Elektrik im Camper – Teil 1 – Basics
Kaum ein Thema bei der Planung unseres Campers hatte uns so lange beschäftigt wie die Elektrik. Es gab so viel zu bedenken und so einiges was man falsch machen konnte. Viele Abende recherchierten wir daher zu dem Thema und wurden zunehmend unsicherer ob wir die Elektrik wirklich alleine hinbekommen oder ob wir uns lieber Hilfe von einem Profi holen sollten. Irgendwann begannen wir jedoch strukturiert an die Sache heran zu gehen und das Thema Elektrik Stück für Stück zu erarbeiten. Durch dieses Vorgehen entwickelten wir unseren eigenen Plan, mit welchem wir letztlich das Thema Elektrik im Camper erfolgreich meisterten.
Damit auch Ihr die Angst oder Bedenken vor der Elektrik verliert, möchten wir Euch in unserer Artikel-Serie zum Thema Elektrik im Camper unseren Weg beschreiben und zusätzlich ein paar wertvolle Hinweise und Tipps geben. Im ersten Teil der Serie werden wir unsere Herangehensweise aufzeigen und auf die wichtigsten Basics eingehen.
Ein Hinweis vorab:
Es sei erwähnt, dass wir keine ausgebildeten Elektriker sind. Unser Wissen über dieses Thema, welches wir in unseren Artikeln an Euch weitergeben möchten, haben wir während unserer Ausbildung/Studium und durch umfangreiche Recherchen erlangt. Mit gesundem Menschenverstand haben wir es angewendet und die Elektro-Installation in unserem Camper selbst umgesetzt. Alles funktioniert zu unserer Zufriedenheit und auch die Sachverständigen hatten keine Beanstandungen. Dennoch übernehmen wir keine Garantie für Eure Elektro-Installation und raten Euch Eure Elektrik nach Fertigstellung von einem Fachmann überprüfen zu lassen. Safety first!
Das erwartet Euch in diesem Artikel im ersten Teil unserer Serie zur Elektrik im Camper:
- Anforderungsliste erstellen
- Stromverbrauch ermitteln
- Die Batterie
- Kabel und Kabelverlegung
- Absicherung und Verteilung
Anforderungen an die Elektrik
Zu Beginn der Planung unserer Elektrik hatten wir unsere Anforderungen an diese definiert. Dazu haben wir uns z.B. die Fragen gestellt: Wie und wann werden wir zukünftig unterwegs sein? Wo und wie lange werden wir jeweils stehen bzw. übernachten?
Da wir nicht vor haben Vollzeit im Camper zu leben, werden wir ihn später für kurze und lange Urlaube sowie für Wochenend-Tripps nutzen und das überwiegend vom Frühjahr an bis in den späten Herbst. Da wir unsere Urlaube ungern an einem Ort verbringen, werden wir aller Voraussicht nach für höchstens drei Tage an demselben Ort verweilen. Stehen und übernachten werden wir dabei auf Campingplätzen, Stellplätzen und, wenn es die örtlichen Vorgaben erlauben, auch mal frei.
Damit hatten wir die ersten Einflussfaktoren ermittelt und konnten die Anforderungen an unsere Elektrik weiter konkretisieren. Dieser Schritt war unter anderem wichtig für die Dimensionierung der Batterie und der Beantwortung der Frage, wie diese später geladen wird.
Als nächstes hatten wir uns Gedanken gemacht, welche elektrischen Geräte bzw. welche Verbraucher wir später in unserem Camper betreiben werden. Wir werden z.B. einen 12V-Kühlschrank und eine Standheizung haben. In unserem Wassersystem ist neben der Pumpe auch ein Boiler geplant, der sowohl mit der Standheizung als auch mit 230V beheizt wird. Wir werden Laptop, Kamera und Handys laden, und auch mal einen Haartrockner oder ein elektrisches Küchenutensil betreiben. Ein Licht wird ab und an wohl auch mal brennen.
Damit wäre unsere Anforderungsliste erst einmal komplett:
- Batterie mit ausreichender Nennkapazität für 2 Tage ohne zu laden (worst case – keine Sonne, kein Landstrom, keine Fahrt).
- Laden der Batterie über Solar, Landstrom und während der Fahrt.
- 12V und 230V Stromsystem.
- USB-Steckdosen zum Laden von Handys, Kamera etc.
- Liste von geplanten Verbrauchern erstellt.
Stromverbrauch ermitteln
Nachdem wir unsere Anforderungen an die Elektrik definiert haben, hatten wir damit begonnen, überschlägig unseren Stromverbrauch zu ermitteln. Dieses war notwendig, um später eine Batterie mit einer für uns geeigneten Nennkapazität auszuwählen.
Kleiner Exkurs:
Batterien gibt es mit unterschiedlichen Nennkapazitäten. Die Nennkapazität wird üblicherweise in Ah – Amperestunde angegeben. Hat eine 12V-Batterie z.B. eine Nennkapazität von 50Ah, so kann mit dieser ein 12V Verbraucher, der 5A (Ampere) Strom “verbraucht”, 10h lang betrieben werden.
Beispiele:
- Kühlschrank: Spannung (U) = 12V, durchschnittliche Leistung (P) = 14,3W, Nutzungsdauer (t) = 24h –> 28,4Ah
- 2 Handys laden: Spannung (U) = 12V, Strom (I) = 2A, Nutzungsdauer (t) = 3h –> 6Ah
- Haartrockner (230V): Spannung (U) = 12V, Leistung (P) = 1100W, Nutzungsdauer (t) = 5min –> 7,6Ah
Unsere Auflistung hat schließlich ergeben, dass eine für unsere Anforderungen (2 Tage ohne Laden) passende Batterie-Nennkapazität 100Ah beträgt.
Hilfreiche Formeln zur Berechnung:
- Leistung P [W] / Spannung U [V] = Strom I [A]
- Strom I [A] * Zeit t [h] = Nennkapazität C [Ah]
- Wird ein 230V Verbraucher an einem Wechselrichter betrieben, dann muss als Spannung 12V zur Berechnung der Stromstärke verwendet werden. Theoretisch müsste dann sogar noch die Verlustleistung des Wechselrichters mit einbezogen werden, was die Stromstärke noch erhöht (in unseren Berechnungen haben wir diese jedoch, der Einfachheit halber, vernachlässigt).
Die Batterie
Wie zuvor beschrieben hatten wir ermittelt, dass eine zu unseren Anforderungen passende Nennkapazität der Batterie 100Ah beträgt.
Als Batterie-Typ hatten wir uns für eine Lithium-Batterie (LiFePO4 – Lithium-Eisen-Phosphat) von Offgridtec* entschieden. Trotz des höheren Preises von Lithium-Batterien überwiegen unserer Meinung nach die Vorteile gegenüber z.B. einer AGM-Batterie. Neben dem deutlich geringerem Gewicht und der teilweise geringeren Größe, war für uns das schlagende Agument, dass bei einer Lithium-Batterie nahezu die volle Kapazität zur Verfügung steht.
Die von uns verwendete Batterie verfügt außerdem über ein integriertes Batterie-Management-System (BMS) und Bluetooth. Das BMS sorgt unter anderem dafür, dass die Batterie unter allen Umständen korrekt geladen und entladen wird, so dass eine möglichst lange Lebensdauer erreicht wird. Bluetooth ist dahingehend praktisch, da man sich mittels einer App mit der Batterie verbinden kann und damit z.B. die verbleibende Kapazität und Temperatur der Batterie ablesen kann.
Wichtig neben der Batterie selbst ist auch deren Befestigung. Sie sollte so ausgeführt sein, dass die Batterie unter allen Umständen fest an ihrem Platz bleibt.
Wir haben hierfür Kanthölzer mit Nuten versehen und damit einen Sockel für die Batterie gebaut. Dies verhindert ein Verrutschen. Zusätzlich wird sie noch mit einem Spanngurt fest am Boden gehalten. Armaflex Klebeband auf den Hölzern soll Geräusche und das Scheuern an den Kanthölzern verhindern.
Die richtigen Kabel und deren Verlegung
Beim Thema Kabel und Kabelverlegung gibt es Vorgaben, die zwingend beachtet werden müssen. In diesem Abschnitt möchten wir Euch daher diese Dinge etwas näher bringen.
Auswahl der Kabel
Im KFZ-Bereich sind nur mehradrige Litzenkabel zugelassen. In Handel sind dafür Fahrzeugleitungen vom Typ FLRY / FLY erhältlich. Diese speziell für diesen Bereich konzipierten Kabel verfügen über eine dünnwandigere Isolierung zur Gewichts- und Volumeneinsparung sowie über eine höhere Stromfestigkeit. Für den 12V Stromkreis ist dieser Kabeltyp also die erste Wahl.
Für den 230V Stromkreis sind ebenfalls nur mehradrige Litzenkabel zugelassen. Starre Leitungen, welche z.B. bei der Hausinstallation verwendet werden, können durch die Bewegungen und Vibrationen des Fahrzeugs brechen und zu Kurzschlüssen führen. Die Kabel der Wahl für den 230V Stromkreis sind also flexible Gummischlauchleitungen vom Typ H07RN-F. Näheres zum 230V Stromkreis in Teil 2 unserer Elektrik im Camper Serie.
Die passenden Kabelquerschnitte
Im 12V Stromkreis ist es äußerst wichtig auf die richtigen Kabelquerschnitte zu achten. Wird für einen Verbraucher ein zu geringer Kabelquerschnitt gewählt, kann dieser im besten Fall aufgrund eines zu hohen Spannungsabfalls im Kabel nicht betrieben werden, im schlechtesten Fall erwärmt sich das Kabel so stark das es zu einem Kabelbrand kommt. Zu große Kabelquerschnitte wirken sich negativ auf Gewicht und den eigenen Geldbeutel aus. Daher ist es ratsam für jeden Verbraucher den richtigen Kabelquerschnitt zu bestimmen. Manche Hersteller machen hierzu Angaben in der Bedienungsanleitung, nach denen man sich richten kann. Werden keine Angaben gemacht, muss der richtige Querschnitt berechnet werden.
Hierzu haben wir unsere bereits erstellte Tabelle mit den Verbrauchern (Abschnitt Stromverbrauch ermitteln) um eine Spalte erweitert. Den Kabelquerschnitt haben wir anschließend nach folgender Formel berechnet:
A = (I * 0,0175 * 2 * L) / (fk * U)
A = Kabelquerschnitt in mm²
I = Stromstärke des Verbrauchers in A
0,0175 = spezifische Wiederstand von Kupfer
L = einfache Kabellänge zum Verbraucher (wird mit 2 multipliziert da beide Richtungen relevant)
U = Betriebsspannung in V (hier immer 12V)
fk = Verlusstfaktor in % (1% = 0,01 und entspricht 0,12V bei 12V, 2% = 0,02 und entspricht 0,24V bei 12V, usw).
Wer nicht selbst rechnen möchte kann hierfür auch einen der zahlreichen Online-Rechner im Netz nutzen.
Eine Anmerkung noch zum Verlustfaktor. Dieser gibt den maximalen Spannungsabfall durch die Leitung in Prozent an. Wird dieser z.B. mit 1% gewählt, dann wird zugelassen, dass über das Kabel bei einer 12V-Einspeisung 0,12V abfallen (Verlust), so dass am Ende beim Verbraucher 11,88V anliegen. Wir wollten die Leitungsverluste möglichst gering halten und hatten deshalb mit 1% – 3% gerechnet. Bei dem ein oder anderen Verbraucher hätten wir sicher etwas großzügiger mit 4% – 6% rechnen können.
Kommen wir nun zu einem Beispiel: Kühlschrank
Laut Datenblatt zieht der Kühlschrank bis zu 5,6A Strom. Die Leitungslänge von der Elektro-Verteilung bis zum Gerät ist bei uns relativ lang und beträgt 3,5m. Die Betriebsspannung beträgt 12V und der Leitungsverlust soll gering sein, daher Verlustfaktor 1% (0,01). Setzt man diese Werte in die oben genannte Formel ein, erhält man einen Leitungsquerschnitt A von 5,72mm². Zum Anschluss des Kühlschrankes verwenden wir also ein Kabel mit einem Querschnitt von 6mm² (dies deckt sich auch mit dem empfohlenen Querschnitt laut Anleitung des Herstellers).
Leitungen für Plus- und Minuspol müssen selbstverständlich die selben Querschnitte haben.
Für den 230V Stromkreis ist alles etwas einfacher. Im Fahrzeug ist mindestens ein Kabel-Querschnitt von 1,5mm² vorgeschrieben (wir haben durchgängig 2,5mm² Kabel verlegt) und für die Zuleitung vom Landstrom zum Fahrzeug ist ein Querschnitt von 2,5mm² vorgeschrieben.
Die richtige Kabelverlegung
Im vergleich zu einem Haus sind Fahrzeuge in Bewegung und somit sind Teile in dessen Innerem ebenfalls Bewegungen und Vibrationen ausgesetzt. Damit diese nicht zu Beschädigungen an den Kabel-Isolierungen und somit zu Kurzschlüssen und Kabelbränden führen, werden alle Kabel stets in schützenden Leerrohren oder Kabelkanälen verlegt. Dabei ist zu beachten,
dass die Kabel des 12V Stromkreises nicht zusammen in einem Leerrohr mit Kabeln des 230V-Stromkreises verlegt werden. Befestige die Leerrohre in regelmäßigen Abständen mit z.B. Kabelbindern, damit sie während der Fahrt nicht klappern.
Achte zusätzlich bei der Kabelverlegung auf möglichst kurze, direkte Wege und vermeidet unnötige Schlaufen. Das spart Geld und Gewicht.
Kabel richtig verbinden
Auch hier gibt es ein paar Dinge zu beachten. Im KFZ-Bereich wird nicht gelötet. Starre Lötverbindungen können durch die Bewegungen im Fahrzeug brechen. Je nach Anschlusstyp solltest du die Kabelenden immer mit Aderendhülsen* oder Kabelschuhen versehen (außer ein Geräte-Hersteller verlangt explizit ein Anschluss ohne Aderendhülse). Sollte ein Kabel verlängert werden müssen eignen sich Stoßverbinder* oder Wago-Klemmen*. Letztere eignen sich auch bestens um mehrere Kabel miteinander zu verbinden (wenn z.B. mehrere Lampen mit einer Zuleitung verbunden werden müssen). Auch hier bitte immer Aderendhülsen* verwenden.
Unsere Kabelmengen:
Damit ihr einen ungefähren Eindruck bekommt, mit welchen Kabelmengen ihr für euren Camper rechen müsst, findet ihr nachfolgend die von uns in unseren Citroen Jumper L2H2 verbauten Mengen (natürlich sind diese immer individuell und richten sich nach dem jeweiligen Aufbau, Geräte und Verbraucher, etc.):
FLRY/FLY:
- 1,5mm²: 100m
- 2,5mm²: 60m
- 4mm²: 18m
- 6mm²: 8m
- 10mm²: 12m
- 16mm²: 3m
- 35mm²: 1m
H07RN-F:
- 2,5mm²: 10m
Die Leitungen haben wir in ca. 40m Leerrohr verlegt. Wie ihr seht kommt selbst in einem kleinen Camper einiges an Kabeln zusammen.
Kabel richtig absichern und verteilen (im 12V-Stromkreis)
Im Fahrzeug gehört jede Plus-Leitung bzw. jeder Plus-Leitungszweig, der zu einem Verbraucher führt, nahe der Spannungsquelle abgesichert. Dies dient als Leitungsschutz und verhindert z.B. im Falle eines Kurzschlusses einen Kabelbrand. Die verwendete Sicherung sollte auf die Stromstärke des Verbrauchers abgestimmt sein. In den meisten Fällen machen die Hersteller Vorgaben zur Sicherung. Bei unserem Kühlschrank empfielt der Hersteller beispielsweise eine 15A Sicherung. Bei Verbrauchern wo keine Vorgaben gemacht werden, kommt wieder die unter dem Kapitel “Stromverbrauch bestimmen” erstellte Tabelle zum Einsatz. Hier haben wir anhand der berechneten Stromstärken die nächst größeren verfügbaren Sicherungen verwendet.
Nach diesem Schema könnt ihr übrigens auch beim Batterie-Ladegerät oder Solarladeregler vorgehen. Laden z.B. beide Geräte die Batterie mit einem maximalen Strom von 15A, so kann eine 20A Sicherung zum Einsatz kommen.
Sicherungs-Typen
Für den KFZ-Bereich sind diverse Sicherungs-Typen auf dem Markt erhältlich. Für Kabel in denen Ströme bis zu 20A fließen, haben wir die gängigen KFZ-Flachsicherungen (ATO)* verbaut. Wo Ströme größer 20A und kleiner 200A fließen, haben wir MIDI-Streifensicherungen* verbaut. Die “Hauptleitung”, also die Plus-Leitung welche von der Batterie zum Verteiler führt, haben wir mit einer MEGA-Streifensicherung* abgesichert.
Neben den von uns verwendeten Sicherungstypen sind mittlerweile auch Sicherungs-Automaten, ähnlich denen die man bei der 230V-Hausinstallation verwendet, auf dem Markt erhältlich. Unserer Meinung nach neigt man bei diesem Sicherungs-Typ zu schnell dazu, diese wieder einzuschalten sobald sie ausgelöst hat – ohne die Fehlerursache zu suchen. Im 12V-Stromkreis kann dies gefährlich sein. Weiter haben wir gehört, dass diese nicht mehr zuverlässig funktionieren sollen nachdem sie einmal ausgelöst haben. Aus diesen Gründen haben wir sie in unserer Elektro-Installation nicht verwendet.
Vor Sicherungen und Sicherungshaltern aus dem Car HiFi-Bereich (AGU Sicherungen) raten wir ab. Das Netz ist voll von Beispielen wo die Sicherungshalter aufgrund der hohen fließenden Ströme zerschmolzen sind.
Kabel-Verteilung
Für die Hauptverteilung haben wir für den Plus- und den Minus-Pol jeweils eine 4-polige Sammelschiene* mit M8-Gewindebolzen für hohe Ströme verwendet. Für die Kleinverteilung (Verbraucher wie z.B. USB-Steckdosen, Lampen, Kühlschrank etc.) haben wir für den Plus-Pol einen 12-fach Sicherungshalter (Verteiler und Sicherungshalter in einem) und für den Minus-Pol eine 6-fach Sammelschiene verbaut.
Im klassischen KFZ wird in der Regel nur die Plus-Leitung von einem Verteiler zum Verbraucher gelegt wird. Der Minus-Pol des Verbrauchers wird in dessen Nähe mit der Karosse verbunden. Die Karosse bildet hier also die Minus-Pol-Verteilung. Wir finden diesen Aufbau für unser Bord-Netz zu fehleranfällig und haben daher eine zentrale Plus- und Minus-Verteilung, um einen in sich geschlossenen Bord-Stromkreis zu bilden. Nichtsdestotrotz haben wir unsere Minus-Sammelschiene mit der Karosse verbunden. Dies war notwendig damit unser Messshunt* die Spannung der Start-Batterie messen kann. Mehr dazu in Teil 3 unserer Elektrik im Camper Serie.
Zwischen Batterie und Plus-Sammelschiene haben wir einen Trennschalter* verbaut, um das Bord-Netz stromlos schalten zu können.
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