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Viele CarHiFisti meinen, daß eine vernünftige Anlage nur mit armdicken Stromkabeln machbar wäre, weil sonst viel zu viel Leistung verloren ginge. Ich habe auch schon Ammenmärchen von abbrennenden Autos etc. gehört. Hier mal eine kleine Abhandlung von mir zu diesem Thema. Ich habe diese Berechnungen schon des öfteren hier im Forum vorexerziert, werde aber nach Möglichkeit noch ein wenig mehr ins Detail gehen.

Eines noch vorweg: Ich halte mich an die Physik und nicht an den weit verbreiteten Glauben an Effekte.



Was haben wir eigentlich bei einer CarHiFi-Verkabelung vorliegen? Es handelt sich vereinfacht gesagt um einen Stromkreis mit einer Spannungsquelle, einem Leiter zu einem Verbraucher (Endstufe) und einem Leiter zurück zur Spannungsquelle (meist ein Starterakku). In dem Stromkreis ist ein Widerstand in Form einer Sicherung eingebaut auf den ich am Ende eingehen möchte.

In der Regel wird eine solche Verkabelung so ausgeführt, daß man ein Pluskabel von ca. 5m Länge vom Akku im Motorraum in den Kofferraum gelegt wird. Der Akku besitzt ein ca. 50cm langes Kabel zur Karosserie, hinten Im Kofferraum wird die Endstufe mit ca. 1m Kabel an der Karosserie befestigt. Unser Leiter besitzt in der Regel also eine Länge von 6,5m. Da der Leiter, die Stecker (Übergang) sowie die Sicherung einen Widerstand aufweisen, liegt an der Endstufe nicht dieselbe Spannung an, wie man sie direkt vorne an dem Akku abgreifen könnte.

Alle diese Widerstände addieren sich. Ich gehe erstmal auf den Kabelwiderstand ein, die anderen Einflüsse erläutere ich in einem weiteren Beitrag.

Der Widerstand eines Leiters ist proportional zu seiner Länge (l) und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche. Er hängt von einem Faktor ab, der sich spezifischer Widerstand nennt und eine Materialkonstante ist. Hier ein paar spezfische Widerstände (in Ohm*mm²/m bei 20°C):

Silber: 0,016
Kupfer: 0,018
Gold: 0,022
Eisen: 0,1
Platin: 0,106

Das bedeutet, daß ein Kupferleiter mit 1mm² Querschnitt und 1m Länge 0,018 Ohm Widerstand hat. Gold ist wie man sieht also ein schlechterer Leiter als Kupfer, Silber ist einen Hauch besser.

Um nun auszurechnen, wieviel Leistung man durch den Kabelwiderstand verliert, muß man wissen, welcher Strom durch den Leiter fliesst.

Dazu kann man die RMS-Leistung einer Endstufe zur Rate ziehen. Diese gibt quasi die machbare Ausgangsleistung für einen gewissen Zeitraum an. Nehmen wir für meine Berechnungen mal analoge Endstufen mit 300, 500 und 1000W RMS an. Rein theoretisch würde bei einem mittelmässigen Wirkungsgrad von 60% etwas weniger als die doppelte Eingangsleistung von Nöten sein, also 500, 830 und 1660 Watt. Da Leistung gleich Spannung mal Stromstärke ist und die maximalen Leistungen meist bei 14V (und höher) gemessen werden, nehmen wir mal 14V als Grundlage. Ergibt also 35, 60 und 120 Ampere theoretischer Spitzenstrom. Aaaaber: In der Realität werden diese Stromspitzen von internen Endstufenelkos um einiges verringert. Der tatsächliche Stromspitzenwert liegt also um einiges niedriger. Normale Endstufen können die kurzzeitig machbaren Leistungen auch garnicht dauerhaft bringen, da das Netzteil nicht ausreichend dimensioniert ist. Eine RMS-Angabe ist also meist ein Wert, der nicht unbedingt dauerhaft erreicht wird. Kurzum: Die Ströme, die bei normalem Musikgenuß, auch bei heftigeren Bassattacken fliessen werden liegen deutlich unter den erwarteten Werten. Messungen von mir haben ergeben, daß eher die Hälfte realistisch sind. Um aber hier den Worst-Case zu berechnen, nehme ich diese unrealistischen Werte an. tatsächlich wird der Leistungsverlust durch das Kabel bei Musik also noch deutlich geringer sein!

300 Watt Endstufe

Kabeldicke 6mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0195 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 35A = 0,7V
Leistungsverlust = ~24 Watt = 8%

Kabeldicke 10mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0117 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 35A = 0,4V
Leistungsverlust = ~14 Watt = 3%

Kabeldicke 16mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0073 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 35A = 0,25V
Leistungsverlust = ~9 Watt = 1,7%

Kabeldicke 25mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0046 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 35A = 0,16V
Leistungsverlust = ~6 Watt = 1%

Kabeldicke 50mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0023 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 35A = 0,08V
Leistungsverlust = ~3 Watt = 0,5%



500 Watt Endstufe

Kabeldicke 6mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0195 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 60A = 1,17V
Leistungsverlust = ~70 Watt = 8,4%

Kabeldicke 10mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0117 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 60A = 0,7V
Leistungsverlust = ~42 Watt = 5%

Kabeldicke 16mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0073 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 60A = 0,7V
Leistungsverlust = ~26 Watt = 3%

Kabeldicke 25mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0046 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 60A = 0,28V
Leistungsverlust = ~18 Watt = 2%

Kabeldicke 50mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0023 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 60A = 0,14V
Leistungsverlust = ~9 Watt = 1%



1000 Watt Endstufe

Kabeldicke 6mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0195 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 120A = 2,34V
Leistungsverlust = ~280 Watt = 17%

Kabeldicke 10mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0117 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 120A = 1,40V
Leistungsverlust = ~168 Watt = 10%

Kabeldicke 16mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0073 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 120A = 0,88V
Leistungsverlust = ~105 Watt = 6%

Kabeldicke 25mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0046 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 120A = 0,55V
Leistungsverlust = ~66 Watt = 4%

Kabeldicke 50mm²:
Widerstand des Kabels (6,5m) = 0,0023 Ohm
Spannungsabfall im Kabel bei 120A = 0,28V
Leistungsverlust = ~24 Watt = 2%

Was sagen uns diese Zahlen. Ein Beispiel aus der Praxis: Ich will eine handelsübliche wirklich ordentliche Bassendstufe mit echten 300 Watt verkabeln. Nehme ich dazu 10mm² Kabel habe ich gegenüber einem 25er Kabel (wie so oft empfohlen) einen Leistungsverlust von 3% (!!!). Wenn man betrachtet, daß man ca. die doppelte Leistung braucht, um eine hörbare Lautstärkeänderung von 3db zu erreichen, sind 3% echt lächerlich. Da dürfte die Leistungsstreuung durch Bauteiltoleranzen innerhalb der im Regal liegenden Endstufen desselben Types größer sein!

Selbst ein 6mm² Kabel gegenüber einem 16er würde lediglich 5% verlieren, wäre also durchaus bei den Leistungen noch im Rahmen!

Nehmen wir eine analoge Endstufe, die ein echtes KW schiebt, dann würde selbst ich diese nicht unbedingt mit 6mm² verkabeln, aber der Unterschied zwischen 16er und 50er Kabel beträgt grade mal 4%. Und das sind Worst-Case Szenarien, beim Musikhören sind diese Unterschiede noch geringer und damit eigentlich völlig irrelevant.

Beim db-Drag geht es auch um Zehntel db, da können 3-4% durchaus einen Unterschied machen und da machen extremere Verkabelungen durchaus Sinn. Für den normalen Gebrauch sind sie eigentlich unnötig.

Die weiteren Einflüsse wie Übergangswiderstände und Sicherungen erläutere ich in einem anderen Beitrag, der hier wird sonst zu lang.

Gruß

Fabian


PS: Bitte erst mit einer Kabeldiskussion anfangen, wenn man meine anderen Beiträge in dieser Sektion dazu auch gelesen hat. Und bitte sachlich diskutieren, also Physik verwenden und keinen Glaubenskrieg anfangen. Diese hatten wir grade zu dem Thema schon sehr oft.

PPS: Ich habe übrigens einige Dinge stark vereinfacht, so habe ich für den Widerstand der Karosserie 0Ohm angenommen oder nicht eingerechnet, daß der Spannungsablfall ja auch zu einem Abfall der Leistung und damit des Stromes führt. Die Gleichung wird sonst etwas komplexer.

Quoted

so, hab den Beitrag erst jetzt mal gelesen, sehr sachlich, auch wenn ich mich als "Fan" dicker Kabel oute

Die haben ja auch ihre Berechtigung, wie ich im Kapitel "Übergangswiderstände" oder "Sicherungen" ausführe. Nur eben nicht weil man da so viel Leistung gewinnt.

Quoted

eine Frage hätte ich allerdings an dich Fabian, wie siehts mit der Erwärmung der Kabel aus? Ich denk, das ein 6mm² dann auch wärmer wird als ein 20mm² oder?

Da haste völlig recht, denn es zählt fast nur die Erwärmung durch den Leistungsverlust pro Meter Kabel. Der ist bei 6mm² eben höher als bei 20mm² bei gleicher anliegender Leistung.

Quoted

Die Erwärmung kannst du als alter Physiker doch schnell mal vorrechnen, oder?

Da brauche ich nichts vorrechnen, ist auch je nach Isolierung und Verlegung anders, weil das Kabel seine Wärme anders an die Umgebung abgeben kann. Die Kabelerwärmung ist fast zu vernachlässigen. 80-100°C macht jedes Kabel mit ohne irgendwelche Probleme mit der Isolierung zu haben.

Nehmen wir mal den krassen Fall, daß jemand eine 1kW Ausgangsleistung-Endstufe mit 6mm² verkabelt, also 120 A darüber zieht. Das wären wie vorgerechnet 280Watt Verlustleistung am Kabel. Diese werden auf 6,5 Meter Länge in Wärme umgesetzt. Das sind grade mal 40 Watt pro Meter. Dabei wird das Kabel zwar gut warm, aber nichtmal wirklich heiß, zumal man ja nicht 120A durchgängig darüber zieht. Bei Musikbetrieb ist das unproblematisch, wenn man das Kabel nicht grade in Thermoisolationsschichten packt.. Und ne 1kW Stufe mit 6mm² verkabeln ist ja selbst für mich ein extrem krasser Fall.

Meine Sitzheizung läßt ~10A durch einen ca. 0,3mm² dicken Heizdraht von ca. 3Meter Länge fliessen (~120Watt) und der wird bei Dauerbetrieb gut heiß, aber niemals so heiß, daß man sich wirklich die Finger verbrennt.

Quoted

Nungut, die Endstufe kriegt, sagen wir mal, 4% weniger Strom. Nun müssen wir reale Messungen betrachten, die Kabel an sich sind ja weniger das Problem, eher die Anschlüsse jener Kabel. Diese sind eher der Ursprung "hoher" Wiederstände und sinkender Leistung. Am besten wärs ja, wenn man sie verlöten würde, aber wer will das?

Hmm... Habe ich im Kapitel "Übergangswiderstände" auch so ausgeführt. Verlöten wäre übrigens kontraproduktiv, weil Lötzinn eigentlich ein schlechter Leiter ist. Kupfer-Kupfer mit großer Fläche fest verpreßt ist ziemlich optimal.

Quoted

Du musst außerdem noch bedenken, dass du hier die Werte des Netzteiles betrachtes, diese muss ja auch erst einmal arbeiten und somit werden die bis zu 17% nochmals deutlich vergrößert. Wieviel das ist kann ich nun nicht sagen, aber es sollte doch bemerkbar werden - je nach Qualität der verwendeten Endstufen.

Beziehst du dich darauf, daß ein Netzteil Verluste produziert? Ich habe bei meinen Berechnungen mit einem schlechten Wirkungsgrad von 60% argumentiert, es geht also um 1000 Watt Dauer-Ausgangsleistung und dafür benötigt man etwa 1600Watt Eingangsleistung. Oder meinst du etwas anderes?

Daß dieser 17% Wert natürlich der krasseste Fall ist und in der Realität sogar wesentlich niedriger liegt habe ich ja ebenfalls begründet.

Gruß

Fabian

Ach so ist das gemeint. Der Leistungsverlust bezieht sich auf die Eingangsleistung. 17% Verlust am Eingang wird auch etwa 17% am Ausgang bedeuten, außer man hat Endstufen deren Netzteile das regeln, da ist der Verlust sogar eher geringer. Wenn man ne Stufe hat, die mit geregeltem Netzteil auch bei 11V noch volle Leistung bringt, dann kann einem die Verkabelung fast egal sein, wenn der Motor läuft.

Natürlich habe ich an der Stelle auch ein wenig vereinfacht. Da die Leistung geringer wird, würde auch der Verlust geringer. Ist also keine lineare Funktion, aber das genauer zu berechnen führt zu weit und würde den Prozentwert auch nur verringern. Steht aber auch im PPS, daß ich das getan habe.

Gruß

Fabian

Nicht ganz, ich habe hier die übliche Verkabelungsmethode zur Berechnung herangezogen, favorisieren tue ich eher ein richtiges Massekabel zum Akku, wobei das soooo viel Unterschied nicht ausmacht. Oftmals isses aber schwierig einen guten Massepunkt zu finden.

Wegen Pfeifferei wäre eigentlich ein schlechterer Massepunkt besser, also eine Masseverkabelung mit ähnlich schlechten Werten wie die des Radios. Die Potentialunterschiede sind meist ursächlich fürs Pfeiffen, sprich Spannungsunterschiede zwischen Radiomasse und Endstufenmasse.

Aber das kann man ja durch eine gute Radiomasse beheben.

Gruß

Fabian