Wie drahtloses Aufladen funktioniert und was daraus wird

Wenn Geräte ohne sichtbare Verbindung mit Strom versorgt werden, hat das seinen Reiz. Doch wie funktioniert das eigentlich? Und warum muss man das Handy zum drahtlosen Laden auf eine spezielle Vorrichtung legen? In der Rubrik "Frag die futurezone" nehmen wir uns diesmal dem Thema "Wireless Charging" an.

Elektrotechnik-Pionier Nikola Tesla versetzte Wissenschaftler und Laien gleichermaßen in Verzückung, als er bei Vorträgen Ende des 19. Jahrhunderts auf einer Bühne aufleuchtende Glühlampen ohne Kabel wie Lichtschwerter schwenkte. Tesla hatte sich ein Prinzip zunutze gemacht und weiterentwickelt, das von Michael Faraday, einer anderen Größe der Elektrotechnik, entdeckt wurde: Die elektromagnetische Induktion.

Vorreiter Zahnbürste

Vereinfacht gesagt besagt es, dass ein elektromagnetisches Feld Energie zwischen zwei Objekten transferieren kann. Den Umstand machten sich lange Zeit nur wenige Elektrogeräte zunutze, weil die Stromübertragung mittels Kabel schneller und effizienter ist. Ein oft per Induktion aufgeladenes Gerät haben jedoch viele Menschen in ihrem Badezimmer stehen: die elektrische Zahnbürste. Seit einigen Jahren nimmt auch das drahtlose Aufladen von Smartphones und anderen elektronischen Geräten an Fahrt auf. Nachdem es dabei anfangs noch mehrere konkurrierende Verfahren dafür gab, hat sich eines weitgehend durchgesetzt: der Qi-Standard (ausgesprochen: Tschi).

Typischerweise treten drahtlose Ladegeräte in der Form flacher, runder Scheiben ("Pads") auf, die mit Netzstrom versorgt werden. Legt man ein Smartphone darauf, erkennt das Pad den Gegenstand und fragt ihn per Funksignal, ob er den Qi-Standard unterstützt und Strom benötigt. Erhält das Pad eine Bestätigung, wird mit dem drahtlosen Ladevorgang begonnen. Eine Drahtspule im Pad erzeugt dabei Wechselstrom, der von einer Empfängerspule im Smartphone aufgenommen, in Gleichstrom umgewandelt und zum Aufladen des Akkus verwendet wird. Ist der Akku voll, meldet das Smartphone dies dem Ladepad und der Ladevorgang wird gestoppt.

Aufladen am Nachttisch

Immer mehr Smartphones und andere Mobilgeräte unterstützen das induktive Aufladen. Den Nutzern wird vor allem erhöhter Komfort versprochen. Statt ein Kabel an Steckdose und Mobilgerät anzuschließen, legt man letzteres einfach auf ein Pad oder stellt es in einen Ladeständer. Vielen Nutzern kommt das gerade dann sinnvoll vor, wenn das Gerät gerade nicht benutzt wird. Beliebt sind etwa drahtlose Ladestationen an Nachttisch oder gar im Nachttisch - immer mehr Möbelstücke weisen so eine Funktion auf. Auch Ikea mischt kräftig mit.

Will man das Smartphone benutzen und hebt es vom Ladepad, ist klarerweise Schluss mit Aufladen. Das induktive Aufladen funktioniert nur, wenn die Spulen von Ladegerät und Empfängergerät wenige Millimeter voneinander entfernt sind. Insofern ist es auch wichtig, wie ein Smartphone auf einem Pad platziert wird. Nutzer sollten jedenfalls überprüfen, ob die Spulen-Angleichung ("Coil Alignment") funktioniert hat und ob die Stromübertragung erfolgreich verläuft. Technische Tricks helfen dabei, etwa Magnetkontakte oder bewegliche Spulen im Ladegerät, die ihre Position an jene des Empfängergeräts anpassen.

Es gibt auch Ladegeräte, die ohne Netzstrom auskommen. Sie besitzen einen eigenen Akku und teilen dessen Kapazität bei Bedarf. Seit Kurzem können das auch Samsung-Smartphones. Das im Februar vorgestellte Galaxy S10 kann seinen Strom etwa per "PowerShare" drahtlos an bestimmte andere Handys, Kopfhörer oder Smart Watches übertragen. Auch aktuelle Huawei-Smartphones, wie etwa das P30 Pro, bieten so eine Funktion.

Schneller und weiter

Je nach Hardware und Software von Ladegerät und Empfängergerät können sich die Ladegeschwindigkeiten stark unterscheiden. Apple legt etwa eine Leistungsbegrenzung von 7,5 Watt für seine Geräte fest, andere Hersteller verwenden andere Einstellungen. Im Vergleich zum Aufladen mittels Kabel ist jedoch keine Lösung besonders schnell. An Verbesserungen dabei wird jedoch intensiv gearbeitet. Außerdem gibt es eine Reihe vielversprechender Technologien, die das drahtlose Laden über noch größere Distanzen ermöglichen sollen.

Dabei wird etwa mit Infrarot, Laser oder Radiofrequenzen gearbeitet. Relativ große Aufmerksamkeit auf dem Gebiet hat das US-Unternehmen Energous generiert. Seine Technologie WattUp soll die Stromübertragung über Entfernungen bis zu 4,5 Metern ermöglichen. Spulen werden dabei nicht mehr eingesetzt. Das Empfängergerät bzw. dessen Nutzer kann sich so angeblich frei im Raum bewegen. Auf diese Weise könnten etwa Hörgeräte während des Gebrauchs aufgeladen werden.