Der Unterschied zwischen den unterschiedlichen Kanthal Sorten liegt in der höchsten permanenten Glühtemperatur und im Wiederstandswert. Diese liegt an der leicht unterschiedlichen Zusammensetzung aus Chrom, Aluminium und Eisen.

Bisher habe ich immer „frei nach Schnauze“ oder nach diversen „Online Rechnern“ gewickelt, jetzt wollte ich es aber mal genau wissen und habe mal ein bisschen recherchiert und meine Mathekentnisse wieder ausgegraben. Das Ergebnis will ich euch natürlich nicht vorenthalten (hat mich selber Überrascht) und habe im Folgenden mal die Fakten zusammen getragen, die ich so finden konnte.

Letztendlich kann jeder seine Wicklungen so berechnen wie er das möchte. Das soll hier keine allgemein gültige Anleitung sein sondern ein bisschen den Hintergrund zu Kanthal und den Wicklungen bzw. dem Wickeln damit geben.

Wenn irgendwelche Fehler drin sind oder euch was einfällt was noch dazu kann einfach bei mir melden.

Kanthal (aus Wikipedia)

Kanthal ist die Bezeichnung für eine Handelsmarke mit unterschiedlichen Produkten. 

„Kanthal“ wird häufig als eine in ihrer Zusammensetzung definierte Heizleiterlegierung verstanden, doch trifft dies nur bedingt zu. Eine Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium mit einer Beständigkeit bis 1400 °C wurde zwar bereits 1931 von einem skandinavischen Unternehmen entwickelt. Später wurde sie Teil eines weitgefächerten, auch auf Kupfer und Nickel basierende Heizleiterlegierungen einschließenden Kanthal-Programms für Heizleiter und Heizelemente in Formen, die nicht nur den jeweiligen Schmelz- und Gießofentypen, sondern auch anderen metallurgischen Öfen entsprachen. Besonders verbreitet sind stabförmige Heizelemente (als Silitstäbe bekannt) für metallurgische Herd- und Wannenöfen mit Deckenstrahlheizung (Wärmeabstrahlung auf die Schmelzbadoberfläche).

 

Kanthal D

Kanthal A

Kanthal A-1

max. Arbeitstemperatur  1300°C  1350°C  1400°C
Legierungsbestandteile  Cr 22%, Al 4,8%, Fe Rest  Cr 22%, Al 5,3%, Fe Rest  Cr 22%, Al 5,8%, Fe Rest
Spez. elektrischer Widerstand
bei 20 °C, Ω mm2m-1
 1,35  1,39  1,45

Theorie der Berechnung

Wenn wir davon ausgehen das der Widerstand (R) immer im Verhältnis zur Drahtlänge (l) steht (bei gleichem Material und gleicher Querschnittsfläche) und das der Widerstand (R) immer im Verhältnis zum Querschnitt (frac{1}{A}) (bei gleichem Material und gleicher Drahtlänge) steht kann man schließen: (R sim frac{l}{A})

Um von der Proportionalitätsaussage zu einer Gleichung zu gelangen, führt man eine Proportionalitätskonstante (rho) (gesprochen: „ro“) ein, in deren Größe auch die Eigenschaften des verwendeten Drahtmaterials einfließen:

    \[R = \rho \cdot \frac{l}{A}\]

Die Größe (rho) heißt spezifischer Widerstand und wird in Ohm pro Quadratmillimeter Querschnitt bei 1 Meter Länge angegeben. Diesen Wert können wir aus der Tabelle oben entnehmen.

Wir müssen also die Drahtlänge (l) in Meter angeben und aus dem Durchmesser unseres Drahtes den Flächenquerschnitt (A) in Millimeter berechnen.

Nur der Vollständigkeit halber: Die Berechnung der Fläche eines Kreises erfolgt mit der Formel ( A = (frac{Durchmessr}{2})^2 cdot pi)

Berechnung des Widerstand

Das bedeutet also für einen 0,25er Kanthal A mit 35mm Länge:

    \[0,978166289 \Omega = 1,39 \Omega / mm^2m^-^1 \cdot \frac{0,035 m}{(\frac{0,25 mm}{2})^2 \cdot pi}\]

Bei 35mm Länge kommen wir also auf ca. 1 Ω.

Berechnung der Länge

Im Normalfall wollen wir aber wissen welche Drahtlänge wir brauchen um auf einen gewünschten Ohmwert zu kommen. Dazu müssen wir die Formel umstellen:

    \[ l = A \cdot \frac{R}{rho} \]

Wenn wir also für unseren Kanthal A eine Länge bekommen wollen die 1 Ω entspricht:

    \[ 0,035314666 m = (\frac{0,25 mm}{2})^2}\cdot\pi \cdot \frac{1 \Omega}{1,39 \Omega / mm^2m^-^1} \]

Somit kommen wir wieder auf unsere 35mm aus dem obigen Beispiel. Durch Austauschen des gewünschten Widerstandswert und des spezifischen Widerstand des verwendeten Kathal können wir uns also jede benötigte Drahtlänge für jede Kanthal Sorte berechnen.

Anzahl der Wicklungen

Nachdem wir jetzt die Länge des Widerstandsdraht haben ist die Berechnung der Wicklungen ganz einfach. Es muss nur die Länge des Draht durch den Umfang der Wicklung geteilt werden.

    \[Wicklungen = \frac{l}{Durchmesser \cdot \pi}\]

Angenommen wir wollen ein 2,5 mm Wicklung machen so sieht die Berechnung wie folgt aus:

    \[4,456338407 =\frac{35mm}{2,5mm \cdot \pi}\]

Wir haben also 4 Wicklungen und ein bisschen Rest.

Wichtiger Hinweis

Wichtig ist bei der Berechnung zu berücksichtigen das auch der Draht zur Schraube oder Klemme den gleichen Widerstand hat es sei denn ihr schweißt einen NO-RES Draht an eure Wicklung.

Dampfspulenrechner

Es gibt einige Dampfspulen Rechner die im Internet zu finden sind. Eine ausgesprochen praktische Sache um sich das selber Rechnen zu ersparen. Einen sehr ausführlichen und gut gepflegten Rechner von Kai Hundacker findet ihr auf seiner Seite. Befüllt mit diversen Drähten unterschiedlicher Vertreiber zur Auswahl. Den gibt es mittlerweile auch in verschiedenen Sprachen und sogar als Android App.

Warum ich komplexe Rechner nicht für nötig halte

Wenn man sich die obigen Werte für die Kanthal Drähte und die Angaben der Hersteller ansieht wird man schnell feststellen das sich die Längen der berechneten Spulen selbst zwischen den unterschiedlichen Sorten Kanthal im Ergebnis nur um wenige Millimeter unterscheiden.

Beispiel für ein 0,20er Kanthal für 2,1 Ω:

Kanthal A von Zivipf = 48 mm
Kanthal A-1 von Zivipf = 45 mm
Kanthal D von Dampfdorado, Dreams of Steam, Intaste oder Zivipf = 49 mm
Kanthal D von Electra Pipes = 44 mm

Das ist zwar eine maximale Abweichung von (im Onlinerechner gerundeten) 5 mm, wenn man aber bedenkt das nahezu alle Hersteller eine Abweichung von ± 5% für ihre Produkte angeben, so ist das noch im allgemeinen Toleranzbereich. Wenn man dann noch davon ausgeht das kaum jemand in der Lage ist den Draht millimetergenau in die Aufnahme des Selbstwicklers zu positionieren halte ich das für vernachlässigbar.

Einzig bei der Verwendung von angeschweißtem NO-RES Draht ist nach meiner Meinung diese Genauigkeit zu erreichen und selbst dann können die ± 5% Produktionstoleranz das Ergebnis noch komplett verändern.

Wenn die Widerstandswerte größer werden und / oder dir verwendeten Drähte dicker sind die Unterschiede natürlich deutlich größer und machen dann schon mal ein oder 2 Wicklungen aus, aber auch die Hersteller Toleranz fällt dann deutlicher ins Gewicht.

Nehme ich einen 0,40er Kanthal und will eine 3 Ω Wicklung auf 3mm Durchmesser machen habe ich schnell eine Abweichung von 3 Wicklungen in der Berechnung, je nach verwendeter Sorte und Hersteller, aber bei 280mm Draht sind eben ± 5% Produktionstoleranz auch schon 28mm und damit über 3 Wicklungen.

Wie ich es mache

Es ist eigentlich ganz einfach, ich berechne mir die Länge und (mit meinem Wunschdurchmesser) die Anzahl der Wicklungen. Dann wickle ich eine Windung weniger als Berechnet, das ergibt die Drahtenden die an die Schrauben gehen. Danach wird die fertige Wicklung eingesetzt und gemessen. Meist habe ich nur eine Abweichung von 0,1 Ω bis 0,2 Ω, damit kann ich fast immer leben. Habe ich nach meiner Meinung zu viel Abweichung dann mache ich eine neue Wicklung.

Speziell für meinen Tröpfler habe ich ein Dualcoil mit 0,8 Ω gewickelt, das hat erst im 2. Anlauf funktioniert weil sich bei Dualcoil, und somit 2 Wicklungen, natürlich die Abweichungen der einzelnen Wicklungen auch noch aufaddieren und in dem Widerstandsbereich machen sich 0,2 Ω Abweichung schon deutlich bemerkbar.

Übrigens bevor ich es vergesse: Für den Einsatz in e-Zigaretten ist Kanthal D völlig ausreichend.