Themen:
- Einführung
- Drahtstärken
- Spezifischer Widerstand des Drahtes
- Steckverbindungen
- Gewindereparatur
- Stecker entriegeln
Einführung:
Moderne Fahrzeuge sind mit viel Elektronik ausgestattet. Sie enthalten oft Dutzende von Steuergeräten, von denen jedes für bestimmte Funktionen zuständig ist.
- Motorraum: Steuergerät für Motorelektronik, Automatikgetriebe, ABS/ESP;
- Innenraum: Steuergerät für die Airbags, in Türen, unter den Sitzen, im Dach für das Schiebedach oder die Beleuchtung, im Kofferraum für die Anhängerkupplungselektronik usw.
Diese Steuergeräte und Aktoren erhalten ihren Strom direkt vom Sicherungskasten. Da es mehrere Stromkabel und Sicherungen gibt, finden wir häufig mehrere Sicherungskästen, beispielsweise im Motorraum, im Armaturenbrett und sogar im Kofferraum von Personenkraftwagen.
Stromkabel (positiv) verlaufen vom Sicherungskasten zu verschiedenen Komponenten wie Steuergeräten und Aktoren. Die Steuergeräte erhalten über Signalleitungen Informationen von Sensoren.
Ein Beispiel im Innenraum ist der Türschalter, der im geöffneten bzw. geschlossenen Zustand 12 bzw. 0 Volt anzeigt. Im Motorraum kann der Kühlmitteltemperatursensor bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius ein 2,5-Volt-Signal und bei 90 Grad Celsius ein 0,5-Volt-Signal an das Steuergerät senden.
Das Steuergerät steuert dann den Aktor, indem es einen passiven Aktor (z. B. einen Einspritzer) mit Strom versorgt, ein Spannungssignal an einen aktiven Aktor (COP-Zündspule) sendet oder eine digitale Nachricht an einen intelligenten Aktor (Wischermotor) sendet. Jedes Steuergerät und jeder Aktor ist über ein oder mehrere Erdungskabel mit einem Erdungspunkt an der Fahrzeugkarosserie oder dem Fahrgestell verbunden.
Alle Plus-, Erdungs-, Signal- und Kommunikationskabel zwischen den Sicherungskästen, Steuergeräten, Sensoren, Aktoren und Erdungspunkten verursachen einen enormen Verkabelungsaufwand. Die Hersteller verlegen die Verkabelung möglichst gebündelt durch das Fahrzeug. Wir nennen dies einen Kabelbaum.
Im nächsten Bild sehen wir einen Teil des Kabelbaums, durch den Dutzende Drähte verlaufen. Der Kabelbaum ist mit Klebeband umwickelt, um die Verkabelung zusammenzuhalten. Die Farben sind zwischen den Bandwindungen noch sichtbar, da ein Techniker bei der Fehlersuche die Drahtfarbe leicht finden kann.
Ein Kabelbaum hat viele Zweige: Der Kabelbaum verläuft vom Motorraum zum Kofferraum, aber auch von der linken zu den rechten Türen, unter dem Armaturenbrett von links nach rechts und unter den Sitzen. Der Kabelbaum wird exakt auf das Fahrzeug abgestimmt.
Ein Kabel im Kabelbaum kann beschädigt werden. Wenn die Isolierung häufig durch wiederholtes Biegen beschädigt wurde (z. B. an einem Türscharnier oder einer Heckklappe) oder wenn das Kabel an etwas gerieben wurde, kann das Kabel in den meisten Fällen repariert werden. Der beschädigte Teil wird entfernt, ein neues Stück Draht dazwischengelötet und anschließend mit Schrumpfschlauch versiegelt. Bei Kurzschlüssen und durchgebrannten Leitungen wird es jedoch komplizierter. In diesem Fall, insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem hohen Stromwert, kann es sinnvoll sein, einen neuen Kabelbaum einzubauen.
Drahtstärken:
Im Auto finden wir viele verschiedene Drahtstärken. Im Motorraum finden wir dünne Leitungen von Sensoren und relativ dicke Leitungen zu Aktoren. Im folgenden Diagramm sehen wir ein schwarzes (Masse-)Kabel an der Batterie (A) von 25,0 mm². Dies ist der dickste Draht, den wir im Motorraum finden. An der Lichtmaschine (C) sehen wir an B+ ein schwarzes Kabel von 16,0 mm². Am J367-Steuergerät finden wir deutlich dünnere Drähte von 0,35 bis 0,5 mm².
Die Wahl der Drahtstärke hängt vom maximalen Strom und der Länge des Drahtes im Verhältnis zum spezifischen Widerstand des Drahtes ab:
- Für höhere Ströme eignet sich ein dicker Draht;
- Je länger der Draht ist, desto höher wird der Widerstand des Drahtes. Lange Drähte werden daher oft dicker ausgeführt.
Ein Minus- und ein B+-Kabel der Lichtmaschine müssen einen hohen Strom führen. Ein dünner Draht hätte einen zu hohen Innenwiderstand, was nicht nur zu Spannungsverlusten, sondern auch zu einem Temperaturanstieg führen würde. Durch die Kabel fließt ein kleiner Strom zum Steuergerät.
Der Widerstand im Kabel hat einen großen Einfluss auf den Spannungsabfall. Dabei spielt die Strömung eine große Rolle. Um dies zu verdeutlichen, werden im Folgenden zwei Berechnungen aufgeführt. In beiden Beispielen beträgt der Widerstand des Drahtes 0,1 Ω.
Wir nehmen einen positiven Draht von einer 21-Watt-Lampe und berechnen den Strom, indem wir die Leistung durch die Quellenspannung von 12 Volt dividieren (das Leistungsgesetz). Abhängig von der Temperatur beträgt der Strom etwa 1,75 A. Den Spannungsverlust über einer Leitung berechnen wir nach dem Ohmschen Gesetz.
Der Spannungsverlust von 0,18 Volt ist zulässig, da die Lampe bei einer Spannung von (12 - 0,18) 11,82 Volt brennt. Um es klarzustellen: 0,18 ist der V3 in der V4-Messung. Der Widerstand in dieser Leitung ist daher gering genug, um den Betrieb des Verbrauchers nicht negativ zu beeinflussen.
Im nächsten Beispiel nehmen wir das Pluskabel vom Anlasser. Auch hier beträgt der Widerstand des Pluskabels 0,1 Ω. Der gemessene Anlaufstrom beträgt 90 Ampere.
Der Widerstand im Kabel verursacht einen Spannungsabfall von 9 Volt. Bei einer Spannung von 12 Volt beim Einschalten des Anlassers bleiben nur noch 3 Volt zum Betrieb des Anlassers übrig. Das ist offensichtlich zu wenig; Der Anlasser bewegt sich nicht oder kaum.
Fazit: Ein Widerstand von 0,1 Ω in einem Pluskabel hat bei einer Lampe kaum Auswirkungen, ist aber bei einem Anlasser so hoch, dass er nicht mehr funktioniert.
Spezifischer Widerstand des Drahtes:
Jeder Draht hat einen ohmschen Widerstand. Der Widerstandswert hängt ab von:
- das Material;
- die Abmessungen (Länge und Durchmesser);
- Temperatur.
Das folgende Bild zeigt vier Drähte aus demselben Material, von denen Draht A den höchsten Widerstand und Draht D den kleinsten Widerstand aufweist.
- Proportional ist 2L doppelt so lang wie l;
- Proportional ist 2d doppelt so lang wie d.
Ein dicker, kurzer Draht hat einen geringeren Widerstand als ein dünner, langer Draht.
Der Widerstand eines Drahtes kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Hierin ist:
- R der Widerstand des Drahtes in Ohm [Ω];
- l die Länge des Kabels in Metern [m]
- ρ (rho) der spezifische Widerstand des Drahtes in Ohmmeter [Ωm]
- A die Querschnittsfläche des Drahtes in Quadratmetern [m²]
Die Formel zeigt, dass der Widerstand des Drahtes mit zunehmender Länge (l) zunimmt und mit zunehmendem Querschnitt (A) abnimmt. Der spezifische Widerstand eines Drahtes wird in Ohmmetern (Ωm) ausgedrückt. Da es sich um kleine Zahlenwerte handelt, verwenden wir eine 10^6-mal kleinere Einheit, nämlich Mikro-Ohmmeter (μΩm).
Beispiel:
Wir berechnen den Widerstand eines Kupferdrahtes mit einer Länge von 2 Metern und einem Querschnitt von 1,25 mm² und einem spezifischen Widerstand von 0,0175 * 10^-6 Ωm.
Steckverbindungen:
Im Auto werden Leitungen über eine Steckverbindung mit einem Sensor, Aktor oder einem Steuergerät verbunden. Es ist auch möglich, dass sich irgendwo in einem Kabelbaum ein Stecker befindet, mit dem zwei Kabelbäume verbunden werden können.
Das folgende Bild zeigt einen Teil eines Schaltplans eines Ford Fiesta. Hier sehen wir die Komponentencodes B31 (Luftmassenmesser) und Y34 (Kohlefilter-Magnetventil). Der Luftmassenmesser ist ein Sensor und das Magnetventil ist ein Aktor. Beide sind mit dem Motorsteuergerät (oben) verbunden.
Am Luftmassenmesser sehen wir einen 5-poligen Stecker (5p) mit vier belegten Positionen: 2 bis 5.
Das Magnetventil ist mit einem zweipoligen Stecker (2P) ausgestattet.
Die Nummern auf dem Stecker im Diagramm sind tatsächlich auf dem Stecker selbst abgebildet. Auf diese Weise können Sie die Kabelfarben vergleichen oder, wenn dieselbe Kabelfarbe an mehreren Positionen verwendet wird, die Kabelfunktionen voneinander unterscheiden (Plus, Masse, Signal usw.).
Gewindereparatur:
Bei einer Kabelreparatur muss möglicherweise ein neuer Stecker auf das Kabel gedrückt werden. Wir machen das mit einer Kabel-Drehmomentzange, auch Crimpzange genannt. In diesem Beispiel werden unisolierte Metallstecker auf den Draht geklemmt und in Kunststoff-Anschlussblöcke eingeklickt.
Die Kabel-Drehmomentzange enthält einen Mechanismus, mit dem mit minimaler Kraft im Griff ein großes Moment auf den Kabelschuh oder Metallstecker ausgeübt werden kann. Meist ist auch ein Haltemechanismus vorhanden, so dass die Zange beim Zusammendrücken „klickt“ und beim Loslassen des Griffs den Kabelschuh festhält. Erst wenn die Zange bis zur Endposition geklemmt ist oder der Lösemechanismus betätigt wird, gibt die Zange den Kabelschuh wieder frei.
Bestimmen Sie die Länge des Drahtes und schneiden Sie einen Abschnitt ab. Bitte beachten Sie, dass mit der Abisolierzange ein weiterer Abschnitt der Isolierung von den Enden entfernt wird.
Die beiden Bilder unten zeigen die Abisolierzange und das Ende des grünen Kabels:
- links: Bestimmen Sie zunächst die Länge, auf der Sie den Draht abisolieren möchten, indem Sie den roten Teil an eine andere Position verschieben. Ganz links beträgt die Länge, wie in der Abbildung dargestellt, 2 mm. Drücken Sie die Zange zusammen. Die Backen schließen sich und der Metallmechanismus greift nach der Isolierung. Drücken Sie die Zange vollständig zusammen. Die Isolierung wird auf den eingestellten Abstand vom Draht geschoben;
- rechts: Zange loslassen. Der Kupferdraht ist jetzt sichtbar.
Nach dem Abisolieren des Drahtes (der Kupferdraht ist 2 mm lang) können Kabelschuhe (isoliert/unisoliert) oder Metallstecker darauf aufgeklemmt werden. Die drei Bilder unten zeigen Folgendes:
- Links: eine Kabel-Drehmomentzange mit zwei Metallsteckern (männlich und weiblich);
- Mitte: Der Metallstecker wird in die Kabelklemme eingeklickt und der abisolierte Draht wird in die Rückseite des Metallsteckers eingeführt;
- Rechts: die andere Seite der Kabeldrehmomentzange mit dem Metallstecker.
Gut (1)
Beim Anziehen von Kabelschuhen passieren manchmal Fehler. Es ist wichtig zu wissen, wie weit das Elektrokabel abisoliert werden muss und wie weit der Draht in den Kabelschuh geschoben werden soll. Hier sind fünf Beispiele, die die drei häufigsten Fehler zeigen.
Das folgende Bild zeigt ein ordnungsgemäß installiertes Kabel.
Gut (2)
Dies ist derselbe Draht, aus einem anderen Winkel gezogen.
Fehler (1)
Die Isolierung wurde viel zu weit entfernt. Der Kupferdraht ragt heraus und kann in manchen Steckergehäusen nach dem Biegen der Enden einen Kurzschluss verursachen.
Fehler (2)
Der Kupferdraht wird nicht vollständig in den Kabelschuh gequetscht. Beim Biegen kann der hervorstehende Draht einen anderen Draht im Stecker oder gegen die Fahrzeugkarosserie kurzschließen.
Fehler 3:
Die Isolierung wurde zu kurz abisoliert und im inneren Teil des Kabelschuhs eingeklemmt. Da dieser Teil dicker als der Kupferdraht ist, ist der Kabelschuh nicht vollständig verschlossen. Die mögliche Folge davon ist ein schlechter Kontakt zwischen Kupferdraht und Kabelschuh.
Nach dem Aufdrücken der beiden Metallstecker auf das Kabel können diese in die Kunststoff-Anschlussblöcke eingeklickt werden.
Möglicherweise wurde der Draht versehentlich an der falschen Position eingeklickt. Mit einem Steckschlüssel oder einem Steckerzieher können Sie den Widerhaken am Stecker vorsichtig biegen und das Kabel aus dem Stecker ziehen. Natürlich muss der Widerhaken wieder nach oben gebogen werden, sonst rastet der Stecker nicht mehr ein.
Stecker entriegeln:
Möglicherweise muss ein Kabel von einem Stecker entfernt werden. Der am Ende des Kabels eingeklemmte Metallstecker muss daher aus dem Kunststoffsteckergehäuse demontiert werden. Hierzu ist ein Werkzeug erforderlich; ein sogenannter Steckerzieher. Dadurch können Sie die Widerhaken am Metallstecker im Stecker biegen, sodass der Draht aus dem Stecker gezogen werden kann. Dazu müssen Sie zunächst die Verriegelung im Stecker entfernen; Auf dem Bild ist das Schloss an dem violetten Kunststoffteil auf halber Höhe des Steckers zu erkennen. Die Verriegelung verhindert, dass der Draht aus dem Stecker gezogen wird, auch wenn der Stecker mit dem Werkzeug entriegelt wird. Die Animation zeigt das Entriegeln und Entfernen des Kabels von einem vierpoligen Stecker, der in einem Audi verwendet wird.
