Dampfen mit TC: Warum es ungenau, und oft instabil ist

TC, TemperaturkontrolleIn diesem Beitrag erläutere ich warum TC bei vielen Verdampfern nicht zuverlässig funktioniert, und warum es in der Praxis niemals eine korrekte Temperatur anzeigen kann, außer per Zufall. 🙂


Inhalt

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

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Warum TC oft instabil ist

Dieser Beitrag baut auf den Beitrag TC-Modus Funktionsprinzip auf.

Als Beispielwicklung nehmen wir wieder die 0,5 Ohm Wicklung, aus V2A Edelstahl (= SS 304), und wir möchten eine Temperatur von 200°C erreichen. Der TCR von V2A liegt bei 0,00105. Die Wicklung wird somit bei 200°C einen Widerstand von 0,595 Ohm besitzen:

0.5 * 0.00105 * (200 - 20) + 0.5 = 0,595 Ohm Zielwiderstand

Die Widerstandsdifferenz von kalter (20°C) zu warmer Wicklung (200°C) ist also:
0,595 – 0,5 = 0,095 Ohm.
Man muss es sich auf der Zunge zergehen lassen: 180°C Temperaturerhöhung bilden sich auf einen Bereich von knapp 0,1 Ohm ab, das ist extrem wenig.

Und wenn man ausrechnet (0,095 / 180)  das 1°C nur mikroskopischen 0,000528 Ohm entsprechen (0,528 Milliohm), dann muss man sich schon tüchtig die Äuglein reiben das der Kram überhaupt funktioniert, denn ein gutes Milliohmmeter für 30-50 Euro (was Akkuträger oft kosten), das wäre ein fantastisch niedriger Preis…

Entsprechend darf man für das Geld das ein Akkuträger kostet keine Präzision erwartenund das ist auch EINER der Gründe warum man der angezeigten Temperatur keinen Glauben schenken sollteErwarten kann man aber immerhin eine sehr gute Reproduzierbarkeit von Zug zu Zug, seitens der Elektronik Akkuträgers – sie macht es immer gleich falsch. 😀

Die Reproduzierbarkeit von Zug zu Zug wird allerdings von etwas anderem gestört, den Übergangswiderständen. Vom 510er des Akkuträgers bis zur Wicklung des Verdampfers ist der Weg für den Strom mehr oder weniger steinig, weil jeder Kontaktpunkt einen zusätzlichen Widerstand mit sich bringt. Unangenehm wird es wenn die Kontakte keine stabile Verbindung haben, und für immer wieder schwankende Widerstände sorgen.
Übergangswiderstände treten überall dort auf wo zwei Bauteile einen Kontakt haben, um Strom zu leiten. Beispielsweise am Gewinde des Verdampfers, interne Bauteile des Verdampfers, bis hin zu den Kontaktpunkten der Schrauben welche die Wicklung festhalten. Ein 510er-Verdampfer hat minimal 4 Kontaktpunkte für die Minusseite (1x 510er-Gewinde, 1x Wickeldraht Oberseite, 1x Wickeldraht Unterseite, 1x Polschraubengewinde), und 5 für die Plus-Seite. In der Regel mehr, manchmal deutlich mehr.

Schwankende Übergangswiderstände sind bei TC das größte Fehlerpotenzial, und sorgen häufig dafür das man die Temperatur immer wieder mal nachjustieren muss.

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TC Qualität und der TCR

Für einen möglichst stabilen und zuverlässigen TC-Betrieb ist es für den Akkuträger von Vorteil wenn die Wicklung eine möglichst große Widerstandsänderung auf ihrem Weg zur Zieltemperatur macht.

Messfehler werden dann im Verhältnis kleiner, und Änderungen des Widerstands sind für den Akkuträger deutlicher „sichtbar“.
Auf einem Flugzeugträger wird dem Piloten ja auch nicht mit dem kleinen Finger der Start angezeigt, sondern mit großen Kellen herumgefuchtelt. Ein schlechterer Vergleich ist mir leider gerade nicht eingefallen. 😉

Ein möglichst hoher TCR-Wert ist erstmal ein Vorteil. In den Anfängen von TC wurde deshalb Draht aus Nickel verwendet, der auf den ersten Blick ideal für TC zu sein scheint, eben weil er einen hohen TCR hat. Man hat dabei aber etwas entscheidendes nicht bedacht:

Für die tatsächliche „TC-Qualität“ eines Drahtmaterials darf man nicht nur den TCR-Wert betrachten, denn für den interessiert sich die aktive Regelung überhaupt nicht. Für die elektronische Regelung ist während des Zugs nur eine Frage von Interesse:

Um wieviel Ohm muss der Wicklungswiderstand erhöht werden, damit der Zielwiderstand (und damit die Zieltemperatur) erreicht wird?

Diese Differenz vom Basiswiderstand zum Zielwiderstand bildet sich aus dem TCR und der Multiplikation mit dem Basiswiderstand. Und je größer der dabei resultierende Differenzwert ist, umso weniger wirken sich Ungenauigkeiten aus.

Vergleich von Drahtmaterialien

Wir vergleichen nun Drähte die alle auf 200°C aufgeheizt werden. Die Dräthe sind gleich dick & gleich lang, aber aus unterschiedlichen Materialien:

Nickel, hoher TCR, aber niedriger Basiswiderstand:
0.128*0.00600*(200-20) = 0,1382 Ohm Widerstandserhöhung
1°C = 0,000768 Ohm
Wahnwitzig wenig. Wollte man das präzise messen müsste man sehr viele Euros auf den Tisch legen… Davon abgesehen ist es mit den vielen Übergangswiderständen die in den meisten Verdampfern drin sind sowieso nicht möglich.

V2A Edelstahl, hoher Basiswiderstand, aber niedriger TCR. Trotzdem etwas besser als Nickel:
0.951*0.00102*(200-20) = 0,1746 Ohm Widerstandserhöhung
1°C = 0,000970 Ohm

Titan, eher mittlerer Basiswiderstand & TCR:
0.627*0.00366*(200-20) = 0,4131 Ohm Widerstandserhöhung
1°C = 0,002295 Ohm
Obwohl Titan einen kleineren TCR als Nickel hat, macht es das mit seinem höherem Grundwiderstand mehr als wett und bietet dem Akkuträger 3x mehr „Auflösung“. Trotzdem sind auch hier die Unterschiede pro °C immer noch so winzig das man sich eine verlässliche Temperaturanzeige abschminken muss.

Für sämtliche TC-Drähte gilt: Je weniger Widerstand die Wicklung hat, umso schwieriger ist es eine stabile Temperaturregelung zu bekommen. Besonders der Verdampfer muss dann sehr stabile Übergangswiderstände haben…

Eine tabellarische Übersicht für alle beim Dampfen sinnvoll einsetzbaren Drahtmaterialien findest du hier: Drahtsorten-Überblick: TCR, Ohm, Trägheit, AWG / GA
In der Tabelle gibt es auch einen „TC Score“, an dem man schnell ablesen kann wie gutmütig ein Drahtmaterial im TC-Betrieb ist.

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„Temperatur“, mit Vorsicht zu genießen

In den vorigen Beispielrechnungen wurde klar mit welch geringen Widerstandsänderungen eine große Temperaturbandbreite abgebildet werden muss.

0,5 Ohm Basiswiderstand, versus 0.50525 Ohm bei nicht ganz abgekühltem Verdampfer, ist eine Differenz von lächerlichen 0,00525 Ohm, aber bei der Zieltemperatur schon 12°C Unterschied.

Nun nimm zwei Akkuträger, auch sehr gern baugleiche, und messe mit beiden eine Wicklung die ca. 0,5 Ohm hat. Du wirst mit hoher Wahrscheinlichkeit eine größere Differenz haben, teils erheblich größer. Und da die meisten Akkuträger bis maximal zwei Kommastellen anzeigen kann eine Differenz vorhanden sein, selbst wenn der Wert im Display identisch aussieht…

Aufgrund dieser Unwägbarkeit kann man Temperaturen niemals übertragen – auch bei scheinbar völlig identischen Setups kann man sich nicht auf die Temperaturanzeige verlassen.

Daher ist es besser keinerlei Ratschläge zur „idealen Temperatur“ bei irgendwas zu geben. „240°C“ angezeigte Grad können in einem anderen Setup „160°C“ entsprechen, und real 200°C sein. 😀
Temperatur muss, wie Watt oder Volt, immer nach Gefühl eingestellt werden:
E-Zigarette richtig einstellen (Watt / Temperatur)

Fazit

Zusammengefasst gibt es viele Unwägbarkeiten die es unmöglich machen sich auf die angezeigte Temperatur zu verlassen:

  • Basiswiderstand „schwammig“, und kann zudem falsch eingemessen werden durch nicht vollständig abgekühlten Verdampfer.
  • Unklare Angaben zu TCR-Werten.
  • Mehr oder minder große Unterschiede bei scheinbar gleichen Drahtmaterialien, und dadurch Unterschiede beim TCR. Man bräuchte zertifizierte Drähte bei denen die Legierung genau angegeben ist, und welche Abweichung (Toleranz) vorhanden sein kann.
  • Toleranzen der elektrischen Bauteile im Akkuträger. Selbst zwei baugleiche Akkuträger messen immer unterschiedliche Werte für den gleichen Widerstand (per Zufall mag der Unterschied im Ausnahmefalls gering genug sein).
  • Fehler in der Software des Akkuträgers.
  • Übergangswiderstände verfälschen immer die TCR-Berechnung im Akkuträger, auch wenn sie nicht schwanken.
  • Schwankende Übergangswiderstände (genau erklärt hier:  TC Dampfen: Probleme, Ursachen & Lösungen).

Mehr Beiträge unter dem Schlagwort Temperaturkontrolle.

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Dilbert

Beispiel für Übergangswiderstände:
Ich hab mir ein Aufstatz für zwischen AT und VD gebaut. (Selbstwickler-VD auf Fat Daddy)
Die AT zeigt dadurch 20 Milliohm mehr an. Es sind zusätzlich 6 Übergänge mehr.

Folglich meßt die AT nicht nur den Coil-Widerstand, sondern auch die Übergänge dazischen. Diese können nch meiner Ansicht bis zu 50 Milliohm betragen – je nach Verschmutzng. (ArctiFox läßt eine Korrektur bis zu 100 Miiohm zu.)

Wenn ich mal 20 Milliohm als Übergangswiderstände annehme, dann mißt die AT bei einem Coil-Widerstand von
1 Ohm 2%,
500 Milliohm 4%
100 Milliohm 20% mehr für den Baisiswiderstand, woraus folglich auch der Zielwiderstand höher berchnet wird.

Also, je tiefer man in den Subohm-Keller steigt und je kleiner der TCR-Wert ist, desto schwerer wird eine TC-Regelung und desto mehr Details müssen beachtet werden, damit man nicht die Grenzen des Möglichen überchreitet.

—–
Der Unterschied zwischen TC und Replay ist:
Bei TC wird der Zielwiderstand errechnet.
Bei Replay wird der Zielwiderstand ausprobiert, darum ist der Basiswiderstand und TCR unrelevant.

Das Stichwort liegt bei: Ausprobieren!!
1. Probiert grob im Watt-Modus aus und
2. und macht das Feintuning im TC-Modus

Was die AT anzeigt und was man einstellen kann, sind Anhaltspunkte. Mit einem perfekten Genauigkeitsanspruch macht ihr euch nur das Leben schwer.

Mit 10% Aufwand, erreicht man 90%. Die restlichen 10% bedarfen 90% Aufwand (frei nach Murphy).