Startcircuit
(batterij, bekabeling/startmotor, diesel-voorgloei-systeem, laders en meten)


Het startcircuit

De meeste start systemen voor verbrandingsmotoren bestaan uit een door een batterij gevoede elektro-motor (startmotor), schakelaar(s) en bekabeling. Het starten moet met een minimaal toerental geschieden, pas dan kan bij een dieselmotor de, voor de zelfontbranding noodzakelijke, compressie-warmte worden opgebouwd. De start-snelheid die nodig is om een dieselmotor te starten bedraagt: 80-200 omw./min.
De startmotor drijft de motor aan via een tandwiel-paar (startmotor-ronsel en vliegwiel-tandkrans) met een reductie van 1/10 tot 1/20. Het krukas-moment en de minimale start-snelheid, nodig om de motor te starten hangen af van; het type motor, het slagvolume, het aantal cilinders, de compressie, de lager-wrijving, de door de motor aangedreven aggregaten, het brandstof systeem, de motor olie en de temperatuur. In het algemeen dient de startmotor een hoger vermogen te leveren wanneer de temperatuur daalt terwijl daarbij ook de batterij-spanning lager is. De batterij capaciteit (Ah) dient zo te worden gekozen, dat ook bij lage temperaturen de motor kan worden gestart.

De (start)batterij

De batterij vervult in het elektrisch systeem van een voertuig de funktie van opslag van energie welke door de dynamo (generator) wordt opgewekt. In het bijzonder bij lage temperaturen moet de batterij in staat zijn direct een hoge stroom te kunnen leveren om de motor te starten en moet geheel of gedeeltelijk het functioneren van andere belangrijke onderdelen in het elektrisch systeem van het voertuig verzorgen, ook als de motor stationair draait of is uitgeschakeld. In bedrijf zal de batterij normaliter tesamen met de dynamo in de soms grote stroombehoefte voorzien (verlichting, achterruitverwarming, ventilator, ruitenwissers, remlichten en mistlichten). De door de batterij afgegeven elektrische energie wordt tijdens het rijden door de dynamo wederom bijgevuld, zodat de batterij steeds stroom kan leveren. De lood-zuur batterij wordt meestal voor dit doel gebruikt. De gangbare batterij spanning is 12 Volt, men vindt 6 Volt systemen tegenwoordig alleen nog in oudere voertuigen.

Opbouw (lood-zuur batterij)
De batterij bestaat uit een aantal, 6 stuks bij 12 Volt, accumulatorcellen (vandaar ook wel de benaming accu) waarin zich de positieve en negatieve platen bevinden. Deze positieve en negatieve platen bestaan uit harde loodroosters, met als actieve massa - lood-oxide (PbO2) resp. samengeperst loodstof (Pb). Door een chemisch proces wordt de samenstelling van de actieve massa's in de positieve en negatieve platen omgezet. De platen zijn tot pakketten samengesteld, om het werkzame plaatoppervlak bij kleine bakafmetingen te vergroten, en met loden poolbruggen aan elkaar gelast.

Per cel heeft het negatieve pakket een plaat meer dan het positieve pakket. Beide plaatpaketten zijn in elkaar geschoven en door isolerende, maar poreuse wanden elektrisch gescheiden, zodat ook bij het afbrokkelen van actieve massa geen kortsluiting kan ontstaan. De scheidingswanden (separatoren) bestaan uit geperforeerde kunststof- en geprepareerde houtplaten. Er worden ook microporeuse separatoren gebruikt. Iedere cel van de batterij-bak wordt met een deksel en zuurdicht met gietmassa (bitumen) afgesloten. In de deksels zijn openingen met schroefdraad, voor de gasdoorlatende celdoppen, aangebracht. De afzonderlijke cellen zijn door aangelaste loden celverbinders in serie geschakeld. De (+) en (-) aansluit-polen zijn ook uit lood vervaardigd, de (+)pool is vaak dikker dan de (-)pool. Verdund zwavelzuur wordt gebruikt als elektroliet dat de ruimte in de cel en de porin in de platen en de separatoren vult. Een nieuwe batterij gevuld met verdund zwavelzuur (dichtheid 1.28 kg/l) heeft reeds 60-80% van haar capaciteit, welke voor het in gebruik nemen door laden op 100% wordt gebracht.

Werkingswijze (lood-zuur batterij)
Bij het laden en ontladen wordt de samenstelling van de platen via een chemisch proces omgezet. De actieve materialen in een lood-zuur batterij zijn lood-oxide (PbO2) in de positieve platen, sponsachtig/poreus lood (Pb) in de negatieve platen en het elektroliet in de vorm van verdund zwavelzuur (H2SO4). Het elektroliet fungeert bij het laden en ontladen als ionen-geleider. Het PbO2 en Pb hebben hun specifieke potentiaal ten opzichte van het elektroliet; de algebraische som van deze potentialen geeft een cel spanning welke kan worden gemeten. De nominale cel-spanning bedraagt 2 Volt, deze stijgt bij het laden en daalt als de cel wordt belast. Bij het ontladen van de cel, verbinden Pb en PbO2 zich met H2SO4 en vormen PbSO4 (lood sulfaat). Door deze omzetting verliest het elektroliet SO4 (sulfaat)-ionen, en de dichtheid (soortelijkgewicht) wordt lager. Bij het laden van de cel, worden de actieve materialen PbO2 en Pb terug gewonnen uit het PbSO4.



De dichtheid van het elektroliet kan worden gezien als een maat voor de ladingtoestand van de batterij; 100% geladen 1.28, 50% geladen 1.16 en ontladen 1.04 kg/l. Bij het laden stijgt de interne weerstand van de batterij en de laadspanning bedraagt tegen het einde van de lading ca. 2.7 Volt per cel. Onder belasting kan de spanning tot onder de 2 Volt per cel zakken.

Overladen
Als de laadspanning wordt aangehouden terwijl de cel volledig is geladen (alle loodmassa is omgezet), vindt er alleen nog elektrolyse van water plaats, er ontstaat zuurstof bij de positieve en waterstof bij de negatieve platen, het explosieve knalgas. Bij het laden dient men derhalve steeds te zorgen voor een goede ventilatie.

Capaciteit
De capaciteit van een batterij wordt aangegeven in Ampere-uur (Ah). Een 84 Ah batterij kan bij een 20-urige ontlading en een elektroliet-temperatuur van 20C een (normaal)stroom van 4.2 Ampere leveren. Kortstondig b.v. bij het starten, kan een aanzienlijk grotere stroom (b.v. 200 Ampere) worden afgenomen. Omdat de interne weerstand van een batterij zeer gering is, kunnen kortsluitstromen zeer hoge waarden aannemen. Bij kou en snelle ontlading door een grote stroom neemt de capaciteit van een batterij snel af.

Onderhoud
Ladingtoestand. Bij een batterij met een juiste zuurdichtheid kan men de ladingtoestand met een z.g. zuurweger vaststellen. De zuurdichtheid van een volledig geladen batterij (20C) bedraagt 1.28 kg/l. Het vaststellen van de juiste zuurdichtheid kan alleen in geladen toestand worden uitgevoerd. De zuurspiegel moet ongeveer 5 mm boven de separatoren staan. Bij verlies van vloeistof door verdamping mag alleen met gedestilleerd water worden bijgevuld.

Vermogentoestand. De levensduur van een batterij is beperkt en wordt aanzienlijk bekort door een slechte behandeling. Voor het vaststellen van de vermogentoestand dient de cel-spanning van de geladen batterij bij belasting met een stroom, die overeenkomt met de startstroom, te worden gemeten. Deze mag daarbij niet onder 1,6 Volt per cel zakken. Een handig apparaat voor deze meting is de z.g. celtester.

Naladen. Niet gebruikte batterijen ontladen zich vanzelf met ca. 0.2% per dag (oude batterij tot 1%). Platen die zijn ontladen (gesulfateerd), verharden in de loop van de tijd en verliezen hun capaciteit. Daarom dienen loodbatterijen regelmatig om de 2 tot 3 maanden volledig te worden (na)geladen.

Snel-laden
Daar men een batterij met een hoge stroomsterkte, b.v. bij het starten, kan ontladen, kan deze ook met hoge stromen, en dus in een nagenoeg zelfde korte tijd worden geladen. De duur van de snel-lading wordt begrensd door het moment waarop de gasontwikkeling begint. Sterk 'gassen' is schadelijk voor de batterij. Snel-ladingen zijn geen vol-ladingen en kunnen die niet vervangen. Oude (gesulfateerde) batterijen hebben een hogere interne weerstand en kunnen bij snel-lading door warmteontwikkeling worden vernield. Ook nieuwe batterijen dienen niet snel te worden geladen.

Het testen van de batterij en de verbindingen zonder hulpmiddelen (lichttest)
Problemen met de batterij worden vaak ontdekt bij het starten van de motor wanneer deze niet of slechts moeizaam rond draait. Dan is er duidelijk iets aan de hand met het startmotor-circuit. Zet het grote licht aan en start de motor. Hiervoor kunt u even de hulp van iemand inroepen, die terwijl u start even kijkt wat er met dat grote licht gebeurt.

Er zijn vier mogelijkheden:
1. Onder de motorkap klinkt alleen een klik en het licht valt weg
In dit geval is zeer waarschijnlijk een verbinding tussen de accupool en de bijbehorende klem niet goed. U herstelt dat door de klem los te maken en de pool goed schoon te maken. Daarna zet u de klem weer goed vast. Controleer ook even de verbinding van de massakabel, dat is meestal de kabel die van de (-)pool naar de carrosserie loopt.
2. Het licht gaat tijdens het starten op 'halve kracht' branden
De batterij levert dus te weinig stroom, wat betekent dat hij weer opgeladen zal moeten worden. U kunt dat zelf den als u over een 'acculader' beschikt. Is dat niet het geval of ontbreekt daarvoor de tijd, dan zult u anderen moeten vragen om uw auto even aan te duwen of te slepen. Zet de auto daarvoor in de 2e versnelling. Om de batterij weer 'vol' te krijgen zult u met de auto met een wisselstroomdynamo eerst ca. een half uur moeten rijden. Bij een gelijkstroomdynamo duurt dat zelfs enkele uren.
3. Het licht blijft normaal branden en er gebeurt verder niets
Waarschijnlijk is er dan ergens een verbinding los. Kontroleer alle verbindingen in het startmotor-circuit. Lukt het daarmee nog niet om de oorzaak op te sporen, dan is waarschijnlijk de startschakelaar in het contactslot of het startrelais defect.
4. Het licht brandt helemaal niet (ook als u niet start)
In dat geval is de batterij geheel ontladen, waarschijnlijk doordat een stroomverbruiker is blijven aanstaan. Net als bij 2. zal de batterij eerst geladen moeten worden. Heeft de auto een wisselstroomdynamo dan is het mogelijk, dat u de auto in deze toestand van de accu niet meer kunt aanslepen. Starten met behulp van een andere batterij of de batterij eerst enigszins laden is dan de oplossing.

Defekten aan de batterij
Een defekte batterij (b.v. kortsluiting veroorzaakt door slijtage van de separatoren, afgebrokkeld actief materiaal, afgebroken plaatstrips of zonder vloeistof/zuur etc.) kan niet worden gerepareerd en de batterij dient te worden vervangen. Kortsluiting kan worden herkend aan grote verschillen in de dichtheid van het elektroliet per cel (verschil tussen min. en max. dichtheid is groter dan 0.03 kg/l). Als de batterij (intern) slechte verbindingen heeft kan deze meestal nog wel worden geladen en ontladen met kleine stromen, echter de batterij-spanning zakt geheel in elkaar als het voertuig wordt gestart, ook als de batterij volledig is geladen. Als de batterij in goede staat verkeerd maar vaak sterk is ontladen (lage dichtheid van het elektroliet in alle cellen en niet in staat het voertuig te starten) of is overladen (hoog water verbruik) ligt de oorzaak in het elektrisch systeem van het voertuig (defekte dynamo, stroomverbruikers aan terwijl de motor uit is, b.v. door defekte relais, een defekte spanningsregelaar of foute afstelling). Als een ontladen batterij lang niet wordt gebruikt, groeien de PbSO4 kristallen in het actieve materiaal, wat het laden bemoeilijkt. Om de batterij te 'regenereren', moet deze ca. 50 uur worden geladen met een stroom van 1/40 van de nominale capaciteit (Ah).

TIPS batterij
  • batterij schoon houden en overgelopen zuur verwijderen
  • polen en klemmen goed met beschermvet insmeren, zodat geen zuur omhoog kan kruipen
  • alleen gedestilleerd water en zuiver accuzuur gebruiken
  • explosie gevaar bij overladen, dus goed ventileren
  • bij het aansluiten eerst de (+)pool en bij het losnemen eerst de (-)pool, dit voorkomt de kans op kortsluiting tussen de (+)pool en metalen delen van de auto
  • bij werkzaamheden aan de elektrische installatie, massa losnemen

    De bekabeling/startmotor

    Het startcircuit bestaat uit twee paralelle kringen, het ene (dikke kabels/hoge stromen) verbindt de batterij, via de relais-contacten, met de startmotor en het andere (dunnere draden) sluit de kring; batterij, schakelaar(s) en start-relais-spoel. De dikke kabels hebben een diameter van 10-12mm en kunnen stromen tot 250 Ampere verdragen. Deze mogen wel door (nog) dikkere maar nooit door dunnere kabels worden vervangen. Een goede verbinding van de onderdelen in de eerst genoemde (stroom)kring is vitaal, een kleine overgangsweerstand veroorzaakt al een behoorlijk spannings-verlies. Bij 'meten' volgt hierover meer.

    TIPS kabels
  • houdt alle kabelverbindingen schoon en voorkom corrosie (slechte verbindingen corroderen sneller)
  • zorg dat alle verbindingen goed vast zitten, vergeet niet de z.g. massastrips tussen batterij, chassis/carrosserie en motor
  • let op geknikte kabelogen en gebroken kabelklemmen, zwakke plekken zijn gevoelig voor beschadiging door trillingen van de dieselmotor
  • als de dunne draad aan de startmotor door warmte is gesmolten, dan duidt dit meestal op een slechte verbinding in de dikke kabel

    De startmotor:
    De startmotor wordt via tandwielen met de motor gekoppeld. Als de motor aanslaat, wordt de verbinding automatisch verbroken, anders zou de startmotor door de motor worden aangedreven en deze vernielen. Als startmotor worden bijna uitsluitend gelijkstroom-serie-motoren gebruikt, hierbij zijn de anker- en veldwikkelingen in serie geschakeld en er loopt derhalve dezelfde stroom door. De stroomsterkte en daarmee het draai-moment zijn bij dit type elektro-motor het grootst bij het gaan draaien, dus zeer geschikt voor dit doel. Door de tandwiel-overbrenging (ronsel-tandkrans) wordt dit draai-moment nog eens flink vergroot.


    1. contactslot/startschakelaar
    2. relais, met E-(aantrek) en H-(houd) spoelwikkelingen
    3. veldwikkeling
    4. inschakelhefboom
    5. starter(tand)krans
    6. ronsel met vrijloopkoppeling
    7. schroefvormige spiebaan
    8. anker
    9. batterij

    ( 30 en 50 zijn genormeerde aansluitpen-nummers )

    Deze afbeelding toont de meest voorkomende bouwwijze van startmotor met startrelais.