Steam Engine Coil-Rechner – Anleitung

Nicht nur für Wickel-Einsteiger, eine Erklärung des Coil-/Wicklung-Rechners Steam Engine.


[fachchinesischsct]

Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen über'm Haupthaar aufplöppen: Abkürzungen & Begriffe

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In den folgenden Erklärungen lasse ich einige Punkte weg die in meinen Augen eher akademischer Natur sind und konzentriere mich auf die Dinge die praxisrelevant sind.

Eingabewerte

In diesem Bereich trägst Du ein mit welchem Draht Du wickeln möchtest, den gewünschten Widerstand, usw.
Wenn Du an den Eingabewerten irgend etwas änderst, zeigt Steam Engine das Ergebnis sofort in den „Results“ an (die erkläre ich weiter unten noch).

Screenshot:
se-eingabe

  • Material and profile (Drahtmaterial- und Wicklungsart)
    Links trägst Du ein welches Drahtmaterial Du verwendest. Z.B. ist NiChrom Draht in der Regel „NiChrom N80“. Edelstahl V2A ist im Popup „SS 304“ und V4A ist „SS 316“.
    Das Popup rechts davon ist die Wicklungsart. Standardmäßig ist dort Round aktiv, was nichts anderes bedeutet als das man einen ganz normalen runden Draht wickeln möchte.
    Klick: Parallel-/Drill & Flachdraht
    Man kann dort statt „Round“ noch folgendes anwählen:
    Round, twisted/parallel: für Drill- oder Parallel Coils aus runden Drähten
    Dann erscheint ein zusätzliches Feld Twist pitch, bei dem man für verdrillte Drähte eingibt wie groß der Abstand zwischen zwei Rillen ist (wie stark er verdrillt ist). Damit das leichter zu messen ist zählt man 10 Rillen, misst deren Abstand und teilt wieder durch 10. Mit einer Lupe und einem Messschieber (AM|EB|FT|GB) klappt das sogar! 😀
    Für Parallel-Drähte gibt man 0 ein, also gar keine Verdrillung.
    Ribbon: Flachdrähte, also eckige Drähte. Die kann Steam Engine nur einzeln berechnen – nicht als Parallel/Drill.
    • Number of strands: Die Anzahl der Drähte die Du parallel oder verdrillt wickeln möchtest. Für Drill-Coils gehen maximal leider nur 4 Drähte.
    Klick: Benötigte Drahtlänge für Drill Coils ermitteln
    Steam Engine gibt unter Resistance wire length (siehe nächster Abschnitt, bei „Results“) immer die Drahtlänge des komplett fertigen Wicklungsdrahtes an, das muss auch so sein. Da sich jedoch während des Drillens der Gesamt-Draht verkürzt benötigt man mehr Ausgangs-Drahtlänge. ZB können sich zwei 15 cm lange Einzeldrähte nach dem Drillen auf unter 10 cm verkürzen, da die Drähte durch ihre Drill-Windungen extra Strecke machen müssen.

    Merke: Beim Drillen verkürzt sich das Gesamtkunstwerk in seiner Länge. Will man die Windungszahl der Wicklung beibehalten, so müssen die Einzeldrähte länger sein, wodurch auch der Widerstand des Gesamtkunstwerkes steigt.

    Die Ausgangs-Drahtlänge die man vor dem Drillen benötigt bekommt man ganz einfach heraus:

    1. Die Drill Coil ganz normal in Steam Engine wie gewünscht planen.
    2. Den „Twist pitch“-Wert auf 0 setzen.
    Nun hat man wieder eine unverdrillte Parallel-Coil und kann unter „Resistance wire length“ die Länge an Draht ablesen die in der Drill-Coil tatsächlich drin steckt.

    – Beispiel 1: 0,16er 4-fach Drill mit 0,2 Twist pitch und 100 mm Wicklungslänge benötigt 118,1 mm Draht + Länge der Anschlussbeinchen + ein paar cm zum Anfassen.

    – Beispiel 2: 0,22er 2-fach Drill mit 0,3 Twist pitch und 98,3 mm Wicklungslänge benötigt 150 mm lange Einzeldrähte + Länge der Anschlussbeinchen + ein paar cm zum Anfassen.

    Wobei ich so dicken Draht wegen des schlechteren Oberfläche/Masse-Verhältnis nicht drillen würde, aber anderes Thema… 😉

    Klick: Abweichender Ohm-Wert bei Drill Coils und Fertigköpfen?:
    Bei Fertigköpfen, wo die Drähte nur geklemmt werden, können größere Abweichungen des Ziel-Widerstands entstehen. Der Drill-Draht hat durch seine rillenartige Struktur weniger Kontaktpunkte am Metall. Abhilfe: die Drähte bis zu den Kontaktpunkten wieder ent-drillen, so das sie einzeln und auf ganzer Länge glatt am Metall anliegen können.
  • Diameter of wire (Drahtdurchmesser)
    Dort trägst Du bei „mm“ den Drahtdurchmesser ein den Dein Draht hat.
  • Target resistance (Ziel-Widerstand in Ohm)
    Hier trägst Du den Widerstand ein den die Wicklung später haben soll.
  • Inner diameter of coil (Wicklungs-Innendurchmesser)
    Der innere Durchmesser der Wicklung, also der Durchmesser der Wickelhilfe um die Du den Draht wickeln möchtest.
  • Leg length (total) (Freistrecke / Beinchenlänge)
    Das ist die Länge der Anschlussbeinchen (aka „Freistrecke“) der Wicklung. Also die Strecke von der eigentlichen Wicklung bis zu dem Punkt wo der Draht festgeschraubt/geklemmt wird. Eingegeben wird die Länge beider Freistrecken.

So, heute mal nicht zum shoppen nach New York.
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Results

Hier zeigt der Rechner die berechneten Wicklungseigenschaften, aufgrund der Eingaben die man oben gemacht hat:

se-ergebnis

  • Resistance wire length (Heizdrahtlänge)
    Die Länge des Drahtes die man benötigt. Immer erstmal ein etwas längeres Stück abschneiden, sonst kannt man beim Wickeln nicht mit dem Draht hantieren.
  • Number of wraps (Windungszahl)
    Die Anzahl der Windungen die man um die Wickelhilfe wickeln muss um auf den eingegebenen Widerstandswert zu kommen.
    Ändert man den „Inner diameter of coil“ (Wicklungs-Durchmesser), oder den „Target resistance“ (Ziel-Widerstand), dann ändert sich natürlich auch die Anzahl der benötigten Windungen.
    Bei Wicklungen wo beide Anschlussbeinchen in die gleiche Richtung zeigen (Velocity-Decks zB) ist die Windungszahl nie glatt. Es sind immer x,5 Windungen. Wenn man zB den Ziel-Widerstand so einstellt das 9,5 Windungen dabei rauskommen, dann müssen später, auf der gegenüberliegenden Seite der Anschlussbeinchen, 10 Windungen zu sehen sein. Auf der Seite der Anschlussbeinchen fehlt ja eine halbe Windung, so das es dann real die 9,5 Windungen sind.
  • Heat flux (Wärme-Abstrahlwert)
    Ein sehr interessanter Wert! Er gibt Auskunft wie heiß die Wicklung bei einer Watt-Leistung X werden wird. Dieser Wert hat also mit der Verdampfungstemperatur zu tun, welche großen Einfluss auf den Geschmack hat. Man kann so im Voraus sehen ob die geplante Wicklung im persönlichen Sweet Spot liegen wird oder nicht. Mein sweet spot liegt meist so zwischen 150-200 mW/mm2.
    Links kannst Du die Watt eingeben, um zu sehen welcher Heat Flux bei Watt-Leistung X erreicht wird.
    Update: Es hat sich gezeigt das der Wert nur eingeschränkte Aussagekraft besitzt. Je größer die Oberfläche desto niedriger darf der heat flux sein, es dampft dann auch im blauen (eigentlich viel zu kalten) Bereich schon gut. Bei einer Wicklungsoberfläche um die 50 mm2 passt es aber mit dem grünen Bereich (für mich zumindest).
  • Heat capacity (Trägheit der Wicklung)
    Dieser Wert  gibt an wie träge eine Wicklung beim Aufheizen und Abkühlen reagiert. Je kleiner der Wert desto schneller kann sich die Wicklung erwärmen und abkühlen. 
    Eine hohe heat capacity kann dazu führen das man mehr Watt einstellt als eigentlich gut ist – denn man will ja nicht 1 Sekunde oder länger warten bis es mal endlich losdampft. Die hohe Watt-Leistung kann dann auf Kosten des Geschmacks gehen und ggf. auch den Verdampfer spürbar erwärmen. Daher ist eine geringere heat capacity immer besser als eine höhere.
    Mit einem Wert von 10-15 lässt sich eine Wicklung schon ab 7 Watt komfortabel dampfen.
    Und was ist mit Masse? …

    Masse = Gewicht.
    Mehr Gewicht = mehr Trägheit.
    Wie schwer etwas tatsächlich ist hängt vom Material ab, wie man an einer Tüte Milch und einem gleich großem Styroporblock leicht feststellen kann. Styropor hat ein erheblich geringeres „spezifisches Gewicht“ als Milch, weil es eine andere Dichte hat. Genauso ist es bei Drähten. Je nach Drahtmaterial wiegen gleich große Drähte unterschiedlich viel. Und Gewicht ist = Masse, und Masse verursacht Trägheit.

    Die „Heat capacity“ (Wärmekapazität) sagt „in einem Rutsch“ etwas über die Trägheit einer Wicklung beim Aufheizen/Abkühlen, weil darin das gewählte Drahtmaterial, sein spezifisches Gewicht, Drahtdurchmesser-/Länge, und eben das Verhalten bei Wärmezufuhr schon alle „abgefrühstückt“ sind. Es gibt sogar einen hübschen Balken, der ab 40 rot wird.

    Ich verzichte im Blog auf die korrekte Einheit „mJ/K“ und werde immer von „HC“ schreiben, wenn es um die heat capacity geht, also zB „20 HC“. Physikern dürften dabei auch ganz ohne Elektrostatik die Haare zu Berge stehen. Ich entschuldige mich für die Unordnung auf dem Kopf.

Oberfläche & Abmessungen…

Klick...
Todesmutige können ganz oben den „Advanced“ Button drücken, dann bekommt man noch einige interessante Details, wie zB die Oberfläche, angezeigt:

Coil

„Coil“, das ist die Wicklung, ohne die Freistrecken (Anschlussbeinchen):

se-wicklungsdetails

Interessant sind hier:

Wire length (Drahtlänge)
Lang ist gut, denn je länger desto mehr Kontaktfläche hat der Draht zum Docht.

Outer ø (Wicklungsaußendurchmesser)
Kann mal interessant sein falls man irgendwelche Monsterwicklungen plant die kaum in den Verdampfer passen. Sonst eher nicht…

Width (Wicklungsbreite)
Je mehr Windungen man wickelt desto breiter wird die Wicklung. Je nach Größe der Verdampferkammer kann es nützlich sein zu prüfen ob die Wicklung noch hinein passen wird. Die Breite sollte einigermaßen mit der Luftdüse unter der Wicklung harmonieren – die Wicklung darf etwas breiter sein, da sich die Luft beim Austritt noch etwas „auffächert“.

Surface area (Oberfläche)
Die Oberfläche der Wicklung. Sie hat Einfluss auf den Geschmack. Bei mehr Oberfläche wird der Geschmack in der Regel „weicher“, runder. Man kann meiner Meinung nach auch zuviel Oberfläche haben, aber das muss man individuell selbst herausfinden – Geschmackssache.

Wire

Der Abschnitt ist eigentlich uninteressant, nur der Vollständigkeit halber:
Dies sind Daten für den gesamten Draht, also inkl. der Freistrecken (Anschlussbeinchen):

se-drahtdetails

Hier ist eigentlich nur der „Mass„-Wert interessant, da die Drahtmasse mit darüber entscheidet wie schnell eine Wicklung warm wird, sprich wie träge sie reagiert wenn man den Feuerknopf drückt.

Der „Mass“-Wert ist gut, aber noch besser ist die heat capacity, da sie im Gegensatz zur Masse auch die spezifischen Eigenschaften der Materialsorten und deren Wärmespeicherfähigkeit berücksichtigt, also noch genauer über die Trägheit einer Wicklung Auskunft geben kann.
Ich werde mich bemühen in Zukunft nicht mehr „Masse“ zu verwenden, kann aber für nix garantieren, es steckt tief in mir drin. 😉

Die Surface area (Oberfläche) ist hier etwas höher, da hier die Freistrecken/Anschlussbeinchen mitgerechnet werden. Das ist aber uninteressant, weil die Freistrecken nicht an der Dampfproduktion beteiligt sind – die sollen ja nur den Strom in die Wicklung leiten…

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Fazit

Tolle Sache, dieser Rechner! Er hilft ungemein den Widerstand, die Trägheit, und die Abmessungen der Wicklung im voraus zu planen. 🙂 Ich mache praktisch keine Wicklung ohne ihn. Es geht auch wirklich sehr schnell wenn man es ein paar mal gemacht hat.

Ebenfalls sehr schön ist das man die Wicklungsdaten so einfach über die URL (Browser Adresse) abspeichern kann. Wenn eine Wicklung gut/schlecht war dann hat man später immer die Daten dazu parat und muss nicht raten was man da vor ein paar Tagen/Wochen gewickelt hat.
Und natürlich kann man diese Daten auch anderen weitergeben, einfach indem man den Link kopiert.

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Teile ihn, kommentiere ihn, sage es weiter, oder kauf‘ was über die Tools-Seite ein – nur mach‘ um Himmels willen was! 😀

Links & Kommentare

Suchbegriffe: Spulenrechner, Wicklungsrechner, Wickelrechner

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Max

Hast du eine Ahnung, ob man Steam Engine auch mit „Flachdraht“ zum Rechnen benutzen kann? Ohm sind ja kein Problem, aber die netto Oberfläche und HC wären interessant. Ich habe da zB einen Draht mit 0.4mm Breite der 0.1mm dick ist.Vielleicht 0.1mm diameter und 4x parallel? Oder ist das dumm gedacht von mir? 😉

Dilbert

Die einzigste brauchbare Größe, die man beim Wärmeübergang von Coil zum Liquid hat, ist die Oberfläche. Steam-Engine hilft sich deswegen mit dem Heat-Flux, was übersetzt Wärmefluß bedeutet. Die Benennung aber in Milliwatt pro Qudratmilimeter beschreibt eine Leistungdichte. Darum ergibt im Beispiel 50 Quadratmilimeter mal 200 mW/ Quadtratmilimeter die vorgeschlagenen 10W. (Eröffungsbeispiel mit advanced)Zu hoher Heat-Flux verbrennt die Watte, ist er zu niedrig, dampft es kaum bzw. der Dampf schmeckt nach Liquid.Weil das ganze zu komplex ist, verwendet man bei TC die Coil als Wärmefühler.

Max

Hi Christian,deine Wolke ist unglaublich! Soviel ausführliche, super, suuuper und spritzig-witzig geschriebene Beiträge, die sogut wie alles rund ums Dampfen umfassen, auch was man noch nicht wusste überhaupt wissen zu wollen, hab ich glaube ich noch nirgends, auch in keinem anderen Bereich, gesehen.Vielen, vielen Dank!Hab eine Anfängerfrage zum Steam-Engine Rechner… der berücksichtigt die Widerstandsänderung unter Wärme (bei zB Titan) bei den Ausgaben wie zB XY Watt bei 200°c nicht, oder?Danke :)Viele Grüße,Max

Dilbert

Eigentlich wollte ich Nachfolgendes unter“Subohm Irrtum“ schreiben, doch es wird die „Steam-Engine“vorausgesetzt.Was hat 0,25er Draht mit 1,6 Ohm und 0,5er Draht mit 0,2 Ohm gemeinsam?Die Drahtoberfläche ist gleich groß! Bitte überprüft diese Behauptung mit der Engine. Die selbe Oberfläche haben auch 0,3er bei ungefähr 0,9 Ohm und 0,4er bei 0,4 Ohm.Zur Erinnerung: Die Drahtoberfläche ist der Übergang von elektrischer zur Wärmeenergie – sprich Dampf.Aufgefallen ist mir, daß bei doppeltem Durchmesser der Widerstand auf ein Achtel schrumpft. Das sieht für mich kubisch aus. Also 2 hoch 3 = 8 und das Ganze 1 durch.Ist d1 und R1 bekannt und man möchte den Widerstand R2 mit dem Durchmesser d2 läßt sich dies mit folgender Formel errechnen:R2 = R1 / (d2 / d1) hoch 3Nach dieser Formel bekommt man beim0,3er 0,926 Ohm, beim0,4er 0,391 Ohm.(GA vorher in mm umrechnen)Es geht noch weiter:Bei gleicher Oberfläche mit halben Durchmesser halbiert sich die Masse und verdoppelt sich die Drahtlänge. Das ist linear und bedarf deshalb keiner Formel.Doppelte Länge schreit nach twisten bzw. 2 halbierte paralle Wicklungen.

Dilbert

„Advanced“ sind die Hilfsgrößen (für die die nachrechnen wollen).

1. Beispiel
Wärmekapazität (heat capacity) = Masse (wire/mass) mal spezifische Wärmekapazität, die bei Wasser bei 1 und bei Kanthal A1 bei 0,46 liegt.
Also ergibt Wärmekapazität durch Masse den Materialkennwert.
Da die Spule im TC-Modus als Sensor verwendet wird, hat diese Trägheit auch Einfluß auf die Temperatur-Regelung. (Heimspiel für Regelungstechniker; ArcticFox: PI-Regelung).

2. Beispiel
Watt (mod-setting) = Wärmefluß (heat flux) mal Oberfläche (wire/surface area)
Weiter unten schreiben sie, daß der Wert von 120 bis 350 brauchbar ist je nachdem, wie kalt oder heiß man es mag.
Im Umkehrschluß heißt das, hat man eine bekannte Spule, die bei einer bestimmten Wattzahl einem besonders gut schmeckt, verändert man den heat flux bis die Leistung stimmt. Dieser heat flux ist dann die ungefähre Vorgabe für andere Spulen.

Übrigens: 1 Joule (J) = 1 Ws. Beides Energieeinheiten.

Wishnu

Hiho,

Danke für die rasche Antwort. Ich habe mich mit dem Rechner mal auseinandergesetzt und einfach mit
Edelstahldraht mal getestet, ich denke der Groschen ist gefallen 😉
Nochmal Hut ab für die geniale Seite hier!

Wünsche ein frohes Fest und guten Rutsch ins neue Jahr!

Mfg Wishnu

Wishnu

Hallo Morgennebel,

erstmal Vielen Dank für die Bereitstellung von so viel Dampferwissen.
Nachdem ich auch seit kurzem den Weg zum Dampfen gefunden habe, erschlägt mich so manche Information….
Über einen Fertigcoiler (Uwell3) als Umstieg bin ich nun dabei mich mit dem wickeln zu beschäftigen.
Ich würden gerne eine Reuleaux RX Gen3 mit einem Advken Manta Dual-Coil betreiben.
Kannst Du mir eventuell ne grobe Richtung vorschlagen, mit welchem Draht / Widerstandswert ich beginnen soll?
Überfordert mich gerade ehrlich gesagt alles etwas….
Ich werde mich derweil mal mit der Steam Engine auseinandersetzen….. 😉

Vielen Dank und Grüße!

Rom

Hey, klasse zusammengefasst!
Wenn ich es richtig verstehe, funktioniert das ganze allerdings nur für einfachen Heizdraht.
Gibt es auch eine Möglichkeit, das ganze beispielsweise für Claptons zu berechnen?

Danke und beste Grüße!

Patric

Danke für deine Mühe mit deinen Blog. Ist Anfänger sehr hilfreich.

Sven1965

Ich, als Selbstwickelneuling, habe genau das an Information gesucht. Tolle sachliche Zusammenfassung mit hohem Nutzwert.
Dann bin ich jetzt nicht mehr weit vom Geschmackshimmel entfernt. (Die beim Bachelor-Mini, diesen auf Backe modifiziert, mitgelieferten Coils sind genau die, welche suboptimal sind – die eine dicker Draht= träge mit ewigem Nachbrutzeln 0,5Ohm – bzw. die andere sowas von Nickelsubohm 0,2Ohm – Geschmack enttäuschend) –> Nun weis ich ja Dank dieser Hilfe hier bescheid.
Jetzt brauche ich nur noch den richtigen Draht für meine 1 bis 1,5 Ohm – flinke und mit viel Oberfläche Coil.

Wirklich, herzlichen Dank.