Leiterquerschnitt und AWG

Wie hängen Quadratmillimeter und AWG zusammen — und warum ist die Umrechnung nur eine Näherung?

Auf einem europäischen Kabel steht „2,5 mm²", auf dem Datenblatt eines amerikanischen Lautsprechers „14 AWG". Gemeint ist beide Male, wie viel Kupfer im Leiter steckt — nur beschreibt die eine Angabe eine Fläche aus einer genormten Reihe und die andere eine Stufe in einer geometrischen Folge von Drahtdurchmessern. Die beiden Reihen liegen nicht aufeinander.

Wie viel Strom eine Leitung ohne Verluste transportiert, hängt daran, wie viel Kupfer drinsteckt. Dafür gibt es zwei Zählweisen. Bei uns steht die Fläche des Kupfers auf dem Kabel, in Amerika eine Stufennummer — und die läuft rückwärts, kleinere Nummer heißt dickeres Kabel. Die beiden Zählweisen passen nicht genau ineinander, jede Umrechnung ist also gerundet. Wenn ein Hersteller ein Mindestmaß vorgibt, rundest Du deshalb immer in Richtung mehr Kupfer, nicht weniger. Zu dick geht immer, zu dünn kostet Leistung.

Ausführliche Erklärung

Die metrische Angabe ist die einfachere. Sie nennt die Querschnittsfläche des Leiters in Quadratmillimetern, und zwar aus einer genormten Reihe — 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2,5, 4, 6, 10 und so weiter. Diese Werte sind Nennwerte; die Norm bindet dazu einen Höchstwert für den Widerstand je Kilometer, was am Ende die eigentliche Zusage ist.

AWG geht anders vor. Die Reihe stammt aus der Drahtzieherei und beschreibt Durchmesser: Zwischen der dicksten und der dünnsten Stufe der ursprünglichen Reihe liegen 39 gleich große Schritte, das Verhältnis zweier benachbarter Durchmesser ist deshalb die 39. Wurzel aus 92, also rund 1,1229. Aufgestellt hat diese Systematik das Werkzeug- und Messgerätehaus Brown & Sharpe in Providence, Rhode Island, das die damals wild wuchernden Drahtlehren Mitte der 1850er Jahre auf eine regelmäßige Reihe brachte; 1857 übernahmen die führenden US-Hersteller sie.

Aus dem einen Verhältnis folgt alles Weitere:

Die Fläche wächst je Stufe um rund den Faktor 1,26.
Drei Stufen verdoppeln die Fläche — von 16 AWG auf 13 AWG steckt doppelt so viel Kupfer im Leiter.
Sechs Stufen verdoppeln den Durchmesser, zehn Stufen verzehnfachen die Fläche annähernd.
Die Nummer läuft rückwärts: kleinere Zahl, dickerer Draht.

Warum die Umrechnung eine Näherung bleibt

Zwei genormte Reihen, die unabhängig voneinander entstanden sind, teilen keine gemeinsamen Werte. Rechnet man die metrische Reihe in die AWG-Skala um, landet man zwischen den Stufen:

Nennquerschnitt	liegt rechnerisch bei	nächste AWG-Stufe darunter
0,75 mm²	18,4 AWG	18 AWG = 0,82 mm²
1,0 mm²	17,2 AWG	17 AWG = 1,04 mm²
1,5 mm²	15,4 AWG	15 AWG = 1,65 mm²
2,5 mm²	13,2 AWG	13 AWG = 2,62 mm²
4,0 mm²	11,2 AWG	11 AWG = 4,17 mm²
6,0 mm²	9,4 AWG	9 AWG = 6,63 mm²
10 mm²	7,2 AWG	7 AWG = 10,55 mm²

Die mittlere Spalte ist der Punkt. Keine der geläufigen metrischen Größen fällt auf eine AWG-Stufe, und die Abweichung geht mal in die eine, mal in die andere Richtung: 1,5 mm² liegt deutlich über 16 AWG (1,31 mm²) und deutlich unter 15 AWG, 2,5 mm² liegt zwischen 14 und 13. Eine Tabelle, die „1,5 mm² = 16 AWG" schreibt, rundet also, ohne es zu sagen — und wer in der Gegenrichtung rundet, unterschreitet unter Umständen eine Herstellervorgabe.

Bei Datenkabeln bewegt sich dasselbe Prinzip in kleinen Zahlen. Ein Verlegekabel mit 23 AWG hat rund 0,26 mm² Kupfer je Ader, eines mit 24 AWG rund 0,20 mm² — gut ein Viertel weniger. Dünne Patchkabel mit 28 AWG kommen auf rund 0,08 mm², also etwa vierzig Prozent der Fläche eines 24-AWG-Leiters. Für die Datenübertragung ist das beherrschbar, für den Stromtransport über die Datenleitung wird es zur Wärmefrage, sobald viele solcher Leitungen im selben Bündel liegen.

Häufiges Missverständnis

„Größere Zahl, dickeres Kabel" ist der Irrtum, der beim Einkauf am teuersten wird, weil er die Skala genau umdreht. Die Erklärung liegt in der Herkunft der Reihe: Die Nummer zählt, wie oft ein Draht durch immer kleinere Ziehsteine gezogen wurde. Jeder Durchgang macht ihn dünner — also bedeutet eine höhere Nummer weniger Kupfer.

Der zweite Irrtum betrifft Litzenleiter. Steht „26 AWG" auf einem flexiblen Kabel, ist damit nicht der Durchmesser der Ader gemeint, sondern ein Äquivalent — die Summe der Flächen aller Einzeldrähte, umgerechnet auf die Reihe. Der tatsächliche Außendurchmesser liegt darüber, weil zwischen den verseilten Drähten Luft bleibt. Deshalb schreiben Datenblätter die Bauform mit dazu, etwa „24 AWG/1" für einen Massivleiter und „26 AWG/7" für eine Litze aus sieben Drähten.

Der dritte Irrtum ist der folgenreichste, weil man ihn nicht sieht: Die Querschnittsangabe sagt nichts über den Werkstoff. Ein Leiter aus kupferbeschichtetem Aluminium mit derselben AWG-Zahl hat spürbar mehr Widerstand als Vollkupfer, und keine Zahl auf dem Mantel weist darauf hin.

Nicht zu verwechseln mit

Außendurchmesser: Weder der Durchmesser der isolierten Ader noch der des ganzen Kabels folgt aus dem Querschnitt. Für Leerrohr, Biegeradius und Klemmenbereich zählt der Außendurchmesser, für die elektrische Auslegung der Querschnitt.
Strombelastbarkeit: Wie viel Strom eine Leitung dauerhaft führen darf, hängt zusätzlich an Verlegeart, Umgebungstemperatur, Häufung im Bündel und Isolierwerkstoff. Der Querschnitt allein ist keine Belastungsangabe.
AWG-Äquivalent bei Litze: eine gerechnete Größe, kein gemessener Durchmesser.
CCA: gleiche Fläche, anderer Werkstoff, anderer Widerstand.

In der Planung

Für einen Wohnraum sind Deckeneinbaulautsprecher eines amerikanischen Herstellers vorgesehen. Im Datenblatt steht eine Mindestangabe in AWG, gestaffelt nach Leitungslänge; im Rohbau liegt bereits 1,5 mm², weil das die übliche Installationsgröße war. Die Frage, die auf der Baustelle gestellt wird, lautet „reicht das?" — und in dieser Form ist sie nicht zu beantworten.

Beantwortet werden muss nicht „welcher Querschnitt", sondern: Wie viel Widerstand darf die Leitung im Verhältnis zur angeschlossenen Impedanz haben, über die tatsächliche Länge und mit Hin- und Rückleiter gerechnet? Damit ist auch klar, warum die Herstellerangabe längenabhängig ist — sie ist nichts anderes als diese Rechnung, verpackt in eine Tabelle.

Das Verfahren folgt daraus: Beide Angaben in dieselbe Größe bringen, statt Stufen gegen Stufen zu halten. Verlangt das Datenblatt 16 AWG, so sind das 1,31 mm², und die verlegten 1,5 mm² liegen darüber — die Vorgabe ist erfüllt, mit etwas Reserve. Verlangt es dagegen 14 AWG, also 2,08 mm², reicht 1,5 mm² nicht, und 2,5 mm² wäre die nächste Größe, die sicher darüber liegt. Gerundet wird immer zur größeren Kupferfläche; die Gegenrichtung spart Geld an der Stelle, an der später niemand mehr nachbessern kann.

Erst danach die Produktseite — und dort lohnt der Blick auf den Werkstoff. Eine Leitung, die nominal passt, aber aus kupferbeschichtetem Aluminium besteht, erfüllt die Rechnung nicht, weil die Zahl stimmt und das Material nicht.

Verknüpfte Inhalte

Warum derselbe Querschnitt in zwei Bauformen kommt und was das für Klemmen und Stecker bedeutet, steht bei Massivleiter und Litze. Welche Bedeutung der Aderquerschnitt in der Datenverkabelung hat, ordnen die Kabelkategorien ein; warum die angeschlossene Last überhaupt Widerstand auf der Leitung verträgt oder eben nicht, erklärt der Eintrag zur Impedanz. Für Leitungen, die zugleich Strom führen, ist Power over Ethernet der Anschlusspunkt.

Quellen

Die AWG-Reihe ist in ASTM B258 über den Nenndurchmesser und das Stufenverhältnis 39. Wurzel aus 92 festgelegt; die metrischen Nennquerschnitte und die zugehörigen Widerstandsgrenzwerte stehen in IEC 60228. Alle Zahlen der Tabelle sind aus dieser Definition selbst gerechnet.