Elektrik im wohnwagen

HINWEIS:

Verschiedene Netze

Ein Wohnwagen, hat meist 2 elektrische Netze. Zum einem das 230V Netz, was in der Regel über den Stromanschluß vom Campingplatz versorgt wird, oder autark über einen Wechselrichter oder Powerstation. Das weitere Netz ist das 12V Netz, was in heutigen Wohnwagen meist für die Beleuchtung, TV und Router und Ladepunkte für Handy und Tablet zur Verfügung steht.

Das 230V Netz

Das 230V Netz stellt die Versorgung für den Kühlschrank, der Therme, E-Stäbe für die Ultraheat, Combi oder Alde Heuzung dar und verorgt die Ladegeräte für die Batterie sowie das Schaltnetzteil für die 12V Versorgung im Wohnwagen.

Anschluss an den Wohnwagen

Für den Wohnbereich von Wohnwagen (Caravans) ist die DIN EN 1645-1 die maßgebliche Hauptnorm, während für die Elektrik die DIN VDE 0100-721 gilt.

Um einen sicheren Stromanschluss und den Betrieb eines Wohnwagens zu gewährleisten sind im Außenbereich ausschließlich schwere, zugelassene Gummischlauchleitungen (z. B. H07RN-F) oder PUR-Leitungen (H07BQ-F) mit einem Mindestquerschnitt von 2,5 mm² und einer Maximallänge von 25 Metern erlaubt. Einfache Kunststoffkabel (wie H05VV-F) oder dünnere Leitungen sind im Freien verboten

Der Anschluss muss (wenn möglich) über einen CEE Stecker erfolgen.

Verpolungssicherheit:

Der CEE-Stecker lässt sich nur in einer Position einstecken. Dadurch ist klar definiert, wo Phase (L) und Neutralleiter (N) liegen. Beim Schuko-Stecker kann man den Stecker um 180 Grad gedreht einstecken, was zu einer Verpolung und im Fehlerfall zu gefährlichen Spannungen an ausgeschalteten Geräten im Wohnwagen führen kann. [1, 2, 3]

Dauerlast:

CEE-Steckvorrichtungen sind für eine Dauerbelastung von 16 Ampere (ca. 3680 Watt) über Stunden ausgelegt, ohne zu überhitzen. Normale Schuko-Steckdosen neigen bei dauerhaft hoher Last im Außenbereich oft zum Schmieren oder Überhitzen. [1, 2]

Wasserschutz (IP44/IP67): Die Kontakte liegen tiefer, und die blaue Hülle dichtet die Verbindung spritzwassergeschützt ab.

Im Notfall, wenn auf den Campingplätzen keine CEE Steckdosen vorhanden sind, können Adapter genutzt werden. Heutige Wohnwagen haben meist eine 2 polige Absicherung. Wichtig ist dann, dass keine Dauerbelastung von 16A möglich ist.

Eine Kabeltrommel sollte bei Nutzung von Geräten mit hoher Leistung immer abgewickelt werden.

Standart 230V Netz

Absicherung

Ein Wohnwagen wird heute mit 2poligen Leitungsschutzschaltern und einem RCD oder FI Schutzschalter ausgeliefert.

Alle Neutralleiter sind mit dem Schutzkontakt verbunden, sodass ein TN-S Netz herrscht, Die PE Leitungen sind mit dem Fahrzeugrahmen verbunden. Für einen sicheren Betrieb des FI's ist es nötig, dass die Hauptanschlussleitung einen Querschnitt von 2,5qmm und eine Länge von nicht mehr als 25m aufweist.

Autarkes 230V Netz

Wer keinen Netzanschluss hat, benutzt häufig Wechselrichter oder Powerstation. Ein Wechselrichter erzeugt aus eine 12V Gleichspannung eine 230V Wechselspannung.

Wer so ein Gerät nutzt, sollte sich dringend beraten lassen und prüfen, ob der Wechselrichter ein TN-S Netz hat, also eine Brücke zwischen einem Außenleiter und der Masse, die dann als PE dient. Denn nur so kann ein FI im Fehlerfalle auch auslösen.

Zu Beachten ist:

Der Eingangstrom auf der 12V Seite steigt je nach angeschlossenen Gerät massiv an. 100A sind keine Seltenheit! Es ist also auf jeden Fall ein Batterie und der nötige Leitungsquerschnitt zu verwenden. Der Wechelrichter sollte Batterienah und entsprechend abgesichert sein. Dazu sollte man nur entsprechende Sicherungen und keine Automaten nutzen.

Die 12V Versorgung im Caravan

Die meisten Einbauten wie Beleuchtungen und Steuerungen für Heizungen und TV Geräte etc. werden in der Regel über ein 12V Netz versorgt. Hierzu sind in den neueren Wohnwagen Schaltnetzteile eingebaut, die zusätzlich noch eine abgesicherte Verteilung von Stromkreisen haben. Alte Wohnwagen haben meist nur eine Transformator mit Gleichrichter und bei ganz alten Wohnwagen war oft auch gar keine 12V Versorgung vorgesehen.

Das Schaltnetzteil wird in der Regel durch den 230V Anschluss des Campingplatzes  oder über eine 12V Versorgungsleitung aus dem Zugwagen versorgt.

Mit Hilfe von Autarkpaketen, wie diese im Marketing der Hersteller genannt werden, kann ein vom 230V unabhängiges 12V Netz geordert oder auch selber nachgerüstet werden.

KFZ-Anschluss

Fast alle heutigen Wohnwagen haben einen 13 poligen Steckkontakt der die Verbindung zu Zugfahrzeug herstellt. Eine genormte Zuordnung macht es leicht, den Stecker im Falle eines Defektes tauschen zu können.

Es ist aber nicht immer sichergestellt, dass jeder Autohersteller auch alle PIN's belegt, so werden teilweise nur PIN 9/13 belegt. Gewisse Funktionen im Wohnwagen, wie z.B der Kühlschrank oder ein Ladebooster können dann nicht betrieben werden.

Dauerplus

Der PIN9 und PIN13 stellt die dauerhafte 12V Verbindung in den Wohnwagen her. An ihr ist auch das ATC, falls vorhanden, angeschlossen. In dem Falle wird die 12V Versorgung durch das ATC durchgeleitet. Unterwegs kann so das 12V Netz im  Wohnwagen für den Betrieb der Leuchten, Pumpen oder der Kühlschranksteuerung aus dem Zugwagen genutzt werden.

Ladeleitung oder Schaltplus

Die Verbindung über PIN10 und PIN11 ist eine geschaltete 12V Versorgung aus dem Zugwagen. Die Leitung wird vielmals für die 12V Versorgung des Kühlschrankes genutzt, da dieser abschalten soll, wenn der Zugwagen nicht in Betrieb ist.

Die Basisversorgung aus dem Netzgerät

Jeder Wohnwagen hat ein Netzgerät, welches die Netzspannung 230V auf 12V herunterregelt. Meist haben die Geräte noch eine 12V Verteilung mit KFZ Stecksicherungen.

Autarkie der 12V Versorgung

Wird bei den Herstellern von Autarkpaketen gesprochen, so handelt es sich meist lediglich um die Nuztung des 12V Netzes ohne weiteren Stromanschluss.

Die 12V sind in der Regel nötig um einen elektronisch geregelten Kühlschrank, einer Heizung oder die Pumpen unterwegs zu nutzen. Auch die Beleuchtung und der TV Gerät sollen aber auf Reisen nutzbar sein.

Hierzu gibt es verschiedene Lösungen, von der ganz einfachen bis zu einer Lösung mit einem Wechselrichter und Solaranlage.

Im folgenden sollen die Konzepte vorgestellt werden. 

12V Versorgung über die Dauerplusleitung 

Die einfachste aller Autarklösungen ist im Grunde in jedem Wohnwagen verbaut. Der Anschluss an die Dauerplusleitung aus dem Zugwagen über PIN9 und PIN13.

Die Dauerplusversorgung wird in der Regel direket zum Versorgungsgerät des Wohnwagens geführt. Ist ein ATC verbaut, wird diese über das ATC geführt. Die Schaltplusleitung PIN10 und PIN11 versorgen oftmals den Kühlschrank mit Energie, so dass dieser während der Fahrt "kühlen" kann.

Bedingt durch die Leitungslänge ist diese Lösung aber eher nur etwas für kurze Stopps die richtige Wahl. 

Anschluss über den Jagerstecker an der Deichsel

Soll ohne Zugwagen das 12V Netz nutzbar sein, so kann entweder eine externe Batterie über den Jägerstecker den Wohnwagen mit 12V Versorgen oder falls vorhanden, eine eingebaute Batterie diese Versorgung übernehmen.

Eine abgesicherte Leitung (15A mit 2,5qmm Querschnitt) und eine zusätzliche Steckdose an der Deichsel, in der der Stecker zur Verbindung des Zugwagens eingesteckt wird, führt zu einer sehr einfachen Autarkschaltung.

Man beachte aber, dass durch die erheblichen Leitungslängen das Netz nicht besonders belastbar sein wird. Für gelegentliches Nutzen, wie etwas Licht oder mal ein Handy laden wird es aber reichen.

12V Versorgung aus der Batterie im Wohnwagen

Ist ein Mover verbaut, so befindet sich auch eine Batterie im Wohnwagen, die zur 12V Versorgung verwendet werden kann. Eine recht einfache möglichkeit besteht darin, die 12V Versorgung des Zugwagens einfach abzutrennen und die Caravanbatterie einfach an das Netzgerät anzuschließen.

Soll dennoch die 12V Versorgung des Zugwagens gebunutzt werden können, muss eine Umschaltung vorhanden sein. Wichtig ist, dass es zu keiner Rückspannung bei einem verbauten ATC kommt!

Nutzung eines Ladeboosters

Im Caravan machen Booster aber nur bis zu einem Ladestrom bis zu max. 8A einen wirklichen Sinn. Bedingt durch die meist recht geringen Leitungsquerschnitte ist bei max. 8A eine noch physikalisch vertretbare Grenze erreicht. Booster mit mehr als 10A sollten im Wohnwagen nur bedingt eingesetzt werden. Einige Booster reduzieren ihre Ladeleistung in Abhängigkeit der Eingangsspannung am Booster um die Zuleitung vor Überlastung zu schützen. 

Aus Erfahrung, die Booster reduzieren je nach Spannungseingang den Ladestrom, sinkt der unter 10V schalten die Geräte ab oder reduzieren den Strom auf ein Minimum.

Wer meint, auf kurzen Strecken seinen 100Ah Akku wieder voll Laden zu können, wird wahrscheinlich enttäuscht werden.

Schaltungsvorschlag mit einem Kompaktgerät

Einige Wohnwagenhersteller verwenden kompakte Stromversorgungsgeräte, die Lader, Booster und Stromkreisverteilung in einem Gerät beinhalten. Auch diese Geräte können problemlos in einen vollkommen autarken Caravan integriert werden. Wer  eine LifePo4 Batterie daran anschließen möchte, sollte sich aber vorher erkundigen, ob dies ohne Weiteres möglich ist. 

Energie von der Sonne

Mit Hilfe einer ausreichend dimensionerten Solaranlage können gerade in den Sommermonaten viele Tage ohne zusätzlichen 230V überbrückt werden. Allerdings hängt dies dann stark vom Nutzerverhalten und von der Größe der Anlage ab.

Mover PowerPack

Es gibt mittlerweile Lösungen, die eine Batterie und die Ladetechnik beinalten, sprich ein Ladegerät und teilweise sogar Ladebooster wie Solarregler.

Diese Packs haben meist eine Kapazität von bis zu 30Ah, sind sehr handlich und vom Gewicht her liegen diese um die 7kg.

Diese Packs dürfte für alle, die gerne einen gewisse Stromunabhängigkeit wünschen, jedoch keine Geräte mir sehr hoher Leistung verwenden möchten wie z.B. Thermomixe über Wechselrichter etc, eine sehr gute Alternative.

Leitungen,Leitungslängen & Querschnitte

Sollen Erweiterungen an der elektrischen Anlage durchgeführt werden, so ist zwingend zwischen dem 230V Wechselstromnetz und dem Gleichstromnetz auch hinsichlich der Leitungen zu unterscheiden. Immer wieder werden gerade für das Gleichstromnetz Thesen aufgestellt, die nur für ein 230V Wechselstromnetz Gültigkeit haben.

Ein wenig Einblick über die physialischen Grundlagen sollen helfen, die Sache zu verstehen. Anschließend klärt sich auch die viel gestellte Frage, warum es schwierig ist, einen 170W Kühlschrank über das Zugfahrzeug zu betrieben.

Elektrische Grundlagen

Ströme in einem 230V Wechselstromnetz

Sollen in einem Wohnwagen einfach eine Steckdose nachgerüstet werden, so wählt man grundsätzlich eine mehrdrähtige Mantelleitung mit 3 x 1,5qmm Querschnitt. Die Ummantelung ist entweder aus PVC oder ein Ölflexkabel.

Hier kann man sich an den Standard halten, den der Hersteller bereits verwendet hat. 

Es ist aber insgesamt darauf zu achten, dass die Leitungen nicht überlastet werden. Hierzu dient die Leistungsangabe des anzuschließenden Gerätes.

In einem Wechselstromnetz gilt vereinfacht:

Beispiel 1: Anschluss eines Gerätes mit 2kw (z.B. Fritöse)

Beispiel 2: Anschluss eines Gerätes mit 35W (z.B.TV Gerät)

Man sieht deutlich, der Strom bleibt relativ gering, da die Spannung recht hoch ist.

Ströme in einem 12V Netz

In einem 12V Netzt sind die Verhältnisse etwas anders.

Nehmen wir wieder die Leistung von 2000W so würde die Rechnung wie folgt aussehen:

Beispiel: Anschluss eines Gerätes mit 2000W (in der Regel über einen Wechselrichter)

Beispiel: Anschluss eines Gerätes mit 35W (TV oder ähnlich)

Hier wird deutlich, wo der Unterschied hinsichtlich der Strombelastung eines Leiters zwischen dem 230V und dem 12V Netz liegt, obwohl  die gleiche Leistung übertragen wird!

Auswirkungen auf die Leiter

Die Auswirkung in Hinblick der Stromstärke ist beachtlich und hier liegt auch die Begründung für eine Abweichende Auswahl der Querschnitte.

Dazu muss der Leiter als elektrischer Widerstand betrachtet werden, der seinen Wert mit seiner Länge und seinem Querschnitt ändert.

Zunächst gibt es den spezifischen Widerstand für Kupfer. 

Um daraus nun den Widerstand der Leitung zu ermitteln, kann folgende Formel verwendet werden:

Wie aus der Formel zu ersehen ist, hat die Länge und der Querschnitt eine entscheidende Rolle. In der Formel muss beachtet werden, dass immer die Leitungslänge x 2 gerechnet werden muss.

Beispiel:

Länge = 10m x 2 = 20m; Querschnitt = 1,5mm² 

Wird der Leiter nun durch einen Strom durchströmt, der in Abhängigkeit seiner Größe für eine Erwärmung der Leitung führt. Dies resultiert aus der Verlustleistung.

Hierzu kann man sich dem ohmschen Gesetz bedienen

Will man nun den max. Spannungsfall auf de Leitung bei einem Beispielstrom von 10A berechnen, so sieht das wie folgt aus:

Betrachtet man dies unter Berücksichtigung in einem 230V Netz, wurde die Verbraucherspannung von 230V auf 227,8V sinken, was wenig Auswirkung hätte.

Bei einem 12V Netz wurde die Spannung aber von 12V auf 9,8V sinken und dies wäre bereits eine erhebliche Auswirkung auf ein Gerät, was mit einer Nennspannung von 12V betrieben werden muss.

Wie kann man dem nun entgegen wirken?

Durch eine Erhöhung des Querschnittes wird der Widerstand der Leitung verkleinert und somit wird der Spannungsabfall auf der Leitung auch wesentlich verringert.

Als Beispiel Leitung wird auf 6qmm Querschnitt erhöht:

Daraus resultierender Spannungsverlust auf der Leitung:

Die Spannung am Verbraucher würde nun ca. 11.5V betragen. 

Bei der Länge und bei einem Strom von 10A müsste mind. eine 6qmm, besser eine 10qmm Leitung verlegt werden.

Auswahl von Leitungen

In 230V Netzen

Für die Auswahl einer Leitung gilt immer der max. Strom, der durch diese fließen darf.

Bei einer solchen Belastung würde eine Leitung mit max 1,0qmm ausreichend sein.

Eine entsprechende Absicherung vorausgesetzt.

Da man aber in der Regel keine neue Absicherung setzt, sondern von der Abzweigdose eine neue Steckdose verdrahtet, sollte eine Leitung mit 3 x 1,5qmm verwendet werden.

In der VDE ist folgende Aufschlüsselung zu finden:

bis 12A  0,75qmm

bis 16A   1,0qmm

bis 22A   1,5qmm

"Strombelastbarkeit nach IEC 204-1 / VDE 0298-4 / VDE 0100 Teil 430"

In 12V Netzen

Wie jetzt bekannt, schnellen die Ströme in einem 12V Netz schnell an, die zu einer hohen Verlustleistung auf der Leitung führen. Aus diesem Grunde müssen hier hohe Querschnitte gewählt werden. Letztendlich sind große Verbraucher wie eine Kühlschrank an einer 12V Spannungsversorgung eher ungeeignet.

Der Graph unten zeigt die Querschnitte, die in Abhängigkeit von Leitungslänge und Strom gewählt werden müssen

Beispielrechnung mit Kühlschrank

hier wird ein Beispiel eingefügt, anhand man die Grenzen erkennen kann...

Folgende Daten sind bekannt:

Leistungslänge vom PKW zum Kühschrank ca. 10m. 

Der Kühlschrank hat eine Leistung von 170W. 

Die Nennspannung ist 12V

Leistungsformel:

(P = U² / R)   (P = I² x R) (P = U x I)

Widerstand des Kühlschrankes

Widerstand der Zuleitungen

Die Zuleitungen sind meist nur mit 2,5qmm im PKW ausgelegt. Teilweise werden in den Wohnwägen Querschnitte mit 4qmm verwendet.

Somit mache ich mir die Mühe und teile beide Wege in zwei gleiche Teile auf.

und 

Gesamtleitungswiderstand:

Ergibt einen Gesamtwiderstand von:

Bei einer Anschlussspannung von ca. 13,4V,  an der Batterie würde sich so ein Strom von:

einstellen.

Da der Strom im Gesamten Stromkreis konstant beleibt, kann man nun die Leistung des Kühlschrankes ermitteln:

Dies wäre bei dieser Leitungsstärke noch recht gut. Das Beispiel ist aus unserem Gespann abgleitet. Die Messung ergab diese Werte!

Man sieht aber deutlich, fällt die Spannung an der Batterie, weil die Lichtmaschine abschaltet etc. wird auch die Spannung am Kühlschrank merklich sinken.

Der Kühlschrank wird ab ca. 11V keine Funktion mehr haben.

Wichtig ist auch noch, die angenommen Anschlussspannung an der Batterie wird man nur bei einer laufenden Lichtmaschine haben. Sobald diese die Batterie nicht mehr stützt, wird die Spannung sofort auf auf unter 13V sinken. Dies ist vor Allem bei Euro6 Fahrzeugen der Fall. So kann es sein, dass über lange Zeiten hinweg keine Kühlung stattfinden kann. Ein Batteriemanagementsystem im PKW verhindert in der Regel, dass die Spannungen für das Auto zu gering werden und würde die Versorgungen zum Wohnwagen abschalten.

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