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May 20, 2023

Wo ist also meine Niederspannungs-Gleichstromsteckdose?

Was sind die eindrucksvollen Geräusche und Gerüche Ihrer Kindheit? Die Empfindungen, die Sie damals nicht bemerkt haben, die Sie aber sofort zurückbringen? Für mich ist einer davon der leichte Geruch nach Phenol

Was sind die eindrucksvollen Geräusche und Gerüche Ihrer Kindheit? Die Empfindungen, die Sie damals nicht bemerkt haben, die Sie aber sofort zurückbringen? Für mich ist einer davon der leichte Phenolharzgeruch eines älteren, aufgewärmten Unterhaltungselektronikgeräts; Ich sitze sofort mit gekreuzten Beinen auf unserem Wohnzimmerteppich, etwa 1975.

Es gibt viele kleine technologische Fortschritte, die im Laufe der Jahrzehnte zu diesem Wandel beigetragen haben. Schaltnetzteile, LCD-Displays, großflächige Integration, Klasse-D-Audio und natürlich das Ende der Glühröhre, um nur einige zu nennen. Die Folge ist oft, dass das Gerät selbst mit einer Unterspannung betrieben wird. Wo früher ein Stapel Netzstecker um Ihre Steckdosen konkurrierte, steht Ihnen jetzt ein gleichwertiger Stapel Netzstecker zur Verfügung. Selbst Geräte mit Netzkabel verfügen wahrscheinlich noch über ein Schaltnetzteil.

Irgendwann gegen Ende des 19. Jahrhunderts tauchte erstmals Netzstrom in den Häusern der sehr Reichen auf. Im Laufe der Zeit entwickelte es sich von einer Vielzahl verschiedener Spannungen, die als Wechsel- oder Gleichstrom bereitgestellt wurden, zu den Wechselstromstandards, die wir heute kennen. Im Großen und Ganzen liegt die Spannung in Amerika bei etwa 120 V bei 60 Hz Wechselstrom und an den meisten anderen Orten bei etwa 230 V bei 50 Hz Wechselstrom. Es gibt mehrere Gründe, warum Hochspannungs-Wechselstrom zum Stromverteilungsmedium der Wahl geworden ist, vor allem aber die einfache Erzeugung und die Widerstandsfähigkeit gegen Übertragungsverluste.

Die ursprüngliche Verwendung dieses Hochspannungsnetzes bestand in der Bereitstellung heller elektrischer Beleuchtung, was den Viktorianern, die an Öllampen und Gaslicht gewöhnt waren, magisch vorgekommen sein muss. Im Laufe der Jahre, als Elektrogeräte erfunden wurden, entwickelten sich die Netzkabel und Haushaltsanschlüsse, an die wir alle gewöhnt sind, weiter, und seitdem folgten alle netzbetriebenen Geräte diesen Standards.

Über hundert Jahre später sind wir nun also mit der Stromumwandlungstechnologie des 21. Jahrhunderts und Geräten mit geringem Stromverbrauch und Niederspannung konfrontiert, nutzen aber immer noch Steckdosen, die im Grunde genommen aus dem 19. Jahrhundert stammen. Entschuldigen Sie mich für eine Minute, ich muss einen Mann einstellen, der mit einer roten Fahne vor meiner pferdelosen Kutsche läuft – ich bin unterwegs, um ein paar tolle Songs für meinen Phonographen zu besorgen.

Angesichts der Tatsache, dass so viele der Geräte, die wir heutzutage verwenden, einen geringen Stromverbrauch haben und eine Niederspannung akzeptieren, ist es doch nicht an der Zeit, einen Standard für die Niederspannungsstromverteilung im Haushalt zu entwickeln? Nicht, um die Notwendigkeit von Steckdosen vollständig zu ersetzen, schließlich gibt es Zeiten, in denen 3 kW aus der Steckdose ganz praktisch sind, sondern um die Notwendigkeit all dieser Stromwürfel abzuschaffen und vielleicht die Verwendung anderer Niederspannungsquellen zu ermöglichen, wenn Sie welche haben . Ist es immer noch sinnvoll, den Strom auf die Art und Weise des 19. Jahrhunderts in unsere Häuser zu schicken?

Es wird einige unter Ihnen geben, die sofort darauf hinweisen werden, dass das Letzte, was wir brauchen, ein weiteres Steckverbindersystem ist. Und Sie haben Recht, mit jahrzehntelanger Entwicklungszeit würde man meinen, dass die Steckverbinderindustrie bereits etwas für Niederspannung und mittlere Leistung in ihrem Katalog hat. Der IEC60309-Standard, sogenannte CEE-Form-Steckverbinder, verfügt beispielsweise über eine Variante für 24 V oder darunter. Oder es gibt Steckverbinder auf Basis der bekannten XLR-Serie, die in dieser Anwendung zum Einsatz kommen könnten. Möglicherweise positionieren Sie sogar USB C für diese Rolle.

Leider gibt es keine Kandidaten, die perfekt zu dieser Anforderung passen. Diese Niederspannungs-CEE-Formen sind beispielsweise sperrig, teuer und schwer zu beschaffen. Und die vielen XLR-Varianten haben bereits zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten, die nicht mit einer Variante zur Stromversorgung verwechselt werden sollten, also ist das kein Neuling. USB C erfordert mittlerweile aktive Kabel, Buchsen und Geräte und verzichtet dabei auf jeglichen Anspruch auf Einfachheit. Offensichtlich ist etwas anderes erforderlich.

Seltsamerweise haben wir einige etablierte Standards für Niederspannungssteckdosen. Oder vielleicht sollte ich De-facto-Standards sagen, denn keiner von ihnen ist für diesen Zweck festgelegt oder eignet sich überhaupt gut dafür. Sie haben sich lediglich aufgrund des Bedarfs und der Verfügbarkeit von Verkaufsstellen entwickelt und stellen nicht unbedingt eine gute Lösung dar.

Die USB-A-Buchse ist unser erster existierender Standard. Es handelt sich eher um einen Datenanschluss als um ein Netzteil, aber er kann 10 W Leistung als 5 V bei 2 A liefern, sodass er eine eigene Existenz als Stromanschluss entwickelt hat. Man findet es auf Wandwarzen, in Steckdosen, auf Flugzeugsitzen, Zügen, Autos und vielen anderen Orten. Und im Gegenzug gibt es eine Menge USB-betriebenes Zubehör, wenn Sie es nicht nur zum Aufladen Ihres Telefons verwenden, von denen einige keine nutzlosen Neuheiten sind. Es hat sogar eine Revolution der tragbaren Stromversorgung hervorgebracht, mit Lithium-Ionen-Akkus, die über USB-Anschlüsse als Stromverteilungspunkte verfügen. Aber 10 W sind eine dürftige Menge für mehr als die Art von tragbaren Geräten, mit denen Sie es gewohnt sind, und obwohl der Anschluss recht zuverlässig ist, ist er bei weitem nicht der praktischste.

Unser anderer bestehender Standard ist die Kfz-Zubehörsteckdose. 120 W Leistung aus 12 V bei 10 A sind eine sinnvollere Aussicht, aber der Anschluss selbst ist eine Katastrophe. Er entwickelte sich aus dem Zigarettenanzünder, der früher zur Standardausrüstung in Autos gehörte, und wurde daher nie als Allzweckstecker konzipiert. Die Beliebtheit dieses Steckers liegt nur daran, dass es keine alternative Möglichkeit gibt, auf die Stromversorgung im Auto zuzugreifen, und mit seinem riesigen Zylinder ist er kaum praktisch. Alles, was man dazu sagen kann, ist, dass in einem Kfz-Zubehörstecker genügend Platz für die Unterbringung einiger elektronischer Geräte vorhanden ist, wodurch einige seiner Geräte nahezu in sich geschlossen sind.

Was würde ich als Lösung vorschlagen, nachdem ich den unzureichenden Zustand der vorhandenen Niederspannungssteckverbinder in Stücke gerissen habe? Wie würde ich bei einem leeren Blatt die Niederspannung verteilen?

Zunächst ist es wichtig, Spannungen und Ströme anzugeben und sich somit den Leistungspegel anzusehen. Wo dies geschrieben wird, gelten die Verkabelungsvorschriften nicht für Spannungen unter 50 V, sodass hier unsere Oberspannungsgrenze festgelegt ist. Und obwohl es verlockend ist, eine Spannung nahe der Obergrenze dieser Grenze zu wählen, ist es auch sinnvoll, bei einer Spannung zu bleiben, die ohne weitere Umrechnung wahrscheinlich nützlicher ist. Während also ein Teil von mir direkt auf 48 V umsteigen würde, würde ich stattdessen bei den bekannten 12 V bleiben.

Betrachtet man unseren bestehenden 12-V-Standard, liefert die Autozubehörsteckdose 120 W, was für die meisten Niederspannungsbeleuchtungen und -geräte ausreichen sollte. 12 V bei 10 A pro Steckdose sind also ein vernünftiger Kompromiss, auch wenn dies bei der Autosteckdose nicht der Fall ist. Wir müssen also eine akzeptablere Steckdose finden, und angesichts der Tatsache, dass maximal 10 A kein großer Strom sind, sollte es nicht allzu schwierig sein, sich eine solche vorzustellen. Wenn mir ein Hersteller von Steckern und Steckdosen zur Verfügung stünde und ich bereit wäre, den obigen XKCD-Cartoon außer Acht zu lassen, würde ich mit einem ziemlich konventionellen Satz Stifte beginnen, der dem CEE-Stecker oben ähnelt, jedoch ohne die industrielle Robustheit, und eine Sicherung einbauen um das Gerätekabel vor Feuer zu schützen. Diese britische BS1363-Gewohnheit mit abgesicherten Netzsteckern lässt sich nur schwer ausleben. In die Steckdoseneinfassung würde ich wohl auch noch einen 5V-Regler für eine USB-Steckdose einbauen.

Wir möchten jedoch nicht eine Menge Wandwarzen durch eine Menge Schaltnetzteilboxen ersetzen. Der Zweck der hier beschriebenen Steckdosen besteht darin, andere Utensilien mitzunehmen und nicht nur Strom zu liefern. Offensichtlich ist irgendeine Form der Verkabelung erforderlich. An diesem Punkt muss die Topologie berücksichtigt werden: Gibt es ein Kabel pro Buchse und wenn nicht, wie viele Buchsen passen an ein Kabel? Im ersten Fall würden 16 A isolierte Leitungen von unserem Verteilerpunkt mit einer einzelnen 10 A-Sicherung pro Kabel ausreichen und genügend Spielraum für sinnvolle Kabelführungen bieten, während im letzteren Fall etwas Umfangreicheres erforderlich wäre. Es gibt beispielsweise flexible isolierte Kupferschienenprodukte aus der heimischen Niederspannungsbeleuchtungsindustrie, die ausreichen würden.

Dies war eine epische Schimpftirade, sozusagen ein persönliches Manifest für eine Zukunft mit etwas sichereren und bequemeren Steckdosen. Irgendwie erwarte ich nicht, dass in naher Zukunft ein Niederspannungs-Hausverteilungssystem wie dieses entstehen wird, obwohl ich weiterhin hoffen kann.

Ihre Vision für die Niederspannungsstromverteilung kann sich von meiner unterscheiden, zum Beispiel könnte sie ein intelligentes Element beinhalten, das ich vermieden habe. Vielleicht sind Sie sogar ein Netzspannungs-Enthusiast. Bitte lassen Sie es uns in den Kommentaren wissen.