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Wireless Qi: Wie die Ikealampe das iPhone lädt

Die neuen iPhones können auch ohne Zubehör drahtlos geladen werden. Dabei setzt Apple auf einen weit verbreiteten Standard. Das Verfahren hat allerdings seine Nachteile.

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Die Varv Tischleuchte von Ikea ist mit dem Qi Standard kompatibel.
Die Varv Tischleuchte von Ikea ist mit dem Qi Standard kompatibel. (Bild: Ikea)

Mit dem iPhone 8 hat Apple erstmals eine Möglichkeit zum kabellosen Laden in eines seiner Smartphones integriert, was mehr Komfort bringen soll. Erstaunlich ist dabei, dass Apple zumindest vorerst auf proprietäre Lösungen verzichtet. Im Februar 2017 schloss sich Apple dem Wireless Power Consortium an, das schon im Jahr 2010 den Standard Wireless Qi präsentiert hatte. Vermutlich hat Apple mit der Einführung des Ladens ohne Stromkabel so lange gewartet, bis sich ein Standard durchgesetzt hat.

Wireless Qi wird nach Angaben des Wireless Power Consortiums bisher für 745 Produkte benutzt, darunter Smartphones von LG, Motorola und Samsung. Das Verfahren hinter Wireless Qi bietet die höchste Effizienz für drahtlose Energieübertragung und funktioniert mit einfachen Prinzipien, die Hersteller von Elektrogeräten recht leicht umsetzen können. Aber die ganz große Freiheit beim Laden von Geräten bietet er nicht. Das verhindert die Physik.

Je nach Auslegung der Elektronik muss das Gerät in einer Ladeschale fixiert oder auf einer bestimmten Fläche abgelegt werden, möglichst ohne störende Gegenstände zwischen dieser Oberfläche und dem Smartphone. In der Praxis erspart Wireless Qi damit beim Laden zwar elektrische Kontakte, aber nicht die physische Verbindung zwischen dem Gerät und der Ladeoberfläche.

Das liegt an der verwendeten Technik. Im Wireless-Qi-Standard wird elektrischer Strom induktiv übertragen, also Magnetfelder und Leiterspulen werden in beiden Geräten zur Energieübertragung genutzt. Im einfachsten Fall reichen dafür zwei kreisförmig gebogene oder auf eine Platine aufgedruckte elektrische Leiter. Möglich wird das durch die gleichen elektromagnetischen Prinzipien, mit denen auch jeder elektrische Generator oder Transformator funktioniert. Zur drahtlosen Energieübertragung müssen die Einzelteile dieser Geräte aber getrennt voneinander aufgebaut werden, was unweigerlich zu Verlusten führt.

Magnetfelder übertragen den Strom

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Magnetische Felder werden immer erzeugt, wenn elektrischer Strom durch einen Leiter fließt. Dabei wirkt in der Nähe des Leiters eine magnetische Kraft entlang der Feldlinien des Magnetfeldes, die kreisförmig um den Leiter entstehen. Je weiter weg vom Leiter die Kraft des Magnetfeldes gemessen wird, desto schwächer ist sie. Der Aufbau dieses Magnetfeldes benötigt Energie, die der elektrische Strom liefern muss. Deswegen entsteht beim Einschalten des Stroms für kurze Zeit ein elektrischer Widerstand, der dem Stromfluss entgegenwirkt. Dieser wird immer schwächer, bis das Magnetfeld seine volle Stärke erreicht hat.

Das Magnetfeld bleibt danach nur solange erhalten, wie der Strom weiterhin fließt. Dadurch funktioniert der gleiche Effekt auch umgekehrt. Wenn sich ein Magnetfeld um einen elektrischen Leiter ohne Energiequelle befindet, dann wirkt das Feld als Energiequelle und erzeugt im Leiter einen elektrischen Strom. Die Energie dafür kommt aus dem Magnetfeld, das sich dabei immer weiter abschwächt, genauso wie der erzeugte Strom. Der Prozess wird Induktion genannt und ist die Grundlage für die Energieübertragung ohne Kabelverbindung. Es müssen nur Magnetfelder mit der passenden Geometrie um einen Draht erzeugt werden und der Strom fließt trotzdem.

Das Problem ist nur, dass Magnetfelder mit der passenden Geometrie für einen geraden Leiter schlecht erzeugt werden können. Aber im Inneren einer kreisförmigen Schleife addieren sich die Effekte von jedem Stück des elektrischen Leiters. Wenn sich ein Messgerät im Inneren der Schleife von dem Draht entfernt, kommt es gleichzeitig näher an den Draht der gegenüberliegenden Seite. Dadurch bildet sich bei Stromfluss innerhalb der Schleife ein gleichmäßiges Magnetfeld. Umgekehrt reicht so ein gleichmäßiges Magnetfeld auch aus, um in einer Leiterschleife einen Strom zu induzieren.

Mit zwei solchen Leiterschleifen kann nun Energie übertragen werden.

Zwei Leiterschleifen reichen zur Energieübertragung 
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Eheran 26. Sep 2017

Ich zitiere mich selbst: ... ist sowas von augenblicklich unten durch. Wenn sie Interesse...

mich 21. Sep 2017

Und: Natürlich sind Watt-Angaben besser vergleichbar, als Ampere-Angaben, denn die...

User_x 20. Sep 2017

https://photos.app.goo.gl/iBcGLXSt6MWsKshB3 gekauft im IKEA Wallau so langsam gibt's mehr...

Frank... 19. Sep 2017

Guter Punkt. In dem Text den ich geschrieben hatte, fing der zweite Absatz noch so an...

Eheran 17. Sep 2017

Weil der Akku dabei nicht heiß wird. Solange die Diffusion nicht limitiert (was bei <=1C...


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