Spannungsfall am Schweißkabel
Ein weicher Lichtbogen an langer Leitung ist keine Laune des Geräts, sondern sind unterwegs verlorene Volt. Unten steht, wie viele bei Ihrem Strom, Ihrer Länge und Ihrem Querschnitt verloren gehen — und wie viel davon zu Wärme wird.
Wie gerechnet wird
Eine Formel: ΔU = 2 · L · I · ρ / A, mit L als
Länge einer Leitung in Metern, I als Strom in Ampere,
A als Querschnitt in mm² und ρ als spezifischem
Widerstand: 0,0175 für Kupfer, 0,0282 für Aluminium.
Die Zwei in der Formel ist der Rückweg. Der Strom kommt über die Werkstückleitung zurück, legt also die doppelte Entfernung vom Gerät zum Bauteil zurück. Deshalb fragt der Rechner nach einer Leitung und nicht nach der Summe beider.
Die im Kabel verlorene Leistung ist P = ΔU · I. Bei 200 A
und 4 V Fall sind das 800 W — so viel heizt das Kabel, statt Metall
zu schmelzen. Daher die warme Leitung nach einer Stunde Arbeit: kein Defekt,
sondern das Ergebnis dieser Rechnung.
Dieser Rechner beantwortet „was kostet mich das Kabel, das ich habe“. Die umgekehrte Frage — „welchen Querschnitt brauche ich, um unter einem bestimmten Fall zu bleiben“ — beantwortet der Rechner für den Kabelquerschnitt. Formel und Widerstandswerte sind dieselben, deshalb stimmen beide immer überein.
Was zu viel ist
| Fall | Was das in der Praxis heißt |
|---|---|
| bis 2 V | Beim Schweißen nicht zu merken; die Leitung hat Reserve |
| 2–4 V | Grenzbereich. Der Bogen hält noch, das Kabel wird spürbar warm |
| über 4 V | Weicher Bogen, schlechtes Zünden, Kleben beim Ansetzen |
Diese Stufen sind Werkstattpraxis, keine Norm. Sie folgen aus einem einfachen Vergleich: der Lichtbogen an der Stabelektrode arbeitet mit etwa 25 V, vier verlorene Volt sind also ein Sechstel davon.
Was tun, wenn es zu viel wird
Ein dickeres Kabel wirkt direkt proportional: doppelter Querschnitt, halber Fall. Das ist die einzige Maßnahme, die immer hilft.
Ein kürzerer Weg wirkt genauso stark und ist oft billiger: das Gerät auf die halbe Entfernung heranzuholen bringt so viel wie doppelter Querschnitt. Überschüssiges, zum Ring aufgewickeltes Kabel verkürzt nichts und bildet bei Wechselstrom zusätzlich eine Spule.
Die Masseklemme ist häufig schuldiger als das Kabel. Der Übergangswiderstand über Rost, Farbe oder eine lose Klemme steht in keiner Formel und frisst mehr als zehn Meter Leitung. Die Klemme gehört auf blankes Metall und so nah wie möglich an die Naht.
Aluminium statt Kupfer ergibt beim gleichen Querschnitt 60 % mehr Fall. Aluminiumkabel ist billiger, muss aber zwei Stufen dicker sein, um mit Kupfer gleichzuziehen — und damit ist der Preisvorteil weg.
Wie es weitergeht
Querschnitt für einen vorgegebenen Fall — Rechner für den Kabelquerschnitt. Wie lange das Gerät ohne Pause durchhält — Einschaltdauer. Betrieb am Stromerzeuger — Stromerzeuger fürs Schweißen. Warum nasse Leitung und schlechte Masse mehr sind als ein weicher Bogen — elektrische Sicherheit.
So benutzt man den Rechner
- Schweißstrom — der Strom, mit dem tatsächlich geschweißt wird, nicht das Maximum vom Typenschild. Für eine 3,2-mm-Elektrode nennt die Stromtabelle 90–140 A, nicht 200.
- Länge einer Leitung — die Strecke vom Gerät zur Arbeitsstelle entlang der Kabelführung, nicht die Luftlinie. Den Rückweg rechnet der Rechner selbst dazu.
- Querschnitt — auf den Mantel gedruckt: „H01N2-D 1×35“ heißt 35 mm². Ein unbeschriftetes Kabel lieber messen als raten.
- Leitermaterial — Kupfer oder Aluminium.
Das Ergebnis sind drei Zahlen: der Spannungsfall in Volt, sein Anteil an einer typischen Lichtbogenspannung (der Rechner nimmt 25 V) und die Leistung, die das Kabel erwärmt. Das Kennzeichen daneben bewertet den Spannungsfall nach der Tabelle oben: bis 2 V in Ordnung, 2–4 V grenzwertig, über 4 V zu viel.
Rechenbeispiele
| Situation | Eingaben | Spannungsfall | Anteil | Leistung im Kabel |
|---|---|---|---|---|
| E-Hand auf der Baustelle | 200 A, 20 m, 25 mm² Cu | 5,6 V | 22 % | 1120 W |
| Dasselbe, 35 mm² | 200 A, 20 m, 35 mm² Cu | 4,0 V | 16 % | 800 W |
| Dasselbe, 50 mm² | 200 A, 20 m, 50 mm² Cu | 2,8 V | 11 % | 560 W |
| Gerät näher gestellt | 200 A, 10 m, 25 mm² Cu | 2,8 V | 11 % | 560 W |
| WIG in der Werkstatt | 120 A, 10 m, 16 mm² Cu | ≈2,6 V | ≈11 % | ≈315 W |
| Aluminiumkabel | 200 A, 20 m, 35 mm² Al | ≈6,4 V | ≈26 % | ≈1290 W |
Die ersten vier Zeilen zeigen die Regel aus dem Abschnitt zu den Abhilfen: von 25 auf 50 mm² zu gehen und den Weg von 20 auf 10 m zu kürzen, bringt genau dasselbe. Auf der Baustelle ist das Umstellen des Geräts oft billiger als neues Kabel. Die letzte Zeile zeigt, dass Aluminium mit 35 mm² schlechter abschneidet als Kupfer mit 25 mm².
Ungleich lange Leitungen und Verlängerungen
Der Rechner geht davon aus, dass Schweißleitung und Masseleitung gleich lang sind. Sind sie es nicht, den Mittelwert eingeben: 25 m bis zum Halter und 5 m Masse zählen wie 15 m. Die Formel addiert beide Wege, der Mittelwert liefert also genau dasselbe Ergebnis.
Besteht eine Leitung aus Stücken mit unterschiedlichem Querschnitt, wird der Spannungsfall jedes Stücks einzeln gerechnet und addiert. Dazu kommen die Kupplungen, die die Formel nicht kennt — das Rechenergebnis ist deshalb die Untergrenze des tatsächlichen Verlusts.
Ein warmes Kabel verliert mehr
Der spezifische Widerstand 0,0175 für Kupfer gilt bei etwa 20 °C. Der Widerstand von Kupfer steigt um rund 0,4 % je Grad, ein auf 60 °C erwärmtes Kabel hat also etwa 16 % mehr Spannungsfall als ein kaltes. In der Praxis wird aus „grenzwertig“ nach einer Stunde in der Sonne „zu viel“. Reserve beim Querschnitt ist billiger, als sie aussieht.
Rechenfehler
- Beide Leitungen addiert und als eine Länge eingegeben. Das Ergebnis ist doppelt so hoch.
- Typenschild- statt Arbeitsstrom. Ein „aufs Maximum“ gewähltes Kabel ist für die tägliche Arbeit überdimensioniert.
- Zwischenschlauchpaket vergessen. Beim MIG/MAG-Gerät mit separatem Vorschub fließt der Strom durch das Zwischenschlauchpaket — seine Länge gehört in die Rechnung.
- Die Schuld beim Gerät suchen. Bevor es in die Reparatur geht, den Spannungsfall rechnen und die Masseklemme prüfen — siehe Wartung des Schweißgeräts.
Häufige Fragen
Wie viel Spannung darf die Leitung verlieren?
In der Werkstattpraxis gelten bis 4 V beim Arbeitsstrom als Obergrenze, unter 2 V ist besser. Das ist keine Normforderung, sondern die Grenze, ab der sich der Lichtbogen merklich ändert: bei rund 25 V am Bogen sind vier Volt ein Sechstel der Spannung, die dort fehlt, wo sie gebraucht wird.
Warum wird die Länge verdoppelt?
Weil der Strom zurück muss. Der Kreis schließt sich über die Werkstückleitung, der Strom legt also die doppelte Entfernung vom Gerät zum Bauteil zurück. Der Rechner fragt nach der Länge einer Leitung und verdoppelt selbst — beide Leitungen bitte nicht von Hand addieren.
Ändern zusammengesteckte Verlängerungen das Ergebnis?
Ja, und meist zum Schlechteren. Jede Kupplung bringt einen Übergangswiderstand mit, den diese Formel nicht kennt; eine angelaufene oder lockere Steckverbindung kostet mehr als zehn Meter Leitung. Wirkt der Lichtbogen trotz richtigem Querschnitt weich, prüfen Sie zuerst Kupplungen und Masseklemme.
Welcher Querschnitt für 20 m Schweißkabel bei 200 A?
Bei Kupfer und 20 m je Leitung: 25 mm² ergibt 5,6 V Spannungsfall (zu viel), 35 mm² 4,0 V (Grenze), 50 mm² 2,8 V. Für Baustellenarbeit mit 200 A sind 50 mm² sinnvoll — oder ein kürzerer Weg: Bei 10 m reichen 25 mm².
Was macht ein großer Spannungsfall mit dem Lichtbogen?
Für den Lichtbogen bleibt weniger Spannung. Bei der Stabelektrode wird der Bogen kürzer und weicher, zündet schlecht, die Elektrode klebt beim Start; bei MIG/MAG läuft der Bogen „kälter“, als hätte man die Spannung am Gerät zurückgedreht. Das Kabel wird dabei warm: 5,6 V bei 200 A sind mehr als ein Kilowatt Verlust.
Wie rechnet man, wenn die Masseleitung kürzer ist?
Den Mittelwert beider eingeben: 25 m zum Halter und 5 m Masse sind 15 m. Die Formel addiert beide Wege, der Mittelwert ergibt also dasselbe. Stücke mit unterschiedlichem Querschnitt werden einzeln gerechnet und die Spannungsfälle addiert.
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