Elektrik auf Yachten

Elektrik auf Yachten von Michael Herrmann

Bordelektrik ist einfach zu verstehen, wenn man sie so kenntnisreich und detailliert erklärt bekommt wie von Michael Herrmann. Schritt für Schritt vermittelt der Autor alle relevanten Themen der Bordelektrik - von einfachen Methoden zur Fehlersuche mit einer simplen Prüflampe bis zur Ausrüstung der Yacht mit Bus-Systemen. Mithilfe dieses Handbuchs können Yachteigner Fehler lokalisieren und ihre elektrische Anlage an Bord optimieren. Der Fachmann findet hier zudem die Umsetzung der Anforderungen, die heute von den einschlägigen Normen und Richtlinien an die Yachtelektrik gestellt werden. Seit Ende 2022 wird es von der Berufsbildenden Schule für Bootsbauer und Bootstechniker als ausbildungsbegleitende Lektüre empfohlen.

In diesem Buch werden alle Komponenten der Yachtelektrik vorgestellt, wobei aufwendige 3-D-Zeichnungen und viele Fotos das Verstehen erleichtern. Hier findet der Skipper detailgenau alles über Speicherung, Erzeugung und Verteilung der elektrischen Energie an Bord. Batterien und deren Ladung, Schutzmaßnahmen und elektrochemische Korrosion werden ebenso ausführlich dargestellt wie die Energieversorgung aus Solar- und Windkraft und die Einbindung der Halbleitertechnologie in die Bordpraxis. Kurz: Dieses Handbuch ist unverzichtbar für die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der elektrischen Anlagen an Bord.

Inhalt:

Einleitung und Bedienungsanleitung 8; Vorsichtsmaßnahmen 10

Das 230-Volt-Netz 10; Das 12- oder 24-Volt-Gleichstrombordnetz 12

Was ist Strom? 14

Gleich- und Wechselstrom 14; Spannung 15; Stromstärke 15; Leistung 16; Widerstand 16; Das Ohm´sche Gesetz 17; Leistung und das Ohm’sche Gesetz 19; Energie, Verbrauch und Kapazität  20

Bauteile, Schaltzeichen und Schaltpläne 22

Aufgelöste oder zusammenhängende Darstellung? 22; Kabel und Leiter 23; Masse 24; Schalter, Taster und Relais 26; Relais 27; Widerstände 29; Dioden 30; Leuchten 31; Motoren und Generatoren 31; Sicherungen und Schutzschalter 31; Spulen und Transformatoren 32

Grundschaltungen 34

Parallelschaltung 34; Einfacher Stromkreis 34; Reihenschaltung 36

Prüfen und Messen 40

Spannungsmessung 41; Widerstandsmessung 43; Strommessungen 44; Strommesszangen 45; Messtipps 45

Energiespeicher 48

Ladung und Entladung – die Chemie 48; Aufbau 51; Batteriearten 52; HD-Batterien 55; Traktionsbatterien 55; Verschlossene Batterien 56; Gelbatterien 56; AGM-Batterien 58; Starterbatterien 58; Betriebsarten 59; Batteriedaten 60; Nennspannung 60; Nennkapazität 60; Kälteprüfstrom 62; Batterieauswahl 63; Systemspannung 63; Bemessung der Kapazität 64; Ladegeräte und -methoden 68; Lichtmaschinen  68; Hochleistungs-Lichtmaschinen 69; Hochleistungsregler und Motor-Batterie-Ladegeräte (A2B) 70; Sekundär geregelte Ladegeräte 71; Primär getaktete Ladegeräte 76; DC-DC-Ladegeräte 76; Trennschalter 76; Ladung unterschiedlicher Batterien mit einer Stromquelle 78; Batterieumschalter 79; Trennrelais 79; Trenndioden 83; Tiefentladung 87; Laden mit zu hohem Strom 89; Unterladung 89; Überladung  90; Lagerung mit nicht ausreichender Ladung 94; Batterieüberwachung 94; Anschluss eines Batteriemonitors 96; Desulfatierer 96; Der optimale Umgang mit Blei-Säure-Batterien 98; Namen und Typen 99; Vergleich: Bleibatterien 99; Lithium-Ionen-Batterien 103; Lithium-Polymer-Batterien 104; Lithium-Cobaltdioxid-Batterien 105; Lithium-Manganoxid 105; Lithium-Eisenphosphat 105; Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt­oxid 106; Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid 106; Lithium-Titanat 106; Batterie-Management-Systeme 106; Lithium: Kosten 107; Umsetzung in die Praxis 107; Lithium: Brandgefahren 108

 Batterien – Einbau und Anschluss 114

Einbauort 114; Klemmen und Pole 119; Klemmen – Strombelastbarkeit 120; Leiteranschluss 122; Querschnitte 124; Sicherungen und Schutzschalter 124; Trennschalter 127;  127; Erdung 127

 Stromerzeugung: Gleichstrom 128

Gleichstromlichtmaschinen 128; Gleichstromlichtmaschinen von innen 130; Betriebsstörungen von Gleichstromlichtmaschinen 132; Drehstromlichtmaschinen 133; Hochleistungslichtmaschinen 140; Betriebsstörungen von Drehstromlichtmaschinen 141; Fehlersuche 142; Solarmodule 146; Elektrische Eigenschaften von Solarmodulen 148; Mechanische Anforderungen 151; Montage 153; Parallelschaltung von Modulen 155; Solarregler 156; Shunt- oder Längsregler 157; Pulsweitenmodulierte (PWM) Regler 157; MPP-Regler 157; Windgeneratoren 159; Geräuschverhalten 161; Gefahren 164; Regelung 166; Wassergeneratoren 167; Wind-Wasser-Kombigeneratoren 168; Einbindung in das Bordnetz 169; Brennstoffzellen 170; Marktsituation 173; Einbau 174; Steuerung von Brennstoffzellen 174; Brennstoffversorgung 175

 Stromerzeugung an Bord: Wechselstrom 176

Synchron und asynchron 177; Mobile Generatoren 182; Dieselgeneratoren 185; 1.500 oder 3.000 Umdrehungen? 185; Invertergeneratoren 187; Gleichstromgeneratoren 188; Stirling-Generator 189; Konzepte für den Generatoreinsatz 190; Hybridsysteme 191; 1 192; 2 192; 3 192; Das Gleichstromkonzept 193; Einbindung in das Bordnetz 194; Einsatz von „Landgeneratoren“ 196; Inverter und Ladegeräte/Inverter-Kombis 198; Quasi-Sinus oder modifizierter Sinus 201; Sinus-Wechselrichter 201; Lichtmaschinen als 230-Volt-Generatoren 203; Zusammenfassung 203; Dieselgenerator im Alleinbetrieb 203; Hybridsysteme 205; Gleichstromsysteme 205

 Das Gleichstrombordnetz (DC) 206

Grundlagen 206; Ein- und Zweileitersysteme 206; Zweileitersysteme mit negativer Masse 207; Vollständig isoliertes Zweileiter-Gleichstromsystem 209; Kabel und Leitungen 210; Farben und Kennzeichnung 214; Überstrom- und Kurzschlussschutz 218; Sicherungen und Schutzschalter 221; Anordnung und Dimensionierung von Überstromschutzelementen 224; Absicherung von Generatoren und Ladegeräten 226; Anschlüsse und Verbindungen 226; Schalttafeln 229; Batterien 230; Steckdosen 231; Zündschutz 231; Batterien – Kippsicherheit 231

 Das Wechselstrombordnetz (AC) 232

Grundlagen 232; Gepolt mit Trenntransformator 233; Gepolt mit Polarisierungstransformator 233; Ungepolt 233; Schutzerdung 235; 1 Ungepoltes System 236; 2 Gepoltes System mit Trenntransformator 236; Potenzialausgleich 239; Fehlerstromschutzschalter 241; Landstromanlage 242; Transformatoren 243; Polaritätstransformatoren 247; Generatoren 248; Inverter und Inverter-Lade-Kombigeräte 249; Kabel und Leitungen 254; Verteilertafeln 255; Zusammenfassung 255; ESD - tödliche Spezialität aus Amerika 256; Was schützt europäische Schwimmer? 257; Schutzerdung 258; Fremde Schiffe 259

 Netze der Zukunft: Bus-Systeme 260

Bus-Prinzip 260; 1 260; 2 260; 3 260; 4 260; Knoten 262; Konventionelle Bauteile 265; PROFET 265; Die Systeme 266; 1 266; 2 266; 3 266; 4 266; Knoten und Module 267; Konventionelles System 268; Bus-System 268; Steuerung und Programmierung 269; Legende 269; Komfort und Sicherheit 271; Zusammenfassung 271; NMEA Autor: Dr. Jan Athenstädt 272; Der aktuelle Standard: NMEA2000 272; Was bringt die Zukunft? 273; Aufbau eines NMEA2000-Netzwerks 274; Regeln für Kabellängen 274; Das Problem mit dem Windmesser 275; NMEA2000-Netzwerk testen 275; Energieversorgung im NMEA2000-Netzwerk 275; Kabeltypen: Lite, Mid und Heavy 276; Absicherung des NMEA2000-Netzwerks 276; Stromversorgung im NMEA2000 Netzwerk platzieren 276; Spannungsabfall minimieren in größere Netzwerken 277

 Blitzschutz 278

Blitze in Zahlen 278; Schäden durch Blitzeinschläge 281; Äußerer Blitzschutz 284; Innerer Blitzschutz 286; Blitzstrom- und Überspannungsableiter 288; Funkanlagen 289; Provisorischer Blitzschutz 290; Multiple Blitzerdung 290; An Land 291; Auf dem Wasser 292; Eine Lösung 292; Der „Stand der Technik“ 294; Blitzschutz an Land 295; Umsetzung der Theorie  295; Äußerer Blitzschutz 296; Fangeinrichtung 297; Ableiter 297; Ringleiter 298; Erdung 299; Aufwand und Grenzen 300; Potenzialausgleich 301; Innerer Blitzschutz 301; Blitzschutzzonen und SPD 302; Umsetzung 303; Weitergehende und ausführliche technische Details und Anleitungen gibt es in „Blitzschutz auf Yachten”, erschienen bei Yachtinside.  303

 Motorelektrik 304

Systeme 304; Startzündschalter 304; Warnleuchten 307; Anzeigeinstrumente 308; Umfang der Überwachung 309; Glühanlage 311; Starter 312; 1 a 312; 1 b 312; 2 a 312; 2 b 312; Starterfehler 313; Lichtmaschine 318; Abstellung 318; Pflege und Instandhaltung 319; Unterbrechung des Minusleiters 321; Fehlersuche 321; Motor-Bus-Systeme 323

 Elektroantriebe 326

Scheibenläufer 329; Außenläufer 331; Ringläufer 332; Energieversorgung 333; Hybride 335; Parallele Hybridantriebe 337; Serielle Hybridantriebe 338

 Beleuchtung 340

Beleuchtungsstärke  340; Lichtfarbe 343; Stromverbrauch 344; Leuchten 344; Leuchtstoff oder LED? 346; Einsatzbereiche 351; Erreichbare Einsparungen 351; Positionslaternen 352; Zusammenfassung 352; Galvanische und elektrolytische Korrosion 354; Galvanische Korrosion 357; Elektrolytische Korrosion 357; Größe der Elektroden 359; Werkstoffe 360; Messing 360; Rotguss und Sondermessing 361; Bronze 361; Aluminium 361; Niedrig- und unlegierte Stähle  361; Nicht rostende Stähle 363; Zink 365; Magnesium 365; Schutzmaßnahmen gegen galvanische Korrosion 366; Opferanoden 368; Anoden und Kathoden 369; Rumpfwerkstoffe 370; Schutzmaßnahmen 370; Anlage mit fehlerhafter Erdung, die unbemerkt zur Zerstörung des Kiels führte. 371; Kathodischer Korrosionsschutz 373; Anodenwerkstoff 373; Zink 374; Magnesium 374; Aluminium 375; Overprotection – Überschutz 375; Rumpfwerkstoffe 376; Anodengröße und -anzahl 377; Montage 377; Schutzmaßnahmen gegen elektrolytische Korrosion 379; Galvanische Isolatoren 380; Trenntransformatoren 380; Zusammenfassung 380

 Handwerkliche Grundlagen 380

Ausfallursachen 380; Anforderungen an die Verbindungen 387; Flachsteckverbinder 387; Ringkabelschuhe 388; Aderendhülsen 388; Schrauben und Schraubendreher 389; Leitungsführung 390; Handwerkzeuge 391; Verbrauchsmaterial 392

 Dokumentation 394

Anhang 398

Strom, Spannung, Widerstand und Leistung – das Formelrad 398; Das Leistungsdreieck 398; IP-Schutzarten 398; Widerstand von Leitern 399; Abzugskräfte von Verbindungen 400; Warnungen und Anweisungen Im „Handbuch für Schiffsführer“ 400; Netzformen 402; Bezeichnung der Netzformen 402; TNS-Netz  403; TNC-Netz 403; TNC-S-Netz 403; IT-Netz 404; Normen und Richtlinien 404

 Index 406