Netzteil Ratgeber

Steckdosen kennt jedermann von zuhause oder aus dem Büro. Bei einer Steckdose handelt es sich um einen elektrischen Steckverbinder, der zwischen zwei Leitungen angebracht ist. In der Wohnung sind Steckdosen meist an der Wand angebracht, können aber auch mithilfe der Unterputz-Variante in der Wand versenkt werden. Zusätzlich werden mobile Steckdosen angeboten, die als Steckdosenleisten Platz für mehrere Anschlüsse elektrischer Geräte bereit stellen.
Zu den wichtigsten Funktionen der Steckdose gehört der Stromanschluss. Normale Steckdosen stellen den sogenannten Einphasenstrom von 230 Volt bereit. In Europa werden in der Regel Schuko-Steckdosen genutzt und verbaut. Neben der Stromversorgung können Steckdosen auch für die Daten- und Telefonübertragung genutzt werden. Alle Steckdosen in der Wohnung sind direkt mit einem Verteiler verbunden.
Steckdosen passen zu den zugehörigen Netzsteckern elektrischer Geräte. Benötigt das Gerät einen Strom anderen Niveaus, wandelt ein Netzteil den Strom aus der Steckdose in die gewünschte Spannung um.

Wenn von Netzteilen – speziell PC-Netzteilen – die Rede ist, fällt häufig der Begriff Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad lässt sich im Allgemeinen für viele verschiedene Geräte oder Maschinen bestimmen. Hierbei kann es sich um chemische, elektromagnetische, thermische oder andere Energiearten handeln.
Der Wirkungsgrad kennzeichnet das Verhältnis zwischen zugeführter und abgegebener Leistung. Bei Netzteilen werden besonders für leistungsstarke Rechner also Netzteile bevorzugt, die die zugeführte Energie maximal ausnutzen. Mit dem Wirkungsgrad kann allgemein die Differenz zwischen der abgegebenen und zugeführten Energie berechnet werden – die Differenz dieser Werte ergibt dann die Verlustleistung.
Geräte und Maschinen aller Art können die zugeführte Energie nicht komplett wieder abgeben. Es entstehen also immer Verluste bzw. Verlustleistungen, da ein Teil der Energie immer als Wärme abgegeben oder durch Reibung umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad liegt also nie bei 100 Prozent. Hochwertige Netzteile weisen einen Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent auf.

Auch in Zusammenhang mit Netzteilen und Ladegeräten werden häufig elektronische Schaltungen oder auch Ladeschaltungen erwähnt. Diese steuern den Ladevorgang. Unter einer elektronischen Schaltung versteht man einen Zusammenschluss verschiedener elektronsicher Bauelemente, die im Verbund einen bestimmten Zweck erfüllen wie beispielsweise die Steuerung des Ladevorgangs. Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich unter Anderem um Dioden und Transitoren handeln. Elektronische Schaltungen kommen vielerorts zum Einsatz – beispielsweise in Computern, Fernsehern oder eben in Ladegeräten.

Die elektronische Schaltung ist nicht zu verwechseln mit der elektrischen Schaltung, die sich nicht aus elektronischen Bauelementen zusammen setzt, sondern aus elektrischen Komponenten wie Motoren und Schaltern.

Elektronische Schaltungen (wie auch elektrische Schaltungen) werden mithilfe eines sogenannten Schaltplanes dargestellt. Schaltpläne hat bestimmt jeder schon einmal gesehen: Sie stellen die Anordnung grafisch dar. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein tatsächliches Abbild des Schaltplans, sondern um eine abstrahierte Darstellungsform. Zu den bekanntesten Schaltplänen gehört der Stromlaufplan.

Von einem sogenannten Kurzschluss hat sicher schon jeder einmal etwas gehört. Bei einem Kurzschluss kommt es zu einer Verbindung von zwei Polen der Spannungsquelle, wobei keinerlei Widerstände existieren. Die Spannung fällt dann auf Null.

Verschiedene Ursachen können zu einem Kurzschluss führen. Hierzu gehören Isolationsänderungen und Isolationsbrüche, die unter Anderem durch Alterung hervorgerufen werden. Auch durch Kriechwege eindringendes Wasser oder eine Überhitzung können einen Kurzschluss auslösen. Durch einen Kurzschluss können weitere Isolationsschäden entstehen.

Zu den bekanntesten Maßnahmen gegen Kurzschlüsse zählen Sicherungen. Die Magnet- und Schmelzsicherungen werden in den Stromkreis integriert: Die Sicherung unterbricht den Stromkreis, wenn die Stromstärke für eine bestimmte Zeit einen hohen Wert überschreitet. Durch die durchbrennende Sicherung soll verhindert werden, dass der angeschlossene Verbraucher, also ein Gerät wie der Fernseher, bei einem Kurzschluss in Mitleidenschaft gezogen wird. Wenn es zu einem Kurzschluss kommt, geht die Sicherung kaputt oder brennt durch und muss ersetzt werden. Bei Magnetsicherungen wird der Stromkreis ebenfalls unterbrochen, wenn bestimmte Spannungswerte überschritten werden – der Stromkreis kann allerdings wieder aktiviert werden, ohne dass die Sicherung getauscht werden muss.

In Zusammenhang mit Netzteilen und elektrischen Geräten wird häufig die sogenannte Stromstärke aufgeführt. Die Stromstärke gibt an, wie viele Elektroden oder Ionen, also elektrische Ladungen, in einer bestimmten Zeit in Bewegung sind. Die Stromstärke wird immer in Ampere angegeben und beispielsweise mit 10 A abgekürzt.

Die Stromstärke in Ampere wird aus folgenden Werten gerechnet: Ladung, Zeit, Stromdichte und Fläche. Eine durchschnittliche Stromstärke kann auch aus den Werten für die Ladung und der benötigten Zeit errechnet werden. Als Grundeinheit für Stromstärken wird 1 A, also ein Ampere, verwendet.

Sogar bei der Kontraktion menschlicher Muskeln ist Strom messbar. Dieser liegt bei etwa 10 Milliampere. Eine Glühlampe setzt etwa 430 Milliampere Strom frei. Die Grundeinheit von einem Ampere wird von einem Zitteraal erreicht. Sicherungen im Haushalt haben etwa 16 Ampere und Elektromotoren 150 Ampere. Hohe Stromstärken werden in Kiloampere ausgedrückt: Ein Blitz kommt auf etwa 300 Kiloampere. Es gibt auch sehr geringe Stromstärken, die nur noch in Mikroampere messbar sind – zum Beispiel der einer Fotozelle oder Quarzuhr.

Als Computernetzteile werden Netzteile bezeichnet, die speziell auf die Stromversorgung von Computern ausgelegt sind. Zu den wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines Netzteils zählt der Wirkungsgrad, der bei hochwertigen Netzteilen immer bei mindestens 80 Prozent liegt (80 Plus).

In modernen PC sind Netzteile heute meist als ATX-Netzteil aufgebaut. Netzteile mit mit ATX-Format verfügen über verschiedene Steckverbinder wie 20-Pin. Die meisten PC-Netzteile bestehen aus einem quadratischen Blechgehäuse und sind auch mit einem Lüfter ausgestattet. Auf der Rückseite befindet sich ein Netzschalter. ATX-Netzteile sind mit der Platine des Rechners verbunden und werden in der Regel mit vier Schrauben an zugehörigen Platz im Gehäuse befestigt. Für die internen Anschlüsse gibt es seit etwa 2006 einheitliche Stecksysteme.

Passive Netzteile für Computer haben keinen eigenen Lüfter. Dafür arbeiten diese Netzteile aber besonders geräuschlos. Bei semi-passiven Netzteilen schaltet sich der Lüfter nur bei Bedarf zu. Die Geräuschentwicklung spielt beim Kauf eines Rechners eine große Rolle – PCs sollen leistungsstark, aber möglichst leise arbeiten.

Bei den meisten Netzteilen handelt es sich heute um sogenannte Schaltnetzteile. Die elektronischen Baugruppen wandeln eine eingehende Gleich- oder Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem anderen Niveau um. Dabei handelt es sich immer um eine unstabile Eingangsspannung und eine konstante Ausgangsspannung.

Handelsübliche Schaltnetzteile sind weitgehend identisch aufgebaut. Zunächst erfolgt eine Gleichrichtung des eingehenden Stroms, der anschließend geglättet wird. Im nächsten Schritt wird die Gleichspannung als Eingangsspannung aufgelöst und in eine Wechselspannung umgewandelt. Nun erfolgt eine erneute Gleichrichtung. Abschließend wird die Spannung gesiebt und als Ausgangsspannung wieder abgegeben.

Moderne Schaltnetzteile haben einen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent. Schaltnetzteile sind preiswerter als Transformatoren und benötigen bei der Herstellung weniger Kupfer. Auch die Abmessungen und das Gewicht von Schaltnetzteilen sind geringer als bei der herkömmlichen Bauweise. Im Inneren des Schaltnetzteils befindet sich ein Ferritkern-Transformator. Zu den bekanntesten Formaten für Schaltnetzteile gehört das ATX-Format.

Als Festspannungsnetzteile werden eigenständige Netzteile bezeichnet, die auf mittlere Leistungsbereiche von 100 bis zu etwa 200 Watt ausgelegt sind. Diese externen Netzteile sind mit verschiedenen Ausgangsspannungen erhältlich. Festspannungsnetzteile werden über ein Kabel mit dem Gerät verbunden. In Haushalten kennt man Festspannungsnetzteile als Stromversorgung von Druckern oder auch Notebooks.

Vorteile von externen Festspannungsnetzteilen

Weil die separaten Netzteile nicht in das Gerät integriert werden müssen, werden Festspannungsnetzteile für Geräte wie Notebooks preisgünstig in der standardisierten Version zugekauft. Hierbei fallen zusätzliche Kosten, die beispielsweise für eine Eigenentwicklung kalkuliert werden müssen, beim Hersteller weg. Auch Verbraucher profitieren von externen Netzteilen, weil sich die günstig zugekauften Artikel auch auf den Verkaufspreis der Geräte auswirken. Außerdem können Reisende z.B. ihr Notebook mithilfe eines länderspezifischen Netzteils auch in Ländern wie den USA verwenden. Der Zulassungsprozess ist bei Geräten mit externen Netzteilen deutlich weniger aufwendig als bei einem integrierten Netzteil. Oft sind Netzteile, die als Festspannungsnetzteile extern angesteckt werden, für mehrere Geräte wie Notebooks verwendbar. Defekte Netzteile können einfach nachgekauft werden, was bei einer integrierten Stromversorgung auch nicht in jedem Fall möglich ist.

Als Akkupack werden mehrere Akkus bezeichnet, die zu einem Paket zusammengeschaltet sind. Dabei handelt es sich um ein Paket aus baulich identischen Zellen, die sich durch die gleichen Kapazitäten und Spannungen auszeichnen.

Mehrere zu einem Akkupack zusammengeschaltete Akkus finden in der industriellen Produktion Verwendung. Man verwendet die Systeme zudem für schnurlose Festnetztelefone und auch sehr häufig im Modellbau. Die Nennspannung dieser Pakete ergibt sich aus der Gesamtheit der beteiligten Zellen. Akkupacks können in verschiedenen Anordnungen aus mehreren Zellen aufgebaut sein wie in einer runden Form oder Säulenform. Meist werden die beteiligten Zellen miteinander verklebt und mit geeigneten Verbindungsmaterialien durch Löten verbunden. An den Plus- und Minuspol kommen dann jeweils noch Ableiter und Kabel. Meist werden Akkupacks mit einem Kunststoffschlauch zusammen gefasst.

In Zusammenhang mit Netzteilen und Ladegeräten ist auch häufig von einer sogenannten Tiefentladung des Akkus die Rede. Bei einer Tiefentladung wird die Zelle des Akkus vollständig entladen – was zu Kapazitätsverlusten oder gar Schäden führen kann.

Die Tiefentladung eines Akkus wird beim Absinken der Spannung unterhalb der Entladeschlussspannung erreicht. Normalerweise sollten Akkus immer nur bis zur Entladeschlussspannung entladen werden. Kommt es zu einer Tiefentladung, können Schäden wie ein Kapazitätsverlust entstehen. Bei Lithium-Ionen-Akkus kann es im Zuge einer Tiefentladung sogar zu einem Kurzschluss kommen, bei Nickel-Cadmium-Akkus entwickelt sich tendenziell ein Memory-Effekt (Kapazitätsverlust).

Es kann aus verschiedenen Gründen zu einer Tiefentladung von Akkus kommen. Hierzu zählen beispielhaft eine Überalterung des Akkus, fehlerhafte Aufladevorgänge, defekte Ladegeräte und falsche Ladegeräte, die nicht für den Akku geeignet sind. Man kann eine Tiefentladung mit einer Spannungsmessung feststellen und bei Lithium-Ionen-Akkus an einer charakteristischen Wärmebildung. Oft lassen sich die durch eine Tiefentladung geschädigten Akkus auch nicht mehr richtig aufladen.