Neue Akkus

Thema Akkus – zum vorerst letzten Mal, versprochen 🙂

Nachdem ich von den neuen weißen “Eneloops” doch ein klein wenig enttäuscht war (wobei deren Kapazität erst noch mit ein paar Ladezyklen anwächst), versuche ich mal die “Eneloop pro” mit 2.500 mAh, was einem Li-Io-Akku in nichts mehr nachsteht, so denn diese Angabe auch der Wahrheit entspricht (90 % der Herstellerangaben sind grundsätzlich erstunken und erlogen und dienen nur der Verkaufsförderung). Als die Akkus heute geliefert wurden, waren sie wie üblich auf 1,3 Volt vorgeladen. Die Zeit, die sie im Ladegerät bis zu 1,5 Volt verbrachten, war aber schon auffallend lang, was sehr für die Richtigkeit der Kapazitätsangabe spricht. Ich bin wirklich gespannt, wie viele Tankfüllungen damit möglich werden. Alles über drei wäre gut.

Dampfen mit AA-Akkus

Es ist faszinierend, denn mein ganzes Dampferwissen wird dieser Tage über den Haufen geworfen. Um zu verstehen, wie ich das meine, muss ich ein klein wenig erklärend ausholen und zwar in einer Sprache, die jeder versteht aber bei der sich Elektrotechniker wohl die Haare raufen. So ist es halt mit allen Fachsprachen, man muss sie in Alltagssprache übersetzen, damit sie auch von Menschen ohne spezielle Ausbildung verstanden werden. Menschen wie mich, der ich über das E-Dampfen hinaus von Elektronik bzw. deren Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten eher eine wabernde Ahnung als ein fundiertes Fachwissen habe.

Beim E-Dampfen wird mit Strom eine Metallwendel erhitzt, die durchzogen oder ummantelt von mit Flüssigkeit getränkter Watte ebendiese Flüssigkeit, das sogenannte Liquid, verdampft. Auch das ist nicht korrekt ausgedrückt, denn es handelt sich hierbei um eine Vernebelung, nicht um ein Verdampfen, etwa das dem kochenden Wasser entspräche. Der Begriff Dampf im Zusammenhang mit Hitze ist aber einleuchtender als Nebel.

Bestimmte Metalllegierungen der Wendel können hierbei bestimmte elektrische Ströme besser oder schlechter umsetzen. Ziel beim E-Dampfen ist eine möglichst effiziente und stromsparende Kombination von eingesetzter Energie und deren Heizwirkung. Je nach Beschaffenheit der Wendel und je nach beabsichtigter Wirkung existiert hier ein Blumenstrauß mannigfaltiger Möglichkeiten und Kombinationen. Somit ist das Folgende nur eine Variante von vielen.

Vorweg ein wenig Interessantes für Nichtdampfer (kein Gendersternchen, es sind auch Frauen und Diverse gemeint *lach*). Das Dampfen begann als Simulation des Tabakrauchs bereits um 1963. Herbert A. Gilbert reichte das erste Patent zur E-Zigarette ein und mehrere ihrer Zeit vorauseilende kluge Köpfe ersannen Weiterentwicklungen seines Patents, doch schlussendlich wurde diese zukunftsweisende Technik in einer Zeit, in der das Tabakrauchen seine Hochkonjunktur erlebte, von den Menschen belächelt, erst recht, da noch keine kleinen Stromspeicher zur Verfügung standen. Die Entwicklung der modernen Akku-Technologie begann erst in den 1980er Jahren mit Verbreitung erster mobilen Kommunikationsgeräte. Die Technik wurde kleiner und effizienter, was neue Akkus erforderte. Erst 2003 griff Hong Lik die Ideen der 60er Jahre wieder auf. Er wollte eine Alternative für seinen kranken exorbitant Tabak rauchenden Vater finden, um dessen Leben zu verlängern, und er erschuf auf diesem Weg den Prototypen des modernen E-Dampfens. 2003 war die Akkutechnologie schon weit fortgeschritten und Lithium-Ionen-Akkus in unterschiedlichen Bauformen boten passende, kleine und leichte Energiespeicher. Von Anfang an wurde beim Dampfen auf die hohe Energiedichte der Lithium-Ionen-Chemie gesetzt.

Ein kurzer Einschub: Du kannst dir Akkus, die es in industrieller Produktion seit Ende des 19. Jahrhunderts gibt, als zwei mit chemischen Substanzen gefüllte Behälter vorstellen, bei deren Zusammenführung Energie entsteht. Ähnlich wie beim Mixen eines exotischen Getränks zeigen die Reaktionen von zwei Flüssigkeiten, sobald sie gegenseitig in Kontakt geraten, mitunter erstaunliche Ergebnisse. Diese Flüssigkeiten wurden im Laufe der Zeit weiter zu gelartigen Substanzen entwickelt, was einen mobilen Umgang mit ihnen gefahrloser werden ließ, als mit giftigen oder ätzenden Flüssigkeiten zu hantieren. Danach wurde die beste reaktive Chemie gesucht und gefunden, um ein Optimum an Energieausbeute zu erzielen. Jede Batterie und jeder Akku besteht auch heute noch aus zwei Kammern, die mit diesen chemischen Substanzen gefüllt sind und durch ein ausgefeiltes empfindliches System miteinander reagieren, um somit Energie zu erzeugen. Batterie- und Akkutechnik sind in erster Linie mehr Chemie als alles andere.

 

Und nun kommt der eingangs erwähnte Unterschied von Verneblung und Verdampfung zum Tragen. Um eine Flüssigkeit tatsächlich zu verdampfen, bedarf es eines ungeheuren Energieaufwandes. Bis kurz vor dem Kochen steigt dieser Energieaufwand linear an, der Übersprung hingegen in einen neuen Zustand, also zum Beispiel Wasser zu Dampf, der beim Kochen entsteht, erfordert nochmal ein enormes Mehr an Energie, gewissermaßen einen Kick, um die Schwelle des flüssigen Zustandes zu einem dampfenden neuen Zustand zu überschreiten. Sieden geht leicht, kochen ist anstrengend. Das Problem Dampf vs. Energie musste also anders gelöst werden.

Aus diesem Grunde verwandte Hong Lik im Jahre 2003 jene unschädlichen Flüssigkeiten, die wir bis heute kennen und nutzen, nämlich eine Mischung aus Prophylenglycol und Glycerin, deren Eigenschaften energiefreundlicher zu einer Vernebelung führen als kochendes Wasser und die in der Folge eben als Liquid bezeichnet wurde. Unter Hinzugabe von Nikotin als 3. Bestandteil des Liquids konnte Herr Lik am Ende das schädliche Rauchen perfekt simulieren, ohne dass dabei die geringste Gefahr für die Gesundheit bestand – im Gegenteil, denn Raucher gesundeten fortan, da ihnen eine Alternative zum Rauch geboten wurde. Hong Lik gebührt ein Nobelpreis für sein Genie, denn durch ihn wurden Millionen Menschenleben gerettet und Abermillionen schlimme Krankheiten vermieden.

Wegen der hohen Energiedichte bei geringer Baugröße war für Hong Lik ein Lithium-Ionen-Akku die ideale Energiequelle. Es musste nur noch die richtige Steuerung dieser Energie gefunden werden. Dafür gibt es zwei Wege: Zum einen eine elektronische Steuerung und zum anderen eine mechanische. Bei letzterer wird die Wicklung aus einer bestimmten Legierung und in der Verarbeitung und Beschaffenheit so gewählt, dass ihr Widerstand von der 3,7 Volt Nennspannung eines Li-Io-Akkus das gewünschte Ergebnis erzielt. Bei diesem mechanischen Dampfen ist gewissermaßen die Wicklung auch gleich der Leistungsregler. Dafür wird mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes das Zusammenspiel der entstehenden elektrischen Kräfte berechnet und geregelt, die dann zu einer passenden Kombination führt.

Bei der elektronischen Regelung übernehmen diese Aufgabe elektronische Bauteile, so dass hierbei das Material und die Beschaffenheit der Windung weit weniger wichtig sind; gesteuert wird die Energie durch einen Chip.

So, jetzt erst beginnt das eigentliche Thema.

Durch den kleinen Verdampfer “Dvarw” mit seinen nur 16 Millimeter Durchmesser gelang ich spielerisch zu immer kleineren Wicklungen, die entsprechend mit weniger Energie befeuert werden können. Beim mechanischen Dampfen ist das nicht möglich, da, wie vorher erwähnt, die Wicklung für die Energiezufuhr sorgt. Würde man eine Mini-Wicklung von 1,5 Millimetern Durchmesser aus Edelstahldraht verwenden, die einen Widerstand von 0,35 Ohm besitzt, so wäre augenblicklich beim Feuern selbst klitschnasse Watte durchgebrannt, da eine solche Wicklung schlagartig den Strom aus dem Akku auf rund 30 Watt Leistung bei 8 Ampere Stärke anfordert. Mechanisch müssen also andere Wicklungen erstellt werden, um ein gutes Dampfen zu ermöglichen. Dafür ging man aber immer von den 3,7 Volt der Nennspannung aus, was zu einigen Möglichkeiten der Wicklung führt aber nicht für die von mir persönlich favorisierte winzige Edelstahlwicklung passt. Beim geregelten elektronischen Dampfen geht das allerdings schon. Die winzige Wicklung im “Dvarw” entfaltet am Besten das Aroma des Liquids und erzeugt eine ideale Menge Dampf bei 5 bis 6 Watt Leistung. So niedrig lassen sich aber leider nicht alle Akkuträger einstellen, so dass die Wahl eines anderen Metalls notwendig wird. Eine Wicklung mit einem ähnlichen Ergebnis wäre zum Beispiel jene aus Kanthaldraht bei 1,4 Ohm Widerstand und 7 Watt Leistung. Die Stromstärke beträgt dann lediglich um 2 Ampere. Das ist mechanisch wie auch elektronisch möglich. Andere geregelte Akkuträger hingegen können prima mit der winzigen Edelstahlwicklung umgehen. Das wiederum bedeutet dann bei ca. 6 Watt und 4 Ampere eine Stromspannung von nur noch ca. 1,5 Volt.

1,5 Volt? Da war doch was …

Herkömmliche Batterien und heute übliche Nickel-Metallhydrd-Akkus (NiMH) in der Baugröße AA besitzen eine Nennspannung von 1,3 Volt. Das ist näher dran an die benötigten 1,5 Volt als die 3,7 Volt der Lithium-Ionen-Akkus. Werden zwei NiMH-Akkus in Reihe geschaltet, liegt man bei 2,6 Volt Nennspannung, was sogar noch Luft nach unten bietet. Warum also nicht mit NiMH-Akkus dampfen? Weil es weltweit keine Akkuträger für deren AA-Baugröße gibt, man hat die Elektronik quasi auf jene 3,7 Volt Spannung in den unterschiedlichen Baugrößen der Lithium-Ionen-Akkus “informell” genormt. Bis – ja, bis Techniker der Firma Joyetech vor wenigen Jahren wohl genau diesen Gedanken hatten und einen Akkuträger namens “BatPack” auf den Mark brachten, der bis jetzt weltweit einzigartig mit normalen AA-Batterien oder NiMH-Akkus betrieben werden kann. Leider wählten sie dafür den schlechtesten aller vorstellbaren Verdampfer aus, der auf dem Stand von vielleicht 2012 nur ein unbefriedigendes Dampferlebnis bietet, ums höflich auszudrücken. Wahrscheinlich deshalb wurde ihr System von den Dampfern nicht angenommen und die Produktion dieses wunderbaren Geräts dann doch wieder eingestellt. Aber die Idee dahinter erkenne ich heute als genial. In Verbindung mit dem Mini-Dvarw-Verdampfer führt der “BatPack” zu einem bisher nicht gekannten Dampferlebnis: 5 oder 6 Watt mit einem auf 1,5 mm sechsmal gewickelten Edelstahldraht von 0,35 Millimetern Stärke bei (die Zahl ist jetzt Zufall) ebenfalls 0,35 aber Ohm, also Widerstand, und einer benötigten Spannung von nur 1,5 Volt führen zum Optimum eines perfekten Geschmacks und zu reichlich Dampf (50/50 Liquid-Mischung) bei einem raschen Ansprechen der Wicklung. Die Akku-Laufzeit ist vergleichbar mit den bekannten 18350er Lithium-Ionen-Akkus, bei guten AA-Akkus sogar deutlich länger. 4 Ampere stellt für AA-Akkus kein Problem dar.

Allerdings lassen sich die AA-Akkus nicht so belasten wie Lithium-Ionen-Akkus, weshalb die elektronische Regelung des “BatPack” auch kaum Alternativen bietet. Irgendwo zwischen 0,5 und 1 Ohm liegt die Grenze, über die hinaus der Akkuträger nicht mehr arbeitet. Er hat ja nur 2,6 Volt zur Verfügung und das Ohmsche Gesetz öffnet da lediglich ein kleines aber feines Fenster an Möglichkeiten. Ich habe die/den “BatPack” mit diversen Wicklungen getestet und dabei trat Erstaunliches zum Vorschein:

Alles jetzt bezogen auf die schon beschriebene winzige Edelstahlwicklung von 1,5 Millimetern Durchmesser. Nimmt man dickeren (0,4 mm) oder dünneren (0,3 mm) Draht leidet das Dampferlebnis. Entweder wird es zu scharf (0,3 mm) oder zu flau (0,4 mm). Bei der letzteren Wicklung regelt der Akkuträger den Strom herunter, so dass die Wicklung kaum noch anspricht, was auch logisch ist, denn das Mehr an Material muss aufheizen, was viel zu viel Energie von den zwei AA-Akkus erfordert. Aber auch bei 0,35 Millimeter dickem Edelstahldraht bestehen zwei Grenzen. Ein nur um 0,05 Ohm höherer oder niedrigerer Widerstand führt stante pede zu einem unbefriedigenden Dampferlebnis, was zu den 0,35 Ohm Widerstand einen Unterschied wie zwischen Tag und Nacht ausmacht. Ausprobiert an drei Modellen. Gestern schrieb ich ja schon, dass ich die Logik dieser elektronischen Regelung nicht vollends verstehe; es wird wahrscheinlich an einer definierten Grenze liegen, die, warum auch immer sie nun genau dort liegt, zum Schutz der Akkus und des Akkuträgers getroffen wurde. Und da sind die 0,35 Ohm das kleine Fenster, das ein Dampfen wie mit großen Wicklungen und Lithium-Ionen-Akkus ermöglicht. Man kann das Teil bei 5 bis 6 Watt* hervorragend restriktiv DL dampfen; MTL sowieso. Es handelt sich bei der “BatPack” um eine der besten E-Dampfen, die ich je in Händen hielt – wie gesagt für mich persönlich bei meiner bevorzugten Art des Dampfens.

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* Es ist ein Schätzwert, da das Gerät nichts anzeigt. Geschätzt, indem ich den Verdampfer auf eine normale E-Dampfe schraubte und das Dampferlebnis verglich. Ausrechnen anhand des Ohmschen Gesetzes lässt sich das leider auch nicht, da niemand weiß, wie die elektronische Regelung programmiert wurde. Die einzige bekannte Leistungsangabe im Handbuch ist die der Ausgangsleistung von 1 bis 8 Watt. 7 oder 8 Watt sind es aber definitiv nicht, da kokeltꞌs schon bei mehreren Vergleichs-Dampfen. Es sind daher 5 oder 6 Watt, die von der Elektronik ausgegeben werden, wahrscheinlich etwas dazwischen. Und das ist bei allen drei Geräten absolut identisch. Ich hatte bisher nicht geglaubt, dass man in diesem niedrigen Leistungsbereich so ein fabelhaftes Dampferlebnis erzeugen kann.