elektrik

In diveren Ausbauer-Foren und -Gruppen wiederholen sich immer wieder die gleichen Fragen; teilweise gebe ich mir viel Mühe mit deren Beantwortung – das hier macht es mir jetzt einfacher, ich fasse zusammen und kann künftig auf den Link verweisen.

Viele Fragen beschäftigen sich mit dem Thema Elektrik; diese Tipps können und sollen nicht die Fachleute ersetzen, die den Einbau vor- oder zumindest abnehmen, sondern eine Orientierung für die Planung darstellen, damit man weiß, was möglich und sinnvoll ist, um dem Ausbauer anschließend konkrete Vorstellungen übermitteln zu können.

Zum Thema Strom oder Gas kann man gerne hier vorher meine Meinung nachlesen.

Strom im Freizeitfahrzeug

Im Campingfahrzeug verwenden wir zwei Arten von Strom:

12V Gleichstrom und 230V Wechselstrom (das Letztere ist das, was auch Zuhause aus der Steckdose kommt). 12V Gleichstrom wird auch vom Basisfahrzeug verwendet; da ist zum Beispiel eine Lichtmaschine verbaut, die (etwas mehr als) 12V liefert, um die Batterie des Fahrzeuges zu laden. Beim Wohn­mobilausbau benötigen wir ein paar Leitungen, um den Fahrzeugstrom in den Ausbau zu bringen und Funktionen zu steuern:

  • zwei Leitungen zur Fahrzeugbatterie eine Leitung zur Klemme 61 des Fahrzeuges (D+) (bei neueren Fahrzeugen ist das etwas an­ders, siehe weiter unten)
  • eine Leitung zur Plusleitung für den eingelegten Rückwärtsgang, falls wir eine Rückfahrka­mera einbauen wollen
  • eine Leitung für das Signal „Handbremse angezogen“, falls ein Radio eingebaut werden soll, das bestimmte Funktionen nur im Stand freigibt

Mit diesen Leitungen, mit denen noch einiges zu tun ist, haben wir 12V im Wohnraum.

Zunächst müssen jedoch auch noch 230V rein.

Beim Anschluss von Wohnfahrzeugen verwendet man nicht die haushaltsüblichen Schuko-Stecker, sondern CEE-Verbindungen, die sind nämlich verpolungssicher. Für das Anschlusskabel zum Fahrzeug ist eine Leitung mit 3 x 2,5 qmm vorschrieben (HO7RN-F).

Dazu muss man wissen, dass 230V mit drei Leitungen herangeführt wird:

  • mit dem Außenleiter (Leiter), braun, auch schwarz, den ich ab jetzt nur noch L nennen wer­den (früher hieß das „Phase“)
  • mit dem Neutralleiter (blau), den ich jetzt nur noch N nennen werde
  • und dem Schutzleiter (PE) (grün/gelb)

Diese Verkabelung wird auch im Wohnmobil so fortgesetzt (ab der Sicherung mit HO7RN-F / 3 x 1,5 qmm); dabei gilt die Regel, dass, wenn man Schalter ins 230V-Netz einbaut, man diese in L einbaut, also

>QUELLE (L) – braun – Schalter -braun – Verbraucher – blau – (N) QUELLE

Wem aufgefallen ist, dass die grün-gelbe Leitung nicht erwähnt wurde: das ist richtig, denn sie ist ein Schutzleiter für den Fall, dass aufgrund irgendwelcher Fehler leitende Teile (metallisch) eines Schalters oder eines Verbraucher doch Kontakt mit dem Leiter bekommen haben und Strom führen. Dieser Schutzleiter wird im Fahrzeug mit der Masse, also einem metallischen, leitenden Karosseriepunkt, verbunden (s. u.).

Jetzt kommt ein Loch ins Fahrzeug.

Hier wird die CEE-Einspeisedose [8] eingebaut und dann verkabelt bis zu einem kombinierten Leitungs­schutzschalter/Fehlerstromschalter [7]; Leitungsschutzschalter ist das, was man zuhause „Sicherung“ nennt, diese ist in erster Linie für den Geräteschutz da, und den Fehlerstromschutzschalter (FI) gibt es zuhause auch; er dient dem Perso­nenschutz.

So ein Leitungsschutzschalter sitzt zuhause im L (braun oder schwarz), und eigentlich würde das auch im Wohnmobil reichen, der CEE-Stecker ist ja verpolungssicher, das heißt, man weiß, wo L ist, aber das setzt Vertrauen in die Installation am Platz voraus, und manchmal muss man auch noch einen Schukostecker verwenden, und dann kann es durchaus sein, dass L und N vertauscht sind. Deshalb nutzt man eine Kombination aus zwei Leitungsschutzschaltern (oder einem zweipolig überwachten Letungsschutzschalter) und FI (RCBO); diese Teile sind fertig zu kau­fen.

Ab jetzt kann erstmal das 230V-Netz verkabelt werden, das immer getrennt von 12V sein muss. Mit dem 230V-Netz kann man im Prinzip alles das betreiben, was zuhause auch an 230V betrieben wer­den kann, und wir können im Wohnmobil natürlich auch Schuko-Steckdosen verbauen [6], damit wir unsere Geräte einstecken können.

Viele Geräte im Wohnmobil sind aber 12V-Geräte (Lampen, Wasserpumpe usw.). Deshalb gibt es eine 12V Batterie für den Wohnraum, und die muss ja irgendwie an Strom kommen, also geladen werden, und dazu können wir jetzt das 230V-Netz verwenden; wir bauen ein Netz-/Ladegerät ein [3] , da gehen an einer Seite 230V rein und am anderen Ende kommen (mehr als) 12V raus. Das, was raus­kommt, kommt an die Batterie.

An dieser Stelle müssen wir uns etwas mit Strom beschäftigen; die 230V sind Wechselstrom, unser 12V-Netz im Fahrzeug ist aber ein Gleichstromnetz, und da gibt es kein L, N und PE. Das Netz-/Lade­gerät weiß und kann das, aber wir sollten es auch wissen.

Das Gleichstromnetz kennt nur eine Plus-Leitung und eine Minus-Leitung, so sind dann auch die Pole an der Batterie gekennzeichnet; man verwendet unterschiedliche Kabelfarben, für Plus zum Beispiel rot und für Minus schwarz, in der späteren Verkabelung, auch am Basisfahrzeug, tauchen auch noch an­dere Farben auf, aber erstmal gehen wir davon aus, dass eine uni-rote Leitung eine Plusleitung ist.

Minus wird auch Masse oder englisch „Ground“ (Erde) (GND) genannt. Wir sprechen hier künftig also von einem Fahrzeug mit „Minus an Masse“ (ganz wenige Exoten haben Plus an Masse).

Masse heißt das auch deshalb, weil alle leitenden Fahrzeugteile, also metallische Teile zum Beispiel des Fahrgestells, mit Minus verbunden sind, oder, um bei der englischen Sprachwahl zu bleiben, an der Fahrzeugmasse „geerdet“ sind (ground), und es gibt einen gewissen Zusammenhang mit der „Erde“ (PE) im 230V-Netz, auf den wir später noch zu sprechen kommen; jedenfalls nehmen wir uns jetzt unsere Installation von oben (den Kasten mit dem CEE-Anschluss) vor. Mithilfe eines grün-gel­ben Kabels verbinden wir nämlich den ankommenden PE mit einem Massepunkt am Fahrzeug. Wenn wir unser Fahrzeug mit einem Toaster zuhause vergleichen, ist das dort genauso: die metallischen Teile sind mit dem Schutzleiter verbunden.

Das Netz-/Ladegerät verbinden wir mit der Batterie – Plus mit Plus und Minus mit Minus; über Siche­rungen reden wir später.

Jetzt wird unsere Batterie geladen, während wir Landstrom haben, aber nicht während der Fahrt.

Auch das ändern wir jetzt; wir ziehen eine Plus-Leitung und eine Minus-Leitung von der Fahrzeugbat­terie zur Bordbatterie, und damit wären die beiden Netze miteinander verbunden, allerdings noch nicht so richtig gut. Erstens möchten wir nicht, dass unser Netz im Aufbau die Fahrzeugbatterie leer zieht und wir nach ein paar Tagen nicht mehr starten können, zweitens wäre es schön, wenn die Starterbatterie irgendwie mit geladen würde, wenn wir Landstrom haben und drittens fällt die Span­nung auf dem Weg von der Starterbatterie [1] (künftig SB) zur Aufbaubatterie [5] (künftig AB) etwas ab (je nach Leitungslänge, beim Wohnwagen ist das schon deutlich merkbar, darum wurden die sogenannten „Ladebooster“ zunächst auch für den Wohnwagenbereich entwickelt). Und schließlich möchten wir im Winter die AB komplett wegschalten können.

Fangen wir mit dem letzteren an: es gibt Trennschalter, die entweder direkt an der Batterieklemme sind oder irgendwo dazwischen gebaut werden. Jetzt kommt wieder ein Exkurs zum Thema Masse: eigentlich könnte man zu jeden 12V-Verbraucher nur eine Plus-Leitung ziehen und den Minuspol des Verbrauchers mit den Fahrzeugmasse (also einem leitenden Teil) verbinden. Das machen wir aber nicht so, sondern ziehen zu jedem Verbraucher je eine Plus- und eine Minusleitung. Die AB hat nur eine Masseverbindung, nämlich die Leitung zur Starterbatterie, und in diese Leitung setzen wir einen Trennschalter, das ist dann auch der einzige Fall, wo ein Schalter in der Masseleitung ist, alle anderen kommen in die Plus-Leitung (ähnlich wie beim 230V Netz in L). Sollte die AB zusätzlich noch eine di­rekte Verbindung zu einem Massepunkt haben, muss diese natürlich in den Trennschalter integriert werden. Hier bieten sich die Trennschalter für die Batterieklemmen geradezu an. Grundsätzlich gilt für Schalter aber

> QUELLE (Batt+) – rot – Schalter – rot – Verbraucher – schwarz – (Batt-/GND/Masse) QUELLE

Die Batterie braucht eine höhere Spannung zum Laden als ihre Nennspannung, und, wie gesagt, die Spannung fällt auf dem Weg von der SB zur AB ab; das Problem regelt ein Ladebooster (die Teile werden landläufig so genannt, eigentlich sind das aber „Step-up-Wandler“), der die Span­nung auf dem Weg von SB zu AB anhebt.

Jetzt kommt vor den Ladebooster noch ein Trennrelais [2], das sorgt dafür, dass nur dann eine Verbin­dung zwischen SB und AB besteht, wenn genug Strom da ist, also der Motor läuft. Dazu nehmen wir das D+-Signal, mit dessen Hilfe erkennt das Relais, dass der Motor läuft, und schaltet die Verbindung zwischen SB und AB durch oder trennt sie.

systematische Darstellung der Stromversorgung (230V grün, 12V orange)

Dieses Trennrelais hat aber einen Nachteil: wenn Landstrom angeschlossen ist, läuft der Motor nicht, die Verbindung zwischen SB und AB ist getrennt, nur die AB wird geladen. Deshalb werfen wir es wie­der raus und nehmen ein Automatik-Relais, das eine kleine Erhaltungsladung zur SB schickt, wenn die AB geladen wird – oder einen Ladebooster, der alle diesen Funktionen schon hat, also als Trennrelais fungiert und die Starterbatterie mit einer Erhaltungsladung versorgt, und bauen diesen an Position [2] ein.

Das tun diese Geräte auch dann, wenn wir zusätzlich die dritte Möglichkeit nehmen, unsere AB zu laden: Solar. Die von den Solarzellen kommenden Leitungen (+ und -) verbinden wir zunächst mit einem Solarreg­ler [4], der dafür sorgt, dass an der AB nicht zu viel Ladestrom ankommt. Diesen Regler verbinden wir dann mit der AB, die jetzt auch mit Solarstrom geladen wird, und wenn davon genug da ist, bekommt auch die SB ihre Erhaltungsladung.

Wir bauen jetzt also unseren Triple-Charger ein (oder natürlich einzelne Geräte, also Netzladegerät, Ladebooster, Solarregler), dabei sind Leitungsquerschnitte zu beachten; wenn die Leitung zu dünn ist, wird sie zu heiß, und irgendwann gibt es Flammen, und Leitungen müssen ab­gesichert werden (am Besten immer in der Nähe der Stromquelle), und die Absicherung muss so sein, dass sie nur den tatsächlich vom jeweiligen Gerät benötigten Strom absichert (sonst ist sie nämlich sinnlos).

Abgesichert werden muss zum Beispiel die + Leitung an der SB zur AB (man setzt Sicherungen, genau wie Schalter (Ausnahme: Trennschalter), in die Plus-Leitung); die Ladegeräte haben meist eine eigene Sicherung (steht in der An­leitung), und in der Nähe unserer AB montieren wir einen Sicherungsverteiler und einen Minus-Ver­teiler. Von da aus verkabeln wir unserer 12V-Verbraucher, je nach Bedarf. Ein Sonderfall hierbei ist der Kühlschrank, der braucht für den 12V-Betrieb eine gesonderte Schaltung, auch dazu später mehr.

Jetzt haben wir in unserem Fahrzeug 230V und 12V, und mindestens 5 Leitungsfarben:

  • L braun (oder schwarz), 230V Außenleiter
  • N blau, 230V Neutralleiter
  • PE grün-gelb, Schutzleiter für 230V, verbunden mit der Fahrzeugmasse
  • rot, 12 V Gleichstrom (plus)
  • schwarz, 12 V Gleichstrom (minus/Masse/GND)

230V und 12V werden getrennt geführt, und man verwendet keine „Kabel zur festen Verlegung“, diese sind zu unflexibel und es besteht die Gefahr des Kabelbruchs durch die ständigen Fahrzeugbewegungen.

Gedanklich (nicht technisch) können wir ab jetzt die Minusleitungen vernachlässigen, wir gehen einfach davon aus, dass der Strom durch die Plusleitung zum Verbraucher fließt; in der Plusleitung ist jedenfalls eine Sicherung und vielleicht ein Schalter, um den Verbraucher aus- und einzuschalten. Vom Verbraucher aus fließt der Strom dann über Minus zurück. Außerdem verkabeln wir so, dass alle „ankommenden Ströme“ in die Batterie (AB) gehen und alle „abfließenden Ströme“ aus dieser heraus.

Damit ist das Thema eigentlich gelöst, im Folgenden geht es um Details.

Ergänzend sollte allerdings noch darauf hingewiesen werden, dass die oben beschriebene Verbindung zwischen Lichtmaschine/Starterbatterie die weitaus häufigste Form ist; es gibt auch andere, allerdings eher selten anzutreffende Lösungen, beispielsweise on der Firma Sterling; bei deren Geräten wird die Lichtmaschine mit dem Gerät verbunden und über dieses dann die Starterbatterie und die Aufbaubatterie geladen. Diese Lösung funktioniert bei Motoren mit intelligenter Lichtmaschinenregelung allerdings nicht.

D+ und D+ active ground

D+ ist eigentlich das Signal, dass der Bordelektrik sagt, „Motor läuft“; ursprünglich und bei älteren Fahrzeugen kommt dieses Signal von der Lichtmaschine (Kl. 61); läuft die Lichtmaschine, liegt auf dieser Klemme und der entsprechenden Leitung 12V+. Die Bordelektronik verwendet dieses Signal, um einem Trennrelais (oder Ladebooster o. ä. ) [2] zu sagen, dass nun zwischen Starterbatterie und Aufbaubatterie eine Verbindung hergestellt werden kann, damit diese, während die Lichtmaschine läuft, mitgeladen wird.

Je nach verbauter Elektrik und Kühlschrank wird dieses Signal zudem genutzt, um den Kühlschrank auf 12V-Betrieb laufen zu lassen. Sinn dieser Schaltung ist es, dass der auf 12V laufende Kühlschrank nicht dann, wenn das Fahrzeug steht (der Motor nicht läuft), die Aufbaubatterie leer zieht.

Bei neueren Fahrzeugen mit intelligenter Lichtmaschinenregelung – je nach Hersteller ab Euro5 oder Euro6 – gibt es dieses Signal in anderer Form, und zwar deshalb, weil die Lichtmaschine nicht mehr ständig mitläuft, während der Motor in Betrieb ist. Das Steuergerät gibt ein Signal aus, das „D+ active ground“ genannt wird, übersetzt heißt das „Masse aktiv“, also: wenn der Motor läuft (egal, ob die Lichtmaschine gerade in Ruhe ist), ist dieses Signal gegen Masse „niedrigohmig“, sonst „hochohmig“. Will man daraus also ein klassisches D+-Signal machen, kommt man an einem Relais nicht vorbei, es sei denn, die Bordelektronik kann schon mit diesem negativen Signal umgehen (zum Beispiel die von Nordelectronica). In den Ausbauervarianten legen die Hersteller der Basisfahrzeuge dieses Signal mit einigen anderen zusammen auf einen gesonderten Stecker, zum Beispiel in die B-Säule des Basisfahrzeuges.

Wechselrichter

Ein Wechselrichter macht aus 12V Gleichstrom 230V Wechselstrom, insbesondere Selbstausbauer halten ihn für unverzichtbar, weil sie Gas scheuen und ihnen auch nicht bekannt ist, dass sehr viele Geräte eben auch über 12V betrieben werden können – häufig genannt werden Handy, Laptop, E-Bike-Akkus.

Zunächst muss man festhalten: der Wechselrichter mag für den Einen oder Anderen unvermeidbar sein, aber es ist die ineffizienteste Form der Energieverwertung. Braucht man trotzdem einen, sollte man darauf achten, dass er eine reine Sinuswelle produziert, ansonsten könnten empfindlichere Gerät schon den Geist aufgeben.

Hat der Wechselrichter nur eine fest verbaute Ausgangssteckdose, ist kein weiterer FI/RCDSchutzschalter erforderlich, weil die galvanische Schutztrennung den Personenschutz sicherstellt.

Will man allerdings hinter dem Wechselrichter ein 230V-Netz betreiben, gibt es hierzu Vorschriften, die in den Ausbauerforen immer wieder diskutiert werden, insbesondere auch deren Sinn, die aber einfach derzeit die „anerkannten Regeln der Technik“ sind; danach ist hinter dem WR für das entstehende gesonderte Netz ein weiterer FI-Schalter zu verbauen und der Neutralleiter dieses Netzes mit der Fahrzeugmasse zu verbinden. Der zu verbauende FI-Schalter muss vom Typ A sein, sofern eine galvanische Trennung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom im Wechselrichter gegeben ist; ist das nicht der Fall, ist ein FI/RCD vom Typ B notwendig.

Will man direkt das ganze 230V-Netz des Fahrzeuges alternativ zum Landstrom mit 230V vom Wechselrichter versorgen (TN-C-Netz), gibt es solche, die bereits eine Netzvorrangschaltung eingebaut haben; die sorgt dafür, dass der Wechselrichter nur dann 230V einspeist, wenn kein Landstrom angeschlossen ist; diese Wechselrichter enthalten oft auch schon die Erdungsbrücke (mit der N auf Masse gelegt wird – s. o.). An dem FI hinter dem WR kommt man allerdings auch bei dieser Installation nicht vorbei.

Letztlich gibt es natürlich auch noch Wechselrichter, die beispielsweise auch noch die Funktion des Netzladegerätes (also Umwandlung von Landstrom in 12V für das Bordnetz) integriert haben; Vorteil solcher Geräte ist, dass alle Schaltungen schon drin sind.