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Elektrik im Wanderer

Elektrik im Wanderer

Das nächste Gewerk, das nächste kalte Wasserbecken, in das der Zauberlehrling, ich,  springt: Die Elektrik im Wanderer!
Vor der habe ich jedenfalls einen Heidenrespekt! Ob Kabine, Fenster, Heizung, Wasser, Möbelbau oder sonst was - das alles habe ich zwar noch nie zuvor im Leben gemacht, aber all das kann nicht beißen! Baut man hier Mist, ist`s ärgerlich bis hin zur kleinen Katastrophe, aber nichts davon bringt einen um! Die Elektrik ist aber eine andere Hausnummer!

Deshalb muß ich das in aller Deutlichkeit denjenigen sagen, für die das Thema "Elektrik" ein Buch mit sieben Siegeln ist:

Strom beißt zurück wenn man Mist baut! Das kann er so kräftig, und das muß ich ausdrücklich sagen, so kräftig, daß es lebensgefährlich sein kann! 230 V Fehler können einen umbringen! 24/12/5 V Fehler zwar nicht unmittelbar, dafür aber können bei diesen Spannungen derart hohe Ströme auftreten, daß sie Löcher in Stahl brennen und das Fahrzeug abfackeln können! Daher eine eindeutige Warnung an jeden Selbstbauer: Wer in diesem Gewerk keine Vorkenntnisse hat und drauf los baut, spielt mit Leib & Leben!

Zwei Beispiele dazu:

Schlecht verlegte Kabel/Kabelstränge können sich im Lauf der Zeit, besonders an Übergängen, Kanten oder Durchführungen, durchscheuern! Kommt es dann bei einem stromführenden Kabel zu einem Massekontakt, können derartig hohe Ströme fließen, daß ein Fahrzeug innerhalb weniger Minuten lichterloh in Flammen stehen kann!

Ein zweites Beispiel für eine versteckte Gefahrenquelle, die ich mir selbst eingebrockt habe: Beim Bau meiner Solaranlage habe ich alles richtig gemacht - von der Planung bis zum Bau. Alles funktionierte wie erwartet ... bis auf eine Kleinigkeit! Es spukte danach! Ein Gerät schaltetete sich immer wieder eigenständig und ungewollt ein. Das allein ist erst einmal nichts unmittelbar bedrohliches. Was aber, wenn ich auf Großer Fahrt bin, der Wanderer irgendwo für Monate abgestellt wird während ich im Heimaturlaub bin? Was passiert mit einem Gerät, das über Monate ungewollt eingeschaltet ist ...?
Mehr zu diesem Spuk und seiner Behebung beim Thema Solarstrom

Also, auch für die Planung und den Bau der Elektroinstallationen habe ich keinerlei Ausbildung, zum Glück aber einiges an theoretischem Wissen und ein wenig Erfahrung, so das ich`s mir zutraue ... und, was ich ebenfalls habe: Den erforderlichen Respekt vor diesem Gewerk!

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Konzept der Elektrik im Wanderer

Das Basisfahrzeug des Wanderer, der Steyr, arbeitet wie alle LKW mit 24 V - die Elektrik meiner Kabine ebenfalls! Ich kann und will nicht nachvollziehen, warum etliche Ausbauer ihr Fahrzeug mit 24 V, die Kabine aber mit 12 V betreiben! Zwei verschiedene Systeme in einem Fahrzeug. Das Argument, es gäbe viele Geräte nicht für 24 V mag irgendwann einmal seine Berechtigung gehabt haben - heute bestimmt nicht mehr. Nahezu alle von mir eingesetzten Geräte stehen sowohl mit 12 als auch mit 24 V zur Verfügung und etlichen, modernen Geräten ist`s sogar schnurzegal! Vom Solarregler bis hin zur blöden USB-Dose haben solche Geräte einen Eingangsspannungsbereich, der beide Größen abdeckt - ohne Mehrpreis.
Dazu kommt noch: Es gibt eine handvoll Verbraucher mit ziemlichem Stromdurst - oder Überschuß (Solaranlage). Beides bedingt deftige Kabelquerschnitte für die zu transportierende Stromstärke, nur, bei einem 12 V System sind die Querschnitte bei vorgegebener Leistung doppelt so groß wie bei einem 24 V System und können damit Dimensionen und Preise annehmen, die ebenfalls deftig sind! Wer schon einmal in einem Land mit 110 V Stromversorgung (z.B. USA) gesehen hat, wie dick die Leitungen an einer popeligen Steckdose sind, der versteht hautnah das Gesetz

P = U * I , also: Leistung ist gleich Spannung multipliziert mit Stromstärke

Bei einer vorgegebenen Leistung, z.B. einer 100 W Glühbirne, brauche ich bei unseren 230 V in Deutschland nun `mal ca. 1/2 A an Strom. Genau die gleiche Glühbirne in Amerika benötigt aber fast das doppelte, also rund 1 A - und die müssen sich durch eine Leitung quetschen ... mit allen Konsequenzen! .. und die sind i.W. für den Aufbau

  • deutlich größere Kabelquerschnitte bei einem 12 V-System - damit größeres Gewicht und, bei einem nicht unerheblichen Kupfer-Preis, auch entsprechende Mehrkosten
  • Leitungsverluste durch höheren elektrischen Widerstand bei kleinem Kabelquerschnitt

Das für mich allerwichtigste Argument aber ist die Redundanz bei gleicher Basisspannung von Fahrzeug und Aufbau! Jedes technische Gerät gibt irgendwann seinen Dienst auf - erst recht bei den nicht unerheblichen Belastungen in einem Expeditionsfahrzeug. Einer funktionierende Stromversorgung kommt dabei eine wesentliche Bedeutung zu:

  • Falls der B2B, der Batterie-zu-Batterie Lader, abfackelt (siehe auch Lichtmaschine), können die Aufbaubatterien zur Not auch ohne diesen Regler geladen werden - genauso wie die Fahrzeugbatterien. Hat der Aufbau dagegen 12 V, gibt’s ein Problem!
  • Falls die LiMa, die Lichtmaschine des Fahrzeugs abfackelt, können die Fahrzeugbatterien zur Not auch über die SolPanels geladen werden. Hat der Aufbau dagegen 12 V, gibt’s ein Problem!
  • Fallen bei Fahrzeug oder im Aufbau andere Geräte oder Bauteile aus, können die häufig mit gleichwertigen Teilen aus dem jeweils anderen System gebrückt werden. Hat der Aufbau dagegen 12 V, gibt’s ein Problem!
  • Fällt eine Batteriebank aus, kann ich zur Not die Starthilfekabel durch`s Badezimmerfenster an die Starterbatterien des Steyr hängen und habe trotzdem wieder Licht im Koffer ... und umgekehrt: Versagen meine Starterbatterien, kann ich mit der Batteriebank im Koffer auch Starthilfe leisten. Hat der Aufbau dagegen 12 V, gibt’s ein Problem!

12 versus 24 V ist dennoch fast eine philosophische Entscheidung, die jeder für sich selbst treffen muß. Der Wanderer jedenfalls läuft außen und innen überall mit 24 Volt! ... äh, mit winzigsten Ausnahmen ... aber die kommen später ...

 

Jetzt geht`s ans Eingemachte: Das gesamte elektrische System im Wanderer ist so komplex, daß es -übersichtlich- nicht in einer Grafik dargestellt werden kann. Im folgenden ein Prinzip-Schaltbild der Anlage. Die Einzelschaltbilder werden in den jeweiligen Kapiteln abgebildet und erläutert. Spätestens dann werden auch die hier verwendeten Symbole und Komponenten im einzelnen nachvollziehbar.

Prinzipschaltbild Elektrik im Wanderer

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Die Stromversorgung im Wanderer

Um eine größtmögliche Unabhängigkeit und Reichweite des Wanderer sicher zu stellen, besteht die Stromversorgung aus 4 unterschiedlichen Komponenten:

  1. dem Steyr: Die Lichtmaschine des Fahrzeugs versorgt auch den Wohnkoffer mit 24 V. Leider nur behaftet mit dem gleichen systemimmanenten Nachteil wie die alternativen Stromquellen im "richtigen Leben": Strom aus dieser Quelle gibt`s eben nur, wenn auch der Motor läuft!
  2. dem Landanschluß: Hier besteht die Möglichkeit, Außenstrom mit 110 V oder 230 V in den Koffer einzuspeisen. Das Problem hier: Im Hinterland steht ein solcher Anschluß nur bei entsprechender Infrastruktur (Campingplatz) zur Verfügung - also i.d.R. nicht!
  3. der Photovoltaik Anlage: Über Solarpanels wird Licht in elektrischen Strom umgewandelt und entsprechend aufbereitet .. aber die Solaranlage macht`s genauso wie die "Erneuerbaren Energien" zu Hause: Strom fließt nur, wenn auch die Sonne scheint! Ist`s bewölkt, regnet`s, schneit`s oder ist die Sonne einfach schon untergegangen, war`s das mit der Stromzufuhr!
  4. dem Stromspeicher, der Batteriebank im Wohnkoffer. Sie ist damit die wahrscheinlich wichtigste Komponente der gesamten Stromversorgung im Wanderer denn nur sie ist in der Lage, den eingespeisten Strom zu speichern bis er gebraucht wird!

Fazit: DREI unterschiedliche Stromquellen und ZWEI unterschiedliche Speicherbänke (Steyr und Kabine) bieten soviel Redundanz, daß die Stromversorgung in aller Regel sicher gestellt ist.

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Batteriebank und Stromverteilung

Ja, ich weiß! Die "Batterien" sind gar keine Batterien, sondern -weil aufladbar- Akkus! Dennoch, ich bleibe bei dem gebräuchlicheren Begriff "Batterien" ... ganz anders, als bei den neudeutschen Begriffen "Zahnpasta" und "Mietshaus"! Hier weigere ich mich kategorisch, die inzwischen eingeschliffenen und sogar von der Dudenredaktion abgesegneten Worte zu übernehmen! Auch wenn ich damit altmodisch bin, für mich bleibt`s dabei: Pasta ist in der italienischen Küche die Bezeichnung für Teigwaren aus Hartweizengrieß! Alles, was sich in einer Tube befindet, ist eine "Paste" und keine "Pasta" - damit ist`s Zahnpaste! .. und es heißt Miethaus und Mietvertrag und nicht "Miets ..."

Zurück zum Thema - dem Stromspeicher, also der Batteriebank. Hierfür stehen normale Bleibatterien (wie die Starterbatterien im Steyr), verschiedene Arten von Gel-Batterien und seit einiger Zeit auch Lithium-Ionen Akkus zur Verfügung. Hier die "richtige" oder besser, die "passende" Wahl zwischen den verschiedenen Systemen zu treffen, hat schon das Niveau einer Studienarbeit! Wer unschlüssig ist oder zu wenig Vorkenntnisse hat, findet im Netz hunderte von Seiten, die sich ausschließlich mit den Unterschieden und der Auswahl der Systeme beschäftigen. Meine Wahl viel auf eine Sonderform der AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat), den Spiralzellen "YellowTop" der amerikanischen Firma Optima. Meine wesentlichen Gründe für diese Wahl:

  • sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis
  • sehr Zyklenfest
  • große Robustheit unter den geplanten Einsatzbedingungen wie Vibrationen und Stöße während Offroad-Fahrten
  • weltweite Verfügbarkeit
  • definierte Kapazitäten und Abmessungen

Der größte Konkurrent der YellowTops sind für mich die Li-Io-Batterien. Sie bieten bei erheblich geringerem Platzbedarf und Gewicht eine höhere Kapazität und deutlich besseres Entladeverhalten. Dagegen sprechen ein exorbitanter Preis und - ein Killerargument: Die Akkus können ausschließlich mit entsprechender Rechnertechnik/Elektronik genutzt und geladen werden! Versagt diese Elektronik aus irgend einem Grund, bricht das gesamte Stromversorgungskonzept damit zusammen! Reparatur und Ersatzteile sind im Ausland praktisch nicht verfügbar! Ich kann und will auch hier nicht nachvollziehen, warum man mit dem Steyr und anderen Fahrzeugen dieser Klasse darauf baut, von keinerlei störungsanfälliger Elektronik abhängig zu sein, sich bei der extrem wichtigen Stromversorgung aber genau davon abhängig macht. Jeder mag für sich selbst entscheiden und sich daran erinnern, wieviele Geschichten es von Fahrzeugen-Autos-PKWs gibt, die wg. Fehlern in der Elektronik liegen bleiben. Bei youtube gibt es ein beeindruckendes Video einer Gruppe von Landrover-Fahrern auf einer Tour durch Rumänien. Einer der Rover blieb bei einer Flußdurchfahrt in einem Loch stecken ... und das war`s dann! 2 Wochen Zwangsaufenthalt und Reparaturen am Fahrzeug und das, obwohl weder der Motor noch eine andere wesentliche Komponente einen Wasserschaden hatte ... es war die Elektronik, die dem Motor "verbot" wieder anzuspringen ... und das bei einem Fahrzeug, daß sich in der Vergangenheit für seine Geländegängigkeit und Zuverlässigkeit einen sehr guten Ruf erarbeitet hat.

Beim Bau eines Expeditionsmobils wie dem Wanderer kann man nicht gänzlich auf Elektronik verzichten! Mein Solarregler und etliche andere Komponenten sind ebenfalls moderne, elektronische Produkte. Fällt hier ein Gerät aus, ist`s zwar ärgerlich, aber der Wanderer fährt trotzdem weiter. Strom habe ich immer noch und zur Not kann fast jedes Gerät auch überbrückt werden. Fällt aber der Li-Io-Rechner aus, war`s das und ich komme an kein einziges Watt Strom mehr!

Also, 6 YellowTops bilden meinen Stromspeicher. Dabei sind immer zwei 12-V-YellowTops zu einem 24V-Block in Reihe geschaltet, 3 dieser Blöcke mit je 75 Ah sind parallel geschaltet und bilden die Bank mit einer Gesamtkapazität von 225 Ah.

Blick von oben auf die Bank: Die YellowTops sind durch den Möbelbau (über der Batteriebank ist noch ein Staufach fest eingebaut), durch ihr Gewicht und den blauen Spanngurt gegen Verrutschen gesichert. Die 2 roten "Leitungen" am oberen Bildrand sind 2 an der Wand aufsteigend verlegte Heißwasserrohre, die hier noch nicht fixiert waren.

Batteriebank im Wanderer

Im unteren Teil des Bildes sind die roten (+) und schwarzen (-) 35 mm²-Kabel als Girlanden auf 2 je 15 cm lange, vernickelte Kupfer-Sammelschienen, 20 x 5mm, aufgeschaltet.

Das nächste Bild zeigt die innere Wand des Batteriekastens. Die süßen Girlanden haben einen wichtigen, praktischen Sinn: Da immer zwei 12V-YellowTops zu einem 24V-Block in Reihe geschaltet sind, müssen alle Batteriekabel gleiche Länge und Durchmesser haben um Potentialunterschiede zwischen den 3 Blöcken zu verhindern!
Links oben die 100 A Schwerlastsicherung für den größten "Verbraucher", den 1.800 W starken Wechselrichter.
Links unten die Rückseite des Hauptschalters für die gesamte Stromversorgung.

Starkstromanschlüsse der Batteriebank im Wanderer

Ein wenig mehr Struktur zeigt der folgende Stromlaufplan

Stromlaufplan der Starkstromverteilung im Wanderer

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Linkliste Batteriebank - Stromverteilung

Teil Quelle Kommentar Preis
6 x Optima YellowTop 75 Ah http://www.batterien-mueller.de/ 199,00 € / Stück
div. konfekt. Kabel https://www.fraron.de 6,22 - 9,90  € / Stück
Batteriehauptschalter 275A https://www.fraron.de 31,90 €
Streifensicherungshalter "bolt-on" bis 200A https://www.fraron.de 11,90 €
Hochlastsicherung 100A https://www.fraron.de 1,29 €
Wechselrichter reiner Sinus 1800 Watt 24V mit FI-Schalter https://www.fraron.de 569,00 €
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Strom über die Lichtmaschine und Booster

Wie in der Übersicht zur Stromversorgung schon gesagt, kann der Aufbau im Fahrbetrieb, bzw. bei laufendem Motor, über den Steyr mit (Lade-) Strom versorgt werden. Da der Steyr über keinerlei Elektronik, keine elektrischen Fensterheber und sonstige Servomotoren für die Sitzverstellung, das "Schiebe-" Dach und andere Spielereien verfügt, ist sein Strombedarf sehr begrenzt. Orginal ist lediglich eine 35 A starke Lichtmaschine, LiMa, verbaut gewesen. Zum Vergleich: Lichtmaschinen in modernen PKW`s, die mit Stromfressern nur so vollgepackt sind, liefern 100 bis über 200 Ampere!
Um also die Aufbaubatterien zusätzlich mit Lade-Strom aus der LiMa zu versorgen, habe ich die 35 A gegen eine 55 A starke Maschine ersetzt und die Kabelquerschnitte entsprechend vergrößert.

verstärkte Lichtmaschine im Wanderer

 

Selbst bei maximalem Stromverbrauch des Fahrzeugs stehen nach diesem upgrade zusätzlich mindestens 20 A zur Verfügung, die ich somit zum Laden der Aufbaubatterien nutzen kann. Die Kopplung zwischen Steyr und Aufbau zeigt die weiter oben bereits dargestellte Übersichtsgrafik.

Wesentlich detaillierter zeigt der folgende Schaltplan die Verbindung beider Systeme. Zum Einsatz kommt dabei ein B2B, ein Battery-to-Battery Ladewandler  (Ladebooster) der Firma Votronic vom Typ VCC2424-25 mit einer Eingangsspannung (Starterbatterien) von 24 V, einer Ausgangsspannung von 24 V (Aufbau-/Bordbatterien) und einem maximalen Ladestrom von 25 A. Das ist auch der Grund, warum ich die Lichtmaschinenleistung nur auf 55 A erhöht habe. Stärkere Lichtmaschinen wären kein Problem, wohl aber Ladewandler mit mehr als 25 A Ladeleistung. Jenseits dieser Leistung steigen Aufwand und Preis eines Wandlers schnell ins Unermeßliche ... Daneben ergibt sich auch die Frage nach der Notwendigkeit derart hoher Ladeleistungen!

Ein Trennrelais ist nicht verbaut. Die Schaltung des B2B erfolgt über die "Kl. 15" des Steyr. Hinter dieser Klemmenbezeichnung verbirgt sich geschaltetes Plus vom Zündstartschalter: "Zündung ein". Dieses Plus-Signal des Fahrzeugs leite ich nicht direkt in den Schalteingang des Ladewandlers, sondern schalte es zusätzlich separat über einen Schaltkontakt in meiner Deckenkonsole im Fahrerhaus. Der Grund ist, daß bei Kurzstarts oder -Fahrten nicht automatisch der B2B eingeschaltet wird und den Ladevorgang beginnt, sondern ausschließlich durch manuelle "Freigabe" bei längeren Fahrten bzw. "Notwendigkeit". Bei voll geladener Batteriebank im Aufbau -z.B. über die SolPanels- wäre ein automatischer Start des Boosters ziemlich unsinnig und überflüssig.
Nach dem Zuschalten des B2B habe ich im Fahrerhaus auch noch über einen Doppel-Spannungs-Messer in der Deckenkonsole eine Kontrollmöglichkeit: Der Spannungsmesser zeigt die Bordspannung des Steyr und die Spannung des Aufbaus gleichzeitig an. Bei ordnungsgemäßer Funktion der LiMa steigt die angezeigte Fahrzeugspannung deutlich über 24 V an. Wird der B2B eingeschaltet, steigt auch die Spannung der Aufbaubatterien durch die erhöhte Ladespannung des Boosters.

Schaltplan Ladebooster im Wanderer

Quelle: angepaßt aus Votronic Handbuch VCC2424-25

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