Verbreitung von Knopfzellen: Notwendigkeit oder schlechtes Design?

Knopfzellen werden häufig als (nicht wiederaufladbare) Quelle für die Grund- bzw. Hauptstromversorgung zahlreicher tragbarer Elektronikprodukte und Fernüberwachungsgeräte im industriellen Internet der Dinge (IIoT) eingesetzt. Durch das Aufkommen von Designs für ultraniedrige Leistungsaufnahme können diese Batterien die Geräte monatelang oder sogar jahrelang mit Energie versorgen – eine erstaunliche Leistung. Aber warten Sie nur ab, bis Sie eine ersetzen müssen, denn dann geht der „Spaß“ (also Ärger und Frustration) oft erst richtig los.

Warum? Wenn Sie Glück haben, brauchen Sie eine normale Knopfzelle, die leicht erhältlich ist. Das ist zwar häufig der Fall, aber leider sieht die Realität nicht immer so einfach aus. Knopfzellen gibt es in Hunderten verschiedener Größen (Kombinationen aus Durchmesser und Dicke) und mit verschiedenen Grundchemikalien (bspw. Silberoxid oder Lithium), Nennspannungen sowie Ladungsmengen (Milliamperestunden). Manchmal unterscheiden sich die Größen verschiedener Modelle nur durch Bruchteile eines Millimeters, doch das reicht schon aus, damit eine (falsche) Ersatzbatterie nicht richtig passt oder nicht zuverlässig funktioniert.

In einer idealen Welt würde der Konstrukteur bereits frühzeitig in der Entwicklungsphase einen Platz bestimmter Größe für die Batterie einplanen, ein relativ übliches Modell mit der passenden Nennspannung und Ladungsmenge auswählen, sicherstellen, dass im endgültigen Design genügend Raum frei bleibt, und im Zuge der Entwicklung das Energiebudget einhalten. Doch Konstruktion ist die Kunst, Kompromisse einzugehen und Abstriche zu machen, während man Ziele in die Realität umsetzt. Und manchmal passiert auch etwas Unerwartetes, so dass der ursprüngliche Plan geändert werden muss, obwohl er mit den besten Absichten gemacht wurde.

Vor einigen Jahren sprach ich mit dem Konstrukteur eines Verbraucherprodukts, das ich besaß und in dem eine praktisch nirgendwo erhältliche Knopfzelle verbaut war. Ich fragte ihn ganz direkt: „Warum haben Sie das gemacht?“ Er hatte eine ganz einfache Antwort, und zwar (in meinen Worten ausgedrückt): „Als wir dabei waren, den endgültigen Formfaktor des Produkts festzulegen, wurde uns klar, dass wir für die ursprünglich vorgesehene Batterie nicht genug Platz gelassen hatten. Da war es am einfachsten, eine andere Batterie mit den passenden Werten für Spannung und Lademenge zu suchen, die lediglich ein bisschen kleiner war.“ Er sagte noch, in diesem Fall habe eine Spezialanfertigung mit einer längeren Produktionszeit auf der Materialliste gestanden, doch das sei kein Problem gewesen, da ohnehin noch die Werkzeuge für das Produkt angefertigt werden mussten. Kurz gesagt, die Käufer des Produkts wurden bei dieser Entscheidung überhaupt nicht berücksichtigt – schade.

Ersatzbeschaffung mit der Batterienummer

Manchmal führt die Batterienummer zu verschiedenen Produkten, was den Austausch nicht einfacher macht. Einige der Ersatzbatterien passen genau, während andere sehr ähnlich sind, sich aber in Details wie den grundlegenden Chemikalien oder der Lademenge unterscheiden. Das funktioniert dann – zumindest eine Zeit lang.

Doch selbst wenn man die Bezeichnung und die Nummer der Batterie kennt, reicht das unter Umständen nicht aus. Ich habe einen kleinen Schlüsselanhänger, einen Werbeartikel, für den ich eine neue Batterie brauchte (Abbildung 1). Natürlich ist der gesamte Artikel wahrscheinlich den Austausch der Batterie gar nicht wert (eigentlich darf ich mich nicht beschweren, schließlich habe ich ihn geschenkt bekommen). Doch als Techniker war es mir wichtig, wenigstens herauszufinden, ob ich eine Ersatzbatterie bekommen könnte und zu welchem Preis.

Abbildung 1: Bei diesem kostenlosen LED-Schlüsselanhänger wurde mir klar, dass Knopfzellen in einer unüblichen Größe beim Austausch ein großen Problem darstellen. (Bildquelle: Bill Schweber)

Ich dachte, es wäre ganz einfach, denn die Angaben zur Batterie waren deutlich auf das Gehäuse aufgedruckt: ein Hersteller (Lumatec), eine Modellnummer (AR18) und die Spannung (4,5 Volt) (Abbildung 2). Äußerst durchdacht! Als Beispiel für die extreme Kosteneinsparung fällt dabei auf, dass eine der LED-Leitungen einfach mit Klebeband an der Batterie befestigt ist. Das könnte man, je nach Standpunkt, als raffiniertes minimalistisches Design oder äußerst armselige Umsetzung betrachten – im Grunde genommen ist es beides.

Abbildung 2: Bei näherer Betrachtung fällt positiv ins Auge, dass Angaben zu Herstellernamen, Modellnummer und sogar Nennspannung deutlich aufgedruckt sind; dabei ist auch zu erkennen, dass die LED-Leitung mit Klebeband an der Batterie befestigt ist. (Bildquelle: Bill Schweber)

Da ich bei der Online-Recherche den Herstellernamen und die Batterienummer nicht finden konnte, ging ich einen Schritt weiter: Ich vermaß die Knopfzelle (Abbildung 3). Sie hatte einen Durchmesser von 23 Millimeter (mm) ohne Rand bzw. 25 mm mit Rand und eine Dicke von 6,5 mm. Vergeblich suchte ich auf den Seiten zahlreicher Knopfzellen-Hersteller nach 4,5-Volt-Batterien mit diesen Abmessungen. Irgendwann wurde mir klar, dass ich genügend Zeit verschwendet hatte und die Suche aufgeben musste, bevor ich zu verbissen wurde.

Abbildung 3: Für die Fortsetzung meiner Suche vermaß ich die Knopfzelle als logischen ersten Schritt auf der Online-Jagd nach einem Ersatz. (Bildquelle: Bill Schweber)

Meiner Erfahrung nach kommen in den meisten Geräten, die ich in den letzten Jahren verwendet habe, so ungefähr fünf bis zehn verschiedene Arten von Knopfzellen zum Einsatz, für die man in den Geschäften vor Ort Ersatz bekommt. Da diese Batterien auch in großen Mengen an Gerätehersteller vertrieben werden, sind sie problemlos erhältlich.

Zu meinen persönlichen Favoriten zählt die CR2032 von Panasonic. Die Lithium-Mangandioxid-Batterie (Abbildung 4) mit einer Nennspannung von 3 Volt, einer Lademenge von 225 mAh und 20,0 mm Durchmesser ist so weit verbreitet, dass bei Digi-Key nahezu drei Millionen vorrätig sind.

Abbildung 4: Die Knopfzelle CR2032 von Panasonic (links) wird häufig verwendet und ist leicht zu beschaffen. Mit ihren Abmessungen (rechts) ist sie für zahlreiche Anwendungen geeignet und hat dabei eine relativ große Ladungsmenge von 225 mAh. (Bildquelle: Panasonic)

Eine andere Knopfzelle, die mir gefällt, ist die 357-303VZ von der Energizer Battery Company: eine Silberoxid-Batterie mit 1,55 Volt Nennspannung, 150 mAh Lademenge und 11,6 mm Durchmesser. Diese Knopfzellen und noch einige andere habe ich durchgängig zu Hause auf Vorrat, damit ich nicht abends spät oder bei schlechtem Wetter noch einkaufen gehen muss, um eine leere Batterie zu ersetzen. Da sie eine Haltbarkeit von mindestens fünf Jahren haben, lassen sie sich gut bevorraten.

Meine Bitte an die Konstrukteure von elektronischen Geräten lautet: Bitte verwendet in euren Geräten die führenden Knopfzellen-Modelle, sofern ihr nicht überzeugende Gründe habt, andere Batterien einzusetzen. Ihr tut euch damit selbst einen Gefallen, es vereinfacht die Lieferkette, und eure Endkunden sind zufrieden. Hinzu kommt noch: Die Endkunden ärgern sich nicht über Konstrukteure im Allgemeinen, weil sie ihnen ohne ersichtlichen Grund Verdruss bereiten und ihr Leben komplizierter machen.