Sichere Stromversorgung mobiler KW-Stationen

Die Stromversorgung einer Kurzwellenstation im Auto ist nicht ganz einfach. Wie und wo kann man sein Funkgerät anschließen und auf was sollte man sonst noch achten? Dieser Artikel entstand aus dem gleichen Manuskript wie mein Artikel im Heft 3/2013 der Zeitschrift "Funkamateur" (S. 275ff), ist aber auf einem neueren Erkenntnisstand.

Wie versorgt man eine KW-Funkstation im Auto mit Strom? Der allgemeine Konsens dazu ist klar: Über richtig dicke Leitungen direkt vom Akku weg! Geht das vielleicht auch anders, ohne Abstriche an der nutzbaren Sendeleistung hinnehmen zu müssen? Mit 10 W, die im VHF/UHF-Bereich schon ausreichen können, kommt man auf KW meist nicht weit – vor allem mit einer Mobilantenne.

Der maximale Strombedarf

Die in einem Kraftfahrzeug verwendbare Sendeleistung wird vorzugsweise durch die EMV-Vorschriften der Autohersteller begrenzt. Da sollte man vor dem Kauf eines Kraftfahrzeugs die Vorgaben des Herstellers genau ansehen, sonst darf man später womöglich nur 10 W Sendeleistung produzieren. Die nur für Mitglieder des DARC e.V. auf [1] verfügbare Übersicht kann lediglich ein erster Anhaltspunkt sein, weil sie in letzter Zeit kaum noch gepflegt wurde.

Egal, welch hohe Anforderungen die EMV-Vorschriften zur Typzulassung von Kfz stellen, eines gilt immer: Das Missachten der Herstellervorgaben und/oder der einschlägigen Gesetze und Normen kann spätestens bei einem Unfall Probleme bereiten. Und sei es auch nur, dass die Versicherung die Zahlung verweigert.

Die Quintessenz ist eindeutig: Funkgeräte der 100-W-Klasse sind in der Regel die Obergrenze. Die Stromversorgung muss also gut 20 A liefern können. Sehen wir uns diese Anforderung einmal etwas genauer an. Einfach an die 12-V-Steckdose sollte man die KW-Funkstation nicht anschließen. Diese Steckdosen sind zwar mit 20 A oder 30 A abgesichert, aber der Innenwiderstand des Bordnetzes ist viel zu groß. Dadurch bricht die Spannung in den Stromspitzen zusammen. Wie man dieses Problem in den Griff bekommt, habe ich schon vor längerer Zeit in dieser Wesite beschrieben - vorausgesetzt, man nutzt auf Kurzwelle keine Dauerstrich-Betriebsarten wie CW oder RTTY.

Ein 20-W-Kanalfunkgerät mit 4 A Strombedarf führt an der 12V-Steckdose zu typisch 1 V Spannungsabfall. Das geht im Stand (12 V) mit vielen Funkgeräten gerade noch so, ohne die minimal mögliche Betriebsspannung zu unterschreiten. Während der Fahrt (13,8 V) sollten auch noch 40 W auf 2 m möglich sein.

Die eigene Funkbatterie

Manche Funkamateure betreiben ihre Funkstation mit getrennten Akkumulatoren, die sie aus dem Bordnetz nachladen [2]. Das gilt zum Beispiel als probates Mittel gegen die eventuell von der Lichtmaschine älterer Autos erzeugten Störungen oder als Versicherung dafür, dass sich der Motor nach längerem Standmobil-Betrieb überhaupt noch starten lässt.

Die Spezialisten sind sich einig, dass das aber nur mit einer Einrichtung zur Spannungserhöhung funktioniert. Sonst bekommt man den Zusatzakkumulator nie voll, denn von der Fahrzeugbatterie her ist immer ein Spannungsabfall von einigen Zehntel Volt vorhanden. Da ist es schwer, die Ladeschlussspannung eines Bleiakkumulators zu erreichen.

Einen Zusatzakku direkt mit der 12V-Steckdose zu verbinden verbietet sich noch aus einigen weiteren Gründen:

Selbst wenn die Steckdose bei ausgeschalteter Zündung von der Starterbatterie getrennt ist: An diesem Stromkreis können noch andere Verbraucher angeschlossen sein. Die saugen dann die Funkbatterie leer. Vielleicht ist auch erwünscht, dass man diese Geräte mit dem Zündschlüssel ausschalten kann.
Die zu geringe Ladespannung reduziert die Lebensdauer des Funkakkus.
Wenn man Pech hat, muss der Funkakku dann Strom an den Anlasser liefern.
Auf jeden Fall ist das ein nicht vorgesehener Betriebszustand des Bordnetzes.

Das Thema Lichtmaschinengeräusche ist übrigens im Zeitalter der Drehstromlichtmaschine keines mehr: An der 12-V-Steckdose ist typisch ein Wechselspannungsanteil von 200 mV_ss messbar. Den kann wohl jedes Funkgerät wegstecken. Oder wann haben Sie zuletzt eine Mobilstation mit Lichtmaschinengeräusch gehört?

Mittlerweile kam ich zur folgenden Lösung für meinen Funkakku:

Ein DC/DC-Wandler Mean Well SD-50A-12 (beispielsweise bei Farnell erhältlich) liefert galvanisch getrennte 14,2 V. Damit ist es unerheblich, ob die Spannung an der Funkbatterie kleiner oder größer ist als die Bordnetzspannung. So bekomme ich den Funkakku voll und riskiere auch keine verkürzte Lebensdauer des Akkus.
Ein KFZ-Relais wird vom Bordnetz erregt und schaltet den Ausgang des DC/DC-Wandlers. Das verhindert, dass der Funkakku über den Wandler entladen wird.
Der DC/DC-Wandler geht bei gut 5 A in die Strombegrenzung. Das begrenzt den ersten Ladestromstoß, wenn man den Funkakku sehr weit leer gefahren hat. Wenn ich auf 2m mit 40 W in FM sende, geht der DC/DC-Wandler auch in die Strombegrenzung und der Funkakku muss zusätzliche 4 A liefern.
Beim SSB-Betrieb auf Kurzwelle sollte eigentlich der 1-F-Kondensator wie beschrieben die Stromspitzen auffangen können.

Primäre Aufgabe meines Funkakkus ist, ein während der Fahrt begonnenes QSO am Ziel fertig fahren zu können. Das ging bislang nur, wenn ich den Motor laufen ließ. Vermutlich liefert mein FT-857 jetzt auf 2 m bei FM-Betrieb auch ein paar Watt mehr Leistung. Das sollte sich aber auf der Empnfangsseite kaum bemerkbar machen. So kann ich auch mal im Stand ein Vorführ-QSO fahren.

Mancher wird so eine Konstruktion für ein Stündchen Standmobil-Betrieb nutzen wollen. Das sollte ein 7-Ah-Blei-Gel-Akku problemlos durchhalten. Nach zwei Stunden Autofahrt ist der Akku dann wieder weigehend voll.

12 V können brandgefährlich sein

Wer bei der 12-V-Verkabelung im Auto schludert, riskiert einen Kabelbrand - die Starterbatterie liefert im Kurzschlussfall genügend Strom dafür. Daher sind genügend viele und sinnvoll bemessene Sicherungen sowie hinreichende Kabelquerschnitte einzusetzen. Für die Verbindungen sollten Schraubklemmen und auf die Adern aufgequetschte Kabelschuhe zum Einsatz kommen. Zwei Regeln sind unbedingt zu beachten:

Jede einzelne Leitung hinter einer Sicherung muss so viel Strom aushalten können, dass erst die Sicherung auslöst und dann die Leitung zu warm wird.
Der Innenwiderstand des gesamten Stromkreises muss so niedrig sein, dass die Sicherung sicher auslösen kann.

Eine 30-A-Sicherung löst im 12-V-Netz nicht mehr aus, wenn der Widerstand des Stromkreises mehr als 0,4 Ω beträgt. Doch dann entstehen bereits 360 W Verlustwärme. Viele der fernöstlichen Verlängerungsleitungen und Mehrfachsteckdosen fürs Auto sind deshalb im wahren Sinne des Wortes brandgefährlich. Der hier gezeigte Mehrfachstecker hat bereits einen Innenwiderstand von knapp 0,2 Ω.

Wer aus mechanischen Gründen dünne Leitungen für sein Funkgerät benutzen will, muss sie mit einem 12-V-Stecker samt Sicherung versehen – Beispiel siehe rechts. Wer lediglich einen Verteilerstecker für Mobiltelefon oder Navigationsgerät braucht, ist im Normalfall mit einem USB-Adapter besser bedient.

Die Stromversorgungsleitungen von Mobiltransceivern sind auch in der Minusleitung abgesichert, denn traditionell schließt man den Transceiver direkt an den Batteriepolen an. Zusätzlich ist das Funkgerät mindestens noch über den Antennenfuß mit Masse verbunden. Sobald das Masseband am Minuspol der Batterie Kontaktprobleme bekommt, würde ohne diese Sicherung der gesamte Batteriestrom über das Funkgerät fließen.

Fahrzeugmanagement macht Probleme

Je hochwertiger ein Pkw ist, umso weniger überlässt der Hersteller dem Zufall. Das betrifft nicht nur Assistenzsysteme und sonstige Ausstattungsmerkmale, die in der Preisliste zu finden sind. Unter der Haube passiert viel, von dem der Nutzer des Fahrzeugs im Normalfall nichts mitbekommt – bis er beispielsweise ein Funkgerät anschließt.

So werden an diversen Stellen im Bordnetz Ströme gemessen und ausgewertet. Wer nun sein Funkgerät ganz konventionell unmittelbar an die Pole der Starterbatterie anklemmt, kann z.B. die Warnmeldung "Batterie defekt" verursachen. Schließlich verschwindet für die Messschaltung des Autos scheinbar irgendwo eine Menge Energie. Andere Stromkreise werden sicherheitshalber gleich ganz abgeschaltet.

Bei solchen Problemen gibt es nur zwei Lösungen: Entweder kann dies der Anschluss an eine 12-V-Steckdose und gegebenenfalls der Einsatz eines Powercaps sein. Oder man kann nach einer engagierten Werkstatt suchen, die sich auf solche Probleme einlässt und die mit Herstellerhilfe eine Lösung sucht. Solche Lösungen gibt es grundsätzlich: Jedes Taxi enthält Zusatzeinrichtungen vom (Daten-) Funkgerät bis zum Taxameter. Wer in den Tiefen der Hersteller-Websites sucht, findet passend vorbereitete Fahrzeuge, die z.B. bereits mit Funkantenne und ausreichend bemessenen zusätzlichen Stromkabeln ausgestattet sind. Viele Hersteller liefern auch spezielle Behördenfahrzeuge, in die z.B. Radargeräte eingebaut werden. Dafür entwickeln die Hersteller manchmal Lösungen, die u.U. auch in der normalen Serie vorhanden sind.

Vielleicht reicht es, im Fahrzeugmanagement irgendwo ein verstecktes Flag zu setzen und das Funkgerät an der richtigen Stelle anzuschließen. An solche Informationen kommen aber wohl nur firmengebundene Werkstätten heran. Passende Programmierwerkzeuge gibt es im freien Handel ohnehin nicht.

Fazit

Ein komplettes Funkgerät im Blickfeld des Fahrers unterzubringen ist bei heutigen Fahrzeugen kaum noch möglich. Für ein absetzbares Bedienteil lässt sich oft genug noch ein Plätzchen finden. Das Funkgerät lässt sich dann im Kofferraum oder beim Reserverad unterbringen. Mit der Unterstützung durch einen Powercap ist dann auch auf Kurzwelle leicht Betrieb möglich, ohne die Leistung herunterdrehen zu müssen.

Literatur

[1] DARC e.V.: EMV im Kfz: https://www.darc.de/der-club/referate/emv/emv-im-kfz/
[2] Scholl, M., OE1MSA: Ladungsüberwachung für Zweitakkumulator im Auto.: In: Funkamateur 58 (2009) H. 7, S. 760-761
[3] Zwingl, M., OE3MZC: Stabile Spannung beim Portabelbetrieb.: In: Funkamateur 58 (2009) H. 12, S. 1306
[4] Obert von, A., DL4NO: Alternative Anpassmethoden für Kurzwellen-Mobilantennen.: In: Funkamateur 1/2013, S. 62ff