Stromversorgung von Hochleistungs-Verstärkern im Auto

Aufrufe 41 Mal bewertet mit „Gefällt mir” Kommentare Kommentar
Mag ich anklicken, wenn dieser Ratgeber hilfreich war
Haben Sie eine leistungsfähige Endstufe im Auto? Sie finden dicke Kabelquerschnitte für die Stromversorgung von Anlagen im Auto aber einfach nur protzig? Sie haben sich schon mal gefragt, wieso für's Auto Kabel mit Querschnitten von 50mm² oder sogar mehr angeboten werden, wenn man doch - im Haus - selbst einen E-Herd mit nicht mehr als 2,5mm² anschliesst? Dann lesen Sie weiter...

Was ein Verstärker so macht, und wieso er im Auto dazu dicke Kabel braucht

Wie jeder Verstärker, nimmt auch eine Auto-Endstufe das Eingangssignal  und verstärkt es durch "Zugabe" von Strom so, dass die Lautsprecher es verwerten können. Diesen Strom muss die Endstufe natürlich irgendwo hernehmen, und im Auto kommt er von der Batterie, oder - bei laufendem Motor - zum Teil auch von der Lichtmaschine. Wenn an der Endstufe - ob analog oder digital - leistungshungrige Lautsprecher hängen, zum Beispiel ein Subwoofer, dann braucht sie für eine kräftige Ausgangsleistung sogar richtig viel Strom, denn eine hohe Ausgangsleistung  kann nur erzeugt werden, wenn eine entsprechend hohe Eingangsleistung zur Verfügung steht. Auf die Gefahr hin, dass das für Sie schon  logisch war - die Eingangsleistung muss immer über der Ausgangsleistung liegen (denn schliesslich arbeitet jede Endstufe ja mit Verlust und wird warm, und auch dafür muss die Energie irgendwo her kommen...)!

Ob die Dimensionierung der Stromversorgung Ihrer Wohnzimmer-Anlage für die Stromversorgung des dortigen Verstärkers  ausreicht, müssen  Sie sich im Allgemeinen keine Gedanken machen - da war ein Elektriker für Sie am Werk und hat die Leitungen hoffentlich so dimensioniert, dass alle angeschlossenen Geräte genügend Spannung bekommen, um die geforderte Leistung bringen zu können. Im Auto aber haben Sie's in der Hand, wenn Sie nicht in eine Fachwerkstatt gehen - und leider wird da allzu oft nicht über die Konsequenzen zu geringer Leiterquerschnitte nachgedacht:

Es ist riskant, einfach auf gut Glück irgendein schickes Stromkabel zu verwenden und dann die Daumen zu drücken, denn das kann Sie sowohl die Endstufe als auch die Lautsprecher kosten!

...denn wenn ein Verstärker unter Last nicht genug Strom bereitgestellt bekommt, dann  läuft er Gefahr, zu überhitzen. Das Netzteil der Endstufe kann den Spannungsabfall nicht nachregeln, und die Transistoren sterben einer nach dem anderen. So kann es passieren, dass selbst kräftige Endstufen mit satter Leistung von über 1000W zerstört werden - und zwar, weil sie die Leistung nicht bringen konnten, weil diese am Eingang wegen Spannungsabfalls im Stromkreis gar nicht zur Verfügung stand!

Wie definiert man Leistung?
Man erinnert sich vielleicht noch aus dem Physikunterricht in der Schule: Für die elektrische Leistung (P) gilt: P=U*I, also mal landläufig gesagt: Leistung in Watt = elektrische Spannung in Volt mal Stromstärke in Ampère.
Weil die Spannung der Auto-Bordelektrik mit 12-13,8V auf etwa ein zwanzigstel dessen  begrenzt ist, was man im Hause zur Verfügung hat (230V), entsteht für die Bereitstellung von hoher Leistung für die Anlage im Auto der Bedarf an etwa 20-fach grösseren Stromstärken als für die Anlage im Wohnzimmer! Mal im Beispiel: Für 120W bei 12V braucht man 10A, für 120W bei 230V aber nur 0,52A. Für 500W entsprechend bei 12V sind es 42A (bei 230V aber nur ca. 2,2A), und für 1000W bei 12V brauchen Sie 84A (bei 230V aber nu ca. 4,4A). Und weil jemand fragte, wie man das berechnet: Teilen Sie die gewünschte Wattzahl durch 12 bzw. 230, dann kommt der benötigte Ampèrewert heraus...

Spannungsabfall ist gleichbedeutend mit Leistungsabfall, und er entsteht aufgrund von Widerständen im Stromkreis. Der Spannungsabfall ist dabei umso höher, je mehr Strom fliesst (direkt proportional). Da sich alle Übergangswiderstände in einem Stromkreis zum so genannten  Gesamteinfügungswiderstand des Stromkreises addieren, lohnt es sich, einen Blick auf alle Komponenten des Stromkreises zu werfen, an oder in denen Widerstände entstehen können:

Das Kabel und sein Querschnitt
Hohe Stromstärken erfordern immer grosse Leiterquerschnitte in den Kabeln, denn je dünner das Kabel, desto höher sein Widerstand, und bei hohem Widerstand wird im Kabel viel Strom in Wärme umgesetzt. Während man in elektrischen Hausinstallationen mit Kabeln von 1,5mm² oder 2,5mm² auskommen kann, weil dort, wie schon erwähnt, wegen der höheren Betriebsspannung von 230V nur mit Stromstärken im Bereich von ca. einem zwanzigstel der Stromstärken im Auto gearbeitet wird, machen die im Auto vorkommenden hohen  Stromstärken Kabel mit grossen Leiterquerschnitten und damit geringem Widerstand erforderlich, damit die Leistung verlustfrei übertragen wird und die Leitungen sich nicht aufheizen oder gar durchschmoren.

Bei einer Länge von 5m für das Hauptstromkabel empfehlen  sich dabei für
angegebenen Stromstärken die angegebenen Leiterquerschnitte:

Strom-    Quer-    maximale
bedarf    schnitt    Eingangsleistung
0-20A      6mm²        240W
20-25A     16mm²     300W
50-65A     25mm²     780W
65-125A    35mm²  1500W
125-170A 50mm²    2040W
170-250A 75mm²    3000W
250-350A 100mm²  4200W

Noch ein Beispiel: Eine digitale Endstufe mit hohem Wirkungsgrad, die an 2 Ohm Impedanz 2000W abgibt und an dieser Impedanz 80% Wirkungsgrad hat, wird dafür am Eingang 2000/80*100=2500W bei voller Leistungsabgabe aufnehmen. Bei laufendem Motor liegen im Bordnetz zwar 13,8V an - aber rechnen wir sicherheitshalber mit 12V. Also: 2500W/12V=208,33 Ampère - hier wäre also eine Hauptstromleitung von 75mm² angebracht. Schon mit einem 50mm²-Kabel gäbe es einen merklichen Spannungsabfall - bei Volllast lägen da 0,32V weniger am Stromeingang der Endstufe an. Bei einem höheren Spannungsabfall (der nicht nur wegen zu geringem Kabelquerschnitt entstehen kann, siehe unten) wird das Netzteil, das auf 12V ausgelegt ist, versuchen, nachzuregeln und schnell überhitzen. In Folge schaukelt sich das System bis zur Zerstörung hoch: Das Netzteil wird zu heiss, der Wirkungsgrad geht in den Keller, die Endstufe zieht noch mehr Strom - das Netzteil stirbt.

Ganz gefährlich sind dabei Kabelquerschnitte, die nur etwas zu klein sind: Dann bricht die Spannung unter Volllast nie so weit ein, dass die Schutzschaltung der Endstufe reagiert. Aber für eine Überlastung des Netzteils kann das aber trotzdem ausreichen, wodurch die Transistoren ihre maximale Stromfestigkeit überschreiten und ihren Dienst quittieren.

Die Batterie
Allen vorangegangenen Überlegungen lag zugrunde, dass die Batterie praktisch grenzenlos Strom liefern kann. Oft sieht das in der Praxis  anders aus: Hier ist die Starterbatterie oft nicht mehr die Frischeste, oder sie ist schlecht oder gar nicht gewartet, oder die Pole sind oxidiert, oder sie ist nur halb geladen. All das sind weitere Quellen von zu geringer bereitgestellter Leistung (mit den oben geschilderten Konsequenzen)! Für leistungsfähige Car-Hifi-Anlagen mit einer Gesamtleistung von mehr als 1500W empfehlen sich daher hochstromfähige Gel-Batterien mit einem Kurzschlussstrom von 800-900A. Mit solchen kann ein Strom von über 150A dann auch für mehr als ein oder zwei Sekunden zur Verfügung gestellt werden.  

Die Masseanbindung im Fahrzeug

Der Massepunkt hat für die optimale Funktion und die volle Leistungsabgabe einer Auto-Endstufe eine überaus grosse Bedeutung! Sie müssen dabei  bedenken, dass für die Verbindung tragender Elemente der Karosserie heute meist eine Kombination von Schweisspunkten und Zwei-Komponentenkleber eingesetzt wird. Damit werden die Verbindungen aber elektrisch deutlich schlechter als bei den durchgehenden Schweissnähten von früher - man kann sich bei neueren Fahrzeugen nie wirklich sicher sein, dass über die hochohmigen Schweissverbindungen auch ein unter allen Umständen verlustarmer Stromfluss möglich ist! Etwas Strom fliesst natürlich immer, aber es kann sein, dass die Spannung einbricht, wenn viel Leistung gefordert ist. Wer daher ganz sicher sein möchte, legt eine separate Masseleitung parallel zur Plus-Leitung zu den Endstufen, und sich damit vom Widerstand der Karosserie unabhängig zu machen!  
 
Die Hauptsicherung
Bei Anlagen mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 1000W muss unter allem Umständen ein ANL-Hauptsicherungshalter verwendet werden. Bei Verstärkern mit insgesamt mehr als 1000W empfehlen sich Sicherungshalter,  bei denen zwei Sicherungen in Parallelschaltung eingesetzt werden - das halbiert den Übergangswiderstand an dieser Stelle und sorgt daher für mehr Spannung für die Endstufe.

Der Wert der Hauptsicherung muß dabei an die Stromleitung angepasst werden. Bei sehr hohen Strömen müssen Sie für die Kabelenden - sowohl für die an der Endstufenseite, als auch für die am Sicherungshalter und die in den Verteilerblöcken - ausserdem  passende Kabelendösen verwenden.

Kabelquer-    max. Sicherungs-
schnitt           wert
10mm²             50A
20mm²           120A
35mm²           200A
50mm²           250A
70mm²           400A

Kleinere Werte als die oben angegebenen dürfen verwendet werden und sind in jedem Fall sicher. Grössere Werte dürfen aber keinesfalls verwendet werden, denn sie sind sehr gefährlich - wenn Sie zum Beispiel für ein 20mm²-Kabel eine 200A-Sicherung verwenden, weil gerade keine passende zur Hand ist, kann es sein, dass die Sicherung einen Kurzschluss überlebt, das Kabel aber brennt!

Verkabelung steht? Messen!

Sie können folgendermaßen prüfen, ob an der Endstufe unter Last genug Strom ankommt, und ob die Verkabelung etwas taugt:
  • Nehmen Sie ein einfaches Multimeter, stellen Sie es auf Gleichstrom (DC) mit Messbereich bis 20 oder 200V und messen Sie mit laufendem Motor bei ausgeschalteter Anlage die Spannung an den beiden Batteriepolen.
  • Notieren Sie sich den Wert.
  • Nun schalten Sie die Anlage ein, stellen den Volume-Regler auf halb und messen die Spannung am Stromeingang der Endstufe - falls Sie mehrere haben, messen Sie an der Bassendstufe.
Falls die dort gemessene Spannung um mehr als 0,2V geringer ist als der an der Batterie gemessene Wert, deutet das auf einen zu grossen Widerstand im Stromkreis hin!    

Fehlersuche
Eine bewährte Suchreihenfolge nach der verantwortlichen Stelle für den
Spannungsabfall ist:
  1. Masseverbindung
  2. Batterieklemmen
  3. Hauptsicherungshalter
  4. Verteilerblöcke (soweit vorhanden).
Hier sollten Sie jede einzelne Verbindung prüfen.

Ich hoffe, ich konnte damit etwas Licht in die Zusammenhänge bei der Stromversorgung von Hochleistungs-Endstufen im Auto bringen und habe damit den einen oder anderen Transistor vor'm Hitzetod bewahrt - möge Ihre Endstufe lange und in Frieden leben!

P.S.: Über eine wohlwollende Bewertung  dieses Ratgebers freue ich mich!
Wieviel Watt man eigentlich braucht, wurde übrigens an anderer Stelle schon wirklich gut besprochen, siehe http://search.testberichte.ebay.de/members/leculdor

Suchen Sie dort die beiden Ratgeber "Die große Watt-Lüge"
Möchten Sie Ihr Wissen weitergeben? Erstellen Sie Ihren eigenen Ratgeber… Verfassen Sie einen Ratgeber
Weitere Ratgeber erkunden