Nahaufnahme vom Laptop mit einem USB-Anschluss Type-C
cronislaw / stock.adobe.com
21.08.2023 Fachinformation

USB-C als einheitlicher Standard für Ladelösungen

Das Laden von Elektronikgeräten wird zunehmend einheitlicher. Die Schnittstelle USB-C sorgt für mehr Interoperabilität zwischen verschiedenen Geräteklassen. Laptop, Tablet, Smartphone sowie weitere Geräte lassen sich per USB-C-Kabel laden und miteinander verbinden. Auf diese Weise schafft die Normung nicht nur mehr Flexibilität und Komfort für Verbraucher*innen, sondern leistet damit auch einen wichtigen Beitrag, die Menge an Elektronikabfällen zu reduzieren.

Kontakt
Gerhard Henninger
Zuständiges Gremium
Verwandte VDE Themen

Neuer USB-Standard soll die Ansammlung von Ladekabeln verhindern

Die Europäische Kommission hat am 23. September 2021 den Vorschlag für einen gemeinsamen Ladeanschluss vorgelegt, dem das Europäische Parlament und die EU-Mitgliedstaaten zugestimmt haben. Mindeststandards für Ladegeräte sollen sicherstellen, dass es beim Schnellladen keine Unterschiede mehr gibt – unabhängig davon, welches Ladekabel verwendet wird.

Die Hersteller werden außerdem verpflichtet, ihre Geräte ohne Ladekabel anzubieten. Auf dieses Weise soll vermieden werden, dass Verbraucherinnen und Verbraucher weitere und nicht benötigte Ladekabel ansammeln. Ein Verbot des Verkaufs neuer Elektrogeräte mit Ladekabel ist jedoch nicht vorgesehen.

Ein Piktogramm soll beim Verkauf zudem darüber informieren, ob ein neues Gerät mit einem Ladegerät ausgeliefert wird. Ergänzend soll über ein Label auch die jeweilige Ladeleistung angegeben werden. Die Entscheidung, ein neues Gerät mit oder ohne beigefügtes Ladekabel zu kaufen, kann somit individuell getroffen werden.

Desktop mit Trendanalysediagrammen und Datenanzeige
Gorodenkoff / stock.adobe.com

Zu viel Elektronikabfall und zu wenig Verbraucherfreundlichkeit

In den Anfängen von Mobiltelefonen, Tablets etc. verfügte jedes Gerät über ein anderes Ladekabel. Wurde das Gerät nicht mehr verwendet, wurde auch das Ladekabel nutzlos. In dieser Folge wanderte das Ladegerät in die Schublade oder Kiste zu den anderen alten Ladegeräten. In den Haushalten sammelte sich über die Zeit eine große Menge Elektronikabfall an.

Laut dem Europäischen Rat kauften Verbraucherinnen und Verbraucher im Jahr 2020 etwa 420 Millionen elektronischer Geräte. Um diese immer und überall aufladen zu können, verwendeten sie im Durchschnitt drei Ladegeräte. Und dennoch gaben befragte Verbraucherinnen und Verbraucher an, Probleme beim Aufladen zu haben, weil sie häufig kein kompatibles Ladegerät zur Hand hatten.

Die Europäische Kommission verfolgt mit ihrer Agenda daher ein klares Ziel: die Verringerung von Elektroschrott. Durch die stetige Weiterentwicklung neuer USB-Technologien in den vergangenen Jahrzehnten ist dieses Problem bereits kleiner geworden. Um diese Entwicklung auch auf regulatorischer Ebene weiter voranzutreiben, wird die neue und überarbeitete Fassung der Funkanlagenrichtlinie (en: Radio Equipment Directive; RED) inhaltlich um den Punkt einheitlicher Ladelösungen ergänzt.

Übergangsfristen für elektronische Geräte bis spätestens Frühjahr 2026

Um die gesetzten Ziele für mehr Einheitlichkeit beim Laden und weniger Elektronikabfälle zu erreichen, schreibt die Europäische Kommission ab Ende 2024 den USB-C-Anschluss zum Laden von elektronischen Geräten bis 100 Watt vor. Das Laden über Mikro-USB oder die Lightning-Anschlüsse von Apple gehört damit bald – zumindest in der Europäischen Union – der Vergangenheit an. Nachdem es vor etwa zehn Jahren noch ungefähr 30 verschiedene Ladestecker gab, sind inzwischen nur noch diese drei übriggeblieben.

Hersteller dürfen Geräte wie Smartphones, Tablets, E-Reader, Keyboards, Digitalkameras oder Navigationsgeräte dann ausschließlich mit dem weit verbreiteten USB-C-Anschluss verkaufen. Die neuen Vorgaben gelten außerdem für Kopfhörer, Headsets, tragbare Lautsprecher, Smartwatches und Videokonsolen.

Für Laptops, Notebooks und andere tragbare Computer ist aus technischen Gründen eine längere Übergangsfrist bis Frühjahr 2026 vorgesehen; diese Geräte können bis zu diesem Zeitpunkt noch über andere Ladeanschlüsse verfügen. Hintergrund ist, dass deren technischer Aufbau komplexer ist und die geplante Produktlebenszeit, beispielsweise im Vergleich zu Smartphones oder Smartwatches, deutlich länger ausgelegt ist. Zu geringe Übergangszeiten würden der Vermeidung von Elektroschrott damit entgegenstehen. Eine Nachrüstpflicht für Altgeräte wird es nicht geben. Die flächendeckende Umstellung – auch angesichts der Übergangsfristen – wird somit noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Der USB-C-Anschluss wird in der internationalen Norm IEC 62680-1-3:2022 Schnittstellen des Universellen Seriellen Busses für Daten und Energie – Teil 1-3: Gemeinsame Bauteile – Festlegung für USB-Typ-C®-Kabel und -Steckverbinder spezifiziert. Die Norm wurde bereits mehrfach weiterentwickelt und existiert seit September 2022 aktuell in der 5. Ausgabe.


Bodenverschmutzung durch Elektroschrottrecycling
Fevziie / stock.adobe.com

Globale Bemühungen zur Bewältigung des Elektroschrottproblems

Elektroschrott ist ein großes Problem, das durch die technologische Weiterentwicklung stetig zunimmt. Es bedarf daher globaler Ansätze, um dieses Problem zielgerichtet zu adressieren.

Die elektrotechnische Normung investiert viele Ressourcen in die Erarbeitung von Normen, Standards und Richtlinien, um die anfallende Menge an Elektroschrott zu verringern.

Mehr erfahren

Einheitliche Lösungen, mehr Leistung und höhere Sicherheitsanforderungen

Im Jahr 2011 wurde die Norm IEC 62684 auf Grundlage von USB-Technologien (beschrieben in der Normenreihe IEC 62680) veröffentlicht. Sie definiert Anforderungen an die Interoperabilität einheitlicher Ladelösungen externer Netzteile. Die erste Auflage umfasste eine Gerätegattung: datenübertragungsfähige Telefone (Mobiltelefone) mit einer Leistungsaufnahme bis zu 7,5 Watt. Smartphones, wie wir sie heute kennen und nutzen, wurden nicht berücksichtigt, da sie zum damaligen Zeitpunkt noch keine breite Anwendung fanden.

Die zweite Auflage der Norm IEC 62684 erschien im Jahr 2018. Inhaltlich wurden mehr Gerätegattungen und die Entwicklungen neuer USB-Technologie wie USB 3.0 und USB 3.1 berücksichtigt. Neue Anforderungen für den Einsatz bei leistungsstärkeren Geräten (über 7,5 Watt) blieben jedoch aus, da zum Beispiel Laptops, Tablets und Monitore strengere Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit, Energieeffizienz sowie elektromagnetische Störungen der Ladeleistung aufweisen. Diese Anforderungen wurden später in die Norm IEC 63002 aufgenommen.

Internationale Expertinnen und Experten erarbeiten gemeinsam Anforderungen an die USB-Technologien:

  • IEC 62680-1-2 beschreibt Anforderungen an die USB-Stromversorgung
  • IEC 62680-1-3 ergänzt IEC 62680-1-2 und beschreibt Anforderungen an Stecker- und Kabelverbindungen
  • IEC 63002 beschreibt Anforderungen an externe Netzteile bis zu einer Leistungsaufnahme von 100 Watt

Interoperable Ladelösung ist abwärts- und aufwärtskompatibel

IEC 63002 ist vollständig abwärtskompatibel mit IEC 62684. Die Vorteile der Interoperabilität einheitlicher Ladelösungen unterstützen damit auch Tablets, Notebooks und einer Vielzahl weiterer Geräte mit 100 Watt und mehr. Die Norm enthält einen Leitfaden zur Interoperabilität sowie einen technischen Leitfaden und Spezifikationen für Kabel, Steckverbinder, Adapter sowie für Daten- und Stromversorgungsprotokolle. IEC 63002 legt ferner die Mindestanforderungen für externe Netzteile hinsichtlich Interoperabilität, Hardwaresicherheit und Zuverlässigkeit fest, erkennt aber die Autorität bestehender behördlicher Vorschriften an.

Die einheitliche und interoperable Ladelösung ermöglicht drei Arten von Ladeszenarien:

  • Ein Ladegerät zum Aufladen verschiedener Geräte

Ein Ladegerät kann zum Aufladen von Geräten verschiedener Hersteller sowie zum Aufladen verschiedener Gerätekategorien verwendet werden. So kann zum Beispiel das Ladegerät eines Tablets auch zum Laden einer Kamera oder eines Mobiltelefons verwendet werden.

  • Verwendung eines Geräts zum Laden eines anderen Geräts

Ein Laptop kann unter anderem zum direkten Aufladen eines Tablets genutzt werden oder ein Mobiltelefon kann auch dazu verwendet werden, eine elektrische Zahnbürste oder einen Elektrorasierer aufzuladen.

  • Direktes Aufladen von Geräten über einer Steckdose oder Powerbank

Tablets, Laptops oder Telefone können direkt über eine Steckdose oder andere externe Stromquellen aufgeladen werden (bspw. USB-Netzsteckdosen, die an Möbeln, Geräten usw. angebracht sind).

Ein Ladestecker für viele Elektronikgeräte

Ein Ladestecker für viele Elektronikgeräte

| USB-IF

USB-C ist nicht gleich USB-C

Der Universal Serial Bus (USB) ist ein serielles Bussystem zur Verbindung mit externen Geräten im laufenden Betrieb, dem sogenannten „Hot Swapping“. Angeschlossene Geräte sowie deren Eigenschaften werden automatisch ergänzt. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass Systeme nicht neu gestartet werden müssen, wenn neue Geräte angeschlossen werden.

Waren früher noch viele Kabel und Adapter erforderlich, herrscht jetzt Ordnung auf dem Schreibtisch: Nur ein einziges USB-C-Kabel verbindet den Laptop mit einem externen Monitor. Gleichzeitig erfolgt über diesen Weg die Stromversorgung, die Ausgabe auf dem Display und sogar die Übertragung des Tons zu den Monitorlautsprechern. Ein Kabel, ein Standard, alle Möglichkeiten.

Die USB-C-Schnittstelle ist somit hinsichtlich ihrer Funktionalität vielfältig und bietet unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten. Darüber hinaus ist sie aufwärts- und abwärtskompatibel. Diese vorteilhaften Eigenschaften können unter Umständen und in seltenen Fällen aber auch zu Einschränkungen führen, denn Vielfalt geht in der Regel einher mit Komplexität. Vereinfacht gesagt: Die USB-C-Schnittstelle verfügt über verschiedene Funktionsklassen.

Funktionsklassen von USB-C:

  • DisplayPort™
  • Power Delivery
  • Thunderbolt™

Exemplarisch für die Funktionsvielfalt und Komplexität der USB-C-Schnittstelle ist die weit verbreitete Annahme, dass die Datenübertragung bei einem USB-C-Anschluss immer höher und schneller sei als bei früheren USB-Standards. Warum dies nicht so sein muss, lässt sich anhand der DisplayPort-Funktionsklasse beschreiben.

Displayport ist ein Standard für die Übertragung digitaler Bild- und Tonsignale. Die Datenleitungen des USB-C-Anschlusses werden mit den DisplayPort-Signalen vom Grafikprozessor beschaltet. Für die gleichzeitige USB-Datenübertragung bleibt in dem Fall eine geringere Datenrate übrig. Wird beispielsweise ein 4K-Monitor mit einer Bildrate von 60 Hertz über USB-C angeschlossen, bleibt für die Datenübertragung nur eine Datenrate von 480 Mbit/s übrig – das entspricht dem veralteten Standard USB 2.0.

Anwender*innen müssen sich heute dennoch wesentlich weniger Gedanken über die verschiedenen USB-Anschlüsse und deren Kompatibilität machen als vor einigen Jahren. Trotzdem, und das wird derzeit auch als Nachteil des USB-C-Standards gesehen, müssen sie sich darüber informieren, ob die miteinander zu verbindenden Geräte die für den Anwendungszweck erforderlichen Funktionalitäten mitbringen. Auskunft darüber geben in der Regel kleine Abbildungen neben dem USB-C-Anschluss am Gerät.

Die neue Universalschnittstelle USB-C ist alles andere als ein statisches Produkt, sondern fortwährend in der Weiterentwicklung. Das zeigen nicht zuletzt die jahrelangen Normungsarbeiten des USB Implementers Forum (USB-IF), einem Zusammenschluss von Unternehmen und Herstellern wie Intel, Microsoft und Hewlett-Packard. Das Konsortium arbeitet gemeinsam an der Entwicklung der USB-Standards und USB-Spezifikationen.

Generell kann die USB-Schnittstelle, unabhängig von der Version, ihre Pluspunkte vor allem bei einer abgestimmten Kombination aus entsprechenden Kabeln, geeigneten Geräten und einer sauberen Implementierung ausspielen. 


DKE Newsletter-Seitenbild
sdx15 / stock.adobe.com

Mit unserem DKE Newsletter sind Sie immer top informiert! Monatlich ...

  • fassen wir die wichtigsten Entwicklungen in der Normung kurz zusammen
  • berichten wir über aktuelle Arbeitsergebnisse, Publikationen und Entwürfe
  • informieren wir Sie bereits frühzeitig über zukünftige Veranstaltungen
Ich möchte den DKE Newsletter erhalten!

Kabelloses Laden für mobile Geräte

Heute schließen wir Geräte zum Laden in der Regel noch über Kabel an. Gleichzeitig entwickelt sich die Technik stetig weiter und es scheint nur eine Frage der Zeit zu sein, bis das kabellose Laden für uns zum neuen Standard wird. Nicht wenige Smartphones und Smartwatches lassen sich bereits ohne eine physische Verbindung aufladen.

Kabelloses Laden (en: Wireless Power Transfer; WPT), umgangssprachlich als „Wireless Charging֧“ bezeichnet, ermöglicht es, die benötigte Energie ohne Kabel (drahtlos) von einem Sendegerät (Ladestation) an ein Verbrauchsgerät (z. B. Smartphone, Smartwatch) zu übermitteln, indem elektrische Energie in elektromagnetische Wellen umwandelt wird.

Im Bereich des kabellosen Ladens ist die Normung bereits aktiv. So wurde im November 2022 eine neue Norm, IEC 63254, veröffentlicht. Die Norm beschreibt ein Protokoll, die das Management und die Schnittstellen für das kabellose Laden von Mobiltelefonen und anderer mobiler Geräte mit einem speziellen Sende- und Empfangsmodul definiert, um die Energieübertragung ohne physische Verbindung zu ermöglichen. Die Norm IEC 63254 beschreibt in ihrer ersten Fassung spezifische Anforderungen, die jedoch nicht alle mobilen Geräte erfüllen (können). Gleichzeitig legt sie damit den Grundstein für weitere technologischen und normativen Entwicklungen – ähnlich wie die Norm IEC 62464 aus dem Jahr 2011.

Da das kabellose Laden eine immer größere Verbreitung findet, hat die Europäische Kommission einen einheitlichen Standard für kabelloses Laden bis 2026 vorgeschlagen, um dem Problem der verschiedenen kabellosen Ladestationen frühzeitig vorzubeugen. Ziel des neuen und einheitlichen Standards ist es, die Anforderungen bzgl. Sicherheit und Interoperabilität für eine große Anzahl an Geräten zu definieren, um den Wirkungskreis bzw. die Verbreitung auf diese Weise zu erhöhen. Die Europäische Kommission ist bis 2024 dazu verpflichtet, den Auftrag für die Entwicklung eines einheitlichen Standards zu erteilen. Bislang gibt es jedoch noch keine konkreten Vorgaben, bis wann dieser neue Standard für kabelloses Laden vorliegen muss.

Vor dem Hintergrund des neuen Standards für kabelloses Laden wird in den nächsten Jahren noch viel Arbeit auf die zuständigen europäischen und nationalen Normungsgremien zukommen. Allen voran auf das Gremium DKE/K 742, das als Deutsches Spiegelgremium von IEC/TC 100 die normativen Anforderungen zu den USB-Technologien und USB-Spezifikationen betreut.

Gleichzeitig wachsen mit den Übergangsfristen für das kabelgebundene Laden auch die Herausforderungen sowohl für Hersteller als auch für die Normung im Hinblick auf die zeitliche Umsetzung der Forderungen durch die Europäische Kommission.

Redaktioneller Hinweis:

  • USB Type-C® und USB-C® sind Marken des Universal Serial Bus Implementers Forum (USB-IF).
  • DisplayPort™ ist eine Marke der Video Electronics Standards Association (VESA).
  • Thunderbolt™ ist eine Marke der Intel Corporation.

Die im Text aufgeführten Normen und Standards können Sie beim VDE VERLAG erwerben.

Zum VDE VERLAG

Interessiert an weiteren Inhalten zu Home & Building?

Fokusbild Home & Building

Bei Home & Building geht es um die Integration und Nutzung von Informations- und Telekommunikationstechnologien in der heimischen Umgebung, die eine neue Erfahrungswelt ermöglichen und bekannte Aktivitäten bei Unterhaltung, Komfort, Energiemanagement, Sicherheit und Gesundheit kosteneffizienter oder bequemer machen. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im

DKE Arbeitsfeld Home & Building

Relevante News und Hinweise zu Normen