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Wechselrichter und Netzvorrangsschaltung, VDE Normen, Kfz Klemmenbezeichnungen

Diese Seite befasst sich mit der Wandlung von 12V Gleichstrom in 230V Wechselstrom und den dafür wichtigen VDE Normen zum sicheren Betrieb im Wohnmobil. Die Beschreibung ist für die allgemeine Verständlichkeit vereinfacht dargestellt. Mehr zu diesem "spannenden" Thema finden Sie in meinem Buch "Strom und Spannung", in dem die einzelnen Themen ausführlicher erklärt sind.
Bitte beachten Sie, dass bei Arbeiten an der 12V und 230V Anlage die notwendigen Fachkenntnisse vorhanden sind. Im Zweifelsfall wenden Sie sich bitte an einen ausgewiesenen Elektroinstallateur.



Der Wechselrichter 12V Gleichstrom auf 230V Wechselstrom,
auch Inverter oder  DC/AC Wandler genannt ist keine Energiequelle, sondern lediglich ein Umwandler. Er wandelt bzw. invertiert eine 12V-Gleichstrom in 230V-Wechselstrom, um dann damit „nur 230V-Geräte“ betreiben zu können. Den benötigten Gleichstrom entnimmt er der Aufbaubatterie. Man sollte aber nicht zu viel erwarten. Die erzeugte Spannung ist bei den kostengünstigen Lösungen keine saubere Sinusspannung sondern ein so genannter „modifizierter Sinus“ (trapez oder rechteckförmig) und manches getaktetes Netzteil hat mit dieser Spannungs- bzw. Frequenzqualität (Oberwellen, Flankensteilheit) seine liebe Not. Aber für den Anschluss von Wasserkocher, Fön, Lampen, Lötkolben oder Elektrowerkzeugen ist er durchaus geeignet.
Für die Versorgung von CPAP-Atemgeräten, Notebooks, LCD-TV/SAT-Anlagen und alle Arten von getakteten Netzteilen (ohne Trafo), für induktive Ladegeräte für Elektrozahnbürsten, Ladegeräte für Akkus oder für einige Komfort-Kaffee- oder Espresso-Maschinen (Senseo, Saeco, Nespresso) sollte es ein echter Sinuswandler sein. Nur dessen optimal schwingende, reine Sinus-Wellenform sichert einen störungsfreien Betrieb dieser Geräte.

Wechselrichter, die eine saubere Sinus-Wellenform liefern, benötigen zum Betrieb eine bestimmte Ausgangslast. Trotzdem sind bei Laständerungen Spannungsschwankungen zwischen 290V und 170V in der Einschwingphase immer möglich.
Eine saubere Sinuskurve sollte wie die ganz linke Kurve (Sinus 230V) aussehen. Leider haben die "modifizierten Sinusspannungen" am Ausgang vieler Wechselrichter aber damit nur noch eine entfernte Ähnlichkeit.


Oder im direkten Vergleich:

Dass mit diesen Wellenformen etliche Verbraucher ihre Probleme bekommen braucht niemanden zu wundern.
Modifizierter Sinus hat eine der obigen Kurvenformen mit extremer Flankensteilheit. Nicht jedes Gerät kommt damit zurecht. Phasenanschnittssteuerungen (Dimmer, manche E-Werkzeuge) können mit Rechteckflanken nicht vernünftig geregelt werden. Die produzierten Oberwellen können z. B. bei induktiv ladenden Zahnbürsten zu Überlastungen führen. Aber für den Anschluss von Wasserkocher, Fön, Lampen, Lötkolben oder Elektrowerkzeugen sind die modifizierten Sinusformen durchaus geeignet.

Beim Anschluss über eine 12V Normdose beträgt die maximale Anschlussleistung ca. 150/180 Watt. Die Zigarettenanzünderdosen sind für einen WR ungeeignet, da sie den Stecker nicht fixieren!!.
Festangeschlossene Geräte gibt es für den Bereich von 200 bis 2000 W.
Aber Achtung, bei einer Ausgangsleistung von 1500 W fließt bereits ein Batteriestrom von ca. 144 A (falls Wirkungsgrad 85%). Der WR muss deshalb direkt, mit kürzester Verbindung und genügend dickem Kabel an die Batterien angeschlossen werden. Außerdem sollte man batterieseitig einen Trennschalter (Natoknochen) vorsehen. Auch die Batterienkapazität sollte, entspechend den gestiegenen Anforderungen, aufrüstet werden wobei man die Gel-Technik meiden sollte. Die Batterielebensdauer verkürzt sich enorm, wenn bei einer C10-Batterie mit einer Kapazität von 200 Ah mal schnell 144 A gezogen werden.

Bitte beachten Sie auch, dass selbst gute Wechselrichter nur einen Wirkungsgrad von max. ca. 85% haben (best case Angabe), d.h. wenn sie 1500 W Leistung für den 230V-Verbraucher benötigen, müssen Sie der Batterie ca. 1725 W entnehmen. Die Differenz wärmt ihr Wohnmobil. Der Wirkungsgrad ist außerdem stark abhängig von der abgeforderten Leistung, auf gut deutsch kann bei einem 1500W Wechselrichter und einer entnommenen Leistung von nur 200 W, der Wirkungsgrad produktspezifisch auf nur 60% sinken. Der beste Wirkungsgrad wird im Betrieb bei ca. 70-80% der Dauernennleistung erreicht. Genaueres muss man typspezifisch den Geräte-Kennlinien entnehmen.
PS: Es ist wie beim Automotor und „dem besten Drehmoment“, also eine Frage des optimalen Arbeitspunktes auf der Kennlinie.

Viele WR sind mit einer Fernbedienung ausgerüstet. Bitte beachten Sie, dass mit einer kabellosen FB ein WR nie ganz ausgeschaltet werden kann. Er hat einen Ruhestrom um das Einschaltsignal der FB zu erkennen und darauf reagieren zu können. Die Stromaufnahme ohne Last kann bei manchen preisgünstigen Exemplaren bei ca. 0,8A liegen. In fünf Tagen ist damit Ihre 100 Ah Batterie leergesaugt.
Wichtige Merkmale bei der Poduktwahl sollten also sein:
1. Reiner Sinus,
2. Leistungsklasse ca. 25% höher als die Summe der Leistungsangabe gleichzeitig betriebener Geräte,
3. Stromaufnahmne ohne Last kleiner 0,1A,
4. keine drahtlose Fernbedienung.
5. nur eine Steckdose und keine Anschlussklemmen am Ausgang (VDE Problematik)

Achtung: Der 230V-Ausgang eines Wechselrichters (WR) darf nicht mit auf das 230V-Landstromnetzes geschaltet werden. Möchte man die im Wohnmobil installierten 230V Steckdosen für Landstrom und WR benutzen, benötigt man zum WR einen „Netzvorrangschalter mit zwangsgeführten Kontakten“ (NVS), der bei Anschluss von Landstrom den WR komplett abschaltet. Tut man das nicht, kann man mit ziemlicher Sicherheit den Wechselrichter als Totalschaden abschreiben.
Zusätzlich muss auch die bestehende Verkabelung geändert werden. Der 230V-Anschluss des Kühlschrankes, ggf. der 230V-Heizpatrone der Truma/Alde Heizung, des Batterieladegerätes und der FI/RCD Schutzschalter müssen getrennt von der Ausgangsseite des WR liegen.
Ansonsten würde die AES Automatik den Kühli mit 230V WR-Strom anstatt Gas betreiben und auch die Batterieladung würde sich im Kreis drehen indem die Batterie den WR versorgt, der dann wiederum das Ladegerät mit 230V versorgt damit dieses die Batterie lädt. Ist der 230V Ausgang galvanisch vom Eingang getrennt, muss auch in diesem 230V Strang ein FI/RCD-Schutzschalter verbaut werden.
Bitte beachten Sie im Zusammenhang mit der nachträglichen Installation eines Wechselrichters das nachfolgende Kapitel.


wichtige VDE Normen und Vorschriften, Klemmenbezeichnungen Kfz
Zu den wichtigsten Richtlinien zählen die VDE Normen, Zu diesen Vorschriften muss man allerdings eines vorausschicken:
Die VDE Normen sind eine Sammlung von Regelungen und Richtlinien zur Installation und Betrieb elektrotechnischer Anlagen und gelten rechtstechnisch als "Stand der Technik" und haben aufgrund des EnWG Gesetz eine gesetzliche Grundlage. Viele VDE Normen ergänzen andere, manche VDE Normen widersprechen inhaltlich anderen Richtlinien und manche Texte sind eine Sache der Auslegung. Wichtig ist es auch nicht nur den Text sondern auch die Kopfinformationen mit Datum, Status und Änderungspunkten zu lesen. Kurzum, es handelt sich um eine Sammlung von und für Fachkräfte die wissen was sie in diesem oder in jenem Fall zu befolgen haben, für Laien ist das ganze Zusammenspiel nur schwer ersichtlich.

In Wohnmobilen/Caravans sind/werden für den 230V-Bereich überwiegend TN-S Netze installiert. Für deren elektrische Einrichtung und Betrieb gelten u.a. die VDE 0100-410 und die aktuelle DIN VDE 0100-721: 2016-11, Teil 7-721. Diese VDE Normen gelten für Campingfahrzeuge ohne eingebaute 230V Stromgeneratoren und Ersatzstromerzeuger (WR)!
Der 230V-Anschluss an die CP-Stromsäule erfolgt über ein verpolungssicheres CEE-Anschlusskabel nach VDE 0285-525:2012-01, Teil 2-21
, Gummikabel Typ H05RR-F 3G 2,5 mm2 am besten in Signalfarbe, mit blauen CEE-Steckern und Kupplungen.
In der CEE-Anschussbox muss der gelb/grüne Schutzleiter (PE) mit einem Kabelquerschnitt von 4mm2 flexibel mit dem Fahrzeugchassis verbunden werden.

  • Die gesamte elektrische Anlage des Caravans muss durch einen Hauptschalter abschaltbar sein. (Ein FI zählt als Hauptschalter).

  • Der Gesamtstromkreis muss durch eine Überstromschutzeinrichtung (LS) abgesichert werden. Zusätzlich wird gefordert, dass jeder Stromkreis durch einen eigenen FI/RCD (30mA) abgesichert wird.

  • Bei allen Steckdosen / Verbrauchern muss der Schutzleiter angeklemmt sein. Alle Aderenden müssen mit Aderendhülsen versehen werden und die Leitungen müssen der Kategorie H05RN-F 3G 1,5mm² entsprechen

  • 230V- und 12V-Leitungen müssen getrennt verlegt werden und gegen mechanische Erschütterung bzw. Beschädigungen (Kabelkanal, Wellrohr) geschützt werden. Kabel, die durch Blech oder Kunststoffdurchführungen gehen, müssen mit einer Kabeldurchführung geschützt werden.

In Bezug auf Personenschutz mittels FI/RCD gilt eigentlich die DIN VDE 0100-410:2007-06, für Caravans/Wohnmobilen gibt es aber keinen Verweis. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage:
Wann und wo brauche ich einen FI/RCD/LS-Schutzschalter im Wohnmobilbetrieb? (Fi/RCD = Fehlerstrom, LS = Lastschutz)

1. Ein FI/RCD/LS-Schutzschalter Typ A muss den Ausgang der 230V-Stromversorgungssäule des Campingplatzes absichern.
2. Ein LS-Lastschutzschalter muss die verlegten Stromleitungen im Wohnmobil gegen Überlastung absichern. Bei 1,5 mm2 Leitungsdurchmesser ist es ein 16A Haushaltsautomat.
3. Ein FI/RCD-Schutzschalter Typ A sollte/muss? zusätzlich den Personenschutz im Wohnmobil absichern, obwohl dies schon vor dem Anschlusskabel an der CP-Stromsäule erfolgt. Aber, im Zweifel für den doppelten Schutz, nimmt man deshalb am besten einen kombinierten FI/RCD/LS-Schutzschalter und ist dann auch auf dem CP in Marokko sicher.

Komplizierter wird es mit dem Einsatz eines festangeschlossenen bzw. stationär eingebauten Wechselrichters (WR):
Wechselrichter sind im Sinne der VDE Ersatzstromerzeuger. Lesen Sie bitte zuerst die BDA des WR-Herstellers genau durch.

4. Ein WR mit nur einer Ausgangssteckdose, an die nur ein Gerät angeschlossen ist, benötigt im WR-Ausgang keinen FI/RCD-Schutzschalter. Hier gewährleistet die „galvanische Schutztrennung" den notwendigen Personenschutz.
5. Versorgt der WR mehrere Geräte / Steckdosen bildet er ein eigenes Netz, somit ist die Schutzmaßnahme "Schutztrennung" nicht mehr gewährleistet. Hier muss im oder hinter dem WR ein 2-poliger, FI/RCD Schutzschalter Typ A installiert sein/werden. Sind die Potentialverhältnisse unbekannt oder sind glatte Gleichfehlerströme zu vermuten und liegt keine schriftliche Erklärung des Herstellers vor ist ein allstromsensitiver FI/RCD, Typ B zu verwenden.

Das WR-Gehäuse (Erdungsbolzen) muss mit der Fahrzeugmasse und dem PE am CEE Eingang mit
flexiblem Kabel, Ø 4mm2 verbunden werden.
6. Wird der WR fest in den 230V-Fahrzeugstromkreis, vielleicht sogar mit NVS, eingebunden muss am WR von einer Fachkraft durch Nullung ein TN-C Netz im Wohnmobil aufgebaut werden.

Dazu muss am Ausgang des WR und vor dem externen FI/RCD von einem der stromführenden Leiter über eine Erdungsbrücke (Ø 2,5mm2) eine Verbindung zu PE (Masse) hergestellt werden. Geräte für den deutschen Markt haben dafür einen Brückungspunkt. Außerdem muss der PE der fest installierten Steckdosen mit flexiblem Kabel, Ø 4mm2, mit der Fahrzeugmasse verbunden werden.

Achtung
: Für Feuerwehr- oder Baustellengeräte gelten andere bzw. weitere VDE Normen, die hier aber nicht aufgeführt sind.

Für die Niedervoltanlagen, die mit DC 12/24/48V betrieben werden, gelten DIN EN 1648-1 und DIN EN 1648-2. Für Stromkreise die mit 12V oder 24V Gleichspannung betrieben werden ist nur ein Schutz gegen die Überlast vorzusehen.
Für 12V Leitungen benutzt man am besten den Kabeltyp FLY mit 2,5 mm2 oder eine Doppelleitung NYFAZ mit 1,5 mm2.

Mit diesem Tool können Sie den Querschnitt einer Leitung berechnen:
Link: https://hilfreiche-tools.de/berechnung/leitungsquerschnitt-berechnen.html
Achtung: Der Kabelquerschnitt (mm2) ist nicht gleich dem Kabeldurchmesser (mm)!! Ein Kabeldurchmesser von 2,8 mm entspricht einem Kabelquerschnitt von 6 mm2. Die Umrechnung ist wichtig, wenn man den Kabeldurchmesser mit Schieblehre oder Lineal ermittelt.

Klemmenbezeichnung in der Kfz-Elektrik:
Kl 61 auch D+, Ladekontrollleuchte, Steuersignal für Trennrelais Batterien, Kühlschrank
Kl 15 Plusspannung, wenn Zündung eingeschaltet ist, Steuerung, Sat-Schüssel, autom. Treppe, elektr. Hubstützen
Kl 15r Zündungsplus (+) für Radio (auch R)
Kl 30 Plusspannung, direkt von der Batterie
Kl 31 Minusleitung, direkt von der Batterie
Kl 58d Dimmbare Instrumentenbeleuchtung
Kl 61 auch D+, Ladekontrollleuchte, Steuersignal für Trennrelais Batterien, Kühlschrank
KL 75 Autoradio, Zigarettenanzünder
ACC Schaltstellung vor Zündung,  Zubehör-Steuersignal, ähnlich Kl. 15, ist aber nicht bei allen Herstellern vorhanden
 X Für alle Verbraucher, die während des Motorstarts oder zur Stromverbrauchsminimierung abgeschaltet werden sollen oder können.
Rel.Kontakt 85 Steuerspule vom Relais
Rel.Kontakt 86 Steuerspule vom Relais
Rel.Kontakt 30 Eingang Schließer/Öffner/ Wechsler
Rel.Kontakt 87 Ausgang Arbeitsstromkreis (no) am Relais (Schließer)
Rel.Kontakt 87aAusgang Ruhestromkreis (nc) am Relais (Öffner/Wechsler)

Für Batterien gilt:

Batterien, die im Wohnraum (Koffer) eingebaut werden, müssen gasdicht sein oder über eine Schlauchentlüftung durch den Boden nach außen verfügen.

Für Photovoltaikanlagen gilt:

DIN VDE 0100-712 (2016-10) und die DIN EN 62446.

Dinge, die man beachten bzw. wissen sollte:
Sicherheit
Batterien erzeugen bei einem irrtümlichen Kurzschluss durch den hohen Kurzschlussstrom einen Lichtbogen, der einem kurzfristig die Sehkraft rauben kann. Nassbatterien bergen die Gefahr, dass Batteriesäure ausläuft oder spritzt. Tragen Sie deshalb eine Schutzbrille und Handschuhe und verwenden Sie bitte isolierte Werkzeuge!
Beim Ausbau einer Batterie immer zuerst den Minuspol und dann erst den Pluspol abklemmen. Beim Einbau wird zuerst der Pluspol angeklemmt und dann der Minuspol.
Batteriekauf und -auswahl
Beim Kauf von „einbaufertigen“ Batterien im Baumarkt oder Internet sollten Sie umgehend die Spannung messen. Liegt sie unter 12,5V, wurde die Batterie schon einige Zeit in geladenem Zustand gelagert und hat durch Selbstentladung bereits die Hälfte ihrer Ladung verloren.
Mischung verschiedener Batterien
Unterschiedliche Batterietypen sollten nicht parallel geschaltet werden, da ihre Innenwiderstände und Ladekennlinien verschieden sind. Man sollte unbedingt darauf achten, dass die Zusatzbatterie vom Typ (Blei-Säure/PbCA-Säure/AGM-Vlies oder Gel) der bereits vorhandenen Batterie gleicht. Es empfiehlt sich auch, den gleichen Hersteller zu wählen.
Ausgleichsstrom
Werden Batterien unterschiedlicher Kapazität, unterschiedlichem Ladezustand oder unterschiedlichen Alters zeitweise separat, zeitweise parallel betrieben (Start-/ Aufbaubatterie,), fließen im Augenblick des Zusammenschaltens zwischen den Batterien Ausgleichströme! Bei Blei-Batterien sind das aufgrund der Kapazität (100 Ah) meist sehr kurze Ladungsausgleiche.
Bei LiFeYPO4-Batterien sind aber größere Kapazitäten möglich
(500 Ah), da sollte man diese Ströme beachten, wenn man mit Trennrelais verschiedene Batterien zusammenschaltet (Blei-Start mit LiFeYPO4-Aufbau).

Tiefentladungsgrenze (25%) bei einer Blei-Batterie:12,06 V
Tiefentladungsschutz am EBL bei Blei                    11 – 11,5 V
Ladeschlussgrenze bei einer Blei-Batterie:              14,2/14,3/14,6 V
Ladeschlussgrenze bei einer LiFePO4-Batterie:        14,0 - 14,2 V
UVP (LVP) (25%) bei einer LiFePO4-Batterie:           11,8 V
OVP bei einer LiFePO4-Batterie:                             15,6V

Die angeführten Werte zeigen, dass die Tiefentladungsgrenzen von Blei- und Lithium-Batterien recht unterschiedlich sind. Werden Blei-Batterien gegen Lithium-Batteriepacks ausgetauscht, muss man ggf. auch die eingestellten Alarmwerte und Abschaltreaktionen der verschiedenen Ladegeräte, EBLs, Controlpanels, Heizungs- und Kühlschranksteuerungen und Batteriecomputer beachten und ggf. ändern.


 Stand 29.1.2020

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