Da als eine der nächsten größeren Aufgaben die Neuverkabelung des Steyr 288 ansteht, habe ich wieder begonnen, mir Gedanken über die Stromversorgung, also die Batterie bzw. die Batterien zu machen. Auch wenn dies zunächst eher trivial erscheint, ist hier doch so Einiges erwähnenswert!
Ursprünglich wurde der Traktor mit zwei (2) 6V Batterien ausgeliefert, die in Serie geschalten waren und damit das damals schon eher übliche 12V Netz bildeten. Je eine Batterie stand links bzw. rechts am Trittbrett. Die Masse (also der Minuspol) wurde über die Gehäuse (Zwischenachsgehäuse, Getriebegehäuse, Zwischengehäuse, etc.) geführt.
Wie bei vielen Traktoren dieser Serie üblich wurden diese zwei (2) 6V Batterien irgendwann gegen eine einzige 12V Batterie ausgetauscht, welche üblicherweise am linken Trittbrett stand, da von dort aus die Leitung zum Starter geführt wurde. Um mit einer 12V Batterie die selbe (oder gar etwas höhere) Kapazität (Ladungsmenge) - im Auslieferungszustand 112Ah - zur Verfügung zu stellen, ist diese 12V Batterie deutlich länger, als die ursprünglich verbaute 6V Batterie. Damit ergaben sich zwei neue Probleme:
- Zunächst passt die 12V Batterie nicht zwischen die am Trittbrett verschweißten Haltewinkeln. Diese wurden daher entfernt. Auch die eigentliche Abdeckung konnte nicht mehr verwendet werden.
- Die längere Bauform steht in Konkurrenz mit dem Hebel für die Differentialsperre - diesen kann man nicht mehr gut mit dem Knie bedienen.
Kritisch sehe ich auch die Masseführung über das Gehäuse. Man sollte bedenken, dass die elektrische Leitfähigkeit von klassischem Grauguss bei ca. 1-2 Sm/mm² liegt. Demgegenüber hat eine Kupferleitung ca. 56 Sm/mm². Dies würde bedeutet, dass ein Draht aus Grauguss von 1m Länge und einem Querschnitt von 1mm² 1Ω Widerstand hat; ein vergleichbarer Draht aus Kupfer jedoch erst bei 56m einen Widerstand von 1Ω aufweist - ein deutlicher Unterschied! Was bedeutet dies für den Traktor?
Zunächst habe ich den Strom beim Starten mit guten Starterkabeln gemessen: dieser beträgt ca. 230A!
Die Starterkabeln selbst haben einen errechneten Widerstand von ca. 3mΩ, was bei 230A einen Spannungsabfall von ca. 0,69V bedeutet.
Somit kann man davon ausgehen, dass am Starter bei voll geladener Batterie (Bleiakku etwas unter 14V) sicherlich 12V zur Verfügung stehen. Ich gehe daher von einem Innenwiderstand im Starter von knapp über 50mΩ aus.
Wird nun der Strom von der oder den Batterien auf den Trittbrettern zum Starter geführt und dann über die Gehäusemasse zurück zur Batterie(n) verändern sich die Gegebenheiten deutlich:
Die Hinleitung (vom Pluspol der Batterie) besteht aus einer Kupferleitung. Nehmen wir an dieser Stelle einmal einen Leiterquerschnitt von 50mm² an (später dazu noch mehr). Die Länge der Leitung beträgt ca. 1,2m. Dies ergibt einen errechneten Leitungswiderstand von ca. 430µΩ.
Die Rückleitung (zum Minuspol der Batterie) führt über das Gehäuse aus Grauguss mit mehreren geschraubten Übergängen. Würde man dafür eine 1,2m lange Leitung aus Grauguss mit ebenfalls 50mm² Querschnitt annehmen, ergäbe sich ein Leitungswiderstand von 24mΩ. Ich habe den tatsächlichen Widerstand über das Gehäuse bei mir auch gemessen - dieser beträgt sogar ca. 35mΩ.
Damit würde der Gesamtwiderstand des Systems (Hinleiter, Rückleiter, Starter-Innenwiderstand) ca. 85mΩ betragen, daher der Starterstrom (gerechnet) auf etwas über 160A absinken. Der Spannungabfall am Hin- und vorallem Rückleiter würde dann bei ca. 5,6V liegen, am Starter verbleiben daher nur noch knapp über 8V bei voll geladener Batterie. Laut den Datenblättern (© Robert Bosch GmbH) des Starters beträgt die Mindesteinzugsspannung 8V!
Würde man für die Rückleitung ebenfalls eine eigene Kupferleitung mit 50mm² Leiterquerschnitt verwenden, so würde der Gesamtwiderstand mit nur knapp unter 1mΩ zu Buche schlagen. Damit beläuft sich der Startstrom auf ca. 275A (kürze Leitungen, aber größerer Querschnitt, als mit Starterkabeln), Spannungsabfall an Hin- und Rückleiter auf ca. 0,28V, es verbleibt also nahezu die komplette Spannung für den Starter.
Bedacht werden muss auch der Leiterquerschnitt der zum Starter führenden Leitungen. Laut Ersatzteileverzeichnis wird ein Querschnitt von 70mm² vorgeschrieben. Der von mir erworbenen, vorkonfektionierte Kabelbaum bietet für die Leitung zum Starter einen Querschnitt von 50mm². Ist der Leiterquerschnitt für den fließenden Strom zu klein, erwärmt sich die Leitung zu stark und kann im schlimmsten Fall einen Brand auslösen.
Leider kann man nicht so einfach festlegen, wieviel Strom bei welchem Querschnitt fließen darf. Die möglichen Werte sind von vielen weiteren Faktoren abhängig, z.B. der Temperatur, der Verlegeart, etc. Im Internet gibt es daher auch die verschiedensten Tabellen mit den unterschiedlichsten Werten - wahrscheinlich auch deshalb, weil die zugrunde liegenden Normen (DIN VDE 0298-4) kostenpflichtig erworben werden müssen. Hier eine Leseprobe der VDE-Norm. Laut dieser dürfen bei 50mm² 196A, bei 70mm² 251A Dauerstrom nicht überschritten werden. Die Werte gelten bei einer Verlegung in Luft allerdings in und an Gebäuden! Bei der Verwendung im KFZ-Bereich werden die Werte sicherlich (hoffentlich nur geringfügig) anders sein.
Genau da liegt der "Hase im Pfeffer"! Der Startvorgang dauert (hoffentlich) nur wenige Sekunden. Wie schon oben beschrieben, habe ich einen Starterstrom von ca. 230A gemessen. Die Leitungslänge wird nicht mehr als ca. 1,2m betragen - gemessen von der Hinterachse, wo die Batterie(n) steht bis zum Starter. Der Spannungsabfall variiert je nach verwendeten Material (Gussteile bzw. Kupferleitung). Führt man nun die Masseleitung über das Gehäuse, erhöht sich der Spannungsabfall, der Strom sinkt und damit kann auch ein Leiter mit geringerem Querschnitt verwendet werden. Der Nachteil: die Spannung fehlt am Starter, der Startvorgang wird schwieriger. Verbessert man das System, indem man eine eigene Masseleitung aus Kupfer verlegt, reduziert sich der Spannungsabfall am Leiter, es kann mehr Strom fließen, die Leitung benötigt einen höheren Querschnitt!
Bleiben wir jetzt einmal beim Idealfall! Also: eine eigene Masseleitung wird verlegt. Bei 230A Starterstrom reicht also eine Leitung mit 70mm² auf jeden Fall aus; dieses hat einen Gesamtdurchmesser (also mit Isolierung) von ca. 15-18mm (herstellerabhängig). Würde man auf eine Leitung mit 50mm² umsteigen, reduziert sich der Durchmesser auf rund 13-16mm. Warum ist dies von Interesse?
Für mich kommt die Lösung mit einer längeren 12V Batterie schon auf Grund des Problems mit der Differentialsperre nicht in Frage. Bleibt also nur, wieder auf zwei (2) 6V Batterien zu setzen - eine Lösung, die zumindest recht teuer ist, da 6V Batterien kein Massenprodukt mehr sind (Kosten pro Stück ca. € 225.--) oder eben auf zwei (2) 12V Batterien umzusteigen. Diese können kürzer ausfallen, passen perfekt in die Aufnahmen am Trittbrett (ca. 280 x 180mm) und auch die alten Abdeckungen können wieder verwendet werden. Die beiden 12V Batterien müssen aber natürlich parallel geschalten werden, was bedeutet, dass bei Nutzung einer eigenen Masseleitung zwei (2) Leitungen vom rechten zum linken Trittbrett geführt werden müssen. Die Durchführung unterhalb des Hydraulikblocks stellt dabei das Nadelöhr dar. Da bei Parallelschaltung der beiden Batterien jede Batterie nur rund den halben erforderlichen Strom liefert, müsste also für die Durchführung unter dem Hydraulikblock auch eine noch dünneres Leitungspaar ausreichen, weil in diesem ja "nur" der Strom von der rechten Batterie geführt wird.
Ich werde also mein Glück mit zwei (2) 12V Batterien, 50mm² bzw. 35mm² (Durchmesser ca. 11mm) Leitungen versuchen und eine eigene Leitung als Masseleitung zum Starter führen.
Abschließend sei noch auf den minimalen Biegeradius von ca. vier (4) mal Außendurchmesser und die Tatsache verwiesen, dass Leitungen bei diesen Strömen große Magnetfelder generieren, die sich bei unterschiedlicher Stromrichtung (Hin-/Rückleiter) abstoßen - die Leitungen müssen also ausreichend befestigt werden. Weiters sollte aus Sicherheitsgründen ein Batteriemodell gewählt werden, bei dem die Pole versenkt sind - also nicht so wie früher aus der Batterie herausragen - da gab es sicherlich das eine oder andere Problem mit den Blechabdeckungen (Kurzschlussgefahr)! Auch sollte man darüber nachdenken, Batterietrennschalter einzubauen, um den Traktor komplett von der Stromversorgung abtrennen zu können!
Wie im Artikel "Trittbretter/Fußboden" beschrieben, habe ich neue Trittbretter angefertigt und damals die Haltewinkel weggelassen, um auch längere Batterien verwenden zu können. Aus berufener Quelle habe ich aber erfahren, dass es kein "Pickerl" gibt, wenn die Batterie(n) nicht mechanisch gesichert sind.
Nach all den oben angeführten Überlegungen, habe ich nun wieder Haltewinkel verschweißt und die Bohrungen für die Halterungen der Abdeckung gefertigt. Im Zuge der Arbeiten habe ich auch die Bohrungen für die Verbindung zu den Kotflügeln hergestellt. Hier rechne ich aber noch mit Nachbesserungsbedarf, da die genaue Position nicht wirklich klar ist.
