Alle reden von Spannungsabfall, Leitungswiderstand und Strombedarf. Aber was ist der Unterschied zwischen Strom und Spannung? Was hat der Widerstand damit zu tun?

In diesem Beitrag alles Wichtige zum Thema Stromversorgung.

INDEX:

• 1. Erläuterung der Grundbegriffe
  2. Verkabelung in der Praxis (in Bearbeitung)
  3. Regeln und Tips
  4. Komponenten der Stromversorgung (In Bearbeitung)
  5. Tabellen (In Bearbeitung)

1. Erläuterung der Grundbegriffe

SPANNUNG (U):
Die Spannung ist sozusagen die treibende Kraft in der Elektrik. Sie wird mit dem Buchstaben U abgekürzt und in Volt (V) angegeben. Eine Spannung existiert aber nicht einfach so an einem Punkt, sondern besteht aus dem Spannungsunterschied zwischen zwei Punkten. Sowie diese Punkte über irgendeine Art Widerstand Verbindung aufnehmen fließt Strom.
Im Auto nimmt man den Minuspol - also die Fahrzeugmasse - als Bezugspunkt und bezeichnet ihn als 0 Volt. Die Spannung an der Batterie ist um 12 Volt höher als am Minuspol (Masse).

STROM (I):
Der Strom (I) bezeichnet die Menge der transportierten Ladung (Elektronen) zwischen zwei Punkten und wird in Ampere (A) angegeben. Strom kann nur fließen wenn auch eine Spannung anliegt. Ohne Spannung fließt auch kein Strom. Wie viel Strom fließt, ist direkt von der Höhe der Spannung und von dem dazwischen liegenden Widerstand abhängig.

WIDERSTAND (R):
Der Widerstand R (engl.: resistant) bestimmt das Verhältnis zwischen Spannung und Strom. Er beschreibt die Unfähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Je höher der Widerstand in Ohm (Ω) desto weniger Strom fließt. Es gilt aber auch: Je höher der Widerstand ist, desto größer muss die Spannung sein, um die gleiche Menge Strom fließen zu lassen.

VERANSCHAULICHUNG:
Soweit zur Beschreibung der Begriffe. Doch trotz aller Definitionen erscheint Strom immer noch etwas abstrakt. Man kann ihn weder sehen noch anfassen, und doch ist er irgendwie da. Sein Verhalten lässt sich mit dem von Wasser vergleichen und somit veranschaulichen.
Wenn Wasser von Behälter A zu Behälter B fließen soll, dann muss im Behälter A ein höherer Druck herrschen als in Behälter B. Der Druckunterschied entspricht der Spannung. JE höher der Druck, desto mehr Wasser fließt. Herrscht zwischen den Behältern kein Druckunterschied , dann fließt auch kein Wasser Ergo: Ohne Spannung fließt auch kein Strom.
Der Widerstand der Verbindungsleitung entspricht umgekehrt dem Querschnitt des des Rohrs. Je größer der Rohrquerschnitt ist, desto mehr Wasser passt durch das Rohr. Das bedeutet: Je kleiner der Widerstand ist, desto mehr Strom fließt.
Nimmt man beispielsweise ein dünneres Rohr mit entsprechend größerem Widerstand, fließt weniger Wasser hindurch. Damit mehr Wasser fließt, muss man den Druck (entspricht der Spannung) erhöhen – nur so kommt man auf die Durchflussmenge einer dickeren Leitung.
Mit dieser ganz einfachen, aber sehr hilfreichen Betrachtungsweise kann man sich die Zusammenhänge von Spannung, Strom und Widerstand jederzeit vor Augen führen. Die drei Größen stehen immer in direktem Bezug zueinander.
Die Grundformel des Ohm´schen Gesetzes ist kinderleicht zu handhaben. Das so genannte URI-Dreieck (erinnert sich noch jemand?) deckt alle mathematischen Verhältnisse zwischen den drei Größen ab.



Man muss einfach nur die gesuchte Größe im Gedanken verdecken, und schon bleibt die passende Formel übrig.

Ist U gesucht rechnet man R*I

Ist R gesucht, teilt man U durch I

Und ist I gesucht, bleibt U durch R

Es ist also einfacher als man denkt. Eine zweite Formel beschreibt die Leistung P (engl.: Power), die in Watt (W) angegeben wird. Sie ist Produkt aus Spannung und Strom. In der Physik wird die Leistung auch als Arbeit bezeichnet. Sie beschreibt also den geleisteten Energieaufwand.

P (watt) = U (Volt) * I (Ampere)

3. Regeln und Tips

• Eine Gel Batterie mit geringem Innenwiderstand liefert eine deutlich stabilere Spannung. Man kann auch zwei Batterien parallel schalten, das halbiert den Innenwiderstand und reduziert den Spannungseinbruch auf die Hälfte.
  
  Streifensicherungen verwenden (ANL). Sie haben den geringsten Innenwidertand und somit die geringsten Verluste. Finger weg von Sicherungsautomaten (außer Magnetschaltern).
  
  Je dicker das Stromkabel, umso besser. Zwei Kabel mit 25qmm sind mindestens so gut wie ein 50qmm Kabel. Es sollte so kurz wie möglich sein, also keine unnötigen Umwege durchs Auto nehmen. Den richtigen Querschnitt entnehmt bitte dem Abschnitt Tabellen.
  
  Sicherungsverteiler möglichst mit Streifensicherungen oder Maxi Fuse nehmen. Glasrohrsicherungen bringen deutlich höhere Verluste mit sich.
  
  Massekabel so kurz wie möglich direkt zum Massepunkt führen, und mindestens so dick wie das Plus-Kabel dimensionieren. Die Karosseriemasse ist besser als ein langes Massekabel.
  
  Kabel mit Adernendhülse vercrimpen oder mindestens verzinnen, wenn das Kabel in eine Schraubverbindung soll. Bei Terminals crimpt oder lötet man Ringösen auf das Kabel.
  
  Verteiler, Masseblöcke, ringösen und Sicherungshalter mit vergoldeter oder platinierter Oberfläche verwenden. Sie sind gegen Oxidation geschützt.

Wer alle Regeln beachtet, bekommt eine stabile Stromversorgung, an der die Verstärker das leisten können, wofür man sie schliesslich bezahlt hat.

4. Komponenten der Stromversorgung (In Bearbeitung)

1. Batterie
Der Innenwiderstand der Batterie bestimmt den Spannungsabfall bei der Stromentnahme. Auch hier kann mithilfe des Ohm´schen Gesetzes der Spannungsabfall bestimmt werden. Eine gute Gel-Batterie hat im vollgeladenen Zustand einen Innenwidertand Ri von gut 2,5-3 Milliohm, während eine Säur Batterie bei gleicher Kapazität einen rund doppelt so hohen Widerstand mitbringt. Bei hoher Stromentnahme steigt der Innenwiderstand noch weiter an, bei normalen Säure Batterien sogar noch stärker als bei Gel Batterien.
Entnimmt man aus einer vollgeladenen Gel Batterie rund 80 Ampere, lässt die Batteriespannung um ca. 0,20 Volt nach.
Hat diese Batterie unbelastet eine Spannung von 12,6 Volt, so liefert sie bei 80 Ampere immer noch rund 12,4 Volt. Eine Säure Batterie würde um 0,45 Volt auf nur noch 12,15 Volt abfallen.
Eine niederohmige Gel-Batterie ist ebenso wichtig wie ein dickes Stromkabel.

2. Die Hauptsicherung
Den geringsten Innenwiderstand hat eine ANL Streifensicherung mit ca. 0,16 Milliohm. Übliche Glassicherungen bringen mit ca. 4,8Milliohm den 30-fachen Widerstand mit, zudem sind sie oft sehr locker eingespannt, was zusätzlich den Widerstand erhöht. Außerdem gilt: Je höher der Sicherungswert, desto kleiner der Widerstand. Allerdings darf der Wert die maximale Belastbarkeit des Kabels niemals übersteigen!

3. Die Hauptstromleitung
Die Hauptstromleitung ist neben der Batterie der größte Verlustfaktor in der Stromversorgung. Es gilt: Je dicker das Kabel, desto geringer die Verluste. Die Länge der Kabel ist ebenfalls entscheidend - je kürzer desto besser. Ein Kupferkabel hat bei einem Meter Länge und 1qmm Querschnitt einen Widerstand von rund 20Milliohm. Der Leitungswiderstand lässt sich nach der folgenden Formel errechnen:

Ri (milliohm) = 20 * Länge (m) / Querschnitt (qmm)

Ein 5 Meter langes Kabel mit 16qmm hat demnach einen Widerstand von 6,75milliohm.Mit dem URI Dreieck (Ohm´sches Gesetz) lässt sich der Spannungsabfall bei beispielsweise 80Ampere berechnen:

U = R * I U = 0,00675Ohm * 80A = 0,54 Volt

Der Spannungsverlust wird in einem Kabel in Wärme umgesetzt. Mit der Formel für die Leistung (P=U*I) lässt sich berechnen, wieviel Verlustleistung im Kabel in Wärme umgesetzt, also sinnlos verbraten wird.

P = U * I P = 0,54V * 80A = 43,2 Watt