Spannungsfall: Erklärung und Berechnung

Schritt 0: Welche Werte Du benötigst

Für die folgenden Schritte musst Du über folgende Werte bescheid wissen, denn Du brauchst sie für die Berechnung.

• Leitungslänge im Meter
• Leiterquerschnitt im mm²
• Spannung Batterie in Volt (meist 12 Volt)
• Strombedarf des Verbrauchers in Ampere

Ich gebe Dir ein Wert vor, welcher fix ist:

• Leitfähigkeit Kupferleitung: 57,18 (m / (Ω * mm²))

Schritt 1: Leitungswiderstand berechnen

Eine Leitung ist ein Widerstand. Gut, okay – das sollte jetzt klar sein! Um den Spannungsfall berechnen zu können, musst Du zuerst den Widerstand in Ω (Ohm) der Leitung berechnen!

Die Formel, um den Leitungswiderstand zu berechnen, lautet wie folgt:

R = l / (γ * A)

Jetzt die Erklärung der einzelnen Variablen:

• R = Leitungswiderstand in Ohm
• l = Kleines L; Leitungslänge in Meter
• γ = Kleines, griechisches Gamma; Leitfähigkeit in (m / Ω * mm²)
• A = Leitungsquerschnitt in mm²

Okay, jetzt hast Du alles, was Du benötigst, um den Leitungswiderstand zu berechnen! Los geht’s!

Das folgende Beispiel berechne ich mit folgenden Werten:

• Leitungslänge: 5 Meter
• Leitfähigkeit (fixer Wert): 57,18
• Leitungsquerschnitt: 1,5 mm²

• R = l / (γ * A)
• … = 5 / (57,18 * 1,5)
• R = 0,058 Ω

Die Leitung hat einen Widerstand von (aufgerundet) 0,06 Ohm.

Schritt 2: Spannungsfall in Volt berechnen

Wenn ich das Beispiel aus Schritt 1 weiterführe, so wissen wir, dass die Leitung einen Widerstand von 0,06 Ohm hat. Um den Spannungsfall in Volt zu berechnen benötigst Du nun das “Ohmsche Gesetz” (ext. Link zu WikiPedia).

Die Formel, die hinter dem Ohmschen Gesetz steckt, ist folgende:

U = R * I

Erklärung der Variablen wie folgt:

• U = Spannung am Verbraucher in Volt
• R = (Leitungs-)Widerstand in Ohm
• I = Strombedarf des Verbrauchers in Ampere

Wichtig für die Berechnung ist hier der Strombedarf in Ampere Deines Verbrauchers! Falls Du nicht weißt, wie Du ihn berechnest, dann schaue einfach mal auf meine Seite Der korrekte Kabelquerschnitt für 12V im Campervan und Wohnmobil unter “Schritt 1: Kenne Deine Verbraucher”!

Ich nehme jetzt mal meine Frischwasserpumpe als beispielhaften Verbraucher. Sie benötigt 50 Watt bei 12 Volt. Das sind aufgerundet 4,2 Ampere. Der Leitungswiderstand ist 0,06 Ohm. Die Werte setze ich jetzt wie folgt in die Formel ein:

• U = R * I
• … = 0,06 Ω * 4,2 Ampere
• U = 0,252 Volt

Anhand der Berechnung siehst Du, dass die Spannung um (aufgerundet) 0,3 Volt sinkt! Das bedeutet, dass an der Frischwasserpumpe nur noch (12 Volt – 0,3 Volt) knapp 11,7 Volt ankommt!

Der Spannungsfall von 0,3 Volt ist jetzt für die Frischwasserpumpe meiner Meinung nach kein Problem! Es gibt aber Verbraucher, die eine Mindestspannung benötigen, um richtig zu funktionieren! Dazu aber später mehr.

Schritt 2.1: Spannungsfall in Prozent berechnen

Wir haben ja gerade den Spannungsfall in Volt berechnet. Hier zeige ich Dir, wie Du den Spannungsfall in Prozent berechnen kannst!

Ich gehe nun von folgender Ausgangslage (vgl. Schritt 2) aus:

• Batterie-Spannung: 12 Volt
• Spannung am Verbraucher: 11,7 Volt
• Spannungsfall in Volt: 0,3 Volt

Der Spannungsfall in Prozent lässt sich mit einem einfachen Dreisatz berechnen:

• 12 Volt = 100 %
• 0,12 Volt = 1 %
• 0,3 Volt / 0,12 Volt = 2,5 %

Das Ergebnis aus dem Beispiel aus Schritt 2 ist in Prozent: 2,5 %.

Online-Rechner für Spannungsfall

Hinweis: Ein wenig weiter unten findest Du einen Online-Rechner für Ampere aus Leistung!

Online-Rechner für Ampere aus Leistung

Zusatz 1: Wie viel Volt Spannungsfall verträgt mein Verbraucher?

Tja, das ist leider eine Frage, die nicht so leicht zu beantworten ist. Leider. Aber ich versuche dennoch Dir das so gut wie möglich zu erklären!

Was gibt es denn für Verbraucher in einem Wohnmobil, Wohnwagen oder Camper Van? Hier mal eine kurze Auflistung der Dinge, die mir spontan einfallen:

• Handy-Ladegerät
• Beleuchtung (LED oder “klassisch”)
• Kühltruhe (mit 12 oder 24 Volt Anschluss)
• Radio
• Power Inverter (Spannungswandler: 12 Volt Gleichspannung auf 230 Volt Wechselspannung)

Ich kann jetzt leider nicht pauschal sagen, wie viel Volt die Verbraucher als Minimum benötigen. Du musst dafür in die technischen Daten des Verbrauchers schauen! Schaue am besten nach Begriffen, wie “Eingangsspannung”, “Operation Voltage” oder “Input Range”! Hier gibt es dann auch – im Idealfall – einen Zusatz, wie “Minimum Eingangsspannung”.

Hinweis: In den folgenden Beispielen gehe ich immer von Verbrauchern für 12 Volt Bordspannung aus.

BESTEK Spannungswandler 300W, DC 12V auf AC 230V

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Der Spannungswandler von BESTEK hat jetzt zwar keine konkrete Angabe zur minimalen Eingangsspannung in den Daten, aber anhand der Produktbilder kann man dennoch eine Information zur minimalen Eingangsspannung erkennen!

Direkt auf dem ersten Bild kannst Du folgende Aufschrift auf dem Gerät erkennen: “Input: DC 11-15V”. Das bedeutet, dass der Spannungswandler einen Spannungsfall auf Minimum 11 Volt erlaubt. Das ist ein Spannungsfall von 1 Volt oder knapp 8 Prozent.

Beleuchtung

Ich habe echt einige Angebote und technische Daten von den verschiedensten Produkten zum Thema Beleuchtung durchgeschaut. Leider habe ich kein Produkt gefunden, welches einen “Spannungsbereich” für den Eingang  angegeben hat!

Aber generell kann ich sagen, dass wenn Du eine “normale” Glühlampe hast, der Spannungsfall “egal” ist! Ganz ehrlich: Sie leuchtet dann einfach nur ein bisschen dunkler.

Bei LED-Lampen hingegen kann es etwas schwieriger werden. Die LEDs benötigen in den meisten Fällen eine Vorschaltelektronik, welche die Bordspannung auf die benötigte Spannung der LED runterregelt. Diese ist aber in nahezu allen Fällen in der Lampe integriert, sodass Du die Lampe direkt an 12 Volt anschließen kannst. Jetzt haben aber die LED-Lampen ja wie gesagt diese Vorschaltelektronik, welche eine Mindest-Eingangsspannung benötigt. Du kennst das eventuell von LED-Lampen, die nicht dimmbar sind. Wenn du nicht-dimmbare LED-Lampen dimmst, dann fangen die irgendwann an zu flackern! Dieses Verhalten tritt auf, wenn die Vorschaltelektronik zu wenig Spannung bekommt, dann funktioniert diese nicht mehr korrekt. Aber wir reden hier einem Spannungsfall von 5 Volt oder mehr! Das sollte Dir ja in Deinem Camper nicht passieren!

Ich empfehle Dir mit 2% bis maximal 4% Spannungsfall zu rechnen! So sollten auch “nicht-dimmbare” LED-Lampen leuchten!

Handy-Ladegerät

Gleiches Problem wie bei der Beleuchtung. Es wird immer nur “Eingangsspannung: 12 Volt” angegeben. Vielleicht hast Du noch Glück und findest eins, welches “Eingangsspannung: 12-24V” notiert hat.

Jetzt musst Du aber wissen, dass (grob gesagt) wie in einer LED-Lampe eine Vorschaltelektronik im Handy-Ladegerät verbaut ist. Sie regelt die Spannung von 12 Volt runter auf 5 Volt. Es gibt auch Ausnahmen, welche die Spannung auf 9 Volt herunterregelt. Diese Technik ist gerade bei den QuickChargern moderner Smartphones zu finden.

Aber wie gesagt: Im Normalfall regelt das Ladegerät die Spannung von 12 Volt runter auf 5 Volt. Ich habe mal nach einem “Netzteil” gesucht, welches Dir aus 12 Volt Deine 5 Volt macht. Sowas findest Du unter dem Begriff “Buck-Converter”.

riorand (TM) Auto LED Display Netzteil 12 V auf 5 V 3 A DC/DC BUCK Converter Modul

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Immerhin habe ich hier als Vergleich folgendes in der Artikelbeschreibung gefunden:

• Eingangsspannung: 12 V (8 V-23 V)

Du siehst also, dass das Netzteil einen maximalen Spannungsfall von 4 Volt (beziehungsweise knapp 33 Prozent) verträgt!

Aber bitte: Nehme nicht die 33 Prozent Spannungsfall für Deine Berechnung des Kabelquerschnitts! Das ist ein zu krasser Wert! Orientiere Dich lieber an 2 bis maximal 4 Prozent Spannungsfall!

Zusammenfassung maximaler Spannungsfall für Verbraucher

Wenn in den technischen Daten Deines Verbrauchers nichts angegeben ist, dann orientiere Dich an einem Spannungsfall von 2 bis maximal 4 Prozent! Leider gibt nicht jeder Hersteller diese Information an.

Bei “normalen” Glühlampen ist es relativ egal – sie leuchten dann einfach nur etwas weniger hell. LED-Lampen, Spannungswandler und Ladegeräte hingegen haben bedingt ihrer Vorschaltelektronik schon einen Bedarf an einer Mindestspannung!

Zusatz 2: Maximaler Spannungsfall, dass kein Brand entsteht

Ja das ist jetzt so relativ ?. Grob gesagt hat der Spannungsfall “nicht direkt” mit der Strombelastbarkeit von Leitungen zu tun.

Wenn Du den Leitungsquerschnitt berechnen willst, so benötigst Du ja den maximal angestrebten Spannungsfall.

Eine kleine Hilfe: Du legst als maximalen Spannungsfall 4% fest für Deine Berechnung des Leitungsquerschnitts. Wenn Dein Verbraucher, den Du anschließen möchtest jetzt 4 Ampere benötigt, so rechnest Du die 4% auf die Ampere oben drauf. Also bei 4 Ampere sind das dann 4,16 Ampere – gerundet 4,2 Ampere. Jetzt musst Du schauen, wie viel Strom Deine Leitung maximal verträgt. Diese sollte nicht unter den – wie im Beispiel genannnten – 4,2 Ampere liegen!

Näheren zur Berechnung des Leitungsquerschnitts findest Du hier:

Der korrekte Kabelquerschnitt für 12V im Campervan und Wohnmobil

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