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

Bereits gelesen?: Ungeregelt Dampfen: Grundlagen

• Die Wicklung planen und abstimmen
  • Ach komm, EINE Windung ist keine Windung…
  • Wicklungsgröße
• Voltdrop
• Der mAh Wohlstandsbauch
• Grau ist sie, die Theorie…
• Links & Kommentare

Die Wicklung planen und abstimmen

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

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

• Mit der Watt-Leistung bestimmst Du die Dampfmenge.
• Mit der Drahtoberfläche bestimmst Du den Geschmack:
  • Wenig Oberfläche = flacher Geschmack und heißer Dampf.
  • Viel Oberfläche = runder Geschmack und warmer Dampf.
• Von der Masse (dem Gewicht) des Drahtes hängt die Trägheit der Wicklung beim Aufheizen/Abkühlen 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.
Natürlich kann man auch per try & error arbeiten, also etwas Draht nehmen, x mal um einen Bohrer wickeln, einbauen, Widerstand überprüfen, wenn falsch dann wieder von vorn… Geht auch. 🙂

Nehmen wir mal an unser Sweet Spot läge bei 15 Watt, das soll also auf der Wicklung an Leistung erzeugt werden. Wieviel Widerstand braucht man dafür? 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 für diesen Widerstand einen Draht findet der von Material und Drahtstärke so ausfällt das es 6-11 Windungen ergibt, möglichst viel Oberfläche und möglichst wenig Masse besitzt. Mit Steam Engine kann man schnell verschiedene Drahtsorten und Durchmesser durchtesten…

Bei 0,30er Kanthal wären das 7,5 Windungen auf einer 2 mm dicken Wickelhilfe. Wir bekämen eine Oberfläche von 50 mm2 und eine Drahtmasse von 29 mg: Steam Engine
Bei 0,25er V2A wären es 10 Windungen auf einer 2 mm dicken Wickelhilfe. Wir bekämen eine Oberfläche 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 & Ausglühen den Widerstand messen und einmal gegenrechnen. Nehmen wir an der tatsächliche Widerstand ist 1,05 Ohm. Für die tatsächliche Watt-Leistung bedeutet das:
4,2 Volt * 4,2 Volt : 1,05 Ohm = 17 Watt
Für die tatsächliche 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/Oberfläche. 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 natürlich genauso.
Und auch hier gilt: Je niederohmiger man wickelt umso stärker wirkt sich der Unterschied von nur einer Windung mehr/weniger aus.

Wicklungsgröße

Die Abmaße der Wicklung solltest Du auch noch im Auge behalten, weil sie natürlich 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 abhängig 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 hängt 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 Däumchen) eines voll geladenen LiIon Akkus.
Sobald der Akku aber eine Belastung erfährt 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 größer die Watt-Leistung, desto größer 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 Akkuträgers), aber das ist gar nicht nötig. Eine Wicklung lässt sich nicht 100% genau planen. Am Ende muss man mal was wickeln, es testen, und ggf. korrigieren.
Für die Planung reicht es also die wichtigsten Parameter zu berücksichtigen. Dies sind die Formeln aus den Grundlagen und der Voltdrop des Akkus.

Der Voltdrop beträgt 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 für die Rechnung unserer gewünschten 15 Watt…
4,0 Volt * 4,0 Volt : 15 Watt = 1,07 Ohm
…statt vorher 1,18 Ohm.

Der mAh Wohlstandsbauch

Beim mechanischen Dampfen kann oft nicht die gesamte Kapazität 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. Dafür muss sie möglichst wenig Gewicht (Masse) haben und genug Oberfläche um „zuviel“ Leistung aushalten zu können, ohne dabei gleich komisch zu schmecken. Dafür sind Drill-Wicklungen (neudeutsch „twisted“) aus möglichst dünnen Drähten 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 Kapazität des Akkus abgegeben, es sind dort „die meisten Züge drin“. Unterhalb der Nennspannung fällt die Akkuspannung dann immer rapider ab. Bildlich sieht die Entladung eines Akkus mit 2500 mAh in etwa so aus:

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 hängt aber auch vom Akku ab.

So, Leerlaufspannung nützt 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:

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:

Wenn man bei diesen ~3,5 Volt nun den sweet spot legt, dann hätte man in der ersten Hälfte 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 kräftiger & kürzer ziehen, bei leerem Akku softer und länger.

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 natürlich 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 darüber 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 früher wieder nachladen.

Grau ist sie, die Theorie…

Daher kommt man nicht umhin selbst ein paar Versuche zu starten, damit Akkutyp & Wicklung für das persönliche Befinden harmonieren. Ein bisschen Theorie zu kennen warum/wie/was zusammenhängt schadet allerdings nicht. Es sei denn Dir hängen jetzt ein paar Hirnwindungen zu den Ohren raus, das täte mir leid. 😉

Links & Kommentare