Mechanisch Dampfen: Wicklung planen/abstimmen

In diesem Beitrag geht es um das Wickeln fĂŒr elektronisch ungeregelte („mechanische“) AkkutrĂ€ger. Kann man einen „Voltdrops“ lutschen, ist Ohm ein Mantra, und was hat es mit dem mAh-Wohlstandsbauch auf sich?


Bereits gelesen?: Ungeregelt Dampfen: Grundlagen

Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen ĂŒber'm Haupthaar aufplöppen: AbkĂŒrzungen & Begriffe

Die Wicklung planen und abstimmen

Bei Wicklungen die mit einem mechanischen AkkutrÀger befeuert werden muss der Widerstand (Ohm) genau beachtet werden, da er die Watt-Leistung bestimmt.

Die Watt-Leistung wiederum bestimmt in abhÀngig der DrahtoberflÀche wieviel WÀrme pro Quadratmillimeter abgegeben wird. Klingt komplizierter als es ist. Als grobe Faustregel gilt:

  • Mit der Watt-Leistung bestimmst Du die Dampfmenge.
  • Mit der DrahtoberflĂ€che bestimmst Du den Geschmack:
    • Wenig OberflĂ€che = flacher Geschmack und heißer Dampf.
    • Viel OberflĂ€che = runder Geschmack und warmer Dampf.
  • Von der Masse (dem Gewicht) des Drahtes hĂ€ngt die TrĂ€gheit der Wicklung beim Aufheizen/AbkĂŒhlen ab. Je weniger Masse, desto leichter kann die Wicklung noch bei fast leerem Akku dampfen.

Der Steam Engine‘ Wicklungsrechner (Anleitung) erlaubt eine Berechnung der Wicklung im voraus, so dass man nicht raten muss was man sich da zusammenwickelt.
NatĂŒrlich kann man auch per try & error arbeiten, also etwas Draht nehmen, x mal um einen Bohrer wickeln, einbauen, Widerstand ĂŒberprĂŒfen, wenn falsch dann wieder von vorn… Geht auch. 🙂

Nehmen wir mal an unser Sweet Spot lĂ€ge bei 15 Watt, das soll also auf der Wicklung an Leistung erzeugt werden. Wieviel Widerstand braucht man dafĂŒr? Aus dem Grundlagen-Beitrag noch mal die Formel:
4,2 Volt * 4,2 Volt : 15 Watt = 1,18 Ohm

Nun kann man schauen das man fĂŒr diesen Widerstand einen Draht findet der von Material und DrahtstĂ€rke so ausfĂ€llt das es 6-11 Windungen ergibt, möglichst viel OberflĂ€che und möglichst wenig Masse besitzt. Mit Steam Engine kann man schnell verschiedene Drahtsorten und Durchmesser durchtesten…

Bei 0,30er Kanthal wÀren das 7,5 Windungen auf einer 2 mm dicken Wickelhilfe. Wir bekÀmen eine OberflÀche von 50 mm2 und eine Drahtmasse von 29 mg: Steam Engine
Bei 0,25er V2A wÀren es 10 Windungen auf einer 2 mm dicken Wickelhilfe. Wir bekÀmen eine OberflÀche von 60 mm2 und eine Drahtmasse von 32 mg: Steam Engine

Den geplanten Widerstand wird man fast nie ganz genau treffen. Daher muss man immer nach dem Wickeln & AusglĂŒhen den Widerstand messen und einmal gegenrechnen. Nehmen wir an der tatsĂ€chliche Widerstand ist 1,05 Ohm. FĂŒr die tatsĂ€chliche Watt-Leistung bedeutet das:
4,2 Volt * 4,2 Volt : 1,05 Ohm = 17 Watt
FĂŒr die tatsĂ€chliche Belastung des Akkus:
4,2 Volt : 1,05 Ohm = 4 Ampere

Die Abweichungen sind hier noch nicht dramatisch, können aber schon den persönlichen sweet spot verfehlen. Und je niederohmiger man wickelt desto mehr wirken sich schon kleine Abweichungen aus – also immer messen & nachrechnen! Wenn man unterhalb von 1 Ohm wickeln möchte, dann muss das Ohm-Meter möglichst genau sein und zwei Kommastellen anzeigen (Links dazu unten).

Ach komm, EINE Windung ist keine Windung… 😉

Hat man mit einer Wicklung zuwenig Dampf, dann wickelt man noch mal, mit einer Windung weniger zum Beispiel. Eine einzelne Windung kann schon relativ viel ausmachen, denn es erhöht sich nicht nur die Watt-Leistung. Durch das Fehlen einer Windung verringert sich auch die Drahtmasse/OberflĂ€che. Mehr Watt treffen nun also auf weniger „Gegenwehr“ und so kann eine Windung weniger schon völlig ausreichend sein um das Ziel zu treffen.
Umgekehrt gilt das natĂŒrlich genauso.
Und auch hier gilt: Je niederohmiger man wickelt umso stÀrker wirkt sich der Unterschied von nur einer Windung mehr/weniger aus.

WicklungsgrĂ¶ĂŸe

Die Abmaße der Wicklung solltest Du auch noch im Auge behalten, weil sie natĂŒrlich in den Verdampfer passen muss. Ich persönlich versuche immer den Durchmesser der Wicklung möglichst klein zu halten, weil dann die Luft besser um die Wicklung strömen kann (besserer Geschmack).

Auch zu breit sollte sie nicht sein, damit keine Luft-Todzonen entstehen. Das ganze ist sehr abhÀngig davon wie der Verdampfer aufgebaut ist, zum Beispiel ob einzelnes Luftloch oder mehrere, oder ein breiter Luftschlitz vorhanden ist.

Voltdrop

Als „Voltdrop“, oder „Vdrop“ bezeichnet man den Spannungseinbruch. Jeder Akku der unter Belastung steht bricht mehr oder weniger in der Spannung ein. Um wieviel ein Akku einbricht hĂ€ngt davon ab mit wieviel Ampere der Akku maximal belastbar ist, und bei welcher Leerlaufspannung sich der Akku gerade befindet, und welche Leistung dem Akku abgefordert wird.

In allen Rechnungen zum mechanischen Dampfen habe ich bislang 4,2 Volt angegeben. Das ist die Leerlaufspannung (der Akku dreht DĂ€umchen) eines voll geladenen LiIon Akkus.
Sobald der Akku aber eine Belastung erfÀhrt bricht er in der Spannung ein, das ist die Spannung unter Last / Lastspannung.

Wir erinnern uns: Bei geringerer Spannung gibt es auch weniger Watt-Leistung…
Und je grĂ¶ĂŸer die Watt-Leistung, desto grĂ¶ĂŸer wird auch der Voltdrop werden… Puhh, wird das jetzt nicht ein wenig arg kompliziert? 🙄

Kein Problem. Man kann alles mögliche ausrechnen und planen (Akku-Innenwiderstand, VDrop des AkkutrÀgers), aber das ist gar nicht nötig. Eine Wicklung lÀsst sich nicht 100% genau planen. Am Ende muss man mal was wickeln, es testen, und ggf. korrigieren.
FĂŒr die Planung reicht es also die wichtigsten Parameter zu berĂŒcksichtigen. Dies sind die Formeln aus den Grundlagen und der Voltdrop des Akkus.

Der Voltdrop betrÀgt bei 15 Watt Belastung (rund 3A), je nach Akku, etwa 0,2 bis 0,3 Volt.

Um nun also etwas realistischere Rechnungen machen zu können kann man 0,2 Volt von den 4,2 Volt Leerlaufspannung des Akkus von vornherein abziehen. Bei sehr starken Strömen auch deutlich mehr. Quetscht man 100 Watt aus einen VTC5A, wird der Voltdrop bei ca. 1 Volt liegen.

Bei 15 Watt sind es also ca. 4,0 Volt die der Akku real beim ersten Zug ausgibt. Damit ergibt sich fĂŒr die Rechnung unserer gewĂŒnschten 15 Watt…
4,0 Volt * 4,0 Volt : 15 Watt = 1,07 Ohm
…statt vorher 1,18 Ohm.

Guckst du: Vaping-Tools. 🙂

Der mAh Wohlstandsbauch

Beim mechanischen Dampfen kann oft nicht die gesamte KapazitÀt des Akkus genutzt werden, weil die Spannung, und damit die Leistung relativ stark abnimmt.
Man kann dem abhelfen wenn man eine Wicklung baut die in einem breiten Leistungsspektrum funktioniert, einen breiten sweet spot hat. DafĂŒr muss sie möglichst wenig Gewicht (Masse) haben und genug OberflĂ€che um „zuviel“ Leistung aushalten zu können, ohne dabei gleich komisch zu schmecken. DafĂŒr sind Drill-Wicklungen (neudeutsch „twisted“) aus möglichst dĂŒnnen DrĂ€hten ideal.
Mit einem breiten Leistungsspektrum muss man den sweet spot nicht mehr genau dort hinlegen wo der Akku ganz voll ist (also bei ca. 4,0 Volt), sondern kann ihn tiefer, in den mittleren Spannungsbereich legen.

Akkus haben meist eine Nennspannung von ~3,6 bis 3,7 Volt. Um diesen Bereich herum wird auch das meiste der KapazitĂ€t des Akkus abgegeben, es sind dort „die meisten ZĂŒge drin“. Unterhalb der Nennspannung fĂ€llt die Akkuspannung dann immer rapider ab. Bildlich sieht die Entladung eines Akkus mit 2500 mAh in etwa so aus:

Leerlaufspannung mAh Voltdrop
4,2 – 4,0 100 Hoch
4,0 – 3,4 2300 Geringer
3,4 – 3,0 100 Hoch

Der Bereich von ca. 4,0 bis 3,4 Volt Leerlaufspannung ist also der wo das meiste herauszuholen ist. Wie dick der „mAh-Bauch“ ist, und wo er genau liegt hĂ€ngt aber auch vom Akku ab.

So, Leerlaufspannung nĂŒtzt uns aber nix, nun kommt noch der Voltdrop des Akkus unter Last hinzu. Zum Beispiel, bei einer 0,77 Ohm Wicklung und der Betrachtung des Leerlaufspannungsbereich von 4,0 – 3,4 Volt, brechen folgende Akkus im Schnitt etwa wie folgt in der Spannung ein:

Voltdrop Akku
0,33 LG MH1 (10A, 3200 mAh) AM|EB
0,25 Samsung 25R (20A, 2500 mAh) AM|EB
0,23 LG HG2 (20A, 3000 mAh) AM|EB
0,23 Sony Konion VTC3 (30A 1600 mAh)
(Die neueren VTC4 (EB) und VTC5A (AM|EB) verhalten sich ziemlich Àhnlich)

Die Mitte von 4,0 – 3,4 Volt Leerlaufspannung ist 3,7 Volt. Zusammen mit dem Voltdrop des Akkus ergibt sich also eine durchschnittliche Lastspannung von:

Volt im
Leerlauf
Voltdrop Volt unter
Last
Akku
3,75 0,33 3,42 LG MH1 (10A)
3,75 0,25 3,50 Samsung 25R (20A)
3,75 0,23 3,52 LG HG2 (20A)
3,75 0,23 3,52 Sony Konion VTC3 (30A – VTC 4/5/5A verhalten sich mutmaßlich ziemlich gleich)

Wenn man bei diesen ~3,5 Volt nun den sweet spot legt, dann hĂ€tte man in der ersten HĂ€lfte der Akku-Entladung etwas „zuviel Dampf“, in der zweiten etwas „zuwenig“.
Eine gute Wicklung mit breitem Spektrum schmeckt & dampft dann aber in allen Bereichen gut.
Je nach persönlichem Geschmack kann man auch noch die Zugtechnik dem Akkustand anpassen. Bei vollem Akku krĂ€ftiger & kĂŒrzer ziehen, bei leerem Akku softer und lĂ€nger.

In Zahlen: Um die 15 Watt „auf die 3,5 Volt zu legen“, benötigen wir folgenden Widerstand:
3,5 Volt * 3,5 Volt : 15 Watt = 0,82 Ohm
Bei 4,0 Volt, also vollem Akku sind das dann:
4,0 Volt * 4,0 Volt : 0,82 Ohm = 20 Watt
Bei leerem Akku:
3,0 Volt * 3,0 Volt : 0,82 Ohm = 11 Watt

Wenn ich eine gute Wicklung habe, die den ganzen Bereich nutzt, dann muss ich schon aufpassen das ich den Akku nicht zu tief entlade, so gut ist der Dampf bei leerem Akku dann noch. 🙂

Das MUSS man aber natĂŒrlich nicht so machen. Es ist auch eine Frage der Philosophie. Man kann auch sagen das der persönliche sweet spot bei X Watt liegt und das sie Watt-Leistung keinesfalls darĂŒber liegen soll, drunter ist nicht so schlimm. Dann legt man die Wicklung so aus das sie den sweet spot bei ganz vollem Akku (ca. 4,0V unter Last) ganz genau trifft, und dampft dann einfach solange wie es einem noch schmeckt, und muss dann die Akkus entsprechend frĂŒher wieder nachladen.

Grau ist sie, die Theorie…

Daher kommt man nicht umhin selbst ein paar Versuche zu starten, damit Akkutyp & Wicklung fĂŒr das persönliche Befinden harmonieren. Ein bisschen Theorie zu kennen warum/wie/was zusammenhĂ€ngt schadet allerdings nicht. Es sei denn Dir hĂ€ngen jetzt ein paar Hirnwindungen zu den Ohren raus, das tĂ€te mir leid. 😉

Anerkennung

Wenn ich dir mit diesem Beitrag helfen konnte, wĂŒrde ich mich ĂŒber eine kleine Anerkennung freuen. Ich wĂŒrde dann sogar mit den Armen rudern – und ich rudere nicht leichtfertig mit den Armen! 😉

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