteriespannung anliegt, Spannungsverluste in den Leitern und Schaltkontakten im Panel werden damit eliminiert und übermäßiger vorzeitiger Verschleiß der Magnetschalterkontakte wird vermieden.

Letzte Hilfe
Fällt der Starter aus, weil die Kontakte des Magnetschalters nicht mehr richtig schließen, der Rotor des Anlassers festsitzt oder das Ritzel nicht einrücken will, kann man mit angemessener Vorsicht und ein wenig Glück noch ein paar Motorstarts schaffen. Eine der drei nun beschriebenen Methoden kann noch einmal Leben aus einem eigentlich toten Starter herauskitzeln:

1. Überbrücken von 30 und 50
Damit erhält der Magnetschalter die volle Batteriespannung, was manchmal ausreicht, um den Anker noch ein paarmal in Bewegung zu setzen (grüne Pfeile). Dabei muss man damit rechnen, dass der Motor startet und sich daher plötzlich bewegt.

2. Überbrücken des Magnetschalters
Eine der Methoden, die Nervenstärke benötigt und die nicht ganz ungefährlich ist (rote Pfeile). Hier benötigt man ein massives Werkzeug - auch ein großer Schraubenzieher droht bei der Aktion zu schmelzen. Damit wird der Anschluss der Starterbatterie (30) direkt mit dem darunterliegenden Anschluss des Startermotors verbunden. Vorsicht: Dabei können Ströme bis zu 1.000 Ampere fließen! Man darf auf keinen Fall bei der Aktion mit dem Überbrückungswerkzeug an Motormasse kommen, da die Ströme nicht durch eine Sicherung begrenzt werden. Es fliegen Funken und unter Umständen Metalltropfen. Daher sollte man dieses Verfahren wirklich nur im äußersten Notfall anwenden!  

3. Die Hammermethode
Diese ist wesentlich ungefährlicher. Dazu benötigt man eine Person am Fahrstand, die den Zündschlüssel in die Startstellung dreht oder den Starttaster drückt. Währenddessen verabreicht man dem Magnetschalter und / oder den Startermotor, an den in der Zeichnung rot gekennzeichneten Stellen, mit einem 500-Gramm-Hammer einige leichte Schläge. Mit ein wenig Glück springt der Motor noch einmal an.

 

 

 



Starter - Kennlinien

Dargestellt sind die Kennlinien eines 12-Volt-Starters mit einer Nennleistung von 1,4 Kilowatt. Typisch für Reihenschlussmotoren ist, dass Strom und Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnehmen. Der größte Strom und das größte Drehmoment treten dann auf, wenn der Starter blockiert ist – dann ist der Strom durch den Motor lediglich vom Widerstand der Wicklungen und dem Innenwiderstand der Batterie begrenzt. Erst mit zunehmender Drehzahl gehen Strom und Drehmoment infolge der in den Wicklungen durch Induktion auftretenden Gegenspannungen zurück. Interessant ist auch der Vergleich der Stromstärken mit zwei unterschiedlichen Batterien (Kapazität 66 und 88 Amperestunden). Der Strom steigt mit der Kapazität an, da der Innenwiderstand der Batterien mit der Kapazität zurückgeht. Daher kann eine stark überdimensionierte Starterbatterie den Starter unter bestimmten Voraussetzungen zerstören, zum Beispiel bei einem blockierten Motor oder bei wiederholten Startversuchen mit einem sehr kalten Motor, den der Starter nur langsam durchdrehen kann.

Startermotorfehler – Diagnose mit Spannungsmessungen
Versagt der Starter seinen Dienst, kann man meistens mit wenigen Messungen am Starter den Fehler eingrenzen. Vorsicht: Der positive Leiter zwischen Starter und Batterie ist in der Regel nicht abgesichert. Verursacht man bei der Messung einen Kurzschluss, kann dies kapitale Schäden zur Folge haben! 
An Messstelle 1 (Klemme 50) muss die Batteriespannung gefunden werden, sobald der Zündschlüssel in die Startstellung gedreht wird. Ist dies nicht der Fall, besteht entweder eine Unterbrechung in der Leitung zwischen Zündschloss und Magnetschalter oder das Zündschloss ist defekt. Liegt die gemessene Spannung wesentlich unter der Batteriespannung (zum Beispiel unter 5 Volt bei einer 12-Volt-Anlage), liegt der Fehler wahrscheinlich in einer defekten Leiterverbindung (Übergangswiderstände!).
An Messstelle 2 (Klemme 30) muss die volle Batteriespannung stehen, sobald der Batterie-Trennschalter eingeschaltet ist. Ist die Spannung dort wesentlich niedriger als die Batterienennspannung, ist entweder der Trennschalter oder die Batterie defekt. Sinkt die Spannung stark ab, wenn der Starter betätigt wird, können auch hier – neben einer leeren oder defekten Batterie – Übergangswiderstände die Ursache sein.
An Messstelle 3 muss Spannung zu finden sein, wenn 1 mit Spannung versorgt wird, und der Anlasser muss drehen. Steht nur an 1 Spannung und ist 3 spannungsfrei, ist der Magnetschalter defekt. Steht sowohl an 1 als auch an 3 Spannung und dreht der Anlasser nicht, ist der Startermotor (Wicklungen, Kollektor oder Kohlebürsten) defekt.



 



Freilauf

Der sogenannte Freilauf des Ankerritzels soll verhindern, dass der Anker des Starters von der Schwungscheibe des Motors nach dessen Anspringen unzulässig beschleunigt wird. Der äußere Ring des Freilaufs ist mit der Ankerwelle verbunden, der innere mit dem Ritzel. Dreht das Ritzel schneller als der Anker, trennt der Freilauf. Ist der Freilauf verschmutzt oder dessen Fett verharzt, stellt er keine Verbindung zwischen Starterwelle und Ritzel her. Der Startermotor dreht nach Drehen des Zündschlüssels in die Startstellung hoch, ohne den Motor durchzudrehen. In diesem Fall hilft es, den Freilauf zu reinigen und mit frischem hitzebeständigen Fett zu füllen.



Weitere Informationen zu den Themen Motorelektrik und Startschwierigkeiten gibt es auf www.yachtinside.de.
Michael Herrmann, Text und Zeichnungen
 


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