Gleichstrom (DC) einfach erklärt

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Worum geht es?

Bei Gleichstrom fließt der Strom immer in dieselbe Richtung, wie ein Fluss, der immer bergab fließt. Die Abkürzung ist DC.

Gleichstrom kommt aus Batterien und Akkus. Jedes Handy, jeder Laptop, jede Steuerung und jedes Elektroauto arbeitet innen mit Gleichstrom.

Die Steckdose liefert zwar Wechselstrom, aber das Netzteil macht daraus Gleichstrom. Wechselstrom hat sich für das Stromnetz durchgesetzt, weil man ihn mit Transformatoren leicht hoch- und heruntersetzen kann.

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Woher kommt Gleichstrom?

Batterie und Akku: liefern direkt Gleichstrom durch chemische Reaktionen. Ein Akku lässt sich wieder aufladen.
Netzteil: wandelt die Netzspannung von 230 V AC in eine kleine Gleichspannung um, zum Beispiel 5 V für USB oder 24 V für Steuerungen.
Solarmodul: erzeugt aus Licht Gleichstrom. Erst der Wechselrichter macht daraus Wechselstrom für das Hausnetz.
Gleichrichter: lässt den Strom nur in eine Richtung durch. Das Ergebnis ist zunächst eine pulsierende Gleichspannung.

Gleichspannung ist nicht immer glatt: Allen drei Verläufen ist gemeinsam, dass die Richtung gleich bleibt. Nach einem Gleichrichter schwankt die Spannung aber stark. Erst ein Glättungskondensator und eine Regelung machen daraus eine fast glatte Gleichspannung.

Weißes Hutschienen-Netzteil mit Klemmen für L, N und Schutzleiter unten und für +V und −V oben, Aufdruck 24 V 2,5 A — **Hutschienen-Netzteil 24 V DC:** Unten werden L, N und der Schutzleiter angeschlossen (Eingang 100–240 V AC). Oben kommen +V und −V heraus: 24 V Gleichspannung mit bis zu 2,5 A, also höchstens 60 W. Am Drehregler „+V ADJ“ lässt sich die Ausgangsspannung fein einstellen.

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Wo wird Gleichstrom genutzt?

Anwendung	typische Gleichspannung
Elektronik, USB	3,3 V, 5 V
Auto-Bordnetz	12 V, Lkw 24 V
Steuerungen, SPS, Sensoren	24 V
Straßenbahn, U-Bahn	rund 600 bis 750 V
Hochvolt-Akku im Elektroauto	rund 400 bis 800 V
Photovoltaik-Strang auf dem Dach	bis etwa 1.000 V

In Schaltplänen werden die Pole eines Gleichstromnetzes mit L+ und L− gekennzeichnet. In 24-V-Steuerungen heißt der Minuspol meist M (Mittelleiter, Bezugspotential). Bei Leitungen ist Plus oft rot und Minus blau oder schwarz. Verlass dich aber nie nur auf die Farbe, sondern miss nach.

Auch Gleichspannung ist gefährlich. Ab 120 V Gleichspannung gilt sie nicht mehr als Kleinspannung. PV-Anlagen und Elektroautos arbeiten mit mehreren hundert Volt. An diesen Anlagen darf nur arbeiten, wer dafür ausgebildet ist.

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Gleichstrom schalten

Öffnet man einen Kontakt unter Last, entsteht ein kleiner Lichtbogen. Bei Wechselstrom erlischt er spätestens im nächsten Nulldurchgang des Stroms. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang.

Warum Gleichstrom schwerer abzuschalten ist: Wechselstrom geht 100-mal pro Sekunde durch null, ein Lichtbogen am Schalter erlischt dabei meist von selbst. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang, der Lichtbogen kann stehen bleiben. Schalter und Sicherungen müssen deshalb ausdrücklich für Gleichspannung geeignet sein.

Deshalb haben Schalter, Schütze, Leitungsschutzschalter und Sicherungen eigene DC-Bemessungswerte. Ein Schalter für 230 V AC darf nicht einfach für eine PV-Anlage mit 600 V DC verwendet werden. Bei Gleichspannung achtest du außerdem auf die richtige Polarität: Elektronik, Elkos und LEDs vertragen das Vertauschen von Plus und Minus oft nicht.

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Kapazität von Akkus

Bei Batterien und Akkus wird die gespeicherte Ladung in Amperestunden (Ah) angegeben. Daraus ergibt sich mit der Spannung die gespeicherte Energie in Wattstunden:

Energie eines Akkus

W=U · Q

W in Wh · U in V · Q in Ah

Laufzeit (vereinfacht)

t=QI

t in h · Q in Ah · I in A

Die Laufzeitformel ist eine Abschätzung. In der Praxis liefert ein Akku weniger, wenn er kalt ist, schnell entladen wird oder schon älter ist. Bleiakkus sollten außerdem nicht ganz leer gefahren werden.

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Rechenbeispiele

01 Reicht das Netzteil?

Ein 24-V-Netzteil liefert höchstens 2,5 A. Daran sollen vier Magnetventile mit je 8 W hängen. Reicht das?

U = 24 VI_max = 2,5 A4 · 8 W = 32 W

Höchstleistung des Netzteils: 24 V · 2,5 A = 60 W
I = 32 W24 V ≈ 1,33 A
Ergebnis: 1,33 A von 2,5 A, das reicht

Praxis: Plane Netzteile nicht bis an die Grenze aus. Etwa 20 % Reserve schonen das Gerät und lassen Platz für Erweiterungen.

02 Laufzeit an der Batterie

Eine Campingleuchte mit 30 W hängt an einer 12-V-Batterie mit 50 Ah. Wie lange leuchtet sie ungefähr?

P = 30 WU = 12 VQ = 50 Ah

Strom: I = 30 W12 V = 2,5 A
t = 50 Ah2,5 A = 20 h
Ergebnis: rund 20 Stunden

Gegenprobe über die Energie: 12 V · 50 Ah = 600 Wh. 600 Wh : 30 W = 20 h. Bei einem Bleiakku, den man nur zur Hälfte entladen sollte, wären es realistisch eher 10 Stunden.

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Typische Fehler

AC-Schalter für DC verwendet: Der Lichtbogen kann stehen bleiben und den Schalter zerstören. Auf DC-Bemessungswerte achten.
Polarität vertauscht: Elektronik, LEDs und Elektrolytkondensatoren können dabei sofort kaputtgehen.
Multimeter auf AC gestellt: An einer Gleichspannung zeigt es dann nichts Sinnvolles an. DC wählen, bei vielen Geräten mit dem Symbol einer geraden Linie.
Kleinspannung für harmlos gehalten: 24 V sind ungefährlich für den Körper, können aber bei einem Kurzschluss sehr große Ströme liefern. Ein Akku kann Leitungen zum Glühen bringen.

Merke

Gleichstrom fließt immer in dieselbe Richtung. Er kommt aus Batterie, Akku, Netzteil und Solarmodul. Pole: L+ und L− bzw. M. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang, deshalb nur Schalter und Sicherungen mit DC-Bemessung verwenden.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Gleichstrom (DC). Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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