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

[fachchinesischsct]

• Vorteile des Rechners
• Eingabewerte (Einleitung, Screenshot)
  • Material and profile (Drahtmaterial- und Wicklungsart)
    • Parallel / Drill / Flachdraht
    • Benötigte Drahtlänge für Drill Coils ermitteln
    • Abweichender Ohm-Wert bei Drill Coils und Fertigköpfen
  • Diameter of wire (Drahtdurchmesser)
  • Target resistance (Ziel-Widerstand in Ohm)
  • Inner diameter of coil (Wicklungs-Innendurchmesser)
  • Leg length (total) (Freistrecke / Beinchenlänge)
• Results (Einleitung, Screenshot)
  • Resistance wire length (Drahtlänge)
  • Number of wraps (Windungszahl)
  • Heat flux (Wärme-Abstrahlwert)
  • Heat capacity (Trägheit der Wicklung)

• Oberfläche & Abmessungen (Fortgeschrittene)
  • Coil (Wicklung ohne Freistrecken, Screenshot)
    • Wire length (Drahtlänge)
    • Outer ø (Wicklungsaußendurchmesser)
    • Width (Wicklungsbreite)
    • Surface area (Oberfläche)
• Links & Kommentare

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:

• 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.

Results

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

• 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…

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.

Links & Kommentare

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