Ratgeber
Der Begriff Masse spielt in der Elektrotechnik und der Elektronik eine wichtige Rolle. Denn Masse kann sowohl für das Bezugspotenzial von Signal- und Betriebsspannungen stehen als auch für die Erdung als Teil der elektrischen Sicherheit. Beim elektrischen Schweissen wird auch das Werkstück mit Masse bezeichnet. Sind hohe Stromstärken im Spiel, erfolgt die Verbindung in der Regel über ein sogenanntes Massekabel.
In unserem Ratgeber lesen Sie, wie Massekabel aufgebaut sind, wo man sie einsetzt und über welche Eigenschaften sie verfügen sollten.
In der Elektrotechnik gibt es drei Definitionen für Masse: die Signalmasse, die Gehäusemasse und die Erdung.
Die Signalmasse bildet den gemeinsamen Rückweg für elektrischen Strom und für Signale. In einem ein handelsüblichen PC beispielsweise besitzt die Hauptplatine eine Massefläche, meist eine relativ grosse Leiterbahn. Sie stellt für alle Bauteile einen gemeinsamen elektrischen Pol zur Verfügung, häufig den Minuspol, der auch als Ground bezeichnet wird. Dieses Verfahren reduziert den Schaltungsaufwand und minimiert Störungen.
Das Chassis und damit auch das metallische Gehäuse des Rechners besitzt ebenfalls einen Masseanschluss, es handelt sich dabei um die Gehäusemasse. Ihr Kontakt führt direkt zum Schutzleiter in der Netzstrombuchse. Das verhindert bei Kurzschlüssen Schäden am Gerät und schützt Benutzer vor elektrischen Schlägen.
Die Schutzleiter im Stromkreis sind wiederum mit einer metallischen Schiene im Hausanschluss verbunden. Über sie erfolgt die Erdung zu einem Erdungsstab oder Erdungspfosten im Erdreich.
Masseanschlüsse finden sich auch in Kraftfahrzeugen. Hier ist üblicherweise der Minuspol über ein Batterie-Massekabel mit dem Rahmen und damit auch mit der Karosserie verbunden. Für die Stromversorgung beispielsweise von Lampen und elektronischen beziehungsweise elektrischen Komponenten reicht dann eine einzige Leitung zum Pluspol der Batterie. Die Verbindung zum Minuspol wird unmittelbar am Einbauort über einen Karosseriekontakt hergestellt.
Ein Massekabel ist auch bei elektrischen Schweissgeräten nötig. Der Lichtbogen zwischen der mit Dorn und Schweissdraht ausgestatteten Elektrodenzange und dem als Masse dienenden Werkstück entsteht durch die Verbindung der Elektrodenzange und der Masseklemme mit der Stromversorgung aus dem Schweissgerät.
Der Schweissdraht bildet dabei die Anode, das Werkstück die Kathode. Beim Kontakt des Drahtes mit dem Werkstück entsteht ein Kurzschluss, der aufgrund der hohen Ströme beim leichten Abheben des Drahtes zu einem Lichtbogen führt. Das gleiche Prinzip gilt auch für das Schweissen mit nicht abschmelzender Anode, dem sogenannten WIG-Verfahren.
Während für die Nutzung der Signalmasse Leiterbahnen aus Kupfer, herkömmliche Litzen und Drähte in den meisten Fällen ausreichen, erfordern Verbindungen zur Erde aufgrund der potenziell deutlich höheren Ströme und Spannungen sehr leistungsfähige Massekabel.
Das gilt auch für Schweisskabel, die zwar keine Verbindung zur Erde besitzen, über die aber je nach Schweissgerät Ströme bis zu mehreren Hundert Ampere fliessen. Angeboten werden diese Massekabel in der Regel als Meterware oder als 5-Meter-Rolle, das Isoliermaterial ist gewöhnlich PVC.
Abhängig vom geplanten Einsatzzweck spielt der Aderquerschnitt des Massekabels die entscheidende Rolle. Dabei gilt: Je dünner und länger, desto grösser der elektrische Widerstand. Und je grösser der Widerstand, desto mehr elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt.
Bei Strömen von deutlich mehr als 100 Ampere – wie sie beim Lichtbogenschweissen durchaus üblich sind – wäre beispielsweise ein Massekabel mit einem Aderquerschnitt von 10 Quadratmillimetern total überfordert. Es würde sich wohl buchstäblich in Rauch auflösen, da die Nennbelastung nur bei etwa 60 Ampere liegt.
Auf der sicheren Seite ist man dagegen bei einem Massekabel mit 50 Quadratmillimetern Querschnitt, seine Nennbelastung liegt bei 250 Ampere.
Bei der Auswahl ist auf keinen Fall der Aderdurchmesser mit dem Aderquerschnitt zu verwechseln. Der Durchmesser ist ein Längenmass, der Querschnitt – oft abgekürzt mit qmm – dagegen ein Flächenmass. So beträgt der Durchmesser für ein Massekabel mit 50 Quadratmillimetern Querschnitt knapp 8 Millimeter.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang das Leitermaterial. Für Massekabel ist die Fertigung als Litze üblich, also als Strang aus mehreren Einzeladern. Das bringt den Vorteil einer grossen Flexibilität und sichert selbst beim Bruch einzelner Adern die elektrische Verbindung. Gängiges Material ist Kupfer, häufig angeboten wird aber auch CCA. Darunter ist kupferkaschiertes Aluminium – englisch copper-clad aluminium – zu verstehen.
CCA-Draht besteht aus einem Aluminiumkern mit einer dünnen Kupferhülle. Da Aluminium preiswerter ist als Kupfer, liegen die Verkaufspreise für CCA-Kabel etwa 50 Prozent unter denen für Kupferkabel. Der Preisvorteil ist in vielen Fällen allerdings zu relativieren: Aluminium verfügt im Vergleich zu Kupfer über einen höheren spezifischen Widerstand, das heisst, bei einem vorgegebenen Strom muss der Aderquerschnitt grösser sein. Der übliche Faktor beträgt 1,6. Ein Kupferkabel mit einem Querschnitt von 10 Quadratmillimetern lässt sich somit nur durch ein CCA-Kabel mit 16 Quadratmillimetern ersetzen. Andernfalls besteht die Gefahr eines Kabelbrandes.
Gibt es im Kfz-Bereich Alternativen zu rundem Massekabel?
Statt ein rundes, mit PVC oder manchmal auch mit Gummi isoliertes Massekabel, lassen sich auch Massebänder verwenden. Sie sind nicht isoliert und bestehen aus einem flachen Aluminium- oder Kupfergeflecht. Die Verbindung erfolgt meist über pressgeschweisste Enden oder verpresste Hülsen mit Schraubenlöchern.
Welche Masseverbindung sollte beim Schweissen verwendet werden?
Für den Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Kabel zur Elektrodenzange haben sich Masseklemmen und Polschraubzwingen bewährt. Masseklemmen besitzen den Vorteil, dass sie sich schnell und einfach befestigen lassen, Polschraubzwingen besitzen dagegen eine grössere Spannweite zwischen den Spannbacken und sitzen in der Regel fester. Noch bequemer in der Anwendung sind Magnetpolklemmen, deren Haftkraft allerdings von der Stärke des enthaltenen Permanentmagneten abhängt.
In welchen Farben werden Massekabel angeboten?
Die PVC-Isolierungen von Massekabeln gibt es in der Regel in Rot, Schwarz und Blau, erhältlich sind ausserdem transparente Isolierungen. Von roten Massekabeln ist bei der Auswahl allerdings möglichst abzusehen: Es besteht die Gefahr der Verwechslung mit dem Plus-Batteriekabel.