Elektrische Anlagen

Elektrische Anlagen
Der richtige Umgang mit Strom im Fahrzeug
Die allermeisten Ausfälle bei Fahrzeugen oder Zusatzausstattung beruhen auf Fehler in der
elektrischen Anlage. Wenn das Fahrzeug selbst um- oder ausgebaut wird, sollten einige Dinge
beachtet werden, um bei einer eventuellen Fehlersuche nicht Stunden damit zu verbringen.
Während beim Fahrzeugausbau auf der mechanischen Seite meist viel Aufmerksamkeit
gewidmet wird, findet die Elektrik häufig weniger Beachtung. Kabel werden querfeldein
durchs Fahrzeug verlegt, ein falscher Querschnitt gewählt und mit Lüsterklemmen verbunden.
Tipps : Es sollte immer ein Schaltplan angefertigt werden, da nach einigen
Tagen keiner mehr nachvollziehen kann, wohin die einzelnen Leitungen führen. Damit erspart
man sich später langwierige Suchaktionen. Sinnvollerweise setzt dies natürlich voraus, dass
mit verschiedenen Kabelfarben gearbeitet wird. Nicht sinnvoll ist es, eine Kabelrolle zu
besorgen und das ganze Fahrzeug mit Kabeln der gleichen Farbe zu versehen. Bei einem
auftretenden Fehler in der Anlage können einzelne Kabel nicht mehr zugeordnet werden und
schlimmstenfalls muss jedes einzelne Kabel mit einem Durchgangsprüfer lokalisiert werden.
Wichtig ist auch der Querschnitt der verlegten Leitungen. Fließt zu viel Strom über ein zu
dünnes Kabel, so wird dieses heiß, und es kann im schlimmsten Fall zu einem Kabelbrand
oder auch zu einer Fehlfunktion kommen.
Bei einer Leitungslänge von 3 m sind für 12 V-Anlagen min. folgende Querschnitte
erforderlich:
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bis 30W (2,5 A) 0,75 mm
bis 80W (5 A) 1,5 mm
bis 100 W (8,3 A) 2,5 mm
bis 150W (12,5 A) 4 mm
Ist die Leitung dagegen länger als drei Meter, muss der jeweils nächstgrößere
Kabelquerschnitt gewählt werden. Diese Angaben gelten aber nicht für motorische
Verbraucher. Der Anlaufstrom bei motorische Verbrauchern kann sehr hoch sein. Würde etwa
die Versorgungsleitung eines Kompressorkühlschrankes zu schwach dimensioniert, bricht
durch den hohen Anlaufstrom kurzzeitig die Spannung am Aggregat zusammen. Das erkennt
eine leere Batterie und schaltet die Anlage vom Netz, obwohl noch genügend Strom in der
Batterie zur Verfügung steht. Am besten beachtet man hierzu jeweils die Herstellerangaben.
Damit die Kabel sich nicht kreuz und quer durchs Fahrzeug ziehen, bieten sich Kabelkanäle
an, die für wenig Geld in jedem Baumarkt angeboten werden.
Fahrzeug Batterie
Das Problem bei Fahrzeugen ist, dass die Lichtmaschine die Batterie nur bei laufendem Motor
lädt. Wird der Batterie während eines längeren Stillstandes zu viel Strom entnommen, steht
dieser nicht mehr genügend Strom für den Anlasser zu Verfügung. Die Lösung des Problems
ist der Einbau einer zweiten Batterie. Diese Bordbatterie sollte so geschaltet sein, dass sie
über den Fahrzeuggenerator während der Fahrt mitgeladen wird, bei abgestelltem Motor aber
von der Fahrzeugbatterie automatisch getrennt wird. Mit den Standverbrauchern wie
Kühlbox, Licht, Radio usw. wird dann immer nur die Bordbatterie beansprucht.
Je nach Größe der Bordbatterie und verbrauchter Strommenge, wir die Batterie einer hohen
zyklischen Belastung ausgesetzt. Normale Starterbatterien sind für den Zyklenbetrieb nicht
ausgelegt und verlieren dabei aufgrund ihres inneren Aufbaus sehr schnell ihre ursprüngliche
Speicherkapazität. Wenn die Bordbatterie hohen Lade- und Entladezyklen ausgesetzt ist,
sollte auf jeden Fall ein zyklenfester Akku gewählt werden.
Achtung: Auch zyklenfeste Batterien sollten nie ganz entladen werden, da dadurch die
Alterung der Batterie erheblich beschleunigt wird und die Speicherkapazität sehr schnell
absinkt. Es ist daher auf jeden Fall anzuraten, immer einen Unterspannungsschutz zwischen
Verbraucher und Batterie zu schalten, der die angeschlossenen Verbraucher (insbesondere die
Kompressor Kühlbox) rechtzeitig abschaltet.
Die wichtigsten Regeln für ein langes Batterieleben:
- An die vom Hersteller empfohlenen temperaturabhängigen Vorgehensweisen halten
- Verringerung der durchschnittlichen Entladetiefe
- Destilliertes Wasser bei Bedarf nachzufüllen, richtige Wartung
- Die Batterie bei hohen Temperaturen kühl zu halten
- Reduktion der Anzahl der Entlade-/Ladezylken
- Regelmäßiges Ausgleichsladen bei Naßbatterien
Die Größe Ihrer Bordbatterie richtet sich nach der Menge des Stroms, der in Phasen ohne
Lademöglichkeit entnommen werden soll. Wenn Sie also zwei Tage lang autark und ohne
Einsatz von Solartechnik oder Stromerzeugern Ihre Kompressorkühlbox betreiben wollen,
muss die Batterie logischerweise eine größere Speicherkapazität haben, als wenn Sie
nachladen können oder jeden Tag ein größeres Stück fahren. Die Speicherkapazität ist auf der
Batterie in Ah angegeben; dabei ist aber zu bedenken, dass maximal 80% der Leistung
entnommen werden kann. Bei einer 100 Ah-Batterie stehen also tatsächlich nur 80 Ah zur
Verfügung, bevor nachgeladen werden muss..
Faustregel zur Ermittlung der optimalen Batteriekapazität gilt: Strombedarf in Ah pro
Tag x 4
Wird die zusätzliche Batterie/n im Innenraum verbaut, sollte darauf geachtet werden, dass die
Entlüftung der Batterie mit einem Schlauchanschluss nach außen gelegt werden kann.
Ansonsten sind Geruchsbelästigungen oder auch Schäden durch Säuredämpfe in der Nähe der
Batterie nicht auszuschließen. Im Handel sind Entlüfter mit Schlauchanschluss zu erwerben,
die anstelle der Verschraubung eingesetzt und mit einer Schlauchleitung versehen werden.
Diese zusätzlichen Ausgaben können Sie sich allerdings sparen, wenn Sie sich gleich beim
Kauf für eine Batterie mit Entgasungsableitung entscheiden. Auch hier ist zu bedenken, dass
je weiter die Zusatzbatterie von der Lichtmaschine entfernt ist, der Kabeldurchmesser um so
größer ausfallen muss, um den Stromverlust auszugleichen.
Tipp: Batterien sollten immer vollständig geladen sein. Sie mögen es nicht schnell entladen
zu werden. Überhaupt mögen Batterien es nicht, wenn mehr als 50% ihrer Kapazität
entnommen werden. Das heisst, sobald einer Batterie Energie entnommen wird, sollte diese
so schnell wie möglich wieder aufgeladen werden. Die Batterien danken es mit einem
längeren Leben.
Batterietrennung
Damit im Stand wirklich nur aus der Bordbatterie Strom entnommen werden kann, muss eine
Trennung beider Batterien erfolgen. Am einfachsten ist dies möglich, indem man die Akkus
durch einen Schalter mechanisch trennt. Dies hat aber den Nachteil, dass das Umstellen leicht
vergessen werden kann und dann entweder doch beide Batterien entladen werden, oder aber
die Bordbatterie nicht aufgeladen wird.
Neben der mechanischen Trennung der Zusatzbatterie eignen sich folgende Methoden:
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Trennung mittels Batterieschalter
Trennung mittels Trenndioden
Trennung mittels Kfz-Relais
Trennung mittels Batterietrennrelais
Die Trennung mittels Batterieschalter ist eine vom Schaltungsaufwand sehr triviale
Methode. Allerdings ist das Überwachen der Betriebszustände und das damit verbundene Einund Ausschalten des Schalters für den Fahrer eine erhebliche Mehrbelastung.
Bei der Trennung mittels Trenndioden werden die beiden Batterien über spezielle
Schottky-Dioden aufgeladen. Allerdings ist hierbei zum Ausgleich der Schwellenspannung
(0,6 Volt) eine spezielle Steuerelektronik erforderlich. Außerdem muss in einigen Fällen ein
anderer Lichtmaschinenregler eingebaut werden. Diese Methode ist aufgrund der Elektronik
sehr kostspielig.
Bei der Trennung mittels Leistungsrelais mit der Spule an den Zündanlassschalter
angeschlossen und die beiden Batterien werden über den Schließerkontakt miteinander
verbunden. Als Batterietrennrelais werden sogenannte Leistungsrelais verwendet. Das sind
Relais mit Kontakten, die je nach Bauart Ströme zwischen 60 Ampere bis zu 250 Ampere
sicher schalten können. Das Relais sollte in der Nähe der Batterien eingebaut werden.
Handelsübliche KFZ- Relais mit geringeren Schalt- Nennströmen (z. B. 30 Ampere) sind für
diese Zwecke ungeeignet. Damit die Relais nicht während des Startvorganges eingeschaltet
werden, müssen diese Relais mittels einer Verriegelungsschaltung gegen den Anlasser
verriegelt werden. Zusätzlich empfiehlt sich der Einbau eines Schalters um das Relais ab der
Vollbelastung des Bordnetzes wieder auszuschalten.
Bei anderen Schaltungen zur Trennung mittels Batterietrennrelais werden spezielle Relais die
extra für die Batterietrennung entwickelt wurden eingebaut. Die Relais besitzen
Schaltkontakte, die einen höheren Strom schalten können. Außerdem werden sie anders
geschaltet und besitzen in der Regel eine so genannte Schutzbeschaltung um die empfindliche
Bordelektronik zu schützen. Der Einbau von Batterietrennrelais löst aber nicht die Probleme
von zu hohem Stromverbrauch der Bordnetze. Lichtmaschinenleistung und Batteriekapazität
müssen aufeinander angepasst werden. Bei zu großer Batteriekapazität ist eine zu schwach
dimensionierte Lichtmaschine überfordert und die Batterien werden unter Umständen nicht
voll geladen.
Für eine automatische Batterietrennung sorgt ein sogenanntes Batterietrennrelais. Bei der
Auswahl sollten Sie aber mit etwas Vorsicht einkaufen, da im Fachhandel auch einige Relais
kursieren, die als Trennrelais ungeeignet sind. Dazu zählen beispielsweise solche, die den
Ladestrom über Flachstecker leiten. Diese können leicht abrutschen und damit ist ein
Kurzschluß vorprogrammiert. Im besten Fall kommt es dann “nur” zum Kabelbrand, da je
nach Generator der volle Ladestrom ungesichert fließt. Wählen Sie deshalb nur Relais mit
geschraubten Ladeanschlüssen.
Trennrelais werden mit unterschiedlichen Anschlussvarianten angeboten; geeignet sind hier
aber nur die mit Ansteuerung über den Fahrzeuggenerator (D+). Hierbei sind beide Batterien
solange parallel geschaltet und werden geladen, bis der Fahrzeuggenerator stillsteht, das
Trennrelais abfällt und beide Akkus voneinander trennt.
Bei elektronischen Batterietrennrelais ist die Verschaltung wesentlich einfacher. Die
Relaisspule wird zwischen Zündanlassschalter (Kontakt-Zündung) und Fahrzeugmasse
geschaltet. Der Relaiskontakt wird zwischen beide Batteriepluspole geschaltet. Das Relais ist
mit einer Elektronik ausgestattet, die die Höhe der Bordnetzspannung überwacht und das
Relais dementsprechend schaltet. Die Relais schalten bei erreichen einer bestimmten
Spannung, der so genannten Zuschaltschwelle, das Relais an und bei erreichen der so
genannten Abschaltschwelle das Relais aus. Die Werte sind je nach Hersteller leicht
unterschiedlich.
Bei 12-Volt-Batterietrennrelais liegt die:
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Zuschaltschwelle zwischen 13,4 und 13,6 Volt
Abschaltschwelle zwischen 12,7 und 12,6 Volt.
Oft wird auch angepriesen, beide Batterien schon beim Einschalten der Zündung
zusammenzuschalten. Hiervon ist unbedingt abzuraten, denn es kann passieren, dass bei
entladener Starterbatterie (innerer Kurzschluss) oder während mehrerer vergeblicher
Startversuche der gesamte Starterstrom über die Verbindungsleitung und das Trennrelais
fließt. Dabei wird nicht nur das Relais zerstört, sondern es kann auch zum Kabelbrand
kommen. Diese Methode ist also nur sinnvoll, wenn während des Startens die Verbindung
zum Relais unterbrochen ist.
Unterspannungsschutz Abschaltung
Bei dieser Möglichkeit entfällt das Trennrelais. Starter und Bordbatterie sind parallel
geschaltet und werden immer gleichmäßig be- und entladen. Restkapazität zum Starten
gewährleistet ein Unterspannungsschutz, der beim unterschreiten einer gewissen Spannung
die Verbraucher vom Netz trennt. Nachteil dieser Methode ist, dass entweder alle
Verbraucher über den Abschaltschutz laufen und dann eben irgendwann überhaupt nichts
mehr geht, oder man den Schutz teilweise umgeht, um z.B. wenigstens noch Licht machen zu
können, wobei dann aber wieder beide Batterien entladen werden. Da bei dieser
Anschlussvariante auch nur Starterbatterien verwendet werden können, würde ich von dieser
Art der Schaltung ganz abraten.