Wer in seinem Auto selber Kabel verlegt und elektrische Geräte anschließt, sollte wissen was der richtige Kabelquerschnitt ist. Ein zu dickes Kabel ist im schlimmsten Fall unnötig, ein zu dünnes kann schlimmstenfalls gefährlich werden. In diesem Ratgeber helfen wir euch weiter.
Das einmal vorweg: Es ist nicht egal, mit welchem Kabel ein elektrischer Verbraucher angeschlossen wird. Von Material, Länge und Kabelquerschnitt hängt ab, ob die volle benötigte Leistung übertragen werden kann oder nicht. Wir beschränken uns dabei auf das Standardmaterial im KFZ-Bereich: mehrdrähtige Kupferleitungen, auch Litzenleitungen genannt. Zum einen sind sie im Fahrzeugbereich vorgeschrieben, zum anderen haben sie Vorteile gegenüber einem massiven Leiterdraht. Sie sind Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen, leicht biegsam und häufiges Biegen macht ihnen nicht so viel aus.
Querschnitt ist nicht gleich Durchmesser
Bei den Angaben zum Kabel müsst ihr genau gucken. Leicht kann der Kabelquerschnitt mit dem Kabeldurchmesser verwechselt werden Der Durchmesser, der hier keine Rolle spielt, ist ein Längenmaß. Der Kabelquerschnitt ist dagegen eine Flächenangabe. Und die Fläche ist für die hier relevanten elektrischen Eigenschaften des Leiters verantwortlich.
Spannung, Strom und Leistung
Klären wir kurz die Zusammenhänge. Im Fahrzeug liegt in den meisten Fällen eine Bordspannung von 12, manchmal auch 24 Volt an. An diese Spannung wird nun ein Verbraucher angeschlossen, der eine bestimmte Leistung hat. Nehmen wir zum Beispiel die H4-Abblendlichter vorne. Jede Birne hat eine Leistung von 55 Watt, insgesamt also 110 Watt. Damit der Verbraucher mit voller Leistung „P“ betrieben werden kann, muss bei gegebener Spannung „U“ ein gewisser Strom „I“ fließen. Durch die Spannung und die Leistung kommen wir zu diesem benötigten Strom.
Es gilt P = U x I also ist I = P / U. Bei zwei Abblendlichtern kommen wir auf 9,1 A (110 Watt / 12 Volt = 9,1 A).
Der Leiter benötigt eine ausreichende Querschnittsfläche, um die geforderte Menge an Strom fließen zu lassen. Das lässt sich gut mit einem Wasserohr vergleichen. Die Spannung ist die Kraft mit der das Wasser hindurchfließt. Der Strom ist die Menge an Wasser, die durchfließt. Je größer die Kraft ist, mit der das Wasser fließt oder je größer der Querschnitt des Rohrs ist, desto mehr Wasser kommt am Ende des Rohrs an. Das besagt ja auch die Formel. Je größer die Spannung „U“ oder der Strom „I“ ist , desto größer wird auch die Leistung „P“.
Die Länge
Jetzt kommt zusätzlich die Länge ins Spiel. Je weiter der Strom durch einen Leiter transportiert werden muss, je mehr Leistung verliert er. Die Spannung nimmt über die Länge des Leiters ab. Zu wenig Spannung kann auch zum Abschalten eines Gerätes führen. Der Effekt wird durch den materialabhängigen Eigenwiderstand hervorgerufen. Das kann wieder mit dem Wasserrohr verglichen werden. Je länger das Rohr ist, desto mehr wird das Wasser abgebremst. Oder andersherum gesagt, um die gleiche Menge Wasser pro Sekunde am Ende zu erhalten, muss das Wasser entweder mit mehr Kraft durch das Rohr gepumpt werden oder der Rohrquerschnitt muss erhöht werden. Auf unser Beispiel umgemünzt, es muss die Spannung oder der Leitungsquerschnitt erhöht werden. Die Spannung ist vorgegeben, also bleibt nur der Querschnitt, um den Verlust durch die Leitungslänge zu reduzieren. Je höher also der Leitungsquerschnitt ist, desto weniger Spannung verlieren wir von der Spannungsquelle bis zum Verbraucher und desto mehr Leistung kommt bei diesem an.
Was passiert bei einem zu kleinen Querschnitt
Während ein zu groß gewählter Leitungsquerschnitt das Kabel nur teurer und unhandlicher macht, hat ein zu klein gewählter Querschnitt handfeste negative Folgen. Im einfachsten Fall bekommt der Verbraucher einfach nicht genug Spannung und läuft mit reduzierter Leistung. Ist die Leistungsaufnahme des Verbrauchers im Verhältnis zum Kabelquerschnitt schon deutlich zu groß, kommt es zu einer spürbaren Erwärmung des Leiters. Der erste negative Effekt dieser Erwärmung ist, dass der Widerstand des Leiters ansteigt und die Leistung noch weiter reduziert. Der zweite negative Effekt ist, dass im schlimmsten Fall die Erwärmung so groß wird, dass die Isolierung schmilzt und einen Kabelbrand auslöst. Das beste Beispiel dafür ist der Kurzschluss, bei dem der Leistungshunger theoretisch unendlich groß ist.
Das kann unter Umständen, den Totalverlust des Fahrzeugs bedeuten. Deshalb müsst ihr die Kabel von ihrem Querschnitt her richtig dimensionieren.
Die Berechnung
Das oberste Ziel ist es, eine betriebssichere Leitung zu verlegen, die sich nicht unzulässig erwärmt. Weitere wichtige Punkte, die hier nicht Thema sind, sind das scheuerfreie Verlegen und sichere Verbindungen. Es gibt eine Reihe von Vorschriften, die aus gutem Grund erstellt worden sind. Beispielsweise dürfen auch 12- oder 24-Volt-Leitungen nicht nebeneinander mit 230-Volt-Leitungen verlegt werden.
Ein Leistungsverlust ist nicht zu vermeiden, aber er sollte sich auf maximal 1 bis 2 Prozent belaufen. Das wären bei 12 Volt maximal 0,24 Volt. Bei der Fahrzeugbeleuchtung die ich während der Fahrt betreibe, wären für mich beispielsweise 2 Prozent akzeptabel. Verbraucher, die ich im Stand über meine Batterie betreibe, sollten aber so effizient wie möglich versorgt werden. Da wären 1 Prozent meine Obergrenze.
Mehr Lichtleistung durch Spannungssteigerung? Vorsicht!
An dieser Stelle noch ein Hinweis zur Steigerung der Helligkeit bei Halogenlampen durch verbessere Kabelsätze. Je mehr Spannung an eine Glühbirne angelegt wird, desto mehr verkürzt sich ihre Lebensdauer. KFZ-Halogenlampen sind für eine Betriebsspannung von 13,2 Volt ausgelegt und getestet. Am Markt werden Kabelsätze angeboten, die weniger Spannungsverlust bieten und so die Spannung an der Glühbirne erhöhen. Eine höhere Spannung bedeutet helleres Licht.
Das hellere Licht wird durch eine Erhöhung der Temperatur des Glühfadens durch die höhere Spannung erzeugt. Und da liegt der Fallstrick. Eine Erhöhung der Spannung um nur 6 Prozent von 13,2 auf 14 Volt, steigert die Lichtausbeute um circa 25 bis 30 Prozent, reduziert aber gleichzeitig die durchschnittliche Lebensdauer um 55 Prozent.
Ich habe das etwas ausführlicher hier beschrieben: Beleuchtung.
Welche Werte zur Berechnung benötigt werden
Wir benötigen zuerst die Spannung „U“. Dann die Leistungsaufnahme „P“ des Gerätes. Daraus errechnen wir den benötigten Strom „I“:
I = P / V
Die Leistung wird in Watt angegeben. Wechselt die Leistungsaufnahme im Betrieb, ist immer der maximal mögliche Wert zu nehmen. Beides lässt sich auf dem Gerät und im Handbuch ablesen. Sollen an einem Kabel mehrere Geräte betrieben werden, so sind alle Leistungswerte zu addieren.
Als nächstes brauchen wir die Länge „L“ des Leiters. Sie und der spezifische Widerstand des Leiters bestimmen wie weit die Spannung über die Länge absinkt. Als spezifischen Widerstand nehmen wir hier den des häufigsten Kabelmaterials Kupfer. Er beträgt 0,0175 Ohm pro mm2 pro 1 Meter. Zuletzt geben wir den akzeptierten Verlust „DF“ an.
Die vollständige Formel zur Berechnung des Kabelquerschnitts „A“ setzt sich nun wie folgt zusammen:
Kabelquerschnitt A = ( I x 0,0175 x L x 2) / (DF x U)
Setzen wir die Werte für unser obiges Beispiel, das Abblendlicht, für ein 1,5 Meter langes Kabel und maximal 2 Prozent (0,02) Verlust ein:
x mm2 = ( 9,1 A x 0,0175 x 1,5 m x 2) / (0,02 x 12 V)
x = 1,99 mm2.
Jetzt muss auf den nächstgrößeren am Markt verfügbaren Kabelquerschnitt aufgerundet werden. In diesem Fall wäres es 2,5 mm2. Hier geht es zu einem Kabelrechner, der einem gleich den verfügbaren Kabelquerschnitt errechnet: Kabelkonfigurator.
Übliche Querschnittsmaße bei Kupferkabeln
Die Kabel sind nicht in jedem x-beliebigen Querschnitt zu erhalten. Die Norm DIN EN 60228 definiert die verfügbaren Kabelquerschnitte. Wie stark Kabel bei gegebenen Querschnitt maximal mit Strom belastet werden dürfen, hängt von weiteren Faktoren ab (Verlegeart, Anzahl Leiter, Temperatur, usw.) ab. Daher finden wir im Internet unterschiedliche Angaben, denn es können immer nur Richtwerte gegeben werden.
Wer sich darüber genau informieren möchte, kann näheres in der DIN VDE 0298-4 finden. Das ist allerdings etwas kompliziert. In der Norm müsst ihr euch von Tabelle zu Tabelle hangeln. Von der Verlegungsart über die Belastbarkeit und Temperatur bis zu dem Umrechnungsfaktoren für die Anzahl der Leiter. Daher habe ich einmal ein paar Kabelquerschnitte in der folgenden Tabelle zusammengestellt, um einen groben Richtwert zu geben. Damit könnt ihr euch schon mal zur richtigen Größenordnung orientieren. Habt ihr es also mit 20 A zu tun, liegt das Kabel irgendwo zwischen 1,5 und 2,5 mm2. Letztendlich solltest du immer der Angabe folgen, die dem jeweiligen Kabel beiliegt.
Maximaler Strom per Kabelquerschnitt (Richtwerte)
| Querschnitt in mm² | Strom in Ampere |
|---|---|
| 0,75 | 12 |
| 1 | 15 |
| 1,5 | 18 |
| 2,5 | 26 |
| 4 | 34 |
| 6 | 44 |
| 10 | 61 |
| 25 | 108 |
| 50 | 168 |
| 70 | 207 |
Absicherung
Ein wesentlicher Sicherheitsfaktor für Mensch und Material ist die Absicherung der Leitung. Wird eine durch die Sicherung bestimmte Stromstärke im Kabel überschritten, brennt die Sicherung durch und verhindert so einen Schaden. Die Sicherung soll so nah wie möglich an der Stromquelle sitzen, damit die abgesicherte Länge des Kabels möglichst groß ist. Das Stück Kabel zwischen Stromquelle und Sicherung ist nicht gesichert. Gerade hier muss auf eine Verlegung geachtet werden, die Beschädigungen der Isolierung ausschließt.
Die Dimensionierung der Sicherung müsst ihr dem Kabelquerschnitt anpassen. Der Nennwert der Sicherung darf maximal die Stromstärke des Kabels betragen. Besser ist es, wenn sie bereits vorher durchbrennt, der maximal zulässige Strom der Sicherung also unter dem des Kabels liegt. Dann ist sichergestellt, dass das Kabel nicht an seine Grenze kommt. Kann ein 1,5 mm2 beispielsweise mit 15,5 A maximal belastet werden, wäre die richtige KFZ-Sicherung eine mit 15 A Nennwert. Eine mit 15,5 A wäre schon sehr nah an der Grenze. KFZ-Sicherungen sind in der Norm DIN 72581 festgelegt.
Falls ihr nur wenig Ahnung von Elektrik habt, dann lasst euch am besten von einer Fachwerkstatt helfen.