Das Ohmsche Gesetz war nur der Anfang

Nachdem die meisten Dampfer unter uns sich mit dem Ohmschen-Gesetz auseinandergesetzt haben und Ohm, Volt, Strom und Leistung inzwischen keine Feindbilder aus der Schulzeit sind, steht eine neue Herausforderung in den Geschäften, der temperaturkontrollierende geregelte Akkuträger, kurz TC Box genannt. Durch Widerstandsdraht der mit zunehmender Temperatur seinen Widerstand erhöht, kann die Elektronik in den TC Boxen die Temperatur bestimmen und ein Überhitzen der Wicklung verhindern. Sofern alles stimmt und darum geht es hier.


Evolv der Vorreiter

Vorläufer war vor weniger als einem Jahr Evolv, die mit dem DNA 40 einen Chipsatz herausbrachten, der auf den neuen Ni200 Draht abgestimmt war. Da dieser Draht aber einen sehr niedrigen Widerstand hat, wurde nach anderen Drähten gesucht, die auch ihren Widerstand mit zunehmender Temperatur erhöhen und einen höheren Widerstand besitzen. Titan kam als erster Draht nach Ni200 in die VD und ihm folgten weitere Drähte und seit kurzem auch Boxen, die nicht nur auf Ni200 abgestimmt sind.


Der temperaturabhängige Widerstandsdraht

Ein Widerstandsdraht, dessen Widerstand sich bei zunehmender Temperatur ändert, ist ein PTC Widerstand, also ein Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Dieser Temperaturkoeffizient ist quasi ein Multiplikator der mit jedem Grad den Widerstandswert erhöht. Als Starttemperatur ist die Zimmertemperatur von 20 Grad C festgelegt, die man immer von der gewünschten Temperatur bei den Berechnungen abziehen muss. Ni200 hat einen Temperaturkoeffizienten von 0,0062 pro Grad.

Temperaturkontrolle am Beispiel der DNA40 mit Ni200 Draht

Die Elektronik des DNA40 kann von einem bekannten (Kalt)Widerstand und dem aktuellen (Heiß)Widerstand in der Feuerphase die Temperatur errechnen. Dazu wird zuerst der Widerstand der Wicklung bei Raumtemperatur (ein)gemessen. Beim Feuern wird der Widerstand immer wieder ganz schnell und unmerklich gemessen. Wird der für die eingestellte Temperatur errechnete Widerstand erreicht, verringert der DNA40 die Leistung, um die Temperatur möglichst konstant zu halten. Bei einer trockenen Watte kann dies auch eine Leistung unter 1 Watt bedeuten.

Hier ein Beispiel, das man mit dem Online Rechner nachrechnen kann http://www.endmemo.com/physics/resistt.php

Temperaturkoeffizient 0,0062
Original Widerstand 0,2 Ohm
Original Temperatur 20 Grad C
Zieltemperatur 230 Grad C
Zielwiderstand 0.4604

In den Rechner kann man beliebig einen Parameter errechnen lassen. Das sind jetzt nur Zahlen, mag man sagen, aber mit diesen Zahlen kann man noch einiges anfangen.


Unerwartete Probleme

Wenn die Wicklung gut ist und es keine Hotspots gibt, sollte die Regelung auch gut funktionieren und lecker dampfen. Was kann aber der Grund dafür sein, dass ein Verdampfer bei ähnlicher Wicklung und gleicher Einstellung nicht so richtig funktioniert oder sogar kokelt? Es kann am Übergangswiderstand des Verdampfers liegen, der die Messungen durcheinander bringt. Bekannt für einen nicht unerheblichen Übergangswiderstand ist der Kayfun V4, auch wenn das die SM Gemeinde nicht gerne hört. Übergangswiderstände von 0,05 Ohm und mehr sind keine Seltenheit. Auch mit Goldfeder ist dem nicht beizukommen.

Nehmen wir an wir haben einen Übergangswiderstand von 0,05 Ohm und eine Wicklung von 0,15 Ohm, so sollte unsere TC Box 0,2 Ohm messen. Mit diesem Widerstand rechnet jetzt der Chipsatz den zu erwartenden Widerstand für die eingestellte Temperatur von 230 Grad C aus. Den Wert kennen wir schon von oben, 0,4604 Ohm. Bei diesem Wert würde also der Chip die Leistung drosseln. Da aber in den 0,4604 Ohm auch schon der sich nicht ändernde Übergangswiderstand des K4 von 0,05 Ohm mit gemessen würde, hätte die Wicklung zu dem Zeitpunkt nur einen Widerstand von 0,4104 Ohm. Geben wir diesen Wert als Zielwiderstand und 0,15 Ohm als Startwiderstand in den Rechner ein und löschen die Zieltemperatur, so können wir die wirkliche Temperatur der Wicklung errechnen. 300 GradC spuckt der Rechner aus, das würde eine trockene Watte in Flammen aufgehen lassen. 70 Grad C zu viel hätte der Übergangswiderstand bewirkt.


Beheben des unerwarteten Problems

Was könnte man machen um trotzdem bei 230 Grad C zu dampfen? 70 Grad weniger einstellen, könnte man meinen. Also alle Daten in den Rechner und den Zielwiderstand ausrechnen, der für 160 Grad bei 0.3736 Ohm liegt, dann den Übergangswiderstand abziehen und mit den 0,3236 Ohm und einem Startwiderstand von 0,15 Ohm die Temperatur errechnen. Denkste, der Rechner sagt 206,66 Grad C, also 23 Grad zu wenig.

Wie also besser machen? Einfach den Zielwiderstand für eine 0,15 Ohm Wicklung bei 230 Grad ermitteln und den Übergangswiderstand dazurechnen, also 0,3453 + 0,05 = 0,3953 Ohm. Dann den Startwiderstand wieder auf 0,2 Ohm und den Zielwiderstand auf die 0,3953 Ohm einstellen und die Temperatur errechnen lassen. 177,5 Grad C würde eine Runterregelung bei einer Spulentemperatur von 230 ergeben.

Bei Verdampfern, bei denen man einen Übergangswiderstand vermutet, sollte die Temperatur niedriger eingestellt werden. Man kann sich dann immer noch langsam an den optimalen Wert herantasten. Die hier errechneten Ergebnisse müssen nicht die optimale Einstellung bedeuten. Der berühmte Trockentest kann bei der Bewertung helfen, entspricht aber nicht der normalen Nutzung. Schließlich haben wir im Gebrauch immer noch eine Kühlung durch den Luftstrom und das Restliquid. Ist die Einstellung gut gewählt, werden wir das Fehlen von Liquid feststellen bevor die Watte staubtrocken ist. Fehlenden Dampf merkt man.


Andere Drahtsorten in einer Ni200 optimierten Box

Was aber wenn ich einen DNA40 oder einen Kangxin oder Waidea Clone mit einem der anderen Drähte nutzen möchte. Hier erst einmal die Probanden

• 0,00095 = ES 317L
• 0,00105 = ES 304
• 0,00320 = Resistherm NiFe30
• 0,00350 = Titanium
• 0,00620 = Nickel
(die Werte der ES Drähte sind nicht 100% bestätigt)

All diese neuen Drähte haben einen erheblichen Vorteil gegenüber Ni200, sie haben einen größeren Widerstand pro Strecke, sodass man nicht so viele Wicklungen anbringen muss und weniger Platz für die Wicklung braucht oder man weniger Angst haben muss, sie versehentlich mal auf einen normalen AT zuschrauben. Außerdem sind sie formstabiler als Ni200. Leider haben sie aber einen erheblich geringeren Temperaturkoeffizienten. Das muss ausgeglichen werden.

Unsere Box rechnet nur mit Ni200, deshalb müssen wir für unseren neuen Draht erst einmal den Widerstand ermitteln. Gehen wir von einer Titan Wicklung von 0,4 Ohm und unserer gewünschten Zieltemperatur von 230 Grad C aus. Zuerst wird der Titan Zielwiderstand errechnet, also 0,0035 und 0,40 Ohm und 20 Grad und 230 Grad in den Online Rechner eingeben. Das macht dann 0.694 Ohm. Dann wird dieser Wert beibehalten, die Temperatur gelöscht und die Werte für Ni eingegeben, also 0,0062 und 0,4 Ohm. Daraus wird dann die Zieltemperatur errechnet, die man im Mod einstellt. 138,54 Grad C = 280 Grad F. Die Erfahrung hat bei mir gezeigt, dass auch 310-320 GradF wunderbar funktionieren, wenn der VD keinen Übergangswiderstand hat.

Da der Koeffizient für Titan schon mehr als das Dreifache von den ES Drähten beträgt, kann man sich die Berechnung für eine auf Ni200 optimierte Box sparen. Selbst in der niedrigsten Temperatureinstellung von 200 Grad F wird man Kokeln kaum vermeiden können. Resitherm NiFe30 kann aber wie Titan berechnet und genutzt werden.


Boxen für andere Drahtsorten

Inzwischen gibt es neben anderen Drahtsorten auch andere TV Boxen/Stäbchen, bei denen man einen Parameter ändern kann, der dem Temperaturkoeffizienten nachempfunden ist. Bei Dicodes/Pipeline gibt man für Ni200 statt 0,0062 einfach 620 ein. Außerdem gibt es von SXK Vapor Flask, Vapor Shark und Zero Clone mit einer neuen Elektronik, die einen Parameter namens Nickel Purity hat. Das klingt erst einmal nach Nickel-Reinheit, was für unreinen chinesischen Ni200 auch notwendig ist und vom Entwickler auch nur dafür gedacht war, aber in Wirklichkeit ist der Regelbereich ( von 10-100 ) so groß, dass man selbst V2A damit noch sehr gut regeln kann, was der Hersteller nicht wusste . Meist kann man die Nickel Purity auf 11% des Dicodes Wert einstellen. Leider sollen die SXK Boxen den Startwiderstand zu niedrig messen, was eine andere Rechen-Aufgabenstellung wäre.

Alle angegebenen Drahttypen lassen sich auf den Dicodes und SXK Boxen nutzen. Mit der Koeffizienten Einstellung kann man seinen Draht anpassen und braucht keine Änderung an der Temperatur vorzunehmen. Auch Übergangswiderstände der Verdampfer lassen sich damit ausgleichen. Ein User aus dem ECF, TheBloke, hat einen Exel Rechner erstellt, den man für verschiedene Aufgabenstellungen nutzen kann. Man kann damit zB den Messfehler der SXK Boxen in die Nickel Purity umrechnen oder Übergangswiderstände von VDn für Dicodes und SXK umrechnen. Den Exel Rechner kann man runterladen und mit Exel öffnen. Die Bedienung ist einfach ( Erklärung in English )
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1...#gid=1746999688


Notwendigkeit - Verdeutlichung - Erfahrung

Die Berechnungen sind nicht unbedingt notwendig. Man kann auch durch Versuche zu guten Ergebnissen kommen. Vielleicht versteht aber der Ein oder Andere einige Zusammenhänge so besser und weiß dann warum der Verdampfer X eine andere Temperatureinstellung braucht als Verdampfer Y, um zum gleichen guten Ergebnis zu kommen.


Widerstandsmessungen von Boxen

Abschließend noch einige Widerstandsmessungen von Verdampfern, die ich mit: SXK VS, Kangxin VF Mini, Hcigar HB40 DNA40, Waidea VF, FT Ohmmeter und einen Präzisions-Micro-Ohmmeter Keithley 580 durchgeführt habe. Erstaunlich wie ungenau der SXK VS misst. Das FT Ohm Meter brauch wohl eine Wartung des 510 ;)

Atomizer----- SXK------KX M------DNA------Wai------Ohm m-----Keithley 580 Micro-Ohmmeter

FeV Nickel----0.11------0.15------0.15------0.16-----0.09------0.1491

K4 Titan-------0.42------0.48------0.49------0.50------0,44------0.4986

Rose Kant----0,95------1.08------1.04------1.10------1.04------1.0925

Rose2 Kan----1.06------1.20------1.14------1.21------1.17------1.2170

Orchfun ------0.52------0.61------0.59------0.64------0.56------0.6147

Viel Spaß mit den Zahlen und ab un an einen Schluck trinken, es kann trocken werden.

Ergänzung zu Ni200 Drähten

Inzwischen ist bestätigt, dass nicht jeder Ni200 Draht, der uns für unsere TC Mods verkauft wird, auch wirklich den richtigen Temperatur Koeffizienten hat. So wurde zB bei Drähten eines engl. Draht_Fachshops mit einem Temperatur-Koeffizienten ( TCR ) von nur 0,0045 gemessen - statt 0,0062. Das hat natürlich erhebliche Auswirkungen auf das Regelverhalten. Die Temperatur muss deutlich niedriger eingestellt werden - das kann man mit den Online Rechner schnell überprüfen.
Gerade bei Drahtmaterial aus China wäre ich vorsichtig - nicht umsonst hat SXK seinen Boxen den Nickel Purity Parameter verpasst ( ohne zu wissen wofür er auch noch gut ist ). Außerdem lohnt es sich wirklich nicht. Die Preise für Ni200, die ich gesehen habe, sind meist sogar höher als bei Zivipf.

Nochmal ein Nachtrag für Besitzer eines SXK Mods mit Nickel Purity Einstellung und mit oder ohne Ohm-Messfehler.
Übergangswiderstände verringern den effektiven Temperatur-Koeffizienten, weil sich ihr Widerstand nicht ändert. Da die Nickel Purity nicht 100%ig dem Temperatur-Koeffizienten entspricht, kann man mit einem Watte Test die richtige Einstellung finden. Dabei wird dann auch automatisch der Übergangswiderstand des VD berücksichtigt.

Einfach eine schöne Wicklung, ohne Hotspots, mit Watte bestücken, die Temperatur auf 215C/420F stellen und die NP auf 10 für V2A, 62 für Ni ..... einstellen und den Watte-Test beginnen - die Leistung darf ruhig 30W betragen. Bei diesen Werten wird wahrscheinlich noch nichts mit der Watte passieren. Die NP Einstellung wird immer weiter erhöht, bis die Watte braun wird, nicht nur gebräunt. Damit wäre die NP festgelegt.

Um dann den persönlich besten Geschmack einzustellen braucht nur noch die Temperatur verändert zu werden. Es kann auch um 10C/20F höherer Wert als die 215C/420F eingestellt werden. In der Praxis wird bei leichtem Restliquid und Luftzirkulation die Watte nicht anfangen zu kokeln. An der verminderten Dampfleistung wird man sehr schnell feststellen, dass der Tank leer oder die LC zu ist.

Das funktioniert natürlich auch für die Dicodes TC Mods. Sollte der Smok Xcube 2 wirklich funktionieren, so kann man auch so verfahren.

Der zuvor beschriebene Wattetest, erleichtert nicht nur das Auffinden der NP oder Koeffizienten Einstellung, denn in dieser Einstellung werden alle Unbekannten unserer Dampfapparatur berücksichtigt.

Zu den Unbekannten zählen

1. der Übergangswiderstand des VD und der 510 Verbindung
2. der ungewisse PN Einstellung - was entspricht welchem Koeffizienten ( gilt für SXK - gehe davon aus, dass das bei Dicodes linear verläuft )
3. Genauigkeit der Zielwiederstandberechnung und Messung
4. der wirkliche Koeffizient des Drahtes ( denke, dass die Unterschiede erheblich sind. Dicodes hat den oben genannten Koeffizienten für Titan deutlich angehoben. Div. Datenblätter geben immer neue Werte aus )

Zitat von Stefan42 im Beitrag #14

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TheBloke vom ECF hat ein Spreadsheet erstellt mit dem sich der einzustellende NP Faktor sowohl für statische Übergangswiderstände als auch für die Messfehler der SXK Chips berechnen lässt. Hier der Link zum Post mit der Anleitung und dem Download Link für Das Spreadsheet.
TC beyond Ni200: Nickel Purity, Dicodes; Ti, SS, Resistherm NiFe30; Coefficient of Resistance

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Bei Zivipf gibt es in den nächsten Tagen neuen Draht, einen NiFe30, aber nicht von Resitherm. Ich habe zwei Muster gesten mal durchgemessen. Der Widerstand und der Koeffizient sind anders als beim Dicodes Draht ( 0,28mm - 5,5 Ohm/m - 0,0032 )
Als erstes habe ich einen Meter Draht durchgemessen
0.25mm = 4,038 Ohm/m
0.28mm = 3,314 Ohm/m
damit fehlen dem 0,28mm Draht fast 2,2 Ohm/m.

Da meine Temperatur Messgeräte sehr unzuverlässig sind, habe ich den Koeffizienten mit einer noch ungenaueren Methode versucht zu bestimmen. Mit der Nickel Purity Einstellung der SXK Mods - die rund 10% zu hoch ist als der wirkliche Koeffizient. Dazu habe ich einen ganz normalen Trockenwatte Test gemacht. Gestartet habe ich mit NP30 bei eingestellten 420F und habe den Nickel Purity Parameter immer weiter erhöht und mit 40W gefeuert bis sich eine Bräunung der Watte einstellte. Erstaunlicher Weise landete ich bei NP56, also viel höher als bei Resitherms NiFe30. NP56 sollte ungefähr einem Temperatur Koeffizienten von 0,0050 entsprechen. Und wie der Zufall es will, ist mir kurz danach ein Datasheet Book von Kanthal in die Finger gefallen, das ich schon einmal durchforstet hatte auf der Suche nach NiFe30 Drähten. Kanthals NiFe30 Draht heißt Nifethal 70. Der Unterschied zum Resitherm Draht ist das nicht Vorhandensein von beigemengten Stoffen - es ist also eine reine Mischung aus Eisen und Nickel. Leider gibt Kanthal keinen richtigen Koeffizienten an, was auch richtig ist, da selbst die besten Drähte keinen absolut linearen Verlauf über den ganzen Temperaturbereich haben. Kanthal gibt Widerstandsänderungen in Temperaturbereichen an. So zB

- 20C = 1
- 100C = 1,42
- 200C = 1,91

Eine Widerstandsänderung von 1 auf 1,42 Ohm im Bereich von 20C-100C entspricht einem Koeffizienten von 0,0052 und der Anstieg von 1 auf 1,91 Ohm für den Bereich von 20C auf 200C entspricht einem Koeffizienten von 0,005055. Das ist ca der Wert, den ich mit meinem Wattetest ermittelt habe und dazu genauer als ich erhofft hätte - sofern ich wirklich Nifetherm getestet hatte.

Ein weiterer Blick ins Handbuch brachte dann die entgültige Bestätigung. Kanthal gibt natürlich auch den Widerstand pro Meter für jede Drahtstärke an

3,25 Ohm/m für 0,28mm
und
4,07 Ohm/m für 0,25mm

Ich hatte meine Ohmmessungen nur auf plus minus 3mm gemacht und dafür sind meine Ergebnisse sehr sehr nah an den Angaben von Kanthal.

Ich habe meine Erkenntnis Thomas von Zivipf mitgeteilt, der aber nicht geantwortet hat - scheint etwas wortkarg zu sein, zumindest bei Emails.

Und heute habe ich die Wicklung mal auf einem alten FeV Clone getestet ( 0,32 Ohm, 3mm, 0,28mm, 7 oder 8 Wd ), der auf einem Kangxin Mini steckte. Läuft tadellos, schmeckt gut und regelt bei eingestellten 50W ( brauche ich normal nicht ) im Bereich von 350-390F so dass die Leistung auf minimal 33W absinkt. Einvorher gemachter Trockenwatte Test zeigte selbst bei 390F keine Verfärbung der Watte ( zumindest für meine trüben Augen im Dämmerlicht ).

Dank des recht hohen Koeffizienten habe ich keine Bedenken Wicklungen unter 0,2Ohm auf reinen Ni200 Mods zu nutzen, die dann auch noch in kleine VD Kammern passen. Das sind dann nicht mehr als 5-6 Windungen auf einem 2,5mm Kern. Der Widerstand des Drahtes ist immerhin doppelt so hoch, wie ein gleich dicker Ni200 Draht

Der Draht spring beim Wickeln ähnlich Titan und V2A stark zurück, lässt sich aber noch gut verarbeiten. Wenn er nicht so teuer ist, ist er eine gute Alternative.

Interessanter scheint mir noch der Nifetherm 52 von Kanthal zu sein. Sein Widerstand ist wesentlich höher ( 6,98 Ohm/m für 0,28mm statt 3,25 Ohm/m bei Nifetherm70 ) und sein Koeffizient liegt noch etwas über Titan, sodass sensible Boxen wie die Evic ihn auch gut nutzen können.

Wer schmökern will: Nifethal70 Seite 72+73 und Nifethal52 Seite 74+75
http://www.kanthal.com/Global/Downloads/...ENG-2012-01.pdf

Zitat von hansklein im Beitrag #23

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@funkyruebe eine Frage hab ich zur Genauigkeit der Messung von TC Drähten. Bei der Messung wird vom Messgerät auch Strom an den Draht gegeben, oder nicht? Das könnte schon eine kleine Verfälschung zur Folge haben, oder? Dieses wahrscheinlich schon etwas bessere Gerät misst z.b. milliom mit 1 Amp. Da ich mir grad einen Vorsatz für mein Voltmeter zum milliohm messen gebaut hab weiss ich, das der Draht da schon gut heiß wiird wenn ich mit 1 Amp arbeite, werds deshalb testweise mit weniger Amp, denk mal Faktor 10 runter, versuchen.

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