Starteranlage a

Transkript

1 Starteranlage a

2 Der Starter Ein Verbrennungsmotor muss mit fremder Energie gestartet werden. elektrische Energie Beim Starten wird in umgewandelt. Der Starter muss dabei folgende Widerstände überwinden: Masseträgheit der zu bewegenden Teile Reibungswiderstand (Lager, Öl, K-Ringe,...) Verdichtungswiderstand Erfahrungswerte der Mindeststartdrehzahlen bei -20 C mechanische Energie Otto- Hubkolbenmotor Otto- Drehkolbenmotor Dieselmotor mit Direkteinspritzung o. Starthilfe Dieselmotor mit Direkteinspritzung mit Starthilfe Dieselmotor mit Vor- oder Wirbelkammer min min min min min -1 Startgrenztemperaturen Personenwagen Lastwagen, Busse Schlepper Antriebs- und Aggregatsmotoren bei Schiffen Diesellokomotiven C C C - 5 C + 5 C Ordnen sie die Begriffe den Bauteilen zu (Pfeile) Erregerwicklung Gehäuse Polschuh Anker Ritzel Kollektor Ankerwicklung Kohlebürste

3 Elektromotoren (Repetition) Als Elektromotoren werden vier verschiedene Schaltungsarten verwendet. Es sind dies: Nebenschlussmotor Hauptschlussmotor Doppelschlussmotor Motor mit permanent Magnet (PM-Motor) Repetieren sie mit einem Partner die wesentlichen Merkmale dieser Motoren: Wie werden die Magnetfelder in Feld und im Anker erzeugt? Wie sind die Feld- und Anker-Spulen geschaltet? Welche Charakteristik (Verhalten) weist der Motor auf? Wo wird der Motor angewandt? Hauptschlussmotor (Reihenschluss) - + Anker- und Erregerfeld werden elektrisch erzeugt. Die beiden Wicklungen sind seriegeschaltet (in Reihe). Der Motor hat ein grosses Losbrechmoment, ist aber nicht drehzahlfest (er dreht hoch). Wird bei Startermotoren angewendet

4 Nebenschlussmotor - + Anker- und Erregerfeld werden elektrisch erzeugt. Die beiden Wicklungen sind parallel geschaltet. Der Motor ist drehzahlfest mit kleinem Losbrechmoment. Wischer- und Pumpenmotoren (wenn nicht PM) Doppelschlussmotor - + Anker- und beide Erregerfelder werden elektrisch erzeugt. Der Anker und eine Erregerwicklung ist serie-, die zweite ist parallelgeschaltet. (Bremswicklung) Der Motor vereinigt die Eigenschaften von NebenschlussundHauptschlussmotors. Er wird für grosse Startermotorenangewendet. Permanenterregter Motor - + Das Ankerfeld wird elektrisch erzeugt, das Erregerfeld ist ein PM. Die Charakteristik liegt zwischen Haupt- und Nebenschlussmotor. Als Antriebsmotor in allen Anwendungen (Starter-, Wischer-, Stell-Lüftermotoren...)

5 Aufbau Zählen sie die Bauteile auf, welche zur Starteranlage gehören. Fahrtstartschalter Magnetschalter (Relais) Elektromotor mit Einspurmechanismus Der Starter selber besteht in der Regel aus drei Hauptteilen. Wie heissen diese? E R M R = Magnetschalter (Relais) E = Einspurmechanismus M = Elektromotor Der Fahrt-Start-Schalter hat mindestens drei Anschlüsse, bezeichnen sie diese nach Norm In welchen Stellungen bleibt dieser Fahrt- Start-Schalter stehen und woran erkennt man das? Womit verbindet man den Anschluss 50 des Fahrt-Start-Schalters? In den Stellungen 0 und 1 an der Bezeichnung 0,1 Mit der Klemme 50 des Magnetschalters Lösen sie die Seite 95 SVBA-Schemazeichnen.

6 Bauteile des Starters a Magnetschalter 6 Schwungradzahnkranz 2 Rückstellfeder 7 Einspurfeder 3 Einrückhebel 8 Erregerwicklung (Feld) 4 Rollenfreilauf 9 Anker 5 Ritzel Aufgabe: Erstellen sie die Legende und färben sie die verschiedenen Bauteile des Starters an. Wie sind die Anker und Erregerwicklung geschaltet? Wie nennt man diesen Starter (nach dem Einspurmechanismus)? Wie sind die beiden Spulen im Einrückmagneten geschaltet?

7 Der Magnetschalter E H 15a zum Elektromotor Aufgabe: 1. Beschriften sie die Anschlüsse des Magnetschalters und die Spulen mit E und H. 2. Was bedeuten die Buchstaben E und H beim Magnetschalter? 3. Weshalb hat der Magnetschalter zwei Spulen aufgewickelt? 4. Worin liegt der Unterschied der zwei Wicklungen? 5. Welche Aufgaben übernimmt der Magnetschalter? 6. Was deutet der gestrichelt gezeichnete Schalter an? 7. Wie wirkt sich eine defekte Haltewicklung auf den Startvorgang aus? H = Haltewicklung E = Einzugswicklung Die Kraft der H genügt nicht um das Ritzel nach vorne zu schieben. Die E hat aber eine sehr grosse Stromaufnahme. Der Drahtdurchmesser bzw. die Stromaufnahme Ritzel in den Zahnkranz schieben Schalten des Anlasserhauptstromes Startanhebung schalten (wo vorhanden, alt ) Das deutet den Schalter der Startanhebung an. Der Starter spurt ein und sofort wieder aus.

8 Berechnungen (Resultat mit Lösungsgang) 1. Die Stromaufnahme einer 12V-Einzugswicklung beträgt 40 A. Berechnen sie die Kabellänge, wenn der Draht einen Durchmesser von 1 mm hat. 2. Die 12V-Einzugswicklung hat einen Widerstand von 0.25 Ω. Zu Beginn des Startvorgangs fliesst bei der Klemme 50 ein Strom von 56 A. Wie gross ist der Widerstand der Haltewicklung? 3. Zu Beginn des Startvorgangs fliesst bei einer 12V-Anlage ein Strom von 60 A. Die Wicklungen haben ein Verhältnis von 1:5. Wie gross sind ihre jeweiligen Widerstände? 4. Die Batteriespannung U 0 beträgt 12,7 V. Während dem Startvorgang fliesst ein Strom von 120 A und die Spannung an der Batterie beträgt 11,9 V. Wie gross ist der Innenwiderstand der Batterie?

9 Das Ritzel Das Ritzel besteht aus verschiedenen Bauteilen, benennen sie diese! 1 2 Welche Aufgabe hat das jeweilige Bauteil? Zahnrad 2 Rollenfreilauf 3 Einspurfeder 4 Steilgewinde 5 Führungsring Kraft übertragen und übersetzen Kraft von der Ankerwelle aufs Ritzel übertragen Anker vor Überdrehen schützen Wenn Zahn auf Zahn trifft ein Schalten des Hauptstroms ermöglichen Beim nach vorne fahren, das Ritzel leicht zu drehen Die Einrückgabel führen und die Kraft übertragen Der Anlasserritzel hat eine Zähnezahl von 11, der Anlasserzahnkranz deren 124. Wie gross ist die Drehzahl des Starters, wenn der Motor nach dem Anspringen sofort eine Drehzahl von 750 1/min. annimmt? (Resultat mit Lösungsgang)

10 Der Rollenfreilauf Färben sie die Einzelteile des Ritzels mit verschiedenen Farben an. Bestimmen sie die Drehrichtung des Ritzels (Ankers) mit einem Pfeil. Beschreiben sie, wie die Kraft vom Anker zum Zahnrad übertragen werden kann, umgekehrt aber nicht. Wenn die Drehzahl der Ankerwelle grösser als diejenige des Ritzels ist, werden die Rollen in der Rollengleitkurve verkeilt und der Kraftfluss zwischen Ankerwelle und Ritzel findet statt. Wird die Drehzahl des Motors und damit des Ritzels beim Anspringen grösser, so überholt das Ritzel und die Rollen lösen den Kraftschluss in den Gleitkurven. Das Ritzel dreht leer durch und die Ankerwelle wird nicht übermässig beschleunigt. Bei Startern mit grossem Drehmoment (LKW- Startern) genügt dieser Freilauf nicht. Wie nennt man die dort verwendeten Freiläufe bzw. Kupplungen? Lamellenfreilauf

11 Die Lamellenkupplung Bei Startern mit grossen Drehmomenten wird als Freilauf eine Lamellenkupplung angewandt. Legende: 3 Tellerfeder 4 Drucklamelle 5 Aussen- und Innenlamellen 6 Mitnehmerflansch 10 Steilgewinde 11 Anschlagring Färben sie die Bauteile der Legende verschiedenfarbig an. Welche Aufgaben übernimmt diese Lamellenkupplung. Beschreiben sie die drei Bilder betreffend ihrem Zustand. Überträgt das Drehmoment von der Ankerwelle auf das Ritzel. Löst die kraftschlüssige Verbin- Die Lamellenkupplung überträgt das Drehmoment von der Ankerwelle auf das Ritzel. Übersteigt Anspringen des Verbrennungsmotordung beim die überdrehen. Drehzahl des Ritzels die Drehzahl Dient als der Ankerwelle Überlastkupplung, so löst die Lamellenkupplung die kraftschlüssige Verbindung. wenn ein zu grosses Drehmoment auf die Ankerwelle wirkt Der Lamellenfreilauf hat auch die Aufgabe, als Überlastkupplung das von der Ankerwelle (zurückschlagen auf das Ritzel zu übertragende des Dehmoment Motors). zu begrenzen. Kraftschluss Das Ritzel ist eingespurt, der Kuppelteil drückt gegen die Tellerfeder. Die Pressung nimmt zu, das Lamellenpaket ist voll kraftschlüssig. Drehmomentbegrenzung Der Kuppelteil drückt die Tellerfeder bei erreichen des maximalen Drehmomentes durch. Die Lamellen kommen ins rutschen. Überholen Es entsteht ein Kraftrichtungswechsel. Der Kuppelteil läuft am Anschlagring an und hebt die Lamellenpressung auf. Der Kraftschluss wird aufgehoben.

12 171 Zähne 1710 min -1 6,3 Nm 1,131 kw Aufgabe 5 Röbu 221,7 A

13 Der Anker mit Kollektor Der Anker muss das drehende Magnetfeld erzeugen. Dadurch entsteht mit dem stehenden Erregerfeld ein Drehmoment, das auf die Ankerwelle und damit auf das Ritzel übertragen wird. Zeichnen sie die Magnetfelder und die, eventuell entstehende Drehbewegung im Bild ein. N S Die Spule hat sich um 90 gedehet, bis alle Magnetlinien parallel laufen. Dann steht die Spule still. N S Wenn der Anker sich überdreht hat, ändert er die Drehrichtung bis er sich wieder ausgerichtet hat. N S Das gleiche würde passieren, wenn mehrere Spulen dauernd in der gleichen Richtung mit Strom versorgt werden. Aus diesem Grund muss der Strom immer auf der gleichen Seite des stehenden Magnetfeldes in die drehende Spule eintreten. Das bedeutet, dass die Enden der Spule auf der Ankerwelle um 90 versetzt angeordnet sein müssen. Der Strom tritt abwechselnd in die Spule, erzeugt aber immer aus der gleichen Seite ein passendes Magnetfeld. N N S S

14 Der Kollektor sorgt dafür, dass der Strom im Anker immer auf der Südseite des Erregerfeldes eintritt. Dadurch entsteht ein rechtdrehendes Spulenfeld und das bewegt den Anker rechts herum. N N S S N N S S Je mehr Spulen im Anker angeordnet sind, desto kontinuierlicher läuft der Anker. Der Rundlauf ist besser. Das Magnetfeld im Gehäuse kann natürlich auch mit einem Elektromagneten gemacht werden. Der Strom fliesst gemäss Pfeilrichtung (technische Stromrichtung). Aufgabe: Zeichnen sie die Magnetfelder ein und bestimmen sie die Drehrichtung dieses Motors.

15 Berechnungen (Resultat mit Lösungsgang) 1. In der Hauptleitung eines Starters, von 2m Länge, fliesst ein Strom von 150 A. Wie gross muss der Durchmesser des Kabels sein, wenn der maximal zulässige Spannungsabfall nicht überschritten werden darf? 2. Die Spannung am PM-Starter beträgt 11.2 V und der Stromfluss 85 A. Wie gross ist der Spannungabfall am Anker? 3. Die Widerstände der 24V-Starterbauteile sind wie folgt: Anker Feld Einzugswicklung Haltewicklung 0,025 Ω 0,05 Ω 0,3 Ω 0,8 Ω Wie gross ist die Stromaufname aus dem Stand und wenn der Starter dreht?

16 Die Stromkreise Bei der Starteranlage werden verschiedene Stromkreise unterschieden. Aufgabe: Zeichnen sie die Stromkreise mit verschiedenen Farben ein: - den Steuerstromkreis der Haltewicklung rot, - den Steuerstromkreis der Einzugswicklung blau den Hauptstromkreis des Elektromotors grün. Ordnen sie den Stromkreisen entsprechenden Stromwerte zu: Steuerstromkreis der Haltewicklung Steuerstromkreis der Einzugswicklung Hauptstromkreis des Elektromotors PW ~ 15 A ~ 40 A A LKW ~ 15 A ~ 40 A A

17 Repetition 8 X Aufgabe: Lösen sie die Fragen auf einem separaten A4 Blatt. Wenn möglich lösen sie die Aufgaben auswendig. Erklären sie was während dem Startvorgang im Starter der Reihe nach vorgeht, mit den entprechenden Fachausdrücken. Was wäre die Folge, wenn sich die Einspurfeder X nicht zusammendrücken lässt (klemmt)? Weshalb läuft das Ritzel auf einer Ankerwelle mit Steilgewinde? Aus welchem Grund werden im Magnetschalter zwei Wicklungen verwendet? Wie wird die Einzugswicklung ausgeschaltet? Was macht man mit dem kleinen parallel geführten Schalter im Magnetschalter (15a)? Was geschieht, wenn der Rollenfreilauf klemmt und starr ist? Weshalb sind die Erregerwicklung und die Ankerwicklung in Serie geschaltet? Woher kommt der Name dieses Starters (Schub-Schraub-Trieb-Starter)? Lösen sie die SVBA Grafik Seite 47 und 48. Lösen sie die Rechnungen auf der Seite 70 Kapitel Lösen sie die SVBA Zeichnungslesen Seite 45 und 46. Lösen sie die SVBA Schemazeichnen Seite 96 und 97.

18 Der PM-Starter Aufgabe: Der Anker muss sich im Uhrzeigersinn drehen. Zeichnen sie am Prinzipbild den Magnetfluss des Erregerfeldes, die Polarität des Ankers, die Stromrichtung und das Ankerfeldes ein. S N Wie könnte die Drehrichtung des Elektromotors bei einem sollchen Starter geändert werden. Die Stromrichtung des Ankers kann geändert werden Welche Charakteristik hat dieser Motor? Wie wird das notwendige, grosse Losbrechmoment bei diesen Startern am Ritzel erreicht? Die Charakteristik entspricht eher dem Nebenschlussmotor, konstante Drehzahl mit nicht sehr grossem Losbrechmoment Es wird durch eine Übersetzung erreicht, mit Planetensätzen oder Stirnradgetrieben

19 Der Aufbau Aufgabe: Färben sie die folgenden Bauteile mit verschieden Farben an: Anker, Kollektor, Hohlrad, Sonnenrad Planetenräder, Magnetschalter und Einrückgabel. Erklären sie die Charakteristik den Aufbau und die Vor-/Nachteile des PM-Starters Welches ist ihrer Meinung nach der Hauptgrund für die Verwendung von Startern mit PM-Magneten und Übersetzungen? Lösen sie die SVBA-Aufgabe ZL Seite Da die Charakteristik der PM- Motoren eher derjenigen der Nebenschlussmotoren entspricht, verfügen sie nicht über ein genügend grosses Losbrechmoment. Es muss durch eine entsprechende Übersetzung auf Kosten der Drehzahl erreicht werden. Diese Ankerwellen drehen mit relativ hohen Drehzahlen. Die Gewichtsersparnis bis 40%, kleinere Baugrösse Leistungssteigerung bis 10%

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