Elektronik an Bord

Die Elektronik an Bord, ein großes Thema für sich. Ich habe mich dran gewagt und mir hat es große Freude bereitet 🙂

HINWEIS:
Arbeiten an der Elektrik ohne fundierte Ausbildung ist gefährlich! Bevor Ihr so etwas macht, ist es immer ratsam sich Rat von einem Experten zu holen. Alle Hinweise in diesem Artikel sind ohne Gewähr und müssen nicht zwingend richtig sein.
Ich selber lasse die Anlage noch einmal von einem Elektriker abnehmen, um sicher zu sein keinen groben Fehler begangen zu haben. Das kann ich nur jedem empfehlen!
Es geht nur um die 12v Anlage, die 230v Anlage lasse ich völlig unberührt.

Die Vorbereitung:

Wie Ihr wahrscheinlich schon mitbekommen habt, bin/war ich auch in Sachen Elektrik ein völliger Laie. Aber ich liebe es, mich in neue Sachen hineinzufuchsen, Wissen aufzusaugen und das Erlernte anzuwenden.
Als erstes habe ich mit einen Haufen Bücher gekauft, die die Grundlagen der 12v Elektrik, als auch der Bootselektrik beinhalten. Damit konnte ich mir schon mal ein gewisses Grundwissen aufbauen.
Danach ging es auf Youtube. Hier wimmelt es von guten, nicht ganz so guten Tutorials, von den unterschiedlichsten elektronischen Arbeiten. Besonders hervorzuheben ist allerdings diese Reihe:

Es ist ein Mitschnitt von einem Marine-Elektronik-Seminar, was von A bis Z jedes Thema anschneidet und teilweise auch sehr anschaulich erklärt. Dauer ca. 6 Stunden und gute Englischkenntnisse vorausgesetzt.
Ich fand das Seminar aber so gut, dass ich es mir gleich zweimal an unterschiedlichen Tagen reingezogen habe 🙂

Zusammengenommen haben mir diese Vorbereitungen gutes Rüstzeug gegeben, um auf meiner bestehenden 12v Anlage aufzubauen.

Die Basics:

12v Elektro Basis-Tutorials gibt es weit aus bessere als dieser Post. Von daher versuche ich erst garnicht zu sehr in die Tiefe zu gehen sondern eher einfach erlerntes so verständlich wie möglich weiterzugeben.
Die Begriffe werden nicht technisch korrekt beschrieben, sondern so, dass man sie hoffentlich auf Anhieb versteh kann.

Neben vielen weiteren, gibt es 4 wichtige Begriffe, die man verstehen muss, bevor es losgeht.

Volt:

Ist die elektronische Spannung. In unserem Fall vereinfacht 12v. Je nach Batterieladezustand kann das natürlich etwas abweichen. z.B. 11,8v oder 12,4v

Watt:

Ist die elektrische Leistung eines Verbrauchers und ist meistens im Datenblatt zu finden, oder steht direkt auf dem Verbraucher (z.B. Leuchtmittel).

Ampere:

Ist die Stromstärke. Sie ist meist auch im Datenblatt oder auf dem Gerät zu finden und wenn nicht, auch leicht zu errechnen. Watt : Volt = Ampere

Widerstand:

Alles (Verbraucher, Kabel, Sicherungen etc.) hat einen gewissen Widerstand. Dieser sollte möglichst gering gehalten werden, damit auch genug Strom am Verbraucher ankommt.

Kabeldicke:

Gerade bei 12v Anlagen essentiell. Kupferkabel haben einen gewissen Widerstand. Lässt man zu viel Ampere in ein zu kleines Kabel fließen, ist der Widerstand irgendwann so hoch, dass nur noch sehr wenig Strom am anderen Ende ankommt und der Verbraucher ggf. mit zu wenig Spannung versorgt wird. Zusätzlich kann sich das Kabel durch die hohen Stromstärken so stark erhitzten, dass es zum Brand kommen kann.
Von daher ist es wichtig immer Kabel mit den richtigen Querschnitt zu wählen. Dafür gibt es extra Tabellen und Rechner aus denen das ersichtlich wird.

Hier ein Beispiel:

Wichtig im martimen Bereich ist noch die folgende Faustregel: Einen Spannungsverlust kann man nie komplett vermeiden, da alles einen Widerstand hat. Man sollte allerdings bei der Wahl des Kabelquerschnitts darauf achten, dass allgemeine Verbraucher nicht mehr als 5% und essentiell wichtige Verbraucher, wie z.B. Navigationslichter, nicht mehr als 2% Spannungsverlust haben.

Verbindungen:

Besonders in der Schifffahrt ein spezielles Thema, da normale Verbindungstechniken, wie im Haushaltsbereich, sich gerne aufgrund der Vibrationen und Bewegungen des Schiffes lösen.
Von daher ist die Empfehlung der Profis mit Crimpverbindungen zu arbeiten. Man „quetscht“ also das Kupfer im Kabelende in eine Form, z.B: Ringschuh, was eine Schraub, Steck oder Crimpverbindung zulässt, welche beständiger gegen Bewegungen ist.
Diese Verbindung sollten immer von einem Schrumpfschlauch ummantelt sein. Das ist ein Schlauch, den man über Kabel und Verbindung zieht und der sich durch Hitze an die Form der beiden Komponenten anpasst. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verbindung isoliert ist und das Kupfer wesentlich langsamer korrodiert als wenn es frei an der Luft ist.

Absicherung

Das A und O sind Sicherungen. So verhindert man, dass bei zu starken Stromflüssen, oder Kurzschlüssen, Leitungen überhitzten und anfangen zu brennen.
Es kann also nicht genug davon geben und man installiert sie traditionell in der positiven Leitung.
Viele Leute machen den Fehler nur direkt hinter dem Verbraucher eine Sicherung zu setzten, vergessen aber, dass die Gefahr vor allem auch von der Batterie ausgehen kann. Von daher als Faustregel immer im Kopf behalten: Man sichert vor allem das Kabel und nicht nur den Verbraucher. Von daher am besten nach jedem neuen Kabelanschluss eine Sicherung einbauen.
Sicherungsarten gibt es wie Sand am Meer. Bei mir habe ich mich für klassische Flachsicherungen und AGU Glassicherungen entschieden. Diese sind auch im KFZ Bereich bewährt.

Die Durchführung:

Der erste Schritt ist die Bestandsaufnahme. Also schaut man sich erst mal das bisherige System an und versucht die verschiedenen Verbindungen und Kabel zu definieren. Am besten hat man dazu ein Schaltplan des alten Systems. In meinem Fall gab es das leider nur von der 230v Anlage, also musste ich mir alles selber erschließen. Ich musste in jede Ritze krabbeln und mit vielen kleinen Tests mir die Stromverläufe erschließen.
Wichtig dabei, hinterfragt alles. Warum läuft die Leitung so und nicht anders? Muss hier nicht eine Sicherung rein? Sind die Leitungen dick genug? etc.

Wenn das gemacht ist, erfolgt der zweite Schritt. Alle neuen und alten Verbraucher und die ungefähre Nutzungsdauer am Tag inkl. der Ampereleistung der Verbraucher aufschreiben.
Ziel dieser Übung ist es herauszufinden, welche Größe eure Batteriebank haben sollte. Also, wieviel Stromspeicher benötigt wird, um eure elektrischen Bedürfnisse zu befriedigen.

Schaut euch auch unbedingt eure alten Batterien an. Wieviel Ampere haben Sie? Welche Art sind sie? Gibt es getrennte Start und Verbraucherbatterien? Wie alt sind die Batterien?

Das Thema Batterien ist noch mal ein ganz eigenes und ich möchte es hier nur kurz mit ganz allgemein gehaltenen Daumenregeln streifen. Es gibt hier noch viel mehr zu sagen, was aber den Rahmen sprengen würde. Von daher lohnt es sich,  hier genauer einzulesen.

Generell sind drei Batteriearten die gängigsten (Gel habe ich mal ausgelassen):

Klassische Blei-Säure Batterien:

Vorteil: Günstig, überall zu bekommen
Nachteil: Muss regelmäßig gewartet werden, sollte nur bis max. 50% entladen werden

AGM Batterien:

Vorteil: Wartungsfrei, Können bis ca. 60-80% entladen werden
Nachteil: Teurer als klassische Blei-Säure Batterien

Lithium Batterien:

Vorteil: Wartungsfrei, leicht, Können bis zu 100% entladen werden
Nachteil: Extrem teuer

Anhand dieser kleinen Auflistung kann man schon sehen, dass es hier viel Raum für Diskussionen gibt, welche Batterie die bessere ist 🙂

In meinen Fall habe ich mich für 3 AGM Batterien entschieden. 1x 70A als Starterbatterie und 2x 170A als Verbraucherbatterien.
Vorher waren klassische Blei-Säure Batterien installiert. Von daher ist es wichtig die gesamte Ladetechik umzustellen, da jeder Batterietyp noch mal andere Ladeströme hat. Von daher hab ich auch einen neuen Laderegler angeschlossen, der zur Not auch verschiedene Batterietypen laden kann.

Hat man also Stromverbrauch und Batterietyp herausgefunden geht es an die Verbraucher.
Man muss sich die Frage stellen, welche neuen Verbraucher kommen hinzu und (wenn man auf einem alten System aufbaut) reichen die vorhandenen Kabelquerschnitte um die Amperezahl ohne großen Spannungsverlust durchzulassen, oder müssen diese ggf. auch ausgetauscht werden?
Zusätzlich lohnt es sich alle Lampen durch LED’s zu ersetzten, da man hier einiges an Strom einsparen kann.

Jetzt ist auch an der Zeit über Stromgewinnung nachzudenken. Auf unserer Benko werden wir 3 Solar-Panels á 150 Watt und einen Windgenerator à 350 Watt installieren, um auch unterwegs Strom erzeugen können können.
Diesen Strom gilt es natürlich in das Netz , bzw. in der Bordbatterien einzuspeisen. Hat man Solar, kann ich euch die MPPT Laderegler empfehlen. Die holen ca. nochmal 30% mehr aus den Panels raus, als es PWM Laderegler können..

Den Status der Einspeisung und den Verbrauch misst man am besten mit einem Batteriemonitor. Hier wird ein sogenannter Shunt in die Negativleitung zur Batterie eingebaut. Durch diesen sollten dann alle Leitungen fließen, sodass er an einem kleinen Monitor den Status der Batterien anzeigen kann. Das hilft dabei die Übersicht zu behalten

Und schon kann es an die Verkabelung gehen 🙂

Viel Spaß!

Cheers

Ruben