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

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


Inhalt

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

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 tĂŒchtig die Äuglein reiben das der Kram ĂŒberhaupt funktioniert, denn ein gutes Milliohmmeter fĂŒr 30-50 Euro (was AkkutrĂ€ger oft kosten), das wĂ€re ein fantastisch niedriger Preis…

Entsprechend darf man fĂŒr das Geld das ein AkkutrĂ€ger kostet keine PrĂ€zision erwartenund das ist auch EINER der GrĂŒnde warum man der angezeigten Temperatur keinen Glauben schenken sollte. Erwarten kann man aber immerhin eine sehr gute Reproduzierbarkeit von Zug zu Zug, seitens der Elektronik AkkutrĂ€gers – sie macht es immer gleich falsch. 😀

Die Reproduzierbarkeit von Zug zu Zug wird allerdings von etwas anderem gestört, den ÜbergangswiderstĂ€nden. Vom 510er des AkkutrĂ€gers bis zur Wicklung des Verdampfers ist der Weg fĂŒr den Strom mehr oder weniger steinig, weil jeder Kontaktpunkt einen zusĂ€tzlichen Widerstand mit sich bringt. Unangenehm wird es wenn die Kontakte keine stabile Verbindung haben, und fĂŒr immer wieder schwankende WiderstĂ€nde sorgen.
ÜbergangswiderstĂ€nde treten ĂŒberall 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 fĂŒr die Minusseite (1x 510er-Gewinde, 1x Wickeldraht Oberseite, 1x Wickeldraht Unterseite, 1x Polschraubengewinde), und 5 fĂŒr die Plus-Seite. In der Regel mehr, manchmal deutlich mehr.

Schwankende ÜbergangswiderstĂ€nde sind bei TC das grĂ¶ĂŸte Fehlerpotenzial, und sorgen hĂ€ufig dafĂŒr das man die Temperatur immer wieder mal nachjustieren muss.

Guckst du: Vaping-Tools. 🙂

TC QualitÀt und der TCR

FĂŒr einen möglichst stabilen und zuverlĂ€ssigen TC-Betrieb ist es fĂŒr den AkkutrĂ€ger von Vorteil wenn die Wicklung eine möglichst große WiderstandsĂ€nderung auf ihrem Weg zur Zieltemperatur macht.

Messfehler werden dann im VerhĂ€ltnis kleiner, und Änderungen des Widerstands sind fĂŒr den AkkutrĂ€ger deutlicher „sichtbar“.
Auf einem FlugzeugtrĂ€ger 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 AnfĂ€ngen von TC wurde deshalb Draht aus Nickel verwendet, der auf den ersten Blick ideal fĂŒr TC zu sein scheint, eben weil er einen hohen TCR hat. Man hat dabei aber etwas entscheidendes nicht bedacht:

FĂŒr die tatsĂ€chliche „TC-QualitĂ€t“ eines Drahtmaterials darf man nicht nur den TCR-Wert betrachten, denn fĂŒr den interessiert sich die aktive Regelung ĂŒberhaupt nicht. FĂŒr die elektronische Regelung ist wĂ€hrend 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 grĂ¶ĂŸer der dabei resultierende Differenzwert ist, umso weniger wirken sich Ungenauigkeiten aus.

Vergleich von Drahtmaterialien

Wir vergleichen nun DrÀhte die alle auf 200°C aufgeheizt werden. Die DrÀthe 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 prĂ€zise messen mĂŒsste man sehr viele Euros auf den Tisch legen… Davon abgesehen ist es mit den vielen ÜbergangswiderstĂ€nden 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 AkkutrĂ€ger 3x mehr „Auflösung“. Trotzdem sind auch hier die Unterschiede pro °C immer noch so winzig das man sich eine verlĂ€ssliche Temperaturanzeige abschminken muss.

FĂŒr sĂ€mtliche TC-DrĂ€hte gilt: Je weniger Widerstand die Wicklung hat, umso schwieriger ist es eine stabile Temperaturregelung zu bekommen. Besonders der Verdampfer muss dann sehr stabile ÜbergangswiderstĂ€nde haben…

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

Schau in die Dampfer-Tools. 🙂

„Temperatur“, mit Vorsicht zu genießen

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

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

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

Aufgrund dieser UnwĂ€gbarkeit kann man Temperaturen niemals ĂŒbertragen – auch bei scheinbar völlig identischen Setups kann man sich nicht auf die Temperaturanzeige verlassen.

Daher ist es besser keinerlei RatschlĂ€ge 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 GefĂŒhl eingestellt werden:
E-Zigarette richtig einstellen (Watt / Temperatur)

Fazit

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

  • Basiswiderstand „schwammig“, und kann zudem falsch eingemessen werden durch nicht vollstĂ€ndig abgekĂŒhlten Verdampfer.
  • Unklare Angaben zu TCR-Werten.
  • Mehr oder minder große Unterschiede bei scheinbar gleichen Drahtmaterialien, und dadurch Unterschiede beim TCR. Man brĂ€uchte zertifizierte DrĂ€hte bei denen die Legierung genau angegeben ist, und welche Abweichung (Toleranz) vorhanden sein kann.
  • Toleranzen der elektrischen Bauteile im AkkutrĂ€ger. Selbst zwei baugleiche AkkutrĂ€ger messen immer unterschiedliche Werte fĂŒr den gleichen Widerstand (per Zufall mag der Unterschied im Ausnahmefalls gering genug sein).
  • Fehler in der Software des AkkutrĂ€gers.
  • ÜbergangswiderstĂ€nde verfĂ€lschen immer die TCR-Berechnung im AkkutrĂ€ger, auch wenn sie nicht schwanken.
  • Schwankende ÜbergangswiderstĂ€nde (genau erklĂ€rt hier:  TC Dampfen: Probleme, Ursachen & Lösungen).

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