Erneuerung Stromkreisverteilung

Refit der Bordelektrik rund um die zentrale Schaltkreisverteilung und -absicherung, durchgeführt im Winter 2019/2020.

1. Aufräumen und Analyse

Im Herbst 2019 fiel der Entschluß, die Yacht mit einem Furuno DRS4D-NXT Radar und einem Navigationscomputer auszustatten, primär um das Sicherheitslevel zu erhöhen und um das Potenzial der Timezero Software maximal ausreizen zu können. Für die Radarantenne soll am Heck ein Radarmast von Scanstrut mit halbkardanischer Aufhängung installiert werden, vor allem um auch beim Segeln mit Lage eine brauchbare Radarabdeckung über den gesamten Horizont zu bekommen. Der Computer mit 22 Zoll Monitor soll in der Navi-Ecke Platz finden, wofür allerdings einige Umbauten erforderlich werden.

Die bestehenden Komponenten der Navigationselektronik sind zwar alle erst nach dem Kauf des Schiffes ab 2011 angeschafft oder ersetzt worden und insofern neueren Datums, aber ihre Anordnung war dann eher nicht systematisch erfolgt, sondern dem jeweils verfügbaren Platz und der möglichst einfachen Montage geschuldet. Das Schiff ist Baujahr 1988.

 
 
 

Insbesondere die Verkabelung rund um die alten Sicherungspanels und Stromkreisverteiler war gewachsen und unübersichtlich. Das Kabel Chaos im Verteilerschrank hat mich schon immer gestört. Auf den alten Sicherungspanels sind die Kabel zum großen Teil direkt angelötet, Plus- und Minusanschlüsse liegen nicht isoliert und sehr nahe beieinander. Der Schaltschrank in der Navi-Ecke ist voller wild hin und her verlegter Kabel, die teilweise blind auf Lüsterklemmen enden oder einfach abgeschnitten sind. Ein dicker Strang verschwindet hinter dem Schapp in einem unzugänglichen Bereich.

Aufgabe ist es also, das alte Frontpanel, Sicherungs- und Schalttafeln zu ersetzen und alle alten und zusätzliche neue Komponenten neu anzuordnen und in eigenen Stromkreisen abzusichern und zu verschalten.

Zuerst werden alle Altkomponenten inkl. Schalttafel und Sicherungspanel aus der Fronplatte und dem liegenden Schapp ausgebaut und wichtige Einzelheiten z. B. der Verkabelung dokumentiert.

Die alten Kabel aus der werftseitigen Installation tragen Ziffern und es gibt auch eine werftseitige Dokumentation über die Verschaltung. Bei einer ersten Überprüfung ergibt sich aber schnell, dass über die Hälfte der alten dokumentierten Verkabelung nicht mehr korrekt ist. Dazu kommt die im Laufe der Zeit hinzugekommene Verkabelung für neue Komponenten, die natürlich überhaupt nicht dokumentiert ist, sondern sich ausschließlich aus der gegeben Verschaltung ergibt.

Nach einer ersten Durchsicht lassen sich zumindest die Plusleitungen für alle Verbraucher eindeutig identifizieren.

Für die werftseitig eingebauten Verbraucher ist allerdings die Identifikation/Zuordnung der Minus/Masseleitungen häufig schwierig, weil sie teilweise im Schaltschrank gar nicht einzeln auftauchen, sondern einfach alle in einem dicken Kabelstrang verschwinden, ohne dass sie einzelnen Verbrauchern zugeordnet werden können. Die Verschaltung der später hinzugekommenen Komponentene ist hingegen eindeutig und einfach nachvollziehbar.

Während des Ausbaus aller Komponenten werden alle Kabel soweit möglich gemäß ihrer Zuordnung beschriftet.

Am Ende zeigt sich, dass etwa die Hälfte der werftseitigen Altverkabelung gar keine Funktion mehr hat. Der dicke, mit Isolierband umwickelte Kabelstrang, der hinter dem Navi-Tisch verschwindet, erweist sich in Teilen als Verschaltung der Minus/Massekabel, die auf einem kleinen Panel realisiert ist, welches dann in dem dicken Kabelwust verpackt ist. Schöne Wurst …

Nach diesem Aufräumarbeiten ist erst mal klar, welche Kabel noch eine Funktion haben und weiterverwendet werden müssen und wo Platz für die einzubauenden Komponenten ist. Etwa die Hälfte der Altverkabelung kann weg und wird separat in einen eigenen Kabel Organisator aus dem Weg gelegt. Eine weitere Herausforderung besteht darin festzustellen, welche Plus- und Minusleitungen gemeinsam zu einem Verbraucher gehören.

Zum Teil lässt sich das durch Messungen ermitteln, aber nur da, wo die Verbraucher auch in Reichweite sind und sich einschalten lassen. Alle am Mast befindlichen Verbraucher sind nicht in Reichweite, da Schiff in der Halle und Mast im Mastenlager. Schließlich sind alle benötigten Kabel identifiziert und provisorisch beschriftet.

Die Front des unteren Teil des Navi-Schapps ist werftseitig etwas zurück gesetzt und kann um etwa 8 cm nach vorne gezogen werden, was wertvollen Platz schafft.

An der Rückseite wird eine leichte Sperrholzplatte fest angebracht, die das einfache und schnelle Befestigen unterschiedlicher Komponenten erlaubt. Auf diesem hellen Hintergrund sollen jetzt die alten und neue Komponenten neu angeordnet und montiert werden, so dass eine saubere und übersichtliche Installation entsteht.

2. Einbau und Verschaltung:

Im nächsten Schritt werden alle Komponenten, die nicht am Frontpanel Platz finden, plaziert und eingebaut: DC Wandler, AIS Transponder, NMEA Verteiler, LAN und WLAN Komponenten. Computer folgt erst später, weil noch nicht geliefert. Aus der Lage der Komponenten ergibt sich der optimale Verlauf der Kabelführung, für die spezielle Kabelorganisierer mit unterschiedlichen Durchmesser installiert werden.

Komponenten1
Dann wird direkt unterhalb des Hauptstrangs eine Reihenklemmschiene mit diversen Reihenklemmen zwischen 4 und 6 mm2 für plus/minus Anschlüsse angebracht, die so aus dem Hauptstrang heraus gut und direkt beschaltet werden können und in direkter Nähe des späteren Hauptstromverteiler Panels in der Frontplatte auf kurzem und direkten Weg mit diesem zu verdrahten sind.

Klemmleiste

Die Klemmen sind numeriert und so kann die Zuordnung der Stromkreise sehr einfach dokumentiert werden. Die Plus-Seite wird später mit den Sicherungsautomaten des Schaltpanels verbunden und so sind die einzelnen Stromkreise über die Klemmen abgesichert und können geschaltet werden. Jetzt wird Schritt für Schritt die Beschaltung und Beschriftung der einzelnen Reihenklemmen vorgenommen. Erst mal die Verbraucherseite, so dass sich allmählich der Kabelsalat lichtet.

 
schaltschrank klein

Wichtig ist es hier natürlich auch die neuen Komponenten nicht zu vergessen, für die auch die Verkabelung noch verlegt werden muss. Dabei hilft eine Tabelle, in der alle Komponenten, Schaltkreise und Klemmen aufgeführt sind.


3. Einbau Frontpanel 

Zunächst ein Rahmen für die Aufnahme des neuen Frontpanels, der ca. 8 cm weiter vorne Richtung Arbeitsfläche angebracht wird.

Rahmen

Damit steht mehr Raum im Schaltschrank zur Verfügung, was Einbau und Verschaltung vereinfacht. Das Frontpanel soll waagerecht zweigeteilt werden: ein Streifen von ca 7 cm soll im oberen Bereich fest installiert und zum Teil vom 22 Zoll Monitor abgedeckt werden. Im nicht abgedeckten Teil sollen die Kontrolleinheit für die Brennstoffzelle und die Schalter für Schranklicht und Silent AIS Mode angebracht werden. Der untere Teil des Panels mit einer Höhe von ca. 26 cm soll aufklappbar sein und die Komponenten Funk, HiFi, Schaltkreisverteiler, Gasfernschalter, Heizungskontrolleinheit und Tankanzeiger aufnehmen. Mit einer Schablone wird geprüft, ob die Maße insgesamt passen und die Komponenten stimmig angebracht sind.

schablone

Ausschnitte für Komponenten markieren und ausschneiden und probeweise einpassen. Ausschneiden ist nicht ganz ohne, weil das Bootsbausperrholz mit Teakfurnier knapp und ziemlich teuer ist. Fehler dürfen möglichst nicht passieren, weil Ersatzmaterial nicht so ohne Weiteres verfügbar ist.

Frontpanel lackieren. Schließer und Haltemechanik anbringen, Komponenten einbauen und verschalten. Haltemechanik soll einfach zu bedienen, aber sicher sein, damit das Frontpanel auch bei Seegang und ungemütlichen Bedingungen sicher hält. Neben 2 Messingschnäppern soll deshalb auch ein einfacher Vorreiber das Panel sichern.

Oberer Teil des Frontpanels ist fest moniert. Wird später zum größten Teil durch den Monitor abgedeckt sein. Im rechten Teil die Kontrolleinheit für die Brennstoffzelle und die Schalter für AIS Silence und Beleuchtung im Navi-Schaltschrank.

Frontpanel oben

Unterer Teil ist herausnehmbar um im Bedarfsfall an die Verschaltung der Komponenten zu kommen. An der Frontseite werden UKW Funke, HiFi, Füllstandsanzeige Trinkwasser, Gasfernschalter, Fernsteuerung Heizung und Stromkreisverteiler montiert.

Frontpanel unten

Jetzt werden die großen Komponenten Schalttafel, UKW Funkgerät und HiFi Anlage eingesetzt und fixiert.

Dann spaßeshalber auch schon mal der Monitor, um sich dem geplanten Endergebnis mal zu nähern …

Einbau Trinkwasserfüllstandsanzeiger. Nach langem Hin und Her habe ich nun hoffentlich eine Füllstandsanzeige gefunden, die zum vorhandenen Geber (4 – 20 mA) passt und einen 2. Geber mit Anzeige für den 2. Tank beschafft. Anzeige am Navi-Panel scheint mir angemessen.

4. Einbau und Verschaltung des Stromkreisverteilers 

Bei dem eingebauten Stromkreisverteiler handelt es sich um eine Schalttafel der Modellreihe STV 220 mit 20 Stromkreisen, die jeweils mit thermischen Wipp-Schutzschaltern mit 10 A ausgestattet sind. Das gesamte Bordnetz ist also in 20 Stromkreis aufgeteilt, in denen die Verbraucher sinnvoll jeweils einzeln oder gebündelt geschaltet sind. Die relativ kleinteilige Trennung der Stromkreise erhöht die Sicherheit im Fehlerfall und erlaubt ein zielgerichtetes Vorgehen bei der Fehlersuche. Die thermische Schaltbarkeit erleichtert den schrittweisen Ausschluss potenzieller Fehlerquellen.

schaltkreisverteiler

Der Stromkreisverteiler wird zur einen Hälfte (10 Stromkreise) direkt aus der Verbraucherbatterie und zur anderen Hälfte (weitere 10 Stromkreise) über einen DC – DC Spannungswandler (Victron Energy Orion TR Spannungswandler 12V->12V mit 220W) indirekt aus der Verbraucherbatterie gespeist.

spannungswandler

Die technisch einfachen, gegenüber Spannungsschwankungen eher unempfindlichen Verbraucher wie Innenbeleuchtung, Navigationslichter, Kühlschrank etc. hängen in der direkt gespeisten Gruppe, die eher empfindliche Navigationselektronik wie Bordcomputer, AIS, GPS, Autopilot, NMEA Verteiler, Echolot und alle weiteren Instrumente hängen in der indirekt gespeisten Gruppe, für die über den Spannungswandler dauerhaft eine Spannung von 12.5 V sichergestellt ist.

Hintergrund für diese Maßnahme ist die unangenehme Erfahrung, dass der Regler der Lichtmaschine einmal unterwegs Schaden genommen hatte und in de folgenden längeren Fahrt unter Maschine eine schwankende, bis zu 16 V hoch gehende Spannung ins Bordnetz gespeist hat. Das blieb für einige Stunden unbemerkt. Das Echolot spielte verrückt und zeigte zeitweise völlig unsinnige Werte an und sendete Tiefenalarm. Bei der Fehlersuche fiel dann mehr oder weniger zufällig die Meldung der Fernsteuerung der Brennstoffzelle über eine zu hohe Spannung im Bordnetz ins Auge. Bis ich bei der Fehlersuche von mir aus auf den Gedanken gekommen wäre die Bordspannung zu messen, das hätte dauern können. Glücklicherweise ist dabei nur der Geber vom Echolot ausgestiegen, aber es hätte durchaus wesentlich mehr teure Elektronik zerstört werden können, wenn der Fehler nicht rechtzeitig bemerkt worden wäre. Wer kontrolliert unterwegs schon routinemäßig die Bordspannung, besonders wenn die Maschine läuft.

Mit den eingebauten und verschalteten Komponenten sieht das dann so aus:

Heizung und Bilgepumpen hängen an einem eigenen Stromkreisverteiler, der näher an der Verbraucherbatterie angebracht ist.

5. NMEA Daten Verteilung 

Im oberen Teil des Schrankes ist neben AIS, GPS, LAN, WLAN, auch die NMEA Verteilung untergebracht. Sieht auf den ersten Blick kompliziert aus, ist technisch aber nur der Austausch von Daten im NMEA 0183 und NMEA 2000 sowie im proprietären Raymarine Format SeaTalkNG zwischen den Komponenten AIS, Funkgerät, GPS, Echolot, Log, Wind und Autopilot. Die Datenrate bzw. Bandbreite der Komponenten unterscheidet sich erheblich und reicht von 4.800 Baud im NMEA 0183 bis zu 250 kbit/s im SeaTalk NG.

Keine Frage, ein einheitliches Format für den Austausch zwischen allen Komponenten am besten auf einem NMEA 2000 Bussystem wäre sicher die Konstellation der Wahl. Aber wie es eben so ist, wenn man ein 20 Jahre altes Schiff gekauft hat: es fehlt das Geld die gesamte Elektronik in einem Rutsch zu erneuern, man kauft nach und nach, was benötigt wird und/oder ersetzt werden muss. 2011 waren überhaupt noch keine kommunikationsfähigen Geräte an Bord. Erste Anschaffungen waren nach dem Kauf des Schiffes eine AIS fähige Funke, ein GPS und ein Jahr später dann ein TackTick Instrumentenset mit Log, Echolot und einem drahtlosen Windgeber, alles mit NMEA 0183. Der vorhandene Radpilot hatte noch keine NMEA Datenschnittstelle, schien seine Dienst aber noch zu tun und durfte deshalb erstmal bleiben.

Für die Verbindung der Komponenten bot sich seinerzeit der NDC-4 NMEA Multiplexer von Actisense an, weil dieser neben einem NMEA Eingang mit 38.400 bps für die AIS Daten auch über eine bidirektionale USB Schnittstelle zum Computer, seinerzeit Laptop verfügt, womit die Daten in der elektronischen Seekarte auf dem Computer dargestellt werden können.

Es hat dann nicht lange gedauert, bis der Radpilot wegen permanenter Überforderung den Geist aufgegeben hat und 2014 ersetzt werden musste durch einen Raymarine Autopiloten mit EV Sensor, ACU 200 Steuerung und einem kräftigen Linearantrieb mittels Quadranten von Jefa direkt an der Ruderwelle. Funktioniert perfekt in allen Lagen, die ich bisher erlebt habe. Eine Investition, die ich nie bereut habe. Aber dafür war jetzt die Anbindung von SeaTalk NG an den NMEA Multiplexer erforderlich, die mit einem Actisense NGW-1 NMEA 2000 Gateway plus SeaTalkNG to NMEA 2000 Adapter Kabel um den bidirektionalen Austausch des Autopiloten mit den bereits vorhandenen Komponenten zu ermöglichen.

Actisense NGW-1

In der technischen Prinzipskizze stellt sich die Konfiguration für den Datenaustausch zwischen den Komponenten wie folgt dar:

Nachtrag aus dem Juli 2020:

Also, jetzt habe ich doch meinem Perfektionsdrang nachgegeben und noch mal in die Tasche gegriffen. Die beiden NMEA2000 bzw. SeaTalk NG fähigen Komponenten, also den AIS Transponer und den Raymarine Autopiloten, habe ich jetzt doch über ein NMEA2000 Backbone an einen N2K fähigen Multiplexer angebunden.

Die alten Actisense Komponenten NMEA 0183 Multiplexer und NMEA 2000 Umsetzer habe ich rausgenommen. Das Problem bei der alten Konstellation war einfach der Engpass bei der Umsetzung von NMEA 2000 / 0183. In der neuen Konstellation bleibt der hohe NMEA 2000 Datendurchsatz bei der Durchleitung via USB vom und zum Computer erhalten, weil keine Umsetzung auf NMEA 0183 mehr erfolgen muss.

Das wirkt dann schon erheblich übersichtlicher.

Und so sieht die vereinfachte und optimierte Installation jetzt in der Prinzipskizze aus:

Fazit:

Es ist ein gutes Gefühl, diese aufwendige, jahrelang aufgeschobene Arbeit endlich erledigt zu haben. Angesichts der insgesamt zwischen 60 und 80 h Arbeit und der vielen kleinen und großen Anschaffungen, die erforderlich waren, nimmt sich das Ergebnis auf den ersten Blick vielleicht bescheinden aus. Man sieht und spürt es im Alltag kaum, wenn alles wie gewünscht funktioniert. Aber besser als umgekehrt. Nichts ist ärgerlicher und an Bord auch gefährlich, wenn die Elektrik nicht sicher und sauber funktioniert und man immer wieder mit Fehlersuche zu tun hat. Positiv bemerkbar im Alltag macht sich am ehesten, dass nun kein Laptop mehr den Kartentisch versperrt und dass die wesentlichen Verbraucher getrennt von einander schaltbar sind.


5 Responses to Erneuerung Stromkreisverteilung

  1. Bernd sagt:

    Moin,

    Respekt, super geplant und umgesetzt. Ich bin auch dabei, bzw. in der Planung meine Schalttafel auf Vordermann zu bringen. Sieht auch recht wüst aus. Welche Klemmentypen hast du denn genommen ? phönix? Und wenn ja, wo hast du die bestellt?

    Liebe Grüße
    Bernd

  2. Mir schwirrt der Kopf – aber Du bis ja Profi !

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