Akku statt langer Leitung

Akkubetriebene Werkzeuge werden immer beliebter. Sie sind klein, leicht, kompakt und bieten dank moderner Akkutechnik auch ohne Netzanschluss Kraft und Ausdauer bei völliger Bewegungsfreiheit. Ob auf dem Gerüst in großer Höhe oder beim Arbeiten über Kopf – kein Kabel stört beim Arbeiten. Ohne einen Akku-Bohrschrauber betritt heute kaum noch ein Handwerker die Baustelle. Dank moderner Akku-Technik sind aus den einst schwachbrüstigen Heimwerkergeräten für den gelegentlichen Gebrauch leistungsfähige und ausdauernde Profiwerkzeuge geworden. Insbesondere Geräte mit höherer Voltzahl ab 18 Volt stehen in ihrer Leistungsfähigkeit den netzgebundenen Verwandten kaum nach. Auch die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten steigt: Neben den populären Akku-Bohrschraubern kommen zunehmend auch Akku-Stichsägen, Bohrhämmer, Winkelschleifer oder spezielle Geräte wie Akku-Rohrbieger oder Nutfräsen auf der Baustelle zum Einsatz. Entsprechend dynamisch steigen die Verkaufszahlen. Hatten Mitte der 80er-Jahre Akkuwerkzeuge einen Anteil von gerade mal 2 bis 3 % an der Gesamtmenge der weltweit produzierten Elek­trowerkzeuge, so liegt er derzeit bei rund 50 % – mit steigender Tendenz.

Akkutechnik entscheidet über Leistung

Akkumulatoren (kurz: Akkus) sind wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie. Sie bestehen aus mehreren in Reihe geschalteten einzelnen Zellen und bestimmen im Wesentlichen die Leistungsfähigkeit von Akkuwerkzeugen. Zu den wichtigsten Parametern zählt die in Volt (V) gemessene Spannung des Akkus, die – je nachdem wie viele Zellen hintereinander geschaltet werden – zwischen 2,4 und 36 Volt liegt. Ein weiteres wichtiges Leistungskriterium ist die Kapazität – quasi das Speichervermögen des Akkus. Sie wird in Amperestunden (Ah) angegeben und definiert, wie viel Strom, gemessen in Ampere (A), der Akku pro Stunde liefern kann. Üblicherweise sind das 1 bis 3Ah. Wie groß die im Akku gespeicherte Energiemenge ist, gibt schließlich die dritte wichtige Kenngröße an: Multipliziert man die Akku-Spannung (Volt, V) und Kapazität (Amperestunden, Ah) miteinander, erhält man die Einheit Wattstunde (Wh). Sie definiert die elektrische Energie, die ein Akku pro Stunde liefert und ermöglicht einen Vergleich von Akkus unterschiedlicher Spannung und Kapazität. Neben dem Zusammenspiel von Motor, Getriebe und Elektronik ist sie entscheidend für die Leistung eines Akku-Werkzeugs.

Je nachdem aus welchen Materialien die Akku-Elektroden bestehen, unterscheidet man zwischen Nickel-Cadmium- (NiCd), Nickel-Metallhydrid- (NiMH) und den Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion). Die älteren NiCd-Akkus sind robust und preiswert, haben aber den Nachteil, dass ihre Energiedichte, gemessen in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg), relativ gering ist. Das macht sie voluminös und schwer. Außerdem neigen sie wie alle Ni-Akkus zur Selbstentladung und insbesondere zu einem temporären oder bleibenden Kapazitätsverlust (Memory-Effekt), wenn sie wiederholt nur teilentladen bzw. teilgeladen werden.

Anwendungs- und umweltfreundlicher – weil ohne Schwermetalle – sind Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH). Sie verfügen über eine höhere Energiedichte und sind die preisgünstigere Alternative zur aktuellen Lithium-Ionen-Technologie. Gegenüber Zellen auf Nickelbasis verfügen Li-Ion-Akkus über eine doppelte bis dreifache Energiedichte, eine sehr geringe Selbstentladung und keinen Memory-Effekt. In der Praxis bedeutet das leichtere, kompaktere Geräte bei hoher Voltzahl mit weniger durch ­einen Akkuwechsel bedingten Zwangspausen, eine problemlosere Handhabung sowie eine längere Lebensdauer. Der Akku entlädt sich kaum selbst und kann im Gegensatz zu Ni-Akkus in jedem Ladezustand nachgeladen werden, ohne seine Leistungsfähigkeit einzubüßen. Aufgrund niedriger Betriebsspannungen stellt eine Berührung der Akku-Pole übrigens keine Gefahr dar. Allerdings können durch Verschmutzung, Beschädigung oder Oxidation der elektrischen Kontakte bedingte Übergangsverluste zu einer unzulässigen Erwärmung, Kurzschlüsse sogar zu einer Explosion des Akkus führen. Bei qualitativ hochwertigen Geräten sind mechanische Kurzschlüsse durch verdeckte Kontaktplatten und Explosionen durch Sicherheitsventile jedoch praktisch ausgeschlossen.

Akku-Knigge: Ladung und Betrieb

Jeder Akku-Typ hat andere Eigenschaften, die beim Laden, Betreiben und Lagern beachtet werden müssen. Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Akkus sind nämlich weitgehend davon abhängig, wie sie behandelt werden. Insbesondere Ni-Akkus haben da so ihre Eigenarten. Aufgeladen werden NiCd und NiMh-Akkus mit praktisch baugleichen Ladegeräten. Bei „dummen“ Ladegeräten mit konstanten Ladeströmen kann sich der Ladevorgang über mehrere Stunden (5–14 Std.) hinziehen. Billige Lader schalten den ­Ladevorgang außerdem zu spät ab, was die Akku-Lebensdauer verkürzt. Nur hochwertige, elektronisch gesteuerte Schnellladegeräte, die kontinuierlich den Ladezustand, die Akkuspannung und die Temperaturentwicklung überwachen und den Ladestrom entsprechend steuern, schonen die Akkus und ermöglichen kurze Ladezeiten (10–30 Min.). Während des Betriebs geben Akkus die gespeicherte elektrische Energie langsam ab. Dabei muss man die sogenannte Tief- und Selbstentladung sowie die Betriebstemperatur beachten. Zwar müssen insbesondere NiCd-Akkus zunächst nahezu vollständig entladen werden, bevor man sie lädt, damit kein Memory-Effekt entsteht. Gleichzeitig muss man aber darauf achten, dass es zu keiner Tiefentladung kommt, d.h. ein bestimmter Spannungswert nicht unterschritten wird. Das kann zu irreparablen Akkuschäden führen. Als Faustregel gilt: Sobald der Motor im Leerlauf an Drehzahl verliert, muss der Akku an die Steckdose.

Hochwertige Akkuwerkzeuge beugen einer Tiefentladung mit einer Schutzschaltung vor. Doch selbst wenn Akkus nicht benutzt werden, geht die darin gespeicherte Energie aufgrund elektrochemischer Vorgänge verloren. Wie schnell, hängt zum einen vom Akkutyp, zum anderen von der Umgebungstemperatur ab. Je höher die Temperatur, desto schneller die Selbstentladung – und umgekehrt. Während sich Ni-Akkus mit etwa 1 % pro Tag relativ schnell selbst entladen, ist bei Li-Ion-Akkus nur mit einer etwa zweiprozentigen Selbstentladung pro Monat zu rechnen. Das ist in der Praxis ein entscheidender Vorteil, denn was nützt ein Akkuwerkzeug, das genau dann entladen ist, wenn man es gerade dringend braucht? Akkus arbeiten nur in einem Temperaturbereich zwischen etwa –20 (NiCd) bzw. –10 (NiMH und Li-Ion) und +50°C einwandfrei. Ist der Akku kälter, weil er etwa über Nacht im Fahrzeug lag, sollte er vorgewärmt werden. Wie lange ein Akku hält, sprich: wie viele Lade- und Entladezyklen möglich sind, hängt von mehreren Faktoren ab – unter anderem der systembedingten Alterung und natürlich der sachgerechten Behandlung durch den Nutzer.

Während theoretisch bis zu 3000 Zyklen möglich sind, werden in der Praxis nur mehrere hundert Zyklen erreicht, sodass ein Akku nach durchschnittlich 2–3 Jahren verbraucht ist. Dieser und ein weiterer Nachteil ist der Preis, den man für mehr Bewegungsfreiheit beim Arbeiten zahlen muss: Unter dem Ökonomie-, Ökologie- und Nachhaltigkeitsaspekt schneiden Akkuwerkzeuge gegenüber Werkzeugen mit Netzkabel deutlich schlechter ab. Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird nämlich Wärme freigesetzt, wodurch ein Teil der zum Aufladen aufgewendeten Energie verloren geht. Das Verhältnis der entnehmbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie wird als Ladewirkungsgrad bezeichnet. Er liegt bei Ni-Geräten lediglich bei 70 %, bei Li-Ion-Werkzeugen immerhin bei 90 %, das heißt, 30 % bzw. 10 % der Ladeenergie gehen verloren.

Lagerung und Entsorgung

Werden Akkus über längere Zeit nicht benutzt, sollte man sie aus dem Werkzeug oder Ladegerät entfernen und kühl und trocken lagern. Während NiCd-Akkus im entladenen Zustand mehrere Jahre gelagert werden können, sind NiMH-Akkus etwas anspruchsvoller. Sie sollten zuvor voll oder teilweise geladen werden und etwa vierteljährlich eine Ladungsauffrischung erhalten. Li-Ion-Akkus sollte man zu 60–70 % aufladen – so sind sie bei optimalen 5–15°C etwa zwei Jahre problemlos lagerfähig. Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Akkus sind allerdings generell dann am höchsten, wenn der Akku regelmäßig benutzt wird. Nicht vergessen sollte man den Umweltaspekt: Die in anderen Bereichen (Unterhaltungselektronik, Telekommunika­tion etc.) inzwischen verbotenen NiCd-Akkus müssen kontrolliert recycelt werden, weil sie relativ große Mengen des hochgiftigen Schwermetalls Cadmium enthalten. Verbrauchte Akkus dürfen keinesfalls im Müll landen. Sie müssen laut Batteriegesetz (BattG) Herstellern und Händlern zurückgegeben werden, die zur Rücknahme und fachgerechten Wiederverwertung/Beseitigung gesetzlich verpflichtet sind.

Fazit

Lithium-Ionen-Akkus gehört die Zukunft. Nahezu alle Elektrowerkzeug-Hersteller bieten mittlerweile Akku-Modelle, teilweise sogar mehrere Modellreihen parallel – entsprechend schwierig ist die Auswahl. Einen Ausschnitt des aktuellen Marktangebots an Akku-Bohr-/Schlagbohrschraubern gibt der nebenstehende Produktvergleich wieder. Auch das Angebot an Spezialwerkzeugen (Rohrbieger, Pressen, Nutfräsen, Kernbohrer, Schleifer, Rührwerke etc.) ist mittlerweile beachtlich. Für die unterschiedlichen Einsatzprofile offeriert der Markt vier relevante Volt-Klassen: 10,8- und 12-V-Geräte sind dann sinnvoll, wenn es auf ein geringes Gewicht und kompakte Abmessungen ankommt. Das größte Sortiment an Profigeräten findet man in der 14,4- und 18-V-Klasse. Diese Geräte sind leistungsfähig genug, um den täglichen Anforderungen eines Baustellenalltags zu genügen. An der Leistungsspitze stehen 36-V-Geräte. Sie bieten Kraft und Ausdauer und müssen auch den Vergleich mit Netzgeräten nicht scheuen.

Dennoch haben Akkugeräte ihre Grenzen: Immer dann, wenn viel Leistung und ein hohes Drehmoment im Dauerbetrieb abverlangt wird, sind Geräte mit Netzanschluss sinnvoller. Die wichtigste Frage bei der Kaufentscheidung lautet: Für welche Anwendungen wird das Akku-Gerät benötigt? Geräte mit hoher Voltzahl und hohem Drehmoment sind gefordert, wenn man häufig Löcher mit großem Durchmesser bohrt oder dicke und lange Schrauben verwendet. Akku-Geräte mit hoher Kapazität werden gebraucht, wenn man mit einer Akkuladung möglichst viele Löcher bohren und viele Schrauben eindrehen muss.

Wer also ein Akku-Werkzeug kauft, sollte vorher genau überlegen, ob Kraft oder Ausdauer gefragt sind. Dann fällt die Auswahl leichter. Wichtig sind aber auch praktische Aspekte wie die Ladedauer, die Austauschbarkeit von Akkus innerhalb einer Baureihe, wenn mehrere Akkuwerkzeuge im Einsatz sind, oder der Serviceumfang des Herstellers/Händlers. Aus ökologischen, aber auch aus praktischen Gründen sollte man heute nur noch zu Li-Ion-Geräten greifen. Sie belasten die Umwelt weniger und sind dank geringer Selbstentladung immer einsatzbereit, wenn man sie braucht.

Akku-Praxistipps

Akkus versehen dann einwandfrei ihren Dienst, wenn man folgende Regeln beachtet:

Ni-Akkus vor dem Laden zuerst entladen, um einen Memory-Effekt zu vermeiden. Keine Zwischenladungen!

Tiefentladung vermeiden: Geht die Leerlaufdrehzahl merklich zurück, Akku unbedingt aufladen.

Akkus nicht unnötig erwärmen (Sonnenstrahlung, Heizung etc.), bei hohen Minusgraden zunächst auf Betriebstemperatur aufwärmen.

Kontakte (Akku, Werkzeug und Ladegerät) sauber halten, beim Säubern etc. Kurzschlüsse unbedingt vermeiden.

Ein/Aus-Schalter bei Nichtbenutzung sofern möglich verriegeln, um versehentliches Einschalten bzw. eine Tiefentladung zu vermeiden.

Akku-Gerät möglichst nicht blockieren (Drehmoment-Kupplung aktivieren etc.), denn das verkürzt die Akku-Lebensdauer.

Bei Geräten mit zwei Akkus diese im Wechsel benutzen, damit sie nicht ihre Speicherfähigkeit einbüßen.

Akkus korrekt lagern: aus dem Werkzeug/Ladegerät entfernen und ungeladen (NiCd), geladen (NiMH) bzw. teilgeladen (Li-Ion) kühl und trocken lagern.

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Dipl.-Ing. Marian Behaneck war viele Jahre lang in Dokumentation, Marketing und PR der Bausoftware-Branche tätig. Er ist Fachautor zahlreicher Publikationen zu Hardware, Software und IT im Baubereich; 76751 Jockgrim, ­behaneck@gmx.de