Onderwerpen:
- Inleiding
- Draaddiktes
- Specifieke weerstand van de draad
- Stekkerverbindingen
- Draadreparatie
- Stekkers ontgrendelen
Inleiding:
Moderne voertuigen zijn uitgevoerd met veel elektronica. Ze bevatten vaak tientallen ECU’s, waarvan elk verantwoordelijk is voor specifieke functies.
- Motorruimte: ECU voor de motorelektronica, automatische transmissie, ABS/ESP;
- Interieur: ECU voor de airbags, in portieren, onder de stoelen, in het dak voor het schuifdak of verlichting, in de kofferbak voor de trekhaakelektronica, etc.
Deze ECU’s en actuatoren ontvangen hun voeding rechtstreeks vanuit de zekeringenkast. Omdat er meerdere voedingsdraden en zekeringen zijn, kunnen we vaak meerdere zekeringenkasten vinden, zoals in de motorruimte, het dashboard en zelfs in de kofferbak van personenauto’s.
Vanuit de zekeringenkast lopen voedingsdraden (plus) naar verschillende componenten, zoals ECU’s en actuatoren. De ECU’s ontvangen informatie van sensoren via signaaldraden.
Een voorbeeld in het interieur is de portierschakelaar, die bij open of dicht respectievelijk 12 of 0 volt aangeeft. In de motorruimte kan de koelvloeistoftemperatuursensor bij een temperatuur van 20 graden Celsius een signaal 2,5 volt en bij 90 graden Celsius een signaal 0,5 volt naar de ECU sturen.
De ECU stuurt vervolgens de actuator aan, waarbij stroom wordt geleverd aan een passieve actuator (bijv. een injector), spanningssignaal wordt gestuurd naar een actieve actuator (COP bobine), of een digitaal bericht wordt verzonden naar een intelligente actuator (ruitenwissermotor). Elke ECU en actuator is verbonden met een massapunt op de carrosserie of het chassis van het voertuig via één of meerdere massadraden.
Alle plus-, massa-, signaal- en communicatiedraden tussen de zekeringenkasten, ECU’s, sensoren, actuatoren en massapunten geven een enorme hoeveelheid bedrading. Fabrikanten laten bedrading zoveel mogelijk als één bundel door het voertuig lopen. Dit noemen we een kabelboom.
In de volgende afbeelding zien we een deel van de kabelboom waar tientallen draden doorheen lopen. De kabelboom is ingewikkeld met tape om de bedrading bij elkaar te houden. De kleuren zijn tussen de windingen van het tape nog wel zichtbaar, omdat een monteur bij het zoeken van storingen gemakkelijk de draadkleur kan terugvinden.
Een kabelboom heeft veel aftakkingen: de kabelboom loopt vanaf de motorruimte naar de kofferbak, maar ook van de linker- naar de rechterportieren, onder het dashboard van links naar rechts en onder de stoelen. De kabelboom is precies op maat van het voertuig gemaakt.
In een kabelboom kan een draad beschadigd raken. Als de isolatie vaak is beschadigd door herhaaldelijk buigen (bijvoorbeeld bij het scharnier van een portier of de achterklep) of als de draad ergens tegenaan heeft geschuurd, kan de draad in de meeste gevallen worden gerepareerd. Het beschadigde deel wordt verwijderd, en er wordt een nieuw stuk draad tussen gesoldeerd en vervolgens afgedicht met krimpkousjes. Wanneer er echter sprake is van kortsluiting en doorgebrande draden, wordt het ingewikkelder. In dat geval kan er, zeker bij een auto met een hoge dagwaarde, worden besloten om een nieuwe kabelboom te monteren.
Draaddiktes:
In de auto vinden we veel verschillende draaddiktes. In de motorruimte vinden we dunne draden van sensoren en relatief dikke draden naar actuatoren. In het volgende schema zien we een zwarte (massa)draad op de accu (A) van 25,0 mm². Dit is de dikste draad die we in de motorruimte vinden. Op de dynamo (C) zien we op de B+ een zwarte draad van 16,0 mm². Op het regelapparaat J367 vinden we flink dunnere draden van 0,35 tot 0,5 mm².
De keuze voor de draaddikte heeft met de maximale stroomsterkte en de lengte van de draad in relatie met de specifieke weerstand van de draad te maken:
- Een dikke draad is geschikt voor hogere stroomsterktes;
- Hoe langer de draad is, des te hoger de weerstand van de draad wordt. Lange draden zijn daarom ook vaak dikker uitgevoerd.
Een min- en B+ kabel van de dynamo moeten een hoge stroomsterkte geleiden. Een dunne draad zou een te hoge interne weerstand hebben, waardoor er naast spanningsverlies, ook een temperatuursverhoging zou ontstaan. Door de draden naar de ECU loopt een kleine stroom.
De weerstand in de draad heeft een groot effect op het spanningsverlies. De stroomsterkte speelt hierin een grote rol. Om dit inzichtelijk te maken, volgen hieronder twee berekeningen. In beide voorbeelden bedraagt de weerstand van de draad 0,1 Ω.
We nemen een plusdraad van een 21 Watt lamp en berekenen de stroomsterkte door het vermogen door de bronspanning van 12 volt te delen (de vermogenswet). De stroomsterkte is, afhankelijk van de temperatuur, rond de 1,75 A. Met de Wet van Ohm berekenen we het spanningsverlies over een draad.
Het spanningsverlies van 0,18 volt is toelaatbaar, aangezien de lamp op een spanning van (12 – 0,18) 11,82 volt brandt. Voor de duidelijkheid: de 0,18 is de V3 in de V4-meting. De weerstand in deze draad dus laag genoeg om geen negatieve invloed op de werking van de verbruiker te veroorzaken.
In het volgende voorbeeld nemen we de plusdraad van de startmotor. Wederom bedraagt de weerstand van de plusdraad 0,1 Ω. De gemeten startstroom is 90 Ampère.
De weerstand in de draad veroorzaakt een spanningsverlies van 9 volt. Bij een spanning van 12 volt bij ingeschakelde startmotor zal er slechts 3 volt overblijven om de startmotor te laten werken. Dit is uiteraard te weinig; de startmotor zal niet of nauwelijks in beweging komen.
Conclusie: een weerstand van 0,1 Ω in een plusdraad heeft voor een lamp nauwelijks gevolgen, maar is voor een startmotor dermate hoog dat hij niet meer functioneert.
Specifieke weerstand van de draad:
Iedere draad heeft een ohmse weerstand. De weerstandswaarde is afhankelijk van:
- het materiaal;
- de afmetingen (lengte en diameter);
- temperatuur.
De volgende afbeelding toont vier draden van hetzelfde materiaal, waarvan draad A de hoogste en draad D de kleinste weerstand heeft.
- In verhouding is 2L tweemaal zo lang als l;
- In verhouding is 2d tweemaal zo lang als d.
Een dikke, korte draad heeft minder weerstand dan een dunne lange draad.
De weerstand van een draad kan met de volgende formule worden berekend:
Hierin is:
- R de weerstand van de draad in ohm [Ω];
- l de lengte van de draad in meters [m]
- ρ (rho) de soortelijke weerstand van de draad in ohmmeter [Ωm]
- A de doorsnedeoppervlakte van de draad in vierkante meters [m²]
Uit de formule blijkt dat de weerstand van de draad toeneemt bij een grotere lengte (l), en afneemt bij een grotere doorsnede (A). De soortelijke weerstand van een draad drukken we uit in ohm-meter (Ωm). Omdat we te maken hebben met kleine getalwaarden, gebruiken we een 10^6 maal kleinere eenheid, namelijk micro-ohm-meter (μΩm).
Voorbeeld:
We berekenen de weerstand van een koperdraad met een lengte van 2 meter en een doorsnede van 1,25 mm² en een soortelijke weerstand van 0,0175 * 10^-6 Ωm.
Stekkerverbindingen:
In de auto zijn draden middels een stekkerverbinding aangesloten op een sensor, actuator of een regeleenheid. Ook is het mogelijk dat ergens in een kabelboom een stekker zit waarmee twee kabelbomen met elkaar kunnen worden verbonden.
De volgende afbeelding toont een deel van een schema van een Ford Fiësta. Hierin zien we de componentcode B31 (luchtmassameter) en Y34 (magneetklep koolfilter). De luchtmassameter is een sensor en de magneetklep een actuator. Ze zijn beide verbonden met de motorregeleenheid (bovenin).
Op de luchtmassameter zien we een 5-polige stekker (5p) met daarin vier bezette posities: 2 t/m 5.
De magneetklep is voorzien van een tweepolige stekker (2P).
De nummers op de stekker in het schema staan in werkelijkheid op de stekker zelf afgebeeld. Zo kan men de draadkleuren vergelijken, of wanneer er in meerdere posities dezelfde draadkleur wordt gebruikt, de draadfuncties van elkaar onderscheiden (plus, massa, signaal, etc).
Draadreparatie:
Bij een draadreparatie kan het voorkomen dat er een nieuwe stekker op de draad moet worden geknepen. Dit doen we met een kabelmomenttang, ook wel krimptang genoemd. In dit voorbeeld worden er ongeïsoleerde metalen stekkers op de draad geknepen en in kunststof stekkerblokken geklikt.
In de kabelmomenttang bevindt zich een mechanisme waarbij met een minimale kracht in het handvat een groot moment op het kabelschoentje of metalen stekkertje kan worden uitgeoefend. Meestal zit er ook een vasthoud-mechanisme in, zodat de tang tijdens het knijpen “vastklikt” en zich bij het loslaten van het handvat het kabelschoentje vasthoudt. Pas wanneer de tang in zijn uiterste stand is vastgeknepen, of als het ontgrendelmechanisme wordt bediend, laat de tang het kabelschoentje weer los.
Bepaal de lengte van de draad en knip een gedeelte af. Houd er rekening mee dat er nog een deel isolatie van de uiteinden wordt gehaald met de striptang.
De onderstaande twee afbeeldingen tonen de striptang en het uiteinde van de groene draad:
- links: als eerste bepaal je de lengte waarop je de draad wilt strippen door het rode gedeelte in een andere stand te zetten. Uiterst links, zoals in de afbeelding, bedraagt de lengte 2 mm. Knijp de tang in. De bekken sluiten en het metalen mechanisme grijpt de isolatie vast. Knijp de tang helemaal in. De isolatie wordt op de afgestelde afstand van de draad geschoven;
- rechts: laat de tang los. Het koperdraad is nu zichtbaar.
Nadat de draad is gestript (het koperdraad is 2 mm lang) kunnen er kabelschoentjes (geïsoleerd / ongeïsoleerd) of metalen stekkertjes aan worden geknepen. In de onderstaande drie afbeeldingen is het volgende te zien:
- Links: een kabelmomenttang met twee metalen stekkers (male en female);
- Midden: het metalen stekkertje is in de kabelmomenttang geklikt en de gestripte draad wordt in de achterzijde van de metalen stekker gestoken;
- Rechts: de andere zijde van de kabelmomenttang met het metalen stekkertje.
Goed (1)
Met het vastknijpen van kabelschoentjes maakt men soms fouten. Het is van belang om te weten hoe ver men het de elektriciteitskabel moet strippen en hoe ver de draad in het kabelschoentje moet worden geschoven. Hier volgen vijf voorbeelden met daarin de drie meest voorkomende fouten.
In de volgende afbeelding is een goed gemonteerde draad te zien.
Goed (2)
Dit is dezelfde draad, vanuit een andere hoek getekend.
Fout (1)
De isolatie is veel te ver gestript. Het koperdraad steekt uit en kan in sommige stekkerbehuizingen na het verbuigen van de uiteinden kortsluiting maken.
Fout (2)
Niet al het koperdraad is in het kabelschoentje geknepen. Het uitstekende draadje kan bij het verbuigen kortsluiting maken met een andere draad in de stekker, of tegen de voertuigcarrosserie.
Fout 3:
De isolatie is te kort gestript en is in het binnenste deel van het kabelschoentje geknepen. Doordat dit deel dikker is dan het koperdraad, is het kabelschoentje niet geheel dichtgeknepen. Het mogelijke gevolg hiervan is een slecht contact tussen het koperdraad en het kabelschoentje.
Na het aanknijpen van de twee metalen stekkers aan de draad, kunnen ze in de kunststof stekkerblokken worden geklikt.
Het kan voorkomen dat men de draad per ongeluk in de verkeerde positie heeft geklikt. Met een fittingschroevendraaier of een stekkertrekker kan men het weerhaakje aan het stekkertje voorzichtig verbuigen en de draad uit de stekker trekken. Uiteraard moet het weerhaakje weer omhoog worden gebogen, omdat de stekker anders niet meer vastklikt.
Stekkers ontgrendelen:
Het kan nodig zijn om een draad uit een stekker te verwijderen. De metalen connector die aan het uiteinde van de draad is geknepen, moet daarom uit de kunststof stekkerbehuizing worden gedemonteerd. Hiervoor is een stuk gereedschap benodigd; een zogenaamde stekkertrekker. Hiermee kan men de weerhaakjes aan de metalen connector in de stekker buigen, zodat de draad uit de stekker kan worden getrokken. Om dit te kunnen doen, moet men wel eerst de vergrendeling in de stekker eruit halen; in de afbeelding is de vergrendeling te herkennen aan het paarse kunststof deel, halverwege de stekker. De vergrendeling voorkomt dat de draad uit de stekker kan worden getrokken, ondanks dat de connector met het gereedschap ontgrendeld. In de animatie is de ontgrendeling en het verwijderen van de draad van een vierpolige stekker die in een Audi wordt toegepast.
