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Akkuwerkzeuge - Worauf kommt es an?

Akkuwerkzeuge - Worauf kommt es an?
Kabellos, ahnungslos?

Wie viel der Schreiner von der Technik seiner Akkuwerkzeuge versteht, das zeigt sich, sobald er eines kauft. Wozu braucht er 54 Volt? Wozu 12 Amperestunden? Was ist das überhaupt? Und welche Farbe soll das Akkuwerkzeug haben? Ein Überblick.

Jörg Zinsser

Kennen Sie noch das Ohm’sche Gesetz? Macht nichts, kann man googeln. Aber Sie haben es täglich in der Hand, das Gesetz. Es befindet sich im Akku ihres E-Werkzeugs und es macht dort Sachen, die Sie gut finden, und andere, die Sie nicht so gut finden. Es macht die Power, mit der das Akkuwerkzeug die dicksten Schrauben reinballert. Und es macht den Frust, wenn doch zwei Akkus nicht reichen und sie einen dritten bräuchten, geladen aus dem passenden Akkusystem. Aber meistens funktioniert es ja ganz gut im Alltag, man hat seine Lieblingswerkzeuge und mit denen läuft’s. Wozu sich den Kopf zerbrechen? Das meiste, was ein Werkzeug können muss, können die meisten, und warum die Marke wechseln wegen eines Akkus, der jetzt auch noch Bluetooth kann?

Das aber ist das Problem der Hersteller: Wie verkaufen, wenn alle dasselbe verkaufen, nämlich alltagstaugliche Akkuwerkzeuge für Profis, die selten Probleme machen? Der Fortschritt bei der Stromspeicherung kommt ohnehin von außen, von den asiatischen Herstellern der Zellen in den Akkupacks. Die Werkzeughersteller entwickeln immer weniger selbst, Fertigungstiefe kann sich kaum einer mehr leisten. Auf einem engen Terrain mit knappen Margen gilt es, profitabel zu bleiben. Deshalb tüftelt jeder eine Strategie aus, um Kunden zu binden, denn das scheint das Wichtigste zu sein: Hausmarke zu werden. Akkuwerkzeuge wechselt der Handwerker nicht wie Hemden, er ist da eher treu wie beim Zahnarzt. Höchstens, dass er mal etwas Spezielles braucht und ein orangefarbenes Schaf in die blaue Herde aufnimmt.

Werkzeug first – Akku second

Festool zum Beispiel verkauft Praxisideen für Schreiner: Immer neue Details erleichtern immer speziellere Situationen und darin liegt die Anziehungskraft der Marke. Die Akkus sind bei Festool nicht Innovationstreiber, sie sind solider Standard. Mit einer Ausnahme: Die Bluetooth-Funktion, die mit dem Einschalten des Akkuwerkzeugs den Sauger startet, gibt es auch am Akku. Und sie macht diesen IoT-fähig (IoT: »Internet of Things«), d. h. smartphonefähig, also updatefähig. Festool bietet zwei Voltklassen an, 18 V für größere, 10,8 V für handliche Werkzeuge. Werden 36 V benötigt, kommen sie aus zwei hintereinandergeschalteten 18-V-Akkus (Hintereinanderschalten verdoppelt die Spannung, Parallelschalten die Stromstärke).

Die Doppel-Akku-Lösung hat auch den Vorteil, dass man die 36 V ohne Laufzeiteinbuße erhält. Denn beim einzelnen 36-V-Akku erkauft man die Spannungsverdopplung mit Halbierung der Nennkapazität (Ah), da hier einfach die Zellreihen seriell statt parallel geschaltet werden. Zudem hat die Lösung im Festool-Sortiment den Vorteil, dass dem Anwender nicht ein Systembruch zugemutet wird wegen einiger weniger 36-V-Akkuwerkzeuge. Wichtiger ist hier, die vorhandenen 18-V-Akkus nutzen zu können.

Akkuwerkzeuge im Verbund

Anders sieht die Strategie bei Bosch aus: Die Werkzeugsparte des Weltkonzerns ist generalistisch aufgestellt und lebt von der Masse. Viele Branchen werden von Bosch mit Werkzeugen versorgt. Logisch erscheint deshalb auch die neueste Entscheidung des Unternehmens, seine 18-V-Plattform für andere Hersteller zu öffnen und der Cordless-Alliance von Metabo Konkurrenz zu machen. Zum Start sind sieben Partner im Boot, jedoch keine direkten Mitbewerber. Auch bei Metabos CAS macht unter 17 Teilnehmern bisher nur eine klassische »Holzbearbeiter-Marke« mit: Mafell, der als kleinerer Player lieber in die Werkzeuge investiert und sich die Akkuentwicklung spart.

Team Bosch vs. Team Metabo

Was den beim Verbraucher ersehnten Akkustandard betrifft, wird es künftig also »Team Bosch« geben und »Team Metabo« – kein echter Durchbruch auf dem Weg zum Ein-Akku-Paradies. Konkurrenz bleibt Konkurrenz. Parallel zu den blauen Profi-Tools mit den Akkus des »Professional 18V System – powered by Bosch« gibt es für die unter »Bosch Grün« bekannten DIY-Werkzeuge eine eigene Akku-Allianz, die »Power for All Alliance«. Hier sind fünf Partner eingestiegen, darunter der Gartengeräte-Hersteller Gardena.

Boschs Größe erlaubt es dem Unternehmen, Geld in die Hand zu nehmen für proprietäre Akkutechnik, obwohl auch hier die Zellen aus Asien stammen. Bosch selbst hat sich aus wirtschaftlichen Gründen 2018 aus der Batterieforschung verabschiedet. Aber das Zusammenspiel von Akku, Werkzeug und Ladegerät enthält Entwicklungspotential, das Bosch mit eigenem Know-How für seine Akkusysteme auslotet. Die Kommunikation der Komponenten ist immer digital, d. h., sie kann upgedatet werden. Dies ermöglicht z. B. weitgehende Rückwärtskompatibilität neuer Akkus mit älteren Akkuwerkzeugen.

Das Problem der Zellkühlung löst Bosch durch hochdichtes PE, das die Zellen fest umschließt und die Wärme gut nach außen ableitet. Besonders bei dreireihigen Akkupacks ist das nötig, damit die Zellen in der Mitte sich nicht überhitzen. Wenn der Akku sich also außen warm anfühlt, ist das hier ein gutes Zeichen und kein Mangel. Wichtig bei watt-fressenden Anwendungen ist auch die hochstromfähige Energieübertragung von der Akkuzelle zum Motor: Durch dicke Leitungsquerschnitte können viele Elektronen gleichzeitig strömen (Stromstärke), ohne dass durch den Widerstand zu viel Hitze entsteht.

Bürstenlose Motoren – das gilt für alle Hersteller – tragen durch einen höheren Wirkungsgrad zur besseren Ausnutzung der Akkukapazität bei, das bringt mehr Laufzeit pro Ladung. Auch Bluetooth-Technik gibt es bei Bosch: Lademodus und -zustand der Akkus lassen sich per Smartphone und Connectivity-App steuern bzw. überwachen.

Metabo hat schon früh das Akkuthema auf seine Fahnen geschrieben und den Slogan von der kabellosen Baustelle platziert. Kein Zufall also, dass gerade hier die Idee einer herstellerübergreifenden Akkuplattform, eines übergreifenden Akkusystems zuerst verwirklicht wurde.

Akkuwerkzeuge in verschiedenen Klassen

Metabo bietet Akkus von 10,8 bis 36 V an, wobei eine umfangreiche, ergonomische »12-V-Klasse« auffällt. Hier ist zu beachten: die sogenannte Nennspannung ist immer ein Vielfaches von 3,6 V, der üblichen Nennspannung bei Lithiumionen-Akkus. Diese hängt von der Natur der in der Zelle verwendeten Materialien ab und kann nicht beliebig verändert werden. Die sogenannte max. Leerlaufspannung aber, bei voller Ladung, kann darüber liegen. Nahezu alle Hersteller sind dazu übergegangen, diese Spannung statt der Nennspannung zu nennen, manche mit dem Zusatz »max« hinter der Voltzahl, andere ohne den Hinweis. Es ist dieselbe Akkuzellen-Konfiguration. Ein 12-V-Akku ist ein 10,8-V-Akku, ein 40-Volt-Akku ein 36-Volt-Akku mit zehn 3,6-V-Zellen.

Eine echte Weiterentwicklung dagegen sind Akkus mit einer höheren Energiedichte. Bei Metabo heißen sie »LiHD« (für High Density), Bosch nennt sie »ProCore«. Dahinter steckt der Umstieg auf eine neue Zellengeneration, die von den Lieferanten (z. B. Panasonic, LG Chem, Samsung, Sony) angeboten werden. Ihre Bezeichnung lautet 21700 (21 mm dick, 70 mm lang), die vorige Generation hieß 18650. Die größeren Zellen enthalten bis zu 30 Prozent mehr Energie (sprich: geladene Teilchen) und ermöglichen dadurch kleinere Akkupacks: man kann bei vergleichbarer Leistung eine ganze Zellenreihe weglassen – das Akkuwerkzeug wird enorm kompakt. Auf solchen Zellen bauen auch Metabos CAS-Akkus auf.

Mafell, als einer der 17 CAS-Beteiligten, hat die Stromversorgung seiner Akkuwerkzeuge ausgelagert und fokussiert seine Arbeit auf die Geräte: Bekannt ist der Hersteller hauptsächlich für extrem robuste Sägen für die Holzbearbeitung. Daneben verdient das Unternehmen sein Geld auch als OEM-Zulieferer mit der Produktion von Motoren und Komponenten für Elektrowerkzeuge unterschiedlicher Branchen.

Gelassenheit beim Klassiker

Auch Fein ist eines der Unternehmen, die an Fertigungstiefe festhalten und die Kontrolle über ihre Qualität nicht aus der Hand geben: Motoren und Getriebe stellt der traditionsreiche Erfinder des ersten Elektrowerkzeuges selbst her und hat sich damit seinen exzellenten Ruf bewahrt, vor allem in der Metallindustrie. Beim Höher-schneller-weiter der Akkutechnik und der Akkuwerkzeuge hält sich Fein vornehm zurück und bietet nur »12-V«- und 18-V-Serien an, sowie einen hochstromfähigen »High-Power-Akku«: 18 V mit 5,2 Ah für hohe Drehzahlstabilität unter Last.

Akkuwerkzeug-Weltmeister und doch Neustarter

Der japanische Generalist Makita wirbt damit, dass mit seinen 18-V-Akkus 320 Akkuwerkzeuge betrieben werden können – ein Weltrekord, den der Hersteller ins Zentrum seiner Werbung stellt. Allerdings sind in dieser Zahl auch Gartengeräte und sonstige Stromverbraucher enthalten, von der Heizjacke über die Schubkarre bis zur Kaffeemaschine. Makitas Produktneuheit zum Herbst 2020 ist ein Akku mit der Bezeichnung XGT (neXt Generation Technology). Es handelt sich um Akkus mit 40 V Maximal-, also 36 V Nennspannung. Damit steigt Makita teilweise auf die neue Zellengeneration 21700 um. Der Akku BL 4025 besitzt nach Herstellerangaben 10 Zellen 18650 mit 2,5 Ah Kapazität, der Akku BL 4040 enthält zehn Zellen der Sorte 21700 mit 4,0 Ah.

Viel Spannung, wenig Ausdauer, wie überhaupt das eine auf Kosten des anderen geht, was sich aus der Verknüpfung von Spannung und Stromstärke ergibt: Leistung (Watt) ist Spannung (Volt) mal Stromstärke (Ampere). Ein Sprinter läuft schnell, ein Marathonläufer lange; einen Marathon-Sprint schafft bisher noch keiner. Makita verspricht den schnellen Aufbau eines großen Geräteangebots für die neuen Akkus. Zum Start gibt es zunächst Schlagschrauber und Winkelschleifer als Klassiker der Akkuwerkzeuge.

Variable Schaltung der Zellreihen

Die Schaltung der Zellen in einem Akkupack hat ihre eigene Nomenklatur: Die Bezeichnung 5S3P (5 seriell, 3 parallel) steht für einen Akkupack mit drei Reihen à fünf Zellen. Das wäre z. B. ein 18-V-Akku mit mittlerer Kapazität. Zwei oder vier Reihen würden weniger oder mehr Amperestunden liefern.

Mit der Schaltung der Zellen hat auch DeWalt experimentiert und bietet als Spezialität des Hauses das »XR-Flexvolt-System« an: 54 V ist die Spannung des Akkus, also dreimal 18 V anstatt nur zweimal wie bei den 36-V-Systemen. Eigentlich ist er ein 18-V-Akku, und man kann mit ihm auch 18-V-Maschinen betreiben. Wird er jedoch an ein 54-V-Werkzeug angeschlossen, erhöht er automatisch die Spannung, indem er seine drei Reihen à fünf Zellen in Serie schaltet statt parallel. Die Spannung verdreifacht sich, die Kapazität wird gedrittelt, von 6,0 Ah auf 2,0 Ah. Das ist zwar auch nicht die Quadratur des Kreises, hat aber den Charme, dass der 54-V-Akku die 54-V und 18-V-Werkzeuge bedient.

Kompakte 18-V-Akkus können allerdings keine 54-V-Werkzeuge antreiben. Dem Ausdauerproblem begegnet DeWalt dadurch, dass z. B. die große Paneelsäge mit zwei 54-V-Akkus arbeitet. Und wenn das noch nicht reicht, lässt sich die Maschine per Netzadapter betreiben.

Auch Hikoki setzt auf Akkus, die zwei Spannungen liefern können: Multivolt-Technik heißt das bei dem japanischen Hersteller, der früher Hitachi hieß und heute zum gleichen Mutterkonzern (Koki Holdings) gehört wie Metabo. Anders als bei DeWalt werden die 18 V hier aber nicht verdreifacht, sondern nur verdoppelt. Zwei Zellreihen werden bei Bedarf in Serie geschaltet. Bedarf heißt: Der Akku hängt an einem 36-V-Gerät. Er erkennt dies und liefert doppelte Spannung bei halber Ausdauer. Auch hier können vorhandene 18-V-Werkzeuge mit dem Multivolt-Akku betrieben werden, auch hier ist ein Netzadapter verfügbar.

Die Roten vom Rohbau

Und dann gibt es Hilti, die roten Brummer aus Liechtenstein. Hilti beackert im Wesentlichen das Baugewerbe und setzt sich von der Konkurrenz, außer durch die Robustheit seiner Maschinen, durch einen Direktvertrieb ab. Reisende Verkaufsberater halten Kontakt zum Kunden, unterstützt durch einen Telefonservice, einen Online-Shop und eigene Ladengeschäfte, die Hilti-Stores. Eine Besonderheit ist das Hilti-Flottenmanagement: Die Kunden können ihren Gerätepark zu einem monatlichen Fixpreis mieten, inklusive Reparatur und Wartung.

Am Sortiment seiner Akkuwerkzeuge spart Hilti nicht: Es gibt vier Klassen mit den Bezeichnungen 12V, 14V, 22V und 36V – auch hier wird mit den Spannungsbezeichnungen locker umgegangen. Jedenfalls gibt es zu jeder Maschine leistungsmäßig und ergonomisch passende Akkus, vom kompakten Bohrschrauber mit »12 V« bis zum schweren Meißelhammer mit 36 V und 9,0 Ah. Zum Kundenservice gehört hier übrigens ein Ladegerät für alte Nickel-Akkus von Geräten, die noch in Betrieb sind, aber nicht mehr hergestellt werden, und es gibt ein Akku-Diagnose-Gerät, mit dem man bei großen Flotten rasch den Zustand aller Akkus durchchecken kann.

Schließlich ist da noch Milwaukee, ebenfalls rot, dieselbe Farbsymbolik: satte Kraft für harte Männer. Filigran geht anders. Auch Milwaukee ist eine Baumarke, hier geht es mehr um Wände und Rohre als um Bretter. Milwaukee bietet Akkuwerkzeuge mit 12, 14, 18 und 28 V an – ein Beispiel dafür, dass Kraftentfaltung nicht unbedingt 36 Volt erfordert. Die stärkste Geräteklasse »MX Fuel« definiert sich nicht über die Spannung, sondern über die Energietankgröße der Akkus von 216 Wh bzw. 432 Wh.

In der 18-V-Klasse sind 165 Akkuwerkzeuge am Start. Bei 12 V sind es 80. Auch Milwaukee setzt bei neuen Akkus auf die 21700-Zellen. Der Hersteller ist in Europa als reine Profimarke unterwegs, das DIY-Segment für Heimwerker und Semi-Profis bedient er über die Marke AEG, die ebenfalls zur chinesischen Unternehmensgruppe Techtronic Industries (TTI) gehört. Die AEG-Geräte sind hinsichtlich Qualität und Ausstattung profitauglich und werden auch im Profi-Fachhandel angeboten, daneben aber auch – anders als Milwaukee – im Baumarkt.

Lithium ist ein nervöser Stoff

Zum Schluss zu einem Feature, das bei allen Herstellern hervorgehoben wird: der Überladungs- und Tiefentladungsschutz bzw. das Batteriemanagement. Dies ist bei Lithiumionen-Akkus zwingend erforderlich, weil sie sich sonst entzünden oder irreparabel geschädigt werden können. Entsprechende Werbeaussagen kann man also herauskürzen, herstellerübergreifend. Jeder muss das können. Lithium ist der leichteste Feststoff überhaupt. Reines Lithium muss unter Luftabschluss gelagert werden, weil es extrem reagiert, selbst mit dem Wasser in der Luft. In Akkus ist das Lithium zwar chemisch gebunden und die Hülle der Zellen hält einiges aus, dennoch ist ein Restrisiko der Preis dafür, dass Lithium die höchste Spannung erzeugt, die mit dieser Art von Elektrochemie zu erzielen ist.

Die Forschung arbeitet zwar an Alternativen, bei denen der Elektrolyt (googeln) nicht flüssig ist, kämpft aber mit Detailproblemen, sodass kurzfristig nicht mit einem Fortschrittsschub zu rechnen ist. Die Lithiumionen-Akkus werden uns also noch eine Weile erhalten bleiben, und bis dahin darf man die Sicherheitshinweise der Hersteller getrost ernst nehmen. Schließlich sollte der Akku höchstens einmal zum Garantiefall werden und nicht – selten, aber möglich – zu einem Fall für die Feuerwehr.

Mehr Infos dazu: https://www.dds-online.de/technik/maschinen-anlagen/ist-der-akku-kompatibel/

Hintergrundinfos zu CAS: https://www.cordless-alliance-system.de/

 

 


Ach So!

Elektrotechnik

Spannung in Volt (V) mal Stromstärke
in Ampere (A) =
Leistung in Watt (W).

Entscheidend ist die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Zellen und die Hochstromfestigkeit des Akkupacks!

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