HowTo: Elektronik – Netzteile richtig dimensionieren und deren Datenblatt verstehen

Netzteile benötigt Ihr fast in jedem Projekt, denn irgendwo muss ja die Energie für Euer Projekt herkommen. 🙂

Dabei gibt es einige Sachen zu beachten. Zum einen will man sich nicht selber (oder andere) in Gefahr bringen und zum anderen soll das gebaute Projekt auch erfolgreich damit laufen.

Dabei ist es besonders wichtig, dass das Netzteil genügend Leistung hat um das jeweilige projekt zu versorgen. Andererseits will man auch kein teures Riesen-Netzteil zuhause rumstehen haben. Hier muss also ein Kompromiss zwischen Preis, elektrischer Leistung und Anwendungszweck gefunden werden.

Welche Kriterien Ihr dabei beachten solltet ist im folgendem Artikel beschrieben.

Außerdem werden auch die auf den Datenblättern der Netzteile enthaltenen Infos beschrieben. Oftmals muss man nämlich gar kein neues Netzteil kaufen sondern kann das Netzteil des alten Telefons, Kinderspielzeugs, etc. einfach weiterverwenden.

Dazu muss man aber natürlich verstehen welche Spannung, Strom bzw. Leistung das potentielle Netzteil liefern kann.

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Sicherheitshinweise

Ich weiß die folgenden Hinweise sind immer irgendwie lästig und wirken unnötig. Aber leider haben schon viele Menschen die es "besser" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese können echt ärgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte fünf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen Ärger wert.
https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/

Affiliatelinks/Werbelinks

Die hier in aufgeführten Links zu Online-Shops sind sogenannte Affiliate-Links. Wenn Du auf so einen Affiliate-Link klickst und über diesen Link einkaufst, bekommt Nerdiy.de von dem betreffenden Online-Shop oder Anbieter eine Provision. Für Dich verändert sich der Preis nicht. Falls Du Deine Einkäufe über diese Links tätigst unterstützt Du Nerdiy.de dabei auch in Zukunft weitere nützliche Projekte anbieten zu können. 🙂 

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Voraussetzungen

Benötigtes Material:
-keins-

Benötigtes Werkzeug:
-keins-

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Nachhaltigkeit

Ein Stichwort, dass man in den letzten Jahren immer öfter hört ist “Nachhaltigkeit”. Im Prinzip geht es dabei alte bereits vorhandenen Ressourcen für neue Zwecke zu nutzen. Genau dabei soll Euch das Wissen in diesem Artikel behilflich sein. Denn wenn Ihr die Symbole und Daten auf Euren bereits vorhandenen Netzteilen “entschlüsseln” könnt, könnt Ihr diese auch für neue Projekte weiterverwenden.

So müsst ihr weniger Netzteile neu kaufen, braucht nicht so viele Netzteile wegwerfen und spart dazu auch noch Geld und andere Ressource. 🙂

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Parameter des benötigten Netzteils

Spannung und Spannungsbereich(Ripple)

Das erste wichtige Kriterium eines Netzteils ist die Spannung. Die Spannung (Formelzeichen: U) wird zwangsläufig von der Schaltung Eures Projekts vorgegeben. Oft benötigt Ihr also für Euer Projekt eine bestimmte Spannung oder einen bestimmten Spannungsbereich.

Habt Ihr zum Beispiel ein Projekt, dass über einen USB Anschluss versorgt wird, wie zum Beispiel eines der Projekte hier auf Nerdiy.de, dann benötigt Ihr ein Netzteil mit einer “USB-typischen-Spannung” also 5V+-0,25V.

Der Spannungsbereich eines normalen USB-Netzteils ist nämlich genormt. Diese muss immer 5V mit einer Toleranz von +-0,25V entsprechen. Die Spannung die das USB-Netzteil abgibt liegt also im Bereich von 4,75V-5,25V.

Beispiele:
– Eure Schaltung benötigt 12V: Das Netzteil muss auch 12V liefern
– Eure Schaltung benötigt 5V: Das Netzteil muss auch 5V liefern. In Diesem Fall könnt Ihr – zumindest die Spannung betreffend – auch ein USB-Netzteil nutzen.

Strom

Um herauszufinden wieviel Strom (Formelzeichen: I)Eurer Netzteil liefern muss, müsst Ihr zunächst – zumindest grob – bestimmen wieviel Strom Eure Schaltung benötigt. Dabei ist es wichtig, dass Ihr nicht den “Normalfall” annehmt. Also den durchschnittlichen Stromverbrauch. Sondern den Maximalfall. Der Maximalfall ist in diesem Zusammenhang der Fall in dem alle Verbraucher den maximalen Strom “verbrauchen”.

Um den maximale Stromaufnahme Eurer Schaltung zu bestimmen, müsst Ihr also die maximale Stromaufnahme aller darin verwendeten Bauteile bestimmen und dann zusammenrechnen.

Die maximale Stromaufnahme eines bestimmten Bauteils könnt Ihr immer dem jeweiligen Datenblatt entnehmen oder auch mit einem Messgerät messen. (Einfacher ist es aber oft den Wert aus dem Dtaenblatt zu nehmen.)

Typische maximale Stromaufnahmen:
1x RGB-LED: 0,06A
1x normale/einfache LED: 0,02A
1x Power-LED: 0,3-0,7A
1x Wemos D1-Mini: 0,2A

Beispiele:
WhatsApp-Lampe:
Die WhatsApp-Lampe nutzt einen LED-Streifen mit 23 RGB LED’s. Außerdem ist ein Wemos D1-Mini verbaut um die LED’s anzusteuern. Dies bedeutet der maximale Stromverbrauch lässt sich folgendermaßen berechnen: 23×0.06A+0.2A=1.58. Ihr solltet also ein Netzteil verwenden, dass mindestens 1.6A liefern kann. Sicherheitshalber rundet man diesen Wert grob auf 2A auf. So ist man auf der sicheren Seite.

Instagram-Lampe:
Die Instagram-Lampe nutzt zwei LED-Streifen mit insgesamt 35 LED’s. Außerdem ist ein Wemos D1-Mini verbaut um die LED’s anzusteuern. Dies bedeutet der maximale Stromverbrauch lässt sich wieder wie folgt berechnen: 35×0.06A+0.2A=2.3A. Ihr solltet also ein Netzteil verwenden, dass mindestens 2.3A liefern kann. Sicherheitshalber rundet man diesen Wert grob auf 2.5A auf. Auch ein 3A Netzteil wäre an dieser Stelle nicht maßlos überdimensioniert. 🙂

Leistung

Die Leistung (Formelzeichen: P) ist letztendlich – im Gleischtrombereich – nur das Produkt aus Spannung und Strom. Auf manchen Neztzteilen ist aber manchmal nicht der Ausgangsstrom sondern nur die Ausgangsleistung angegeben. Mit diesem Wissen und der richtigen Formel könnt Ihr aber ausrechnen welche Leistung bzw. welchen Strom Euer Netzteil liefern muss. Denn es gilt:

Leistung = Spannung * Strom
bzw.
P = U * I

Schaltnetzteil oder Transformatornetzteil

Die Frage ob Schaltnetzteil oder Transformatornetzteil ist eigentlich kein wirkliches (technisches) Kriterium das Ihr bei der Auswahl Eures Netzteils beachten müsst. Wenn das Netzteil die benötigte Spannung und Leistung liefert sind Schalt- und Transformator-Netzteile elektrisch identisch.

Das große pro-Argument für Schaltnetzteile ist dagegen, dass diese oft kleiner/kompakter und auch leichter sind als vergleichbare Transformatornetzteile. Damit einher geht deswegen auch der Preis. Gerade im höheren Leistungsbereich sind Schaltnetzteile oft wesentlich günstiger als Transformatornetzteile. Habt ihr aber schon ein Transformatornetzteil rumliegen könnt Ihr dies natürlich nutzen.

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Datenblätter verstehen

Jedes Netzteil enthält mittlerweile ein Datenblatt, dass entweder aufgeklebt oder in den Gehäusekunststoff eingestempelt ist. Dieses Datenblatt enthält dann immer Angaben zu der erlaubten Eingangsspannung, Ausgangsspannung, Leistung und oft auch weitere zusätzliche Informationen.

Leider sind diese Datenblätter oft nicht einheitlich, weswegen es manchmal schwer ist diese Datenblätter zu interpretieren und die Angaben zu verstehen. Deswegen sind im folgenden ein paar Netzteile und deren Datenblätter mit Erklärungen aufgeführt. Dadurch sollte zu jedem Symbol oder jeder Angabe eine Erklärung zu finden sein. Falls nicht, schreibt es einfach in die Kommentar-Sektion. 🙂

Eine generell Info zu den Angaben auf den Datenblättern:

Die Angaben dort sind immer Maximalangaben. Wenn dort also angegeben ist, dass ein Netzteil 1A liefern kann, dann kann es natürlich auch 0,2A oder 0,5A liefern. Nicht jedoch 1,1A.
Das gleiche trifft auch für Leistungsangaben zu. Wenn auf dem Datenblatt angegeben ist, dass ein Netzteil 50W Leistung liefern kann, dann kann es – in den meisten Fällen – natürlich auch 10W, 20W oder 45W liefern.

Netzteil eines Druckers

Im folgenden seht Ihr das Netzteil eines alten Druckers. Diese Art von Netzteilen haben den Vorteil, dass sie verschiedene Spannungen und Ströme liefern können. Dafür ist die Bauform meistens sehr auf den jeweiligen Drucker spezialisiert.

1. “INPUT: 100V 50/60HZ 82VA”:
Gibt an (in Kombination mit der darunterliegenden INPUT-Zeile), dass die Eingangsspannung (INPUT) im Bereich zwischen 100V und 240V liegen muss. Dieser große gültige Eingangsspannungsbereich kommt daher, dass das Netzteil somit sowohl in Stromnetzen mit 120V (z.B. in Nordamerika, Südamerika, etc.) aber auch 230V (z.B. in Europa, Russland) genutzt werden kann. Dies sind nämlich die typischen Spannungen für die Stromnetze auf der Welt. Die Angabe “50/60 Hz” weißt zum einen darauf hin, dass die Eingangsspannung eine Wechselspannung sein sollte. Weiterhin gibt dies an, dass das Netzteil auch mit den verschiedenen Netzfrequenzen von 50Hz oder 60Hz klar kommt. Die letzte Angabe “82VA” gibt dazu an welche Leistung das Netzteil im Maximalfall aufnimmt. Normalerweise wird eine Leistung in Watt (Einheitenzeichen: W) angegeben. In diesem Fall ist aber “VA” angegeben, was darauf hinweißt, dass es sich in diesem Fall um eine Wechselstromleistung handelt.

2. “OUTPUT: 32V 0,75A 24V 0,5A”:
Dies gibt an, dass es mehrere Ausgangsspannungen gibt. Die Erste entspricht 32V und kann 0,75A liefern. Die Zweite entspricht 24V und kann 0,5A liefern. Beide Spannungen sind Gleichspannungen was man an dem Symbol erkennt das wie ein Gleichheitszeichen von dem der untere Strich gestrichelt ist, aussieht (siehe 3.).

3. Symbol für Gleichspannung und gepulste Gleichspannung

4. Bezeichnung des Netzteils

5. CE-Zeichen

6. Symbol für verstärkte bzw. doppelte Isolierung:
Dieses Symbol weißt auf die Schutzklasse des Netzteils hin und symbolisert dabei die Schutzklasse II. Geräte der Schutzklasse II haben eine verstärkte und doppelte Isolierung zu allen potentiell Spannungsführenden Teilen. Zusätzliche Informationen dazu findet Ihr ebenfalls in dem sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_(Elektrotechnik)#Schutzklasse_II_/_Schutz_durch_doppelte_oder_verst%C3%A4rkte_Isolierung

7. Diverse andere Symbole von diversen Prüfgesellschaften

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Open/Closed-Frame Netzteile

Open- oder Closed-Frame Netzteile werden oft in Form eines offenem (=open) oder geschlossenem (=closed) Metallrahmen (=frame) geliefert. Sie eignen sich perfekt um in dem Gehäuse eines Geräts (z.B. Monitor) verbaut zu werden. Aufgrund der dadurch sehr spezialisierten Anwendung bieten sie auch oft mehrere Funktionen (z.B. Standbyspannung oder generell mehrere Spannungen).

1. “Input: 100-240V~50-60Hz 1A”:
Gibt an, dass die Eingangsspannung (INPUT) im Bereich zwischen 100V und 240V liegen muss. Die Angabe “50/60 Hz” weißt zum einen darauf hin, dass die Eingangsspannung eine Wechselspannung sein sollte. Weiterhin gibt dies an, dass das Netzteil auch mit den verschiedenen Netzfrequenzen von 50Hz oder 60Hz klar kommt. Die letzte Angabe “1A” gibt an welcher maximale Strom dabei aus dem Versorgungsnetz bezogen wird.

2. “Outputs:
+5V dc 3,70A: Ausgangsspannung von +5V bis maximal 3,7A
+12V dc 0,60A: Ausgangsspannung von +12V bis maximal 0,6A
-5V dc 0,05A: Ausgangsspannung von -5V bis maximal 0,05A
+5V Trickle dc 0,1A”: gepulste Ausgangsspannung von +5V bis maximal 0,1A

3. “CAUTION: For continued protection against risk of fire, replace only with exact type and ratings of fuse, 1,6A, 250V.”:
Diese Angabe weißt darauf hin, dass im inneren eine Gerätesicherung vorhanden ist, welche im Falle eines Defekts durch eine neue mit den angegebenen Angaben ersetzt werden sollte.

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Steckernetzteil mit Transformator

Steckernetzteile definieren sich zum Großteil dadurch, dass die Netzteile in die Stecker-Gehäuse integriert sind. Dabei gibt es Steckernetzteile mit Transformator und Steckernetzteile als Schaltnetzteile (siehe Unten). Steckernetzteile mit Transformator erkennt man meistens leicht an ihrem relativ hohen Gewicht. Dies kommt daher, dass diese Netzteile einen Transformator enthalten, welcher für gewöhnlich sehr schwer ist. Außerdem ist die Gehäuseform oft naheuzu Würfelförmig.

1. PRI 230V ~ 50Hz
Gibt an, dass die Eingangsspannung (PRI=Primär(-wicklung)) bei 230V liegen muss. Die Angabe “50 Hz” weißt darauf hin, dass die Eingangsspannung eine Wechselspannung mit der Frequenz 50 Hz sein sollte. Da dieses Netzteil ein Transformator-Netzteil – und kein Schaltnetzteil wie die beiden vorangegangenen Netzteile ist – ist dessen Eingangsspannungsbereich limtiert auf einen festen Wert. Die Ausgangsspannung ist nämlich direkt von der Eingangsspannung abhängig.  

2. SEC: 10V ~ 7VA
Gibt an, dass die Ausgangsspannung eine Wechselspannung mit dem Effektivwert 10V ist. Die maximale Ausgangsleistung beträgt hier 7VA. Die Ausgangsleistung ist als Scheinleistung angegeben. Sie ist also nicht gleichzusetzen mit der Wirkleistung in Watt. Als Schätzwert kann man eine maximale Wirkleistung annehmen die “etwas” geringer ist als die Scheinleistung. 

3. Symbole diverser Prüfgesellschaften

4. Symbol mit drei Kreisen und einem Rechteck:
Dies ist das Symbol, dass darauf hinweißt, dass es sich bei dem vorliegendem Netzteil um einen Spielzeugtransformator handelt. Weitere Infos dazu findet Ihr in dem sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Spielzeugtransformator

5. Symbol mit zwei ineinander liegenden Quadraten:
Dieses Symbol weißt auf die Schutzklasse des Netzteils hin und symbolisert dabei die Schutzklasse II. Geräte der Schutzklasse II haben eine verstärkte und doppelte Isolierung zu allen potentiell Spannungsführenden Teilen. Zusätzliche Informationen dazu findet Ihr ebenfalls in dem sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_(Elektrotechnik)#Schutzklasse_II_/_Schutz_durch_doppelte_oder_verst%C3%A4rkte_Isolierung

1. NETZ: 230V ~ 50Hz 0.1A
Gibt an, dass die Eingangsspannung (NETZ= Netzseitig) bei 230V liegen muss. Die Angabe “50 Hz” weißt darauf hin, dass die Eingangsspannung eine Wechselspannung mit der Frequenz 50 Hz sein sollte. Da dieses Netzteil ein Transformator-Netzteil – und kein Schaltnetzteil wie die beiden vorangegangenen Netzteile ist – ist dessen Eingangsspannungsbereich limtiert auf einen festen Wert. Die Ausgangsspannung ist nämlich direkt von der Eingangsspannung abhängig. Die Angabe 0.1A weißt zudem darauf hin, dass der aus dem Versorgungsnetz aufgenommene Strom bei 0.1A liegt.

2. AUSG: 5Vdc 800mA
Gibt an, dass die Ausgangsspannung 5V beträgt und maximal 800mA liefern kann. Außerdem ist die Ausgangsspannung diesmal eine Gleichspannung.

3. Diverse Symbole:
Haus mit Pfeil: Nur zum Gebrauch im Inneren eines Gebäudes geeignet.
Rechteck mit Temperaturangabe: Hinweiß, dass dieses Netzteil Temperaturgesichert ist bis maximal 115°C. Bei 115°C wird in dem Netzteil also eine Sicherung ausgelöst um das Netzteil und eventuell nachgeschaltete Verbraucher zu schützen.
Symbol mit zwei ineinander verwundenen Ringen und einem “Schild”:
Dieses Symbol weißt daraufhin, dass das betreffende Netzteil die Kriterien eines Sicherheitstransformators erfüllt. Weitere Informationen dazu findet Ihr wieder im sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Sicherheitstransformator
Symbol mit zwei ineinander liegenden Quadraten:
Dieses Symbol weißt auf die Schutzklasse des Netzteils hin und symbolisert dabei die Schutzklasse II. Geräte der Schutzklasse II haben eine verstärkte und doppelte Isolierung zu allen potentiell Spannungsführenden Teilen. Zusätzliche Informationen dazu findet Ihr ebenfalls in dem sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_(Elektrotechnik)#Schutzklasse_II_/_Schutz_durch_doppelte_oder_verst%C3%A4rkte_Isolierung
Die restlichen Symbole:
Prüfzeichen der Prüfstellen der Länder Norwegen, Finnland, Schweden und Dänemark.

4. Symbol mit einem Minus und einem Plus in jeweils einem Kreis:
Dieses Symbol weißt auf die Kontaktbelegung des Anschlussteckers hin. Dieser hat einen innenliegenden und einen außenliegenden Pol. Der Innnenliegende (welcher mit einem Strich mit dem Kreis der ein Plus-Zeichen enthält verbunden ist) ist in diesem Fall mit dem Pluspol verbunden. Der außenliegende Pol ist demzufolge der Minus-Pol bzw. die Masse.

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Steckernetzteil als Schaltnetzteil

Steckernetzteile als Schaltnetzteil sind oft wesentlich leichter und kompakter als Steckernetzteile mit Transformator. Auch bei diesen ist die komplette Netzteiltechnik in das Steckergehäuse integriert.
Die Vorteile gegenüber Steckernetzteilen mit Trasnformator sind außerdem, dass sie günstiger, bei gleicher Leistung oft kompakter und leichter sind und außerdem oft auch für verschiedene Versorgungsnetze geeignet sind (wodurch man diese Art Netzteil oft auch auf Reisen in andere Länder einfach weiterverwenden kann).

1. INPUT: 100-240V ~ 50/60Hz 9W
Gibt an, dass die Eingangsspannung (INPUT) im Bereich zwischen 100V und 240V liegen muss. Die Angabe “50/60 Hz” weißt zum einen darauf hin, dass die Eingangsspannung eine Wechselspannung sein sollte. Weiterhin gibt dies an, dass das Netzteil auch mit den verschiedenen Netzfrequenzen von 50Hz oder 60Hz klar kommt. Die letzte Angabe “9W” gibt an welche maximale Leistung aus dem Versorgungsnetz bezogen wird.

2. OUTPUT: 15V 5.4W
Gibt an, dass die Ausgangsspannung 15V beträgt und das Netzteil dabei maximal 5.4W Leistung liefern kann.

3. “IPX4”:
Diese Angabe weißt auf den Berührungsschutz und die Staub- und Wasserdichtigkeit des Geräts hin. Zusammengefasst wird diese Angabe als Angabe zur Schutzart genannt. Dabei stehen die Buchstaben “IP” immer für International Protection. Erst die nachfolgenden Kennziffern geben Auskunft darüber wie Stark (oder Schwach) das Gerät geschützt ist. Dabei steht die erste Kennziffer für den Schutz gegen Fremdkörper und die zweite für Schutz gegen Berührung. Weitere Informationen dazu findet Ihr auch im dazugehörigen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzart

4. Symbol mit zwei ineinander verwundenen Ringen und einem “Schild”
Dieses Symbol weißt daraufhin, dass das betreffende Netzteil die Kriterien eines Sicherheitstransformators erfüllt. Weitere Informationen dazu findet Ihr wieder im sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Sicherheitstransformator

5. “Transistorsymbol”
Dieses Symbol weist darauf hin, dass es sich bei diesem Netzteil um ein Schaltnetzteil handelt.

6. Symbol mit einer durchgestrichenen Mülltonne
Dieses Symbol gibt an, dass dieses Netzteil nicht im Hausmüll entsorgt werden darf.

1. AC/DC
Gibt an, dass das Netzteil Eingangsseitig eine Wechselspannung(AC) erwartet und diese zur Ausgangsseite in eine Gleichspannung wandelt(DC)

2. INPUT: 100-240V AC
Gibt an, dass die Eingangsspannung (INPUT) im Bereich zwischen 100V und 240V liegen muss. Leider ist kein erlaubter IEngangsfrequenzbereich oder Leistungsaufnahme angegeben.

3. OUTPUT: 5V 1A
Gibt an, dass das Netzteil eine Ausgangsspannung von 5V ausgibt und dabei maximal einen Strom von 1A liefert.

4. Symbol mit zwei ineinander liegenden Quadraten:
Dieses Symbol weißt auf die Schutzklasse des Netzteils hin und symbolisert dabei die Schutzklasse II. Geräte der Schutzklasse II haben eine verstärkte und doppelte Isolierung zu allen potentiell Spannungsführenden Teilen. Zusätzliche Informationen dazu findet Ihr ebenfalls in dem sehr ausführlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_(Elektrotechnik)#Schutzklasse_II_/_Schutz_durch_doppelte_oder_verst%C3%A4rkte_Isolierung

5. Symbol mit einem Haus und einem Pfeil der auf das Innere des Hauses zeigt
Nur zum Gebrauch im Inneren eines Gebäudes geeignet.

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Weiterführende Informationen

https://www.code-knacker.de/elektro.htm

https://www.iso.org/obp/ui#iec:grs:60417:6190

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Viel Spaß mit dem Projekt

Ich hoffe bei euch hat alles wie beschrieben funktioniert. Falls nicht oder ihr Fragen oder Anregungen habt lasst es mich in den Kommentaren bitte wissen. Ich trage dies dann ggf. in den Artikel nach.
Auch Ideen für neue Projekte sind immer gerne willkommen. 🙂

P.S. Viele dieser Projekte - besonders die Hardwareprojekte - kosten viel Zeit und Geld. Natürlich mache ich das weil ich Spaß daran habe, aber wenn Du es cool findest, dass ich die Infos dazu mit Euch teile, würde ich mich über eine kleine Spende an die Kaffeekasse freuen. 🙂