Fahrzeugelektrik, die Grundlagen

Nicht nur beim Selbstbau von Reisefahrzeugen kommt man unweigerlich mit den Tücken der Bordelektrik in Kontakt, auch bei Ergänzungen an von Profis aufgebauten Fahrzeugen gibt es ein erhebliches Fehlerpotential, dass man tunlichst vermeiden sollte.

Um nicht von "seltsamen Effekten" überrascht zu werden, sind ein paar grundlegende Kenntnisse der Fahrzeugelektrik von nöten. Nur keine Angst, es tönt komplizierter als es wirklich ist!

Der Stromkreis

Wenn Du an deinem Auto die Lichter einschaltest, dann bringt deine Tätigkeit einen elektrischen Strom zum Fliessen. Schauen wir uns die folgende Zeichnung an:

 Kaum schliesst du den Schalter beginnt die Lampe zu leuchten. Damit sie aber leuchten kann muss ein Strom fliessen, das sind  diese Ampere oder technisch ausgedrückt I.

Die Lampe ist mit einem elektrischen Wiederstand zu vergleichen, also ein "Ding" das dem Strom einen Wiederstand entgegen setzt und so seinen Fluss hemmt. Technisch wird dies als R bezeichnet. Der Strom der durch dieses Hindernis hindurch fliesst, wird in Wärme umgesetzt. Bei der Glühbirne wird gleich so viel Wärme erzeugt, dass der Glühfaden in der Birne zu glühen beginnt.

Je grösser der Wiederstand ist, desto weniger Elektronen lässt er passieren, je kleiner er ist, desto mehr "passen durch".

Wenn wir nun, wie auf dieser Zeichnung, eine zweite baugleiche Lampe neben die erste setzen, (man nennt dies Parallel) dann halbieren wir den Wiederstand. Zwar fliesst immer noch gleich viel Strom durch die einzelne Lampe, aber da wir nun zwei davon nebeneinander setzen fliesst durch jede dieser Lampen der selbe Strom. Leitung und Schalter an der Batterie müssen also den doppelten Strom übertragen. Allerdings "merkt" weder Schalter noch Leitung WESHALB nun der doppelte Strom fliesst, aber er "merkt" DAS der doppelte Strom fliesst.

Parallelschaltung ist in der Fahrzeugelektrik gang und gäbe. Beispiel, die Blinkerbirnen einer jeden Seite, das Radio mit dem Zigarettenanzünder und der Innenbeleuchtung, die Fahrzeug- mit der Aufbaubatterie sind parallel angeschlossen.

Für den technisch interessierten: Der Gesammtwiederstand von parallelgeschalteten Wiederständen lässt sich nach folgender Formel errechnen: 

R tot=  R1  *  R2

            R1 + R2 

Diese Formel muss man sich nicht merken, aber das der Gesammtwiederstand immer kleiner als der kleinste Einzelwiederstand ist kann man sich leicht merken.

Nun setzen wir die zweite Lampe nicht neben, sondern hinter die erste Lampe (man nennt dies in Serie) und verdoppeln so R, also den Wiederstand der dem Strom entgegen steht. Dadurch fliesst nur noch der halbe Strom. Serienschaltungen sind in der Fahrzeugelektrik nicht häufig, meist werden sie für Vorwiederstände für Kontrolllampen oder Sensoren verwendet. 

Für den technisch interessierten: In Serie geschaltete Wiederstände adieren sich. 

Wir sehen, bei dem ganzen ist eine "Logik" dahinter: 

Je kleiner der Widerstand → desto grösser der Strom

Je grösser die Spannung → desto grösser der Strom 

Diese Vorgänge können wir messen, oder auch ausrechnen und so kommen wir zur Grundlage Nummer eins und die erste Regel die jeder Elektriker oder Elektroniker verinnerlichen muss:  

Das Ohmsche Gesetz 

U=R*I 

U bedeutet die Spannung in Volt, benannt nach deren Entdecker Alessandro Volta

R ist der Wiederstand in Ohm, die Bezeichnung der Einheit stammt von dessen Finder Georg Simon Ohm

I ist der Strom in Ampere, ebenfalls nach seinem Finder Andrè Marie Ampère benannt.

Bei der Fahrzeugelektrik ist die Bordspannung U immer etwa die gleiche, nämlich 12 - oder 24 Volt. Der Wiederstand R ist vom Bauteil vorgegeben. Für uns interessant aber ist der Strom, also I. 

Wir  können diese Formel für unseren Gebrauch also umstellen.

I=U/R

Die Spannung geteilt durch den Wiederstand des Bauteils ergibt den durchfliessenden Strom. Es gibt keine weiteren Faktoren, die den Stromfluss beinflussen !

Die Lichtmaschine (Alternator)

Die Lichtmaschine (LiMa) wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um, wobei die erforderliche mechanische Leistung annähernd proportional zur abgegebenen elektrischen Leistung ist.

Die Spannung der Lichtmaschine würde bei konstanter Magnetfeldstärke stark mit der Drehzahl und der angeschlossenen Last schwanken. Um die Spannung zu regeln, wird bei elektrisch erregten Lichtmaschinen die Erreger-Magnetfeldstärke verändert. Als Steuerung dient ein elektronischer Regler. Dieser vergleicht die Spannung im Bordnetz mit einer vorgegebenen Spannung und steuert den Magnetisierungsstrom so, dass die maximale Bordspannung nicht überschritten wird. Bei den neueren BREMACH und IVECO beträgt die maximale Bordspannung etwa 14.5 Volt.

Ein Generator, wie z.B. unsere Lichtmaschine, besteht aus zwei Komponenten. Den Stator, der ein Magnetfeld erzeugt und den Rotor, der sich in diesem Magnetfeld dreht. Wir kennen dies von den früheren Fahrraddynamos, wo sich ein mit Kupferdraht umwickelter Eisenkern zwischen zwei Magneten dreht. Moderne Lichtmaschinen haben allerdings als Stator keinen Permanentmagneten, sondern sie verfügen über eine Wicklung, durch die ein Strom fliesst. Die Magnetfeldstärke hängt proporzional vom Stromfluss durch diese Wicklung ab. Dies macht man sich zu nutze, indem man diesen Strom in kurzen Abständen ein- und ausschaltet (bzw. die Stromstärke über einen Thyristor regelt, wie bei einem Dimmer für Lampen) und damit die Stärke des Magnetfeldes und somit die Spannung regelt. Damit dieses System funktioniert, braucht es aber einen mindeststromfluss an der Ausgangsseite des Generators (der LiMa), da sonst die Spannung sehr hoch werden würde. Bei der Fahrzeugelektrik übernimmt die Fahrzeugbatterie diese Funktion.

Da der Stator (also das Teil, dass das Magnetfeld erzeugt) Strom braucht, erklärt dies auch weshalb eine Lichtmaschine ohne- oder mit defekter (toter) Batterie keinen Strom liefern kann.

Wichtig: Niemals die Batterie bei laufendem Motor abhängen. Die Batterie übernimmt u.a. die Funktion eines "Puffers und Abschlusswiederstand". Ohne würde die Bordspannung stark ansteigen, sie kann bis gegen 100 Volt erreichen!

Das einzige Feedback, dass der LiMa-Regler kriegt ist die Bordspannung. Wie der Strom, den er liefert verbraucht wird, ob z.B. 30 Ampere in die Beleuchtung oder als Ladestrom in die Batterie gehen, weiss er nicht!

Seine einzige Aufgabe ist, keine höhere Spannung als 14.x Volt entstehen zu lassen! Dies ist auch gleich die maximale Ladespannung der Bordbatterie, wäre die Spannung grösser, würde die Batterie (deren Innenwiederstand einen Maximalwert nicht überschreiten kann) den Strom bloss in Wärme umsetzen und zu "Kochen" beginnen anstatt speichern. Gleichzeitig würde das Licht heller (der Wiederstand R bleibt ja gleich), Elektromotoren schneller drehen (Vorförderpumpe, ABS) und wiederstandsbasierende Sensoren falsche Werte liefern.

Die Bezeichnung Laderegler stammt noch aus der Zeit, wo der grösste Stromverbraucher im Bordnetz die Fahrzeugbatterie war. Heute liegt die Hauptaufgabe darin, die Bordspannung konstant zu halten und die Bezeichnung Spannungsregler setzt sich immer mehr durch. Die Elektronik im Regler ist simpel, im Prinzip eine Zennerdiode die Thyristoren ansteuert. Da mit dem Erregerstrom nur wenig Leistung geregelt werden muss, sind Schäden an Lichtmaschinen und Reglern recht selten.

Seit dem Aufkommen der Pulsweitenmodulation zieht allerdings auch da eine hochstehende Computerisierung ein und die Integration in das Fahrzeugmanagement wird immer komplexer. Damit hat sich auch die einstige "Einfachheit" von Regler und Lichtmaschinen verabschiedet. Die Auswirkungen auf die Nutzung im täglichen Berufseinsatz (oder Fernreisebetrieb) unter erschwerten Bedingungen sind nicht nur positiv. Zum Glück trifft man diese Systeme erst bei einigen PKW an.

Auch ohne Lichtmaschine ist ein Fahrzeug für ein paar Stunden zu betreiben. Ist man in der Gruppe unterwegs, kann man mit "Batterie-sharing" gar tagelange unterwegs sein. Das Mitführen einer Lichtmaschine als Ersatzteil ist also auch für Fernreisen unnötig.

Die Ladespannung der Batterie, bzw. die Bordspannung des Fahrzeugs hat sich über die Jahre von etwa 13,8 V über 14,2 V auf bis zu 14,7 V geändert. Die Hersteller von Fahrzeugbatterien haben versucht mit dieser Entwicklung schritt zu halten.

Verkäufer von Ladeboostern erzählen gerne, dass wenn man eine fast-volle und eine leere Batterie parallel verschaltet, der Laderegler aufhöre zu Laden, sobald die eine der beiden Batterien voll sei. Technisch ist dies völliger Unsinn und zeigt bloss den mangelnden Sachverstand des Verkäufers! Denn eine Batterie die geladen wird, verhält sich wie ein Wiederstand und bei Parallelschaltung... siehe oben. 

Die Batterie

Bild von WAECO 

Die wichtigste Funktion (zeitlich gesehen) der Fahrzeugbatterie ist das Puffern der Bordstromversorgung. Wir stehen im Stau, die Fahrzeugbeleuchtung ist an, der Lüfter, die Klimaanlage (oder Sitzheizung), Scheibenwischer usw. Die LiMa liefert im Standgas deutlich weniger Strom als bei höherer Drehzahl (im Standgas meist nur 1/3 der Maximalleistung) und so bezieht das Fahrzeug, trotz laufendem Motor, einen Teil seines Stromverbrauchs aus der Batterie. Je moderner das Fahrzeug, je "kompletter die Komplettausstattung" desto höher ist auch der Stromverbrauch. Bei Kurzstreckennutzung und stop-and-go Verkehr wird also immer etwas mehr Strom verbraucht als produziert, die Batterie ist nie voll geladen und so sind defekte Fahrzeugbatterien die absoluten Leader der Pannenstatistik.

Der Stromverbrauch eines Startvorganges ist daneben marginal. Zwar fliesst beim Anlassen ein erheblicher Strom (bis ca. 200 Ampere) aber dieser fliesst nur für kurze Zeit. Ein normaler Startvorgang dauert kaum 3 Sekunden. Dabei verbraucht der Anlasser ca. 200mAh (0.2 Ah), etwa gleich viel wie die Fahrzeugbeleuchtung in einer dreiviertel Minute.

Laden- Entladezyklen: Eine Bleibatterie ist ein Sekundärelement, das heisst eine Kombination, die nur dann elektrische Energie abgeben kann, wenn diese vorher hineingeladen wird. Die Bleibatterie enthält eine Kombination verschiedener Stoffe, die durch umkehrbare, elektrochemische Reaktionen elektrische Energie aufnehmen und abgeben können. Nach Ablauf der Reaktion der Energieabgabe (bei der Entladung) kann durch Zuführen neuer Energie von aussen, der Ausgangszustand des Systems FAST wieder in den Ausgangszustand zurück gebracht werden. Aber eben nur fast! Bei jedem Zyklus verlieren die Bleiplatten ein wenig Substanz, die zu Boden sinkt.

Alterung: Beim Entladen bildet sich Bleisulfat an den Bleiplatten, beim Laden wird dies wieder in Blei zurück gewandelt. Bereits dann wenn die Ladespannung entfernt wird, beginnt der Prozess der Sulfatierung. Dabei schliessen sich an der Oberfläche der Elektroden die Bleisulfat-Kristalle zu immer grobkörnigeren Ablagerungen zusammen, was zum einen die aktive Oberfläche der Elektroden verringert und so zu einer schlechteren Reaktionsfähigkeit führt (die Kapazität sinkt). Zum anderen können die gebildeten Bleisulfat-Kristalle durch Erschütterungen von den Elektroden abfallen und am Boden der Zelle eine Schlammschicht bilden.

Das Ende von Fahrzeugbatterien: In Laufe der Nutzung verwandeln sich Bestandteile der Bleiplatten in "Bleischlamm", der sich am Boden der Batterie ansammelt und deren Kapazität verringert. Wenn der Level so hoch geworden ist, dass der Bleischlamm die Unterkante der Elektroden erreicht, kommt es zum Zellenschluss, d.h. die Bleiplatten werden in dieser Zelle kurzgeschlossen, und R sinkt gegen null. Die Spannung der Batterie sinkt um die von dieser Zelle bereit gehaltene Spannung, von 12 Volt auf 10 Volt.

Zyklenfestigkeit

Die Lebensdauer einer Batterie definiert sich im Wesentlichen über die Anzahl der Be- und Entladezyklen. Ein Zyklus ist folgendermassen definiert:

• Das Entladen einer Batterie auf 20% ihrer Kapazität und anschliessendes Wiederaufladen auf 100%. 

• Wird die Batterie nur zu 50% entladen und wieder aufgeladen, ist dies ein halber Zyklus.

• Ein Entladen auf 75% ihrer Kapazität und Wiederaufladen stellt einen viertel Zyklus dar.

Nach Erreichen der genannten Anzahl Zyklen verbleiben immer noch ca. 80% der Batteriekapazität. An dieser Stelle erachten die meisten Batteriehersteller die Batterie als verbraucht, was jedoch nicht bedeutet, dass sie unbedingt ausgetauscht werden muss. Eine 100 Ah Batterie wurde so lediglich zur 80 Ah Batterie.

Normale Autobatterien (Blei-Säure-Nassbatterien) sind auf etwa 80 bis 100 Zyklen ausgelegt. Die in Nutzfahrzeugen verbauten Heavy-Duty-Batterien auf etwa 250 bis 300 Zyklen, Gel- oder AGM-Batterien sind auf ca. 500 bis 700 Zyklen ausgelegt und deep cycle AGM-Batterien schaffen über 1000 Zyklen

Was auf den ersten Blick nach wenig aussieht, ist jedoch in der Praxis mehr als ausreichend. Bezogen auf ein Wohnmobil bedeutet dies: Bei normaler Nutzung (max. 25%) einer gewöhnlichen Blei-Säure-Nassbatterie ist eine Nutzungsdauer von über 400 Reisetagen möglich, bevor die Batterie das Ende ihre theoretischen Lebensdauer (80% ihrer Kapazität) erreicht. 

In der Regel zeigt die Batterie aber schon lange vorher, dass sie sich ihrem Ende nähert, indem die Ladung nicht mehr so lange gehalten wird, ihre Kapazität sinkt. Ist das Fahrzeug nach unüblich kurzer Standzeit nicht mehr zu starten, oder schaltet die Kühlbox wegen Unterspannung schon viel früher als gewohnt ab, ist dies ein untrügliches Zeichen für das nahende Ende der Batterie.

Aufbaubatterien, also Batterien die für den Wohnaufbau verwendet werden, altern wegen ihrer verstärkter Nutzung schneller als baugleiche Batterien, die für das Fahrzeug genutzt werden. Betreibt man zwei baugleiche Batterien für das Fahrzeug und den Aufbau, sollte man sie jährlich untereinander wechseln.

Es ist möglich, durch Absaugen des Bleischlammes die Batterie wieder für eine gewisse Zeit zum Leben zu erwecken. Da aber handelsübliche Blei/Säurebatterien weltweit bei jedem Fahrzeug- oder Baumaschinenmechaniker oder in jedem Baumarkt oder Supermarkt günstig zu kaufen sind, unsere Fahrzeuge meist über zwei  oder mehr Batterien verfügen, ist von dieser  "ungesunden" Lösung abzusehen.

Den Ladezustand von Fahrzeugbatterien kann man mit einem Säureheber, oder  mit hochwertigen, also genauen Spannungsmessgeräten messen. Dabei die Spannung direkt an der Batterie, an den Batterieklemmen messen, nicht z.B. am Zigarettenanzünder oder sonst wo im Fahrzeug.

 Die Verbraucher

"Unheimliche" Verbraucher, die Verbraucher bei Betrieb des Fahrzeugs

Jeder weiss, je mehr Vollausstattung, desto mehr Stromverbrauch. Aber der mit Abstand grösste Stromverbraucher ist das Fahrzeug selber. Hier eine Aufstellung von ein paar Verbrauchern:

• • Ein aktiviertes ABS (also in dem Moment wo es arbeitet) verbraucht um die 40 A

  • Beleuchtung mit getretener Bremse ca. 15 A

  • Klimaanlage (Kompressorkupplung) 12 A

  • Heiz/Kühllüfter 10 A

  • Fensterheber 10 A

Aber auch der Motor selber braucht nicht unerheblich viel Strom:

• • Die Injektoren brauchen etwa 20 A (Drehzahlabhängig)

  • Stellmotoren für AGR und Turbosteuerung ca. 20 A (nur bei Aktivierung)

  • Steuergerät und Sensorik 8 A

  • Lüfterkupplung 4 A (bei Zuschaltung)

  • Treibstoffpumpe 7 A (dauernd)

Das Problem daran, dies sind die Stromverbräuche bei Aktivierung, also nur dann wenn das Bauteil arbeitet. Ausser der Treibstoffpumpe sind dies aber alles Bauteile, die durch die Motorsteuerung geregelt werden und die Zeit die diese Bauteile im normalen Fahrbetrieb Strom verbrauchen (der durchschnittliche Stromverbrauch pro Betriebsstunde) kennt nur der Motorenhersteller.

Aber es gibt eine Faustregel: Der Stromverbrauch der gesamten Fahrzeugausrüstung bei "Normaleinsatz" sollte nicht mehr als 50% der Lichtmaschinenleistung betragen. Dieser "Normaleinsatz" ist von der Industrie vorgegeben, es ist ein Papierberg von mehreren hundert Seiten. Zusätzlich rechnen sich die Motorenhersteller, oder die Besteller der einbaufertigen Motoren, noch einen nutzungsbedingten Mehrverbrauch dazu und danach wird, bei Bedarf, eine grössere LiMa verbaut.

Das Ganze ist für uns als Betreiber der Fahrzeuge nicht wirklich durchschaubar! Wir müssen uns mit den Gegebenheiten abfinden, oder wenn nötig eine stärkere Lichtmaschine verbauen.

Als grober Richtwert für die mit FPT F1C Motoren bestückten Fahrzeuge die mit einer 140 A Lichtmaschine ausgerüstet sind, sollten "etwa" 70 A übrig bleiben! Dies sollte unbedingt beachtet werden, wenn das Fahrzeug mit weiteren Gerätschaften, z.B. zusätzliche Aufbaubatterien, Ladebooster, elektrische Klimaanlagen, Inverter usw.  nachgerüstet wird.

Heimliche Verbraucher, die Verbraucher im Stand

Moderne Fahrzeuge verbrauchen auch Strom, wenn sie nicht genutzt werden. Beim normalen PKW, den man regelmässig braucht sind diese kein grosses Problem. Ganz anders beim Reisefahrzeug, das auch mal ein paar Wochen ungenutzt auf seinen nächsten Einsatz wartet.

Heimliche Stromverbraucher sind:

• • Wegfahrsperre

  • Alarmanlage

  • Tacho

  • Uhr

  • Motorsteuerung

  • Zentralverriegelung

  • Radio

  • Fahrtenschreiber

  • Strommanagement für Wohnaufbaubatterie/en

  • Standheizungssteuerung

  • und ALLES andere, dass nicht mit einem mechanischen Schalter von der Stromversorgung getrennt wird

Die einzelnen Geräte verbrauchen zwar nur sehr wenig Strom, aber alle zusammen, multipliziert mit der Zeit kommt da ganz schön was zusammen.

Um den Stromverbrauch im Verhältnis zur Zeit zu setzen, rechnet man mit Ampere pro Stunde (Ah). Also wenn ich eine Stunde lange 10 Ampere verbrauche, sind dies 10 Ah. Aber auch ein Verbraucher der 20 Ampere in 30 Minuten verbraucht kommt auf diese 10Ah! Dies ist sehr hilfreich um verschiedene Ströme mit verschiedenen Nutzungszeiten zu vergleichen. Diese Einheit wird z.B. bei Batterien als Grössenbezeichnung benutzt.

Der Ruhestrom eines Fahrzeugs von z.B. 100 mAh (=0.1Ah) ergibt einen Tagesverbrauch von 2.4 A (0.1A * 24h). Dies ergibt einen Stromverbrauch pro Woche von 16.8 Ah. Steht das Fahrzeug also einen Monat ungenutzt und ohne angeschlossenes Ladegerät herum, verbrauchen diese heimlichen Verbraucher bereits über 65 Ah (16.8 * 4=67.2) Zwar können wir das Fahrzeug noch Starten, aber wir müssten bereits deutlich über 1 Stunde Fahren um die Batterie wieder voll zu laden. Tun wir dies nicht genügend lange, ist die Batterie nicht 100% geladen und die nächste Ruhezeit verbraucht mehr als wir zugeladen haben. Die Batterie wird von Zyklus zu Zyklus leerer und früher oder später ist das Fahrzeug nicht mehr zu starten.

Als "normaler Ruhestrom" gilt heutzutage ein Stromverbrauch von 50 mA. Eine Fahrzeugbatterie mit 100Ah verträgt diesen Verlust für etwa 50 Tage problemfrei! Das Fahrzeug ist dann zwar noch problemlos zu starten (ausser bei eisiger Kälte) aber "gesund" ist dies nicht für eine Fahrzeugbatterie. Nach einer solchen Entladung sollte sie aber vollständig geladen werden um einer schleichenden Sulfatierung vorzubeugen.

Sehr heimliche Verbraucher, oder allerhand Ungemach

Moderne Fahrzeuge werden von Ingenieuren für ein Höchstmass an Bequemlichkeit optimiert. Das selbe wird auch diversen Geräten "angetan". Dabei schiessen sie so manches mal gehörig über das Ziel hinaus.

Zum Beispiel gehen moderne Fahrzeuge beim betätigen der Zentralverriegelung in den Standby-Mode, sie erwarten ein Einsteigen des Fahrers und Starten des Motors. Das geht so weit, dass übertütelte Fahrzeuge sogar ein Vorglühen des Motors oder im Winter Vorwärmen der Sitzheizung starten, wenn die Zentralverriegelung betätigt wird. Damit der Fahrer nicht die paar Sekunden die ein Vorglühen dauert warten muss und sich auf den vorgewärmten Sitz setzen kann. 

Moderne PKW-Dieselmotore nutzen auch bei Temperaturen über Null die Vorglühanlage beim Start, um Abgaswerte einhalten zu können und die "Lahmheit" von kalten Dieselmotoren auf den ersten Metern zu minimieren.

Durch diese Bequemlichkeiten können sich aber unheilvolle Verknüpfungen ergeben !

Ein Beispiel: Der PKW eines Bekannten litt ständig unter leerer Batterie. Das seltsame daran, nur wenn das Fahrzeug Zuhause abgestellt wurde ?!? Da beim Fahrzeug offensichtlich alles OK war und übernatürliche Kräfte bei der Fahrzeugelektrik  ausgeschlossen werden kann, wurden umfangreiche Messungen zuhause durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass die Wetterstation des Nachbarn "Schuld" an der leeren Batterie hatte. Denn diese sendet auf der selben Frequenz (im 70cm Band) wie der Handsender der Zentralverriegelung. Alle 30 Sekunden sendet der Sensor der Wetterstation seine Daten als Impuls an die Basiseinheit. Dieser wird auch vom Empfänger des PKW empfangen und veranlasste diesen, den gesendeten Code an das Motorsteuergerät weiter zu leiten. Dieses erwachte aus dem Ruhemodus, prüfte den Code, erkannte ihn zwar als ungültig, aber da schon mal wach prüfte das Steuergerät beflissentlich ob z.B. alle Türen und Fenster geschlossen, die Alarmanlage und WFS scharf sind. Nachdem alles OK war, ging die Fahrzeugsteuerung wieder schlafen. 30 Sekunden später sendete der Sensor der Wetterstation wieder einen Impuls, welcher vom Empfänger des PKW empfangen wurde...

Messen des Ruhestromes am modernen Fahrzeug

Früher war das einfach: Batterie abklemmen, Messgerät dazwischen, Batterie anhängen, Messen.

Beim modernen Fahrzeug funktioniert das leider nicht mehr so einfach. Nach einem Stromunterbruch werden erst diverse Aktivitäten durch die Motorsteuerung und die Steuerungen von Zusatzgeräten (z.B. Standheizung, Fahrtenschreiber, Radio) durchgeführt. Dies kann das Messergebnis zum einen erheblich verfälschen, zum anderen das Messgerät überfordern, weil die dabei auftretenden Ströme gross sein können.

Wenn das Fahrzeug mit einem Batterietrennschalter ausgestattet ist, ist die Messung recht einfach.

• • Messgerät anschliessen

  • Trennschalter betätigen

  • Messen

Das Fahrzeug sollte vorher mindestens 10 Minuten (besser 30 Minuten) unangetastet da stehen. Keine Türe öffnen, keine Fernbedienung betätigen, den Handsender weit weg vom Fahrzeug deponieren.

Ohne Trennschalter ist es etwas aufwändiger. Am besten man arbeitet mit einer zweiten Batterie und einem in die Leitung der Hilfsbatterie eingeschleiften Schalter.  

• • die Hilfsbatterie mit geschlossenem Schalter an das Kabel zur Fahrzeugbatterie anschliessen

  • die Fahrzeugbatterie vom Fahrzeug trennen

  • das Messgerät parallel zum Schalter anschliessen

  • den Schalter öffnen und Messen

Ideal für diese Messungen sind Messgeräte mit Aufzeichnungsfunktion. Sie messen über den Messzeitraum den Stromfluss und listen ihn als minimal- durchschnitt- und maximalverbrauch aus. Bei genügend langer Messzeit, kommt man so auch "sehr heimlichen" Verbrauchern auf die Schliche.

Dies ist nur eine ungenaue Schnellmessung (20A Range), aber mein BREMACH (Wildwux) brauchte bei einer Messzeit von 4:38 Min. während 3:59 Min. einen Strom von etwa 40mA aber während 0:39 Min. einen Strom von 180mA. Bei einer einfachen Messung, zeigt es aber bloss die 40mA an. Das "Stromleck" hätte mit einer einfachen Messung nie gefunden werden können. (Schuld war das Radio!)

Der Anlasser

Der Anlasser ist ein simples Teil, dass sich seit seiner Einführung vor 100 Jahren kaum verändert hat.

Heute werden fast ausschliesslich Schub-Schraubentriebanlasser verwendet. Sie haben ein kleines Zahnrad, das Starterritzel, das auf der Starterwelle stufenlos verschiebbar ist. Der Elektromotor des Anlassers ist bei modernen PKW meist ein permanent erregter Elektromotor. Er hat einen Dauermagneten, der am Gehäuse angeklammert oder angeklebt ist. Elektrisch erregte Anlassermotoren, bei denen durch eine Wicklung ein Magnetfeld erzeugt wird, werden heute nur noch bei Anlassern mit hoher Leistung (LKW) eingesetzt, sie sind grösser als permanent erregte.

Bild eines elektrisch erregten Anlassers aus Wikipedia

Ein zerlegter Schub-Schraubtriebanlasser

• 1. Gehäusekappen

  2. Freilauf mit Einspur-Schraubtrieb

  3. Rotor

  4. Wicklung (Stator)

  5. Rotor-Kohlenbürsten

  6. Schiebeanker zum Verschieben der Freilauf-Ritzelkombination (2) und Betätigen des Motorschalter mit integriertem Magnetschalter (rechts vom Schiebeanker)

Das Gehäuse ist nicht auf der Abbildung.

Anlasser haben eine gewisse Störanfälligkeit. Da erhebliche Ströme fliessen, sind sie einer Abnutzung unterworfen. Die meisten Schäden treten an den Magnetschaltern auf, da diese die enormen Ströme schalten müssen. Allerdings lassen sich Anlasser, da recht simpel, von jedem Fahrzeugelektriker revidieren, oder mindestens reparieren. Ein Austausch ist in wenigen Minuten und ohne Einsatz von Spezialwerkzeug zu schaffen. 

Fahrzeuge mit Handschaltung lassen sich durch Anrollen oder Anschleppen starten, die Mitnahme eines Ersatzanlassers ist unnötig. Anders für eine Fernreise mit Fahrzeugen die mit Automatikgetriebe ausgestattet sind. Hier ist die Mitnahme eines Ersatzanlassers durchaus eine Überlegung wert.

Der Anlasser beim FPT F1C hat eine Leistung von 2.5 KW (2500 Watt = 208 Ampere) Allerdings ist dies seine Leistung bei maximaler Einbremsung. Eine grosse Einbremsung ist z.B. dann gegeben, wenn der Motor bei kräftigen Minustemperaturen gestartet werden muss. Aber bei jedem Startvorgang fliesst in den ersten Sekundenbruchteilen ein deutlich grösserer Strom (beinahe Kurzschlusstrom) durch den Anlasser, er kann 400 A betragen. Denn der Motor, auch der Motor des Anlassers "steht", alle Teile müssen erst ihre Anlaufträgheit überwinden (Losbrechmoment). Kaum in Bewegung sinkt dieser Strom erheblich! CCA, der Kaltstartstrom den die Batterie abgeben kann ist die zweite Zahl die bei Starterbatterien angegeben ist. Für den F1C sollte die Batterie einen CCA von mindestens 450 A haben.

Werden Batterien verbaut die keinen genügend hohen Losbrechstrom liefern, oder können diesen hohen Strom wegen Alterung nicht mehr liefern, lässt sich der Motor zwar immer noch starten. Aber die Zeit die der Losbrechstrom fliesst verlängert sich. Es führt zu verstärkter Belastung der Batterie, Anschlüssen und Kabeln, des Magnetschalters, der Wicklung und den Kohlebürsten des Anlassers. Diese Komponenten werden also deutlich früher ausfallen.

Die Verkabelung

Der Kabelquerschnitt (die Dicke von Kabeln) ist hier zu finden KLICK

Beim Verlegen von Kabeln kann man sich schon gleich von Beginn an viele Fehlerquellen einbauen. In der Baumaschinentechnik sind Kabelbrüche, Korrosion an Steckern und Anschlüssen und hohe Übergangswiederstände bei Kabelverbindungen die Fehlerquelle Nummer eins.

Wichtig beim Verlegen von Kabeln: Die Kabel dürfen nicht "hingelegt" werden, sondern sie müssen befestigt werden. In der Baumaschinentechnik gilt als Faustregel, das Kabel bis 8 mm²  alle 5 cm mit geeigneten Mitteln (z.B. Kabelbinder) festgezurrt werden müssen. Sei dies an anderen Kabeln, also zu einem Kabelstrang verbunden (je dicker ein Strang desto Steifer wird er) oder an Befestigungspunkten.

Vibrationen durch das Fahrzeug und das Fahren bewegen Kabel die frei hängen. Biegt man ein Kabel genügend lange hin-und-her verspröden die Kupferdrähte und brechen früher oder später. Meist geschieht dies an Kabelschuhen.

Bei hängender Installationen darf das Gewicht der Kabel nicht an den Steckern und Anschlüssen hängen. Es muss also ein genügend stabiler "Aufhänger" verbaut werden!

Werden Kabel an Befestigungen aus Metall fest gemacht dürfen die Kabel nicht daran scheuern. Über die Zeit kann die Isolation durchgescheuert werden und es resultiert ein Kurzschluss.

Kabelschuhe

Kabelschuhe werde meist aufgequetscht. Das geht schnell und einfach, jeder kann es. Gerade wir fernreisenden sind froh, wenn wir mit wenig und einfachem Werkzeug auskommen können. In der Industrie werden Kabelstränge in Grosserie, maschinell hergestellt und die Kabelschuhe im Roll-Quetschverfahren aufgepresst. Viele Verbindungen können gar nicht mehr anders als aufgepresst montiert werden. Dies hat aber auch Nachteile:

• • Feuchtigkeit dringt entlang der einzelnen Drähten des Kabels in die Verbindung zwischen Kabel und Kabelschuh und führt dort unweigerlich zu Oxidation. Leicht daran zu erkennen, dass sich das Kuper von glänzend-zu-matt verfärbt. Sieht man dann erst noch Grüntöne im Bereich des Kabelschuhes ist die Fehlerquelle meist schon gefunden. Denn damit einher geht eine Verschlechterung der Leitfähigkeit, der Übergangswiederstand steigt

  • Egal wie fest man Quetscht, ein Kabel lässt sich aus dem Kabelschuh heraus reissen

Totalausfall wegen eines weg korrodierter Kabelschuh (Masseleitung zur Fahrzeugsteuerung)

Die andere Möglichkeit wäre es, die Kabelschuhe zu löten. Korrekt ausgeführt ist die Verbindung Kabel-Kabelschuh Bombenfest, man zerreist das Kabel oder reisst den Anschluss ab.

• • Die Verbindung löst sich nicht

  • Es kann kein Wasser eindringen

  • Der Übergangswiederstand ist so gut wie Null

Leider ist Löten erheblich aufwändiger als Quetschen, zum einen muss man es beherrschen und zum anderen die nötige Ausstattung dazu besitzen. Löten dauert dazu deutlich länger als Quetschen.

Dies ist der Grund, weshalb bei hochstehender Elektrik, bei teuren Maschinen und Geräten, Kabelschuhe gelötet werden. Meist im Tauch-Löt-Verfahren. (der auf das Kabel aufgesetzte Kabelschuh wird in ein Zinnbad getaucht) Bei hochstehender Technik sind die Stunden-Kosten für das Auflöten verschwindend im Vergleich zu den Gesamtkosten der Geräte. Der Schaden der eine schlechte Verbindung jedoch anrichten kann, kann enorm sein.

"Nichts ist teurer als eine stehende Maschine!"

Quetschverbinder

Oder "Übergangswiederstand vorprogrammiert" könnte man auch betiteln. Das oben geschriebene gilt auch für Quetschverbinder, sie haben schon nach recht kurzer Zeit einen messbaren Übergangswiederstand. Muss man unterwegs ein Kabel reparieren, sind sie OK. Aber Zuhause sollte man das reparierte Kabel baldmöglichst durch ein neues ersetzen, speziell wenn die Reparaturstelle im freien liegt!