Kabel und Verkabelung

Plötzlich ist es passiert: Das Auto springt nicht mehr an oder die Lichter bleiben dunkel. Im ersten Fall liegt der Verdacht nahe, dass etwas mit dem Motor oder dem Vergaser nicht stimmt. Aber das muss nicht sein.

Bei der Restaurierung eines MGA stellte ich fest, dass einige Kupferkabelenden stark korrodiert und brüchig waren. Die Korrosion reichte mehrere Zentimeter unter die Isolierung. Außerdem entdeckte ich einige Steckverbindungen, die einen hohen Übergangswiderstand aufwiesen (wegen der Korrosion/Oxidation). Wissenschaftlich gesehen: Korrosion ist die Zerstörung von Metallen durch Oxidation. Die bekannteste und wirtschaftlich schädlichste Korrosion ist das Rosten von Eisen. Dabei reagiert Eisen mit Sauerstoff und Wasser zu verschiedenen Eisenoxiden und -hydroxiden.

Aufgefallen ist mir auch, dass viele Kabel nachträglich eingezogen wurden. Falsche Farben und Querschnitte sind keine Seltenheit. Interessant war auch der Einbau eines stärkeren Generators, ohne dass die Leitungsquerschnitte angepasst wurden.

Warum der Kabelquerschnitt wichtig ist

Wenn zu viel Strom durch ein zu dünnes Kabel fließt, wird daraus Wärme. Das ist zunächst bis zu einem gewissen Grad völlig in Ordnung. Jeder Leiter (Draht) hat einen Widerstand. Dadurch wird der Strom, der durch den Leiter fließt, zu Wärme. Jeder Widerstand wird warm.

Wenn das Kabel viel zu dünn ist, kann so viel Wärme entstehen, dass die Isolierung schmilzt. Das kann zu Bränden führen. Deshalb ist es zu deiner eigenen Sicherheit wichtig, den richtigen Kabelquerschnitt zu verwenden.

Achtung: Dieser Effekt kann auch auftreten, wenn die Übergänge zwischen zwei Kabeln oder Steckern oder Kabelschuhen etc. schlecht ausgeführt sind. Oft erst nach einiger Zeit. Auch dann sind Brände möglich. Beachten Sie auch das Auftreten von Vibrationen und das Lösen von Gegenständen während der Fahrt.

Besonders wichtig sind auch die Spannungsabfälle bei der relativ kleinen Spannung von z.B. 12 Volt. Je länger eine Leitung ist und je kleiner der Querschnitt des Kabels ist, desto größer ist der Spannungsabfall. Ich will das an einem Beispiel erklären:

Wenn ein zu dünnes Kabel angeschlossen wird und dieses Kabel zu lang ist, kann es sein, dass statt 12 Volt nur noch 10 Volt am Verbraucher ankommen und der Verbraucher unter Umständen nicht mehr funktioniert. Bestimmte Kabellängen im Auto sollten nicht unterschätzt werden.

Man sollte immer flexible Kupferleitungen (Litzen) verwenden. Das ist eigentlich Standard. Aber gerade beim Selbstbau verwenden viele die starren Leitungen aus dem Hausbau. Das ist nicht zu empfehlen.

Sie können durch die Vibrationen beim Fahren brechen. Kaufe immer Leitungen, die für Autos vorgesehen sind. Diese heißen Litzen oder flexible Kabel. Hier besteht der Leiter aus vielen kleinen Drähten.

Kabellänge und Dicke

Halte die Kabel so kurz wie möglich. Das ist der erste Schritt zur Vermeidung von Verlusten. Halte die Kabel dort am kürzesten, wo die größten Ströme fließen oder verwende einen größeren Querschnitt. Also zum Beispiel zwischen Batterie und Regler, zwischen Lichtmaschine und Steuergerät oder auch zu stromfressenden Geräten (wie Zündspule und Scheinwerferlampen).

Ein Kabel kann eigentlich nie „dick“ genug sein, nur zu dünn. Allerdings wiegen dicke Kabel mehr und sind teurer. Eine Berechnung des Kabelquerschnitts ist daher sinnvoll.

Kabelquerschnitt und Kabeldurchmesser

Eine böse Falle, über die man leicht stolpert, ist die Angabe des Durchmessers und nicht des Querschnitts. Ich spreche in meinem Artikel immer vom Querschnitt. Das ist eigentlich auch Standard. Im Automobilbereich wird der Querschnitt üblicherweise in mm2 angegeben. Trotzdem werden Kabel manchmal mit dem Durchmesser statt mit dem Querschnitt gekennzeichnet.

Beides sind unterschiedliche Größen. Der Querschnitt gibt die Fläche eines Leiters an (Flächenmaß), der Durchmesser den Durchmesser (Längenmaß). Gemessen wird der Querschnitt des Kupferleiters ohne Isolierung.

Kupferkabel ist nicht gleich Kupferkabel!
Zunächst kamen die Chinesen auf die Idee, billigere Kabel für die Konsumgüterindustrie herzustellen, indem sie den Kupferanteil ihrer Kabel auf 30 % reduzierten und 70 % Aluminiumlitzen hinzufügten. Einige Oldtimer-Liebhaber berichteten auch, dass ihr Kabel magnetisch oder sogar rostig sei. Daher wurden auch Stahldrähte beigemischt. Da es für diese Kabelmischungen keine Norm gibt, kann es vorkommen, dass die Kabel fast überwiegend aus Aluminium bestehen. Nicht selten weisen diese schon nach kurzer Zeit Oxidationsspuren auf. Bedenkt man, dass bei gleicher Strombelastbarkeit aufgrund des schlechteren elektrischen Leitwertes immer der nächstgrößere Normquerschnitt gewählt werden muss, sind diese Kabel zwar immer noch günstiger, aber meist auch von minderer Qualität. Außerdem „brechen“ Aluminium-/Stahldrähte schneller als Kupferdrähte. Meine Berechnungen gehen immer davon aus, dass hochwertige Seile mit einem hohen Kupferanteil verwendet werden.

Wenn man es ganz genau machen will, dann hilft folgenden Berechnung:

Gegeben ist dabei der materialabhängig Leitungswiderstand (roh) pro Meter von Kupfer. Dieser beträgt etwa 0,0175 Ohm pro mm² pro 1 Meter (Fast reine Kupferleitung). Zuletzt geben wir den akzeptierten Verlust „DF“ an. Dieser sollte bei alten Autos nicht über 2% der Betriebsspannung liegen. 2% entspricht ca. 0,24Volt.

Kabelquerschnitt Q = ( I x 0,0175 x L x 2) / (DF x U)

Länge, Max. Stromstärke und Spannung sind in der Regel bekannt. Leitfähigkeit muss man beim Lieferanten in Erfahrung bringen. Kupferleitungen müssen nicht aus 100% Kupfer bestehen, wie oben schon erwähnt. Besonders bei preisgünstigen Kabeln kann man einen höheren Leitwiderstand feststellen. Den Spannungsabfall kann man messen oder berechnen, wenn man die Leitfähigkeit kennt.

Wir gehen davon aus, dass die Kabelmaterialmischung 50% Kupfer und 50% Alu ist.

Der spezifische Widerstand von Aluminium ist knapp 0,026 Ohm qmm/m (gerundet).

Wir sehen, dass sich der Widerstandwert fast verdoppelt. Somit ergibt sich ein Widerstand (50/50 Mix) von 0,022 Ohm qmm/m. Das ist deutlich höher als bei reinem Kupfer (ca. 0,017), was sich in den Widerstandsberechnungen schnell zeigt. Fazit die Verlustleistung steigt und die Kabel werden wärmer.

Schlimmer wird es, wenn Stahl/Eisen Litzen verwendet werden. Der rho- Wert von Stahl ist zwischen 0,1 und 0,2.

Als Faustregel kann man annehmen, dass bei niederohmigen Verbraucher der Leitungsverlust/Spannungsabfall höher ist. Da Messgeräte bei Spannungsprüfungen hochohmig sind, wird man so den Spannungsabfall nicht wirklich ermitteln können. Beispielsweise ist eine Batterie im entladenen Zustand niederohmig. Der Widerstand nimmt mit zunehmender Ladung zu.

Wer das alle nicht berechnen will, kann auch Erfahrungswerte verwenden. Dabei sollte die Regel gelten. Ab 3 Meter, lieber einen höheren Querschnitt wählen.

Im Automobilbereich sind folgenden Kabelquerschnitte gut erhältlich und man kommt damit gut zurecht:

0,5 qmm; 0,75 qmm, 1qmm, 1,5qmm, 2,5qmm, 4qmm, 6qmm und 10qmm; qmm = Quadratmillimeter.

Als Werkzeug sollte man immer ein Kontaktspray bereithalten sowie passenden Quetschzangen für die Steckverbindung am Ende des Kabels. Bitte sparen Sie hier nicht. Billige Quetschzangen sorgen zwar für einen Kontakt, aber die Zugfestigkeit ist i.d.R. sehr mangelhaft, so meine Erfahrung.

Gehen wir von Leitungen unter 2 Meter aus und einem hochwertigen Kabel.

Leitung min. qmm	Für Stromstärke (A) bis zu
0,5	< 1
0,75	4
1	6
1,25 – üblicherweise nicht erhältlich	7
1,5	8
2 – üblicherweise nicht erhältlich	12
2,5	16
4	25
6	30
10	42

Bei Leitungen über 2 Meter verwenden ich stets den nächst höheren qmm einer Leitung (z.B. max. 12A Stromstärke = 2,5 qmm Leitung). Safety fast (first).

Auch die Dauer der Belastung spielt eine Rolle. Kurzfristig darf man den Querschnitt unterschreiten. Bei kurzen Belastungen gilt pro qmm bis zu 10-15 A. Als Beispiel möchte ich den Starter (Elektromotor) nennen. Meist wird ein 25qmm Kabel von der Batterie zum Starter über einen Schalter verwendet. Ein Anlasser „zieht“ gerne über 200 A. Eine leere Batterie „zieht“ anfänglich ebenso viel Strom. Sparen Sie als bei solchen Verbrauchern nicht am Kabel.

Die Haltbarkeit von Isolierung

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Haltbarkeit der Ummantelung der Kupferlitzen. Ich neige immer dazu, Kabelbäume, deren Alter ich nicht bestimmen kann, zu zerlegen und mir die Kabelisolierungen genau anzusehen. Der Verschleiß kann verschiedene Ursachen haben.

Das Innenkupfer nutzt sich von innen durch die Wärmeentwicklung des elektrischen Stroms ab. Dieser Verschleiß ist nicht direkt sichtbar, wirkt sich aber negativ auf den Stromfluss aus. An den Kontaktstellen kann es auch zu Korrosion kommen. Von außen nutzt sich die Isolierung im Laufe der Jahre durch Temperaturschwankungen, z. B. durch die Motorwärme, und durch den Kontakt mit Flüssigkeiten wie Öl, Kühlflüssigkeit und Feuchtigkeit ab. Hinzu kommt im Winter die aggressive Sole. All diese Einflüsse setzen dem Material zu. Manchmal härtet die Isolierung vollständig aus, wodurch sie pulverisiert wird und bricht. Neben der Abnutzung der Isolierung tritt auch Oxidation/Korrosion von außen auf, wenn der Schutzmantel löchrig wird. Dies ist an der grün/grauen Farbe des Kupfers zu erkennen. Die befallenen Litzen können brechen und z.B. der Querschnitt des Kabels ist nicht mehr gegeben. Daher mein Tipp. Schauen Sie sich den Kabelbaum und seine Verbindungen ganz genau an. Entfernen Sie jegliche Korrosion. Wenn die Ummantelung bereits brüchig ist, tauschen Sie das Kabel oder den Kabelbaum aus.

Wichtig: Kaufen Sie Qualitätskabel, deren Isolierung gut gegen Fett, Öl und thermische Veränderungen beständig ist. Kaufen Sie FLRY-Fahrzeugkabel oder Kabel mit modernen baumwollumsponnenen Kabeln und achten Sie immer auf Qualität.

Kabelbruch, was nun?

Besonders bei Oldtimern kommt es immer wieder vor, dass wir den Kontakt verlieren. Sei es durch Oxidation oder Mitten im Kabelbaum eine Leitung die Verbindung verliert.

Aus meiner Sicht gibt es hier nur drei Lösungsansätze.

Alle drei Lösungen sind geeignet und für verschiedenen Anwendungsfälle entsprechend geeignet.

Bei dieser Art von Verkabelung ist auch nicht immer gewährleistet, dass der Leitungsquerschnitt die Last das Gerätes zusätzlich trägt, das man mit den Anschlussblöcken verbunden hat. Darum ist hier Vorsicht geboten. Kabelbrände können davon die Folge sein.

Man muss aber nicht immer alles verteufeln. Ein Scotchlok ist im Pannenfall eine einfache und grandiose Sache, um Kabel schnell zu erweitern oder zu flicken. Durch Löten würde man vielleicht die Nachbarkabeln verletzen oder man hat keinen Platz für Lötrohre. Des Weiteren gibt es die Anschlussblöcke auch mit Fett gefüllt, um Oxidation zu verhindern. Dies ist für Kabelenderweiterungen eine gute Sache.

Ich musste einmal einen Fehler in der Verkabelung eines Autos finden. Es nutzte nichts, nur an den Enden der Leitungen Messsonden anzubringen. Wir verfolgten die Leitungen bis unter das Armaturenbrett und stellten fest, dass unter dem Cockpit massenhaft Stromdiebe und zusätzliche Sicherungen ihren Platz gefunden hatten. Es herrschte ein buntes Durcheinander von Kabelfarben. Am Ende haben wir das Armaturenbrett ausgebaut und alle Kabel mit dem richtigen Farbcode erneuert bzw. verlängert. Was mich auch immer wieder wundert ist, dass teilweise zusätzliche Sicherungen (15A und 30A) an willkürlichen Stellen ihren Weg ins Auto gefunden haben, obwohl die Leitung selbst im Sicherungskasten des Fahrzeugs mit 15A abgesichert war. Die Frage, die ich mir dann immer stelle: „Wofür ist die 30A-Sicherung gut?

Fazit: Den richtigen Querschnitt und die richtige Farbkennzeichnung des Kabels wählen. Verzichten Sie nach Möglichkeit auf Stromdiebe. Bei der Kabelverlegung ist zu beachten, dass die Kabel an den Ecken scheuern können.