E-Zigaretten: Die technische Seite - wissenschaft.de
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E-Zigaretten: Die technische Seite

E-Zigaretten
Moderne E-Zigaretten sind nicht nur optisch weit von Tabakrauchprodukten entfernt. Sie befriedigen auch tiefe technische Neigungen. (Foto: pixabay, haiberliu)
E-Zigaretten stehen in dem Ruf, die weitaus weniger schädliche Alternative zu herkömmlichen Tabakprodukten zu sein. Doch nicht nur das macht sie interessant, sondern auch die technische Seite, die dahintersteckt.

Auch wenn es medial etwas kleingeredet wird, für viele Raucher ist „Suchtbefriedigung“ nur ein Teil eines großen Ganzen, das sich am besten mit Rauchkultur umschreiben lässt. Da gehören edle Pfeifenstopfer ebenso dazu wie gravierte Zigarettenetuis und Feuerzeuge, die weit mehr sind, als Gas-gefüllte Wegwerfstücke, sondern teils enormen Sammlerwert haben. Keine Frage, das Rauchen hat auch eine starke technisch-kulturelle Anziehungskraft. Und genau das ist es, was auch viele Raucher zur E-Zigarette zieht, neben der Tatsache, dass das „Dampfen“ erwiesenermaßen weit weniger schädlich ist. Denn diese ist noch viel mehr als Spielfeld für das Ausleben einer technischen Neigung geeignet – denn die E-Zigaretten selbst sind faszinierende elektrotechnische Kleinode.

Der grundlegende Aufbau

Wie noch zu lesen sein wird, können E-Zigaretten, oder technisch korrekter, „Verdampfer“, in den höheren Klassen volldigitalisierte kleine Wunderwerke der Technik sein. Doch letzten Endes läuft alles auf ein einfaches Wirkprinzip hinaus: Das der Heizspirale oder des Tauchsieders.

Dabei wird elektrischer Strom durch eine Heizspirale geleitet. Ein Heizwiderstand, der mit einem saugfähigen Material umgeben ist, welches wiederum in einem Tank steckt, welcher mit dem zu verdampfenden Aromastoff gefüllt ist.

In der einfachsten Variante wird dieser Aufbau über einen simplen Ein/Aus-Schalter reguliert, der als Taster ausgeführt ist. Betätigt man diesen, fließt vom Akku Strom durch die Heizspirale. Durch den definierten Widerstand erhitzt sich diese und bringt den im saugfähigen Material steckenden Aromastoff binnen Sekundenbruchteilen auf Verdampfungstemperatur. Der Dampf entsteht, der nun über ein Mundstück („Drip Tip“) angesaugt wird. Nach dem Loslassen des Tasters füllt sich das saugfähige Material aus dem Vorrat des Tanks via Kapillareffekt erneut.

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Das Coil

Herzstück bildet, wie beschrieben, die Heizspirale. Diese wird in der Fachsprache der E-Zigarette als Coil bezeichnet. Sie ist nicht nur wichtigster Garant für die generelle Funktion, sondern basierend darauf häufig notwendigerweise auch als Wegwerf-Objekt konzipiert.

  • Heizspirale
  • Saugfähiges Material („Liquidträger“)
  • Perforierter Metallzylinder

bilden hierbei meist eine austauschbare Einheit, den Verdampferkopf. Sie sind i.d.R. modellspezifisch ausgelegt und als Ersatzteil über den Fachhandel erhältlich. Das liegt daran, dass vor allem das saugfähige Material, welches meist aus Watte besteht, einem gewissen Alterungsprozess unterliegt.

  • Durch Abbrand, welcher entsteht, falls die Watte im Betrieb nicht vollständig mit Liquid durchtränkt ist (zu niedriger Füllstand oder zu langes Betätigen des Tasters, der sogenannte „Dry Hit“)
  • Durch Rückstände zuvor verwendeter Liquids, welche den Geschmack eines neuen Liquids stark verfälschen können
  • Durch thermische Abnutzung der Heizspirale, weil diese nicht unter Sauerstoffabschluss (ungleich etwa zu einer Glühlampe) betrieben wird

Zwar gibt es andere technische Ausführungen, bei den meisten modernen Geräten sitzt jedoch der Verdampferkopf als austauschbares Element im Tank für das Liquid, welcher zwar ebenfalls austauschbar ist, aber am Gerät verbleiben kann. Beim Verdampferkopf selbst unterscheiden sich zwei Haupt-Bauweisen:

  • Fertigverdampfer, bei denen Heizspirale, Trägermaterial und Metallzylinder ein Wegwerf-Bauteil sind
  • Selbstwicklerverdampfer, bei denen die drei Bauteile durch den Benutzer getrennt werden können.

Für letzteres gibt es im Fachhandel wiederum Zubehör, welches das Bauen eigener Verdampfer mit unterschiedlichen Draht-Stärken und Watte ermöglicht, was ein maximal-personalisiertes Dampf-Erlebnis ermöglichen soll.

Subohm und moderat

Viele moderne Dampfgeräte lassen sich, was Spannung und Widerstand anbelangt, durch den Benutzer einstellen. Der Widerstand der Heizwicklung ist hierbei das Element, welches direkte Auswirkungen auf das Dampfverhalten hat.

  • Subohmiges Dampfen. Hier hat die Heizspirale einen vergleichsweise niedrigen Widerstand (<1,5Ω), kann daher mit höheren Spannungen beaufschlagt werden, ohne zu überhitzen und produziert größere Dampfmengen, welche das sogenannte Lungendampfen ermöglichen. Hierbei wird der Dampf ohne den Mund als Zwischenstation (wie etwa beim Zigarettenrauchen) direkt in die Lunge inhaliert.
  • Moderat-ohmiges Dampfen. Dies bewegt sich in einem Widerstandsbereich zwischen 1,5 und 2Ω. Dabei kommt die Backendampf-Technik zum Einsatz, welche deckungsgleich mit der von herkömmlichen Tabakprodukten ist und daher vor allem Tabak-Umsteigern empfohlen wird.

Ersteres benötigt für optimale Funktion einen leistungsfähigeren Akku; moderne Geräte allerdings funktionieren vielfach nach dem „Variable Voltage“-Prinzip (VV), welche ein Einstellen der Spannung und somit beide Dampf-Formen ermöglichen.

Der Akku

Praktisch alle E-Zigaretten werden durch einen Akkumulator mit Energie versorgt. In den überwiegenden Fällen kommt dabei ein Lithium-Ionen-Akku zum Einsatz, welcher durch seine Leistungsdichte und vor allem die weitestgehende Abwesenheit eines Memory-Effekts ein besseres Dampf-Erlebnis beschert.

Hinter unterteilen sich die Funktionsweisen in:

  • Komplett-Akkus, welche ein Bauteil samt Anschlussgewinde ans Gerät darstellen
  • Akkuträger, welche nur eine mit Anschlüssen versehene Hülle für meist zylindrische Akkus darstellen

Bei der Kapazität bewegen sich die meisten Geräte heute im Bereich zwischen 1500 und 3000mAh. Die Aufladung erfolgt heute häufig über eine am Akku bzw. Akkuträger befindliche Anschlussdose im standardisierten USB-Format; wenngleich bei Akkuträgern, die auf AAA- bzw. AA-Format-Akkus setzen, auch externe Ladegeräte Verwendung finden.

Display und Einstellung

Vor allem die Geräte der heutigen vierten Generation sind optisch (teils auch absichtlich) maximal weit von sämtlichen Tabakrauch-Utensilien entfernt. Dazu gehört meistens auch eine Bedieneinheit samt LCD- oder LED-Display, welche als Verbindungsstück zwischen Verdampferkopf/Tank und Akku dient.

Hier befindet sich zum einen der Taster selbst. Zum anderen meistens die Möglichkeit, die Leistung zu regulieren. Bei einfacheren Geräten ohne Display kann dazu die Spannung in Stufen eingestellt werden. Höherwertige Geräte mit Display indes erlauben Feinjustieren der Wattzahl. Dies, um ein genau zu:

  • Coil-Wicklung
  • Widerstand
  • Liquid-Aroma
  • Nikotinmenge
  • Dampfverhalten

passendes Erlebnis zu gewährleisten. Die Einstellung erfolgt in diesem Fall meist stufenlos so, dass der Benutzer eine Wattzahl selbst eingeben kann. Allerdings ist der Nachteil daran, dass es dazu notwendig ist, sich tief in die Einstellungsmöglichkeiten einzulesen. Aus diesem Grund drängen aktuell immer mehr Geräte auf den Markt, bei denen statt der Leistung eine Verdampfungstemperatur einstellbar ist. Das Gerät selbst misst alle elektrischen Parameter und reguliert diese automatisch, sodass unter anderem das Problem des Dry Hits nahezu vollständig eliminiert wird.

An diesem Punkt ist die Schwelle zum digitalisierten Gadget bereits überschritten. Die „Dampfe“ ist nun ein hochtechnisiertes Gerät, welches auch sehr tüftlerische Ambitionen befriedigt und somit weiter von der reinen Suchtbefriedigung entfernt ist, als es selbst eine edle Tabakspfeife sein könnte.

17.10.2018

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