Aufbau eines Kabels: Leiter, Isolierung, Mantel

Zwei Lagen, manchmal drei

Ein einadriges Batteriekabel besteht aus dem Leiter und der Isolierung. Ein Mantel kommt erst dazu, wenn mehrere Adern in einer Hülle laufen oder wenn die Leitung mechanisch etwas aushalten muss, Erdverlegung, Schleppkette, Zugbeanspruchung. Bei einer Leitung von der Batterie zum Wechselrichter wäre ein Mantel zusätzlicher Außendurchmesser ohne Gegenwert.

Der Leiter führt den Strom. Die Isolierung hält ihn drin und bestimmt gleichzeitig, wie warm das Kabel werden darf. Diese zweite Aufgabe wird regelmäßig übersehen: Die Grenze für die Strombelastbarkeit setzt nicht das Kupfer, sondern der Kunststoff darum herum.

Litze oder Draht: eindrähtig, mehrdrähtig, feindrähtig

Wie der Leiter aufgebaut ist, regelt DIN VDE 0295, inhaltsgleich mit IEC 60228. Die Norm teilt Leiter in Klassen ein. Für die Praxis sind vier davon von Belang.

Die Drahtzahlen sind typische Werte und unterscheiden sich zwischen Herstellern. Die Norm schreibt bei Klasse 5 und 6 keine Anzahl vor, sondern einen größten zulässigen Einzeldrahtdurchmesser. Wer die Drahtzahl im Datenblatt nicht findet, findet dort meist die Klasse, die genügt. Unser Batteriekabel FLY-B hat bei 10 mm² 80 Drähte zu 0,40 mm, bei 50 mm² 396.

Warum ins Fahrzeug feindrähtig gehört

Der erste Grund ist die Vibration. Ein Draht, der an beiden Enden festsitzt und dazwischen schwingt, wird an derselben Stelle immer wieder gebogen. Kupfer verfestigt sich dabei und bricht irgendwann. Wie stark ein Draht beim Biegen gedehnt wird, hängt von seinem Durchmesser ab: Bei gleichem Biegeradius erfährt ein 0,20-mm-Draht rund ein Zwanzigstel der Dehnung eines 4,5-mm-Volldrahts. Ein feinstdrähtiger Leiter überlebt deshalb Größenordnungen mehr Lastwechsel.

Der zweite Grund ist der Biegeradius. Für unser Batteriekabel FLY-B 35 mm² nennt der Hersteller als kleinsten Biegeradius das Dreifache des Außendurchmessers bei fester Verlegung und das Zehnfache, wenn das Kabel bewegt wird. Bei höchstens 11,6 mm Außendurchmesser sind das fest verlegt rund 35 mm. Ein Erdkabel NYY mit Leiter der Klasse 1 oder 2 braucht laut Herstellerdatenblättern das Zwölf- bis Fünfzehnfache, bei gleichem Außendurchmesser also 140 bis 175 mm. In einem Batteriekasten entscheidet dieser Unterschied darüber, ob das Kabel überhaupt hineinpasst. Maßgeblich ist immer das Datenblatt der konkreten Leitung.

An den Enden verlangt feindrähtige Litze das passende Werkzeug. Der Rohrkabelschuh in Normalausführung ist für mehrdrähtige Leiter der Klasse 2 gebaut. Feindrähtige Leiter lässt Klauke darin mit der Dornpressung zu, und so wird unser Batteriekabel verpresst. Mehr dazu unter Batteriekabel verpressen lassen.

mm² ist Kupferfläche, kein Außenmaß

Der Querschnitt ist die Summe der Querschnittsflächen aller Einzeldrähte, nicht die Fläche des Bündels. Bei 510 Drähten mit 0,20 mm Durchmesser rechnet sich das so: 0,20 mm ergeben je Draht 0,0314 mm², mal 510 sind 16,0 mm².

Das Bündel ist immer dicker als ein massiver Leiter gleichen Querschnitts, weil runde Drähte den Raum nicht lückenlos füllen. Ein Leiter mit 35 mm² hätte massiv 6,7 mm Durchmesser. Feindrähtig verseilt misst er rund 8 mm, mit Isolierung höchstens 11,6 mm bei unserem FLY-B.

Daraus folgt der praktisch wichtige Punkt: Mit dem Messschieber von außen lässt sich der Querschnitt nicht prüfen. Zwei Kabel mit demselben Außendurchmesser können unterschiedlich viel Kupfer enthalten, wenn eines dickere Isolierung oder einen lockereren Schlag hat. Was sich prüfen lässt, sind die Drähte selbst: 10 cm abisolieren, Drähte zählen, Durchmesser messen. Oder wiegen, dazu die Zahlen im nächsten Abschnitt. Wer eine amerikanische AWG-Angabe vor sich hat, findet die Umrechnung unter AWG in mm².

Kupfer und kupferbeschichtetes Aluminium

Kupferbeschichtetes Aluminium, im Handel meist als CCA bezeichnet, ist ein Aluminiumdraht mit einer dünnen aufgewalzten Kupferschicht. Der Kupferanteil liegt üblicherweise bei 10 bis 15 Prozent des Volumens. Elektrisch verhält sich der Draht fast wie Aluminium: Die Leitfähigkeit erreicht rund 62 bis 65 % von Kupfer.

Rechenwerte bei 20 °C für den blanken Leiter ohne Isolierung. Zugrunde liegen eine Leitfähigkeit von 56 m/(Ω·mm²) für Leitungskupfer und 63 Prozent davon für CCA sowie Dichten von 8,96 g/cm³ für Kupfer und rund 3,3 g/cm³ für CCA mit 10 Prozent Kupferanteil.

Was das im Einbau bedeutet, zeigt ein Beispiel mit den Werten der Tabelle: 3 m Leitung zu einem Wechselrichter, hin und zurück also 6 m Leiterlänge, 100A Strom. In 35 mm² Kupfer fallen 0,31V ab und es entstehen 31W Verlustwärme. Dieselben 35 mm² in CCA ergeben 0,49V und 49W. Bei 12V Bordspannung sind 0,49V vier Prozent.

Woran sich CCA erkennen lässt

1. Gewicht. Der deutlichste Unterschied. Ein Meter 35 mm² wiegt als Kupferleiter gut 310 g, als CCA-Leiter knapp 120 g. Mit Isolierung wiegt unser FLY-B 35 mm² 388 g je Meter, am Verhältnis ändert das wenig. Eine Küchenwaage reicht für diese Prüfung.
2. Anschnitt. Das Kabel sauber ablängen und die Schnittfläche ansehen, am besten mit einer Lupe und im Vergleich zu einem bekannten Kupferkabel. Kupfer ist bis in die Mitte rotbraun. CCA zeigt je Draht einen silbrigen Kern mit einem schmalen rotbraunen Rand.
3. Preis. Der Kupferanteil ist eine Untergrenze, die sich nicht unterbieten lässt. Bei 35 mm² stecken über 300 g Kupfer in jedem Meter. Wer den Tagespreis für Kupfer gegen den Verkaufspreis des fertigen Kabels rechnet, sieht schnell, ob die Rechnung aufgehen kann. Die Tabelle dazu steht unter Kupferpreis und Kabelpreis.
4. Beschriftung. Die genormten Typkurzzeichen meinen Kupferleiter. Steht auf dem Mantel CCA oder CCAM, ist es Aluminium mit Kupferhaut. Steht gar keine Typbezeichnung darauf, ist das Material ungeklärt.

Dazu kommt ein Punkt, der erst nach Jahren auffällt: An jeder Schnittstelle liegt das Aluminium frei. Aluminium bildet an Luft eine nicht leitende Oxidschicht und fließt unter Dauerdruck langsam weg. Beides arbeitet in einer Pressverbindung gegen einen dauerhaft niedrigen Übergangswiderstand.

PVC, vernetztes Polyethylen, Silikon

PVC ist ein Thermoplast und wird bei Wärme weich. Vernetztes Polyethylen ist chemisch quervernetzt, es kann nicht mehr schmelzen. Daher die deutlich höhere zulässige Kurzschlusstemperatur.

Die Temperaturangabe ist keine Auszeichnung, sondern die Rechengrundlage. Die zulässige Strombelastbarkeit nach DIN VDE 0298-4 ergibt sich aus der zulässigen Leitertemperatur, der Verlegeart und der Umgebungstemperatur. Die Tabellenwerte der Norm gelten für 30 °C Umgebung. Wird es wärmer, gelten Umrechnungsfaktoren.

Was die Typkurzzeichen sagen

H07V-K liest sich Zeichen für Zeichen: H für die harmonisierte europäische Norm, 07 für die Nennspannung 450/750V, V für PVC als Isolierwerkstoff, K für den feindrähtigen Leiter der Klasse 5. Bei FLRY steht FL für Fahrzeugleitung, R für die reduzierte Wanddicke und Y wieder für PVC. Das angehängte B bei FLY-B und FLRY-B steht für den unsymmetrischen Leiteraufbau nach DIN 72551.

Das Wort Batterieleitung ist dagegen kein geschützter Begriff und sagt für sich genommen nichts über den Aufbau. Was es sagen muss, steht im Datenblatt: Leiterklasse, Querschnitt in mm², Werkstoff der Isolierung und zulässige Leitertemperatur. Fehlt eine dieser vier Angaben, ist die Leitung nicht ausreichend beschrieben. Bei uns tragen alle drei Leitungen ein genormtes Typkurzzeichen: das Batteriekabel FLY-B, die dünne Leitung FLRY-B und das Solarkabel H1Z2Z2-K.