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Elektrowerkzeuge: Vor- und Nachteile der Akku-Technik

Elektrowerkzeuge: Vor- und Nachteile der Akku-Technik
Akku oder Kabel?

Akku-Geräte haben viele Vorteile und bieten eine mit Netzgeräten vergleichbare mobile Power, ohne lästiges Kabel. Aber wie steht es mit der Umweltbilanz und muss es immer Akku sein?

Marian Behaneck

Akku-Werkzeuge werden immer leichter, kompakter und bieten auch ohne Netzanschluss viel Leistung – bei völliger Bewegungsfreiheit auf dem Gerüst, auf der Leiter oder beim Arbeiten über Kopf. Insbesondere leistungsstärkere Geräte mit 18 bis 54 V und einer Speicherkapazität ab 5 Ah stehen in ihrer Leistungsfähigkeit netzgebundenen Geräten kaum nach. Laut Branchenverband ZVEI lag der Anteil der hierzulande verkauften Akku-Werkzeuge am Gesamtumsatz deshalb auch bei über 50 Prozent – Tendenz steigend. Das freut die Hersteller, die durch die Akkus und Ladegeräte mehr verdienen als an Kabelgeräten.

Akkus entscheiden 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 Akkuzellen hintereinander geschaltet werden – zwischen 2,4 (2 Zellen) und 54 Volt (45 Zellen) 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. Aktuell sind das 2 bis 12 Ah und mehr. 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. Mithilfe dieser Kenngröße lassen sich Akkus unterschiedlicher Spannung und Kapazität vergleichen. So hat beispielsweise ein 18-Volt-Akku mit 0,8 Ah den gleichen Energiegehalt wie ein 7,2-Volt-Akku mit 2 Ah, nämlich 14,4 Wattstunden. Neben dem Zusammenspiel von Motor, Getriebe und Elektronik ist sie ein entscheidendes Kriterium 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). Durchgesetzt hat sich die Lithium-Ionen-Technologie, denn Li-Ionen-Akkus verfügen über eine hohe Energiedichte, praktisch keinen Memory-Effekt und nur eine sehr geringe Selbstentladung. In der Praxis bedeutet das: leichtere, kompaktere Geräte bei hoher Voltzahl mit wenigeren, durch einen Akkuwechsel bedingten Zwangspausen, eine problemlosere Handhabung sowie eine längere Lebensdauer.

Worauf achten bei Ladung und Betrieb?

Die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer – und damit auch die „Nachhaltigkeit“ von Akkus hängt weitgehend davon ab, wie man sie behandelt. Aufgeladen werden sollten Li-Ionen-Akkus nur mit den dazugehörigen Ladegeräten. Elektronisch gesteuerte Schnellladegeräte, die kontinuierlich den Ladezustand, die Akkuspannung und die Temperaturentwicklung überwachen und den Ladestrom entsprechend steuern, laden schonend und schnell (ca. 30 Minuten). Eine Abschaltautomatik verhindert eine Überladung und wechselt nach dem Ladevorgang in einen „Erhaltungsmodus“, um den Akku-Ladestand konstant bei 100 Prozent zu halten. Außerdem wird sichergestellt, dass sich der Akku nicht über das Ladegerät entladen kann. Während des Betriebs muss man darauf achten, dass es zu keiner Tiefentladung kommt, was aktuelle, hochwertige Akkuwerkzeuge mit einer Schutzschaltung verhindern. Werden Akku-Geräte über längere Zeit nicht benutzt, geht die darin gespeicherte Energie aufgrund elektrochemischer Vorgänge allmählich verloren. Wie schnell, hängt vom Akkutyp und von der Umgebungstemperatur ab. Bei Li-Ionen-Akkus liegt die Selbstentladung pro Monat bei etwa zwei Prozent. Li-Ionen-Akkus können jederzeit geladen werden, auch wenn sie noch nicht leer sind. Man kann sie auch aus dem Ladegerät nehmen und nutzen, bevor sie voll geladen sind. Allerdings wird dabei der Akku öfter ge- und entladen, was insgesamt die Anzahl möglicher Ladezyklen (siehe unten) reduziert. Auch auf die Betriebstemperatur sollte man achten: Li-Ionen-Akkus arbeiten nur in einem Temperaturbereich zwischen etwa -15 und +50° Celsius einwandfrei. Ist der Akku kälter, weil er etwa während einer Frostnacht im Fahrzeug lag, sollte er vorgewärmt werden – insbesondere, wenn er geladen werden muss. Bei hoher Belastung wird der Akku schnell heiß. Kommen hohe Umgebungstemperaturen hinzu, kann der Akku schnell die obere Leistungsgrenze von +50° Celsius überschreiten. Hochwertige Akkus schalten sich zum Selbstschutz ab einer bestimmten Temperatur (z. B. +80° Celsius) ab.

Wie lagert und entsorgt man Akkus korrekt?

Werden Akkus über längere Zeit nicht benutzt, sollte man sie vom Werkzeug oder Ladegerät trennen, kühl, trocken und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt lagern. Feuchtigkeit und Nässe sollte man am Lagerungsort der Akku-Geräte vermeiden, denn Kriechströme können zur Selbstentladung führen und Korrosion an den Kontakten verursachen. Bei längerer Lagerung sollte man Li-Ion-Akkus zu 40 bis 60 % aufladen – so sind sie bei optimalen 5 bis 15° Celsius über Monate problemlos lagerfähig. Empfohlen wird allerdings ein regelmäßiges Nachladen nach etwa 6 Monaten. Am besten ist jedoch, wenn der Akku regelmäßig benutzt wird. Die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Akkus ist bei regelmäßigen und möglichst vollständigen Lade-/Entladezyklen am höchsten. Wie viele Lade- und Entladezyklen möglich sind, hängt von mehreren Faktoren ab – unter anderem der systembedingten Alterung und natürlich einer sachgerechten Behandlung. Während theoretisch bis zu 1.000 Zyklen und mehr möglich sind, werden in der Praxis meist geringere Zyklen erreicht. Das hat mehrere Gründe: Lade-Entladeverhalten, Nutzungsprofil, Umgebungstemperaturen, Lagerung etc. So kann ein Akku schon nach 500 Zyklen oder früher – und damit, je nach Nutzung, nach 2 bis 3 Jahren – „verbraucht“ sein. Akkus dürfen dann keinesfalls im Müll landen. Sie müssen laut Batteriegesetz (BattG) Herstellern oder Händlern zurückgegeben werden, die zur Rücknahme gesetzlich verpflichtet sind und meist auch einen entsprechenden Service anbieten. Manchmal lassen sich Akkus auch reparieren. Einige Anbieter haben sich darauf spezialisiert (z. B. akkuman.de, akkuplus.de oder akkuwerk.de).

Die Kehrseite der Akku-Technik

Der Preis, den man für mehr Bewegungsfreiheit beim Arbeiten zahlen muss, ist die gegenüber Netzgeräten schlechtere ökonomische und ökologische Bilanz von Akku-Geräten. Das liegt zum Beispiel daran, dass beim Akku-Laden und -Entladen Wärme freigesetzt wird, sodass ein Teil der zum Aufladen aufgewandten Energie ungenutzt als Abwärme verpufft. Das Verhältnis der verwendbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie wird als energetischer Wirkungsgrad bezeichnet. Er liegt bei Li-Ionen-Akkus zwischen 90 und 98 %, das heißt 2 bis 10 % der Ladeenergie geht verloren. Beim kabellosen (induktiven) Laden liegen die Verluste noch höher. Zur Kehrseite der Akku-Technik gehören – neben dem höheren Stromverbrauch gegenüber Kabelgeräten – auch die Probleme bei der Akku-Herstellung, Entsorgung und dem Recycling. So erfolgt der Abbau der Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Mangan häufig unter prekären Bedingungen für die Arbeiter und schafft durch einen hohen Wasserverbrauch, eine Absenkung und Versalzung des Grundwassers regional soziale und ökologische Probleme. Verbrauchte Akkus sind zudem Problemabfälle. Sie enthalten Schwermetalle, die Mensch und Umwelt gefährden. Dennoch landen Akkus immer wieder im Restmüll und belasten dort durch auslaufende Giftstoffe die Umwelt. Achtlos „entsorgte“ Lithium-Akkus können sich zudem selbst entzünden. Abhilfe könnte ein Pfandsystem für Akkus schaffen. Dann ließen sich auch mehr wertvolle Rohstoffe wie Kupfer, Mangan, Nickel, Lithium oder Kobalt recyceln und in den Rohstoffkreislauf zurückführen. Allerdings besteht für die aktuellen Recyclingverfahren noch Optimierungsbedarf in puncto Wirtschaftlichkeit, Energie- und Materialeffizienz. Auch bei der Suche nach umweltfreundlicheren Akku-Technologien gibt es zwar viele vielversprechende Ansätze, aber bisher keine industriell verwertbaren Alternativen.

Fazit: Es muss nicht immer Akku sein

Akku-Geräte haben zweifellos Vorteile – vor allem dort, wo kein Strom vorhanden ist. Das ist in der Werkstatt aber nie und auf Baustellen eher selten der Fall. Bei kleinen Bohr-, Säge- oder Schleifarbeiten immer das Verlängerungskabel herauszuholen, hemmt andererseits die Produktivität, stört bei Überkopfarbeiten und ein vor dem Sägeblatt baumelndes Kabel kann auch gefährlich sein. Aber es gibt auch Nachteile: Akku-Geräte können die von den Herstellern angegebenen Leistungswerte nicht durchgängig halten. Bei extremem Dauereinsatz mit großen Bohrerdurchmessern und harten Materialien wie Harthölzern, Stein oder Beton fällt die Leistungskurve technisch bedingt ab. Bei Dauerbelastung mit hohem Drehmoment können auch aktuelle, leistungsstarke Akku-Geräte mit Netzgeräten nicht Schritt halten. Neben dem begrenzten Durchhaltevermögen stören manchmal auch das zusätzliche Gewicht, die größeren Abmessungen und die geringere Akkuleistung bei großer Kälte, die auch zu Komplettausfällen führen kann. Auch wenn die Ladezeiten mittlerweile mit wenigen Minuten deutlich kürzer sind als früher, so sind sie dennoch lästig. Häufig wird das Aufladen für den nächsten Arbeitstag vergessen. Liegen Akku-Werkzeuge länger unbenutzt herum, sind sie nicht spontan nutzbar und können bei unsachgemäßer Lagerung Schaden nehmen. Je nach Nutzungsverhalten, Akkuqualität und anderen Parametern kann der Akku bereits nach wenigen Jahren kaputt gehen. Akku-Geräte sind deshalb nicht immer die bessere Wahl und Kabelgeräte manchmal sinnvoller, weil sie langlebiger, unempfindlicher und umweltverträglicher sind.


Akku-Knigge

Das sollte man beachten

  • Tiefentladung vermeiden: geht die Leerlaufdrehzahl merklich zurück, Akku unbedingt aufladen. Meist schützt auch eine Automatik.
  • Akkus nicht unnötig erwärmen (Sonnenstrahlung, Heizung etc.), bei großen Minusgraden zunächst auf Betriebstemperatur aufwärmen.
  • Kontakte (Akku, Werkzeug und Ladegerät) sauber halten, beim Säubern etc. Kurzschlüsse vermeiden.
  • Ein/Aus-Schalter bei Nichtbenutzung sofern möglich verriegeln, um versehentliches Einschalten bzw. eine Tiefentladung zu vermeiden.
  • Akku-Geräte möglichst nicht blockieren (Drehmoment-Kupplung aktivieren etc.), denn das verkürzt die Akku-Lebensdauer.
  • Bei Geräten mit zwei Akkus diese im Wechsel benutzen, damit sie „im Training“ bleiben und nicht ihre Speicherfähigkeit einbüßen.
  • Akkus korrekt lagern: aus dem Werkzeug/Ladegerät entfernen und teilgeladen (Li-Ionen: 40–60 %) kühl und trocken lagern.

Weitere Infos/Quellen:*

www.batterieforum-deutschland.de

Kongress, Datenbank, Infoportal

www.gesetze-im-internet.de

Suche: Batteriegesetz

www.grs-batterien.de

Batterien Rücknahmesystem-Portal

www.umweltbundesamt.de

Suche: Akkus

www.werkzeug-news.de

Werkzeug-News und Forum

www.werkzeugforum.de

Infoportal für Werkzkeugprofis

Dispan, J.: Branchenanalyse Elektrowerkzeuge, Hans Böckler Stiftung, Eigenverlag, Düsseldorf 2016, Download:

www.boeckler.de/pdf/p_study_hbs_343.pdf

Umweltbundesamt (Hrsg.): Batterien und Akkus. Das sollten Sie wissen, Eigenverlag, Dessau 2012, Download:

www.umweltbundesamt.de/publikationen/ratgeber-batterien-akkus

Hersteller/Anbieter:*

www.aeg-powertools.eu, www.bosch-pt.de, www.dewalt.de, www.eibenstock.com, www.fein.de, www.festool.de, www.flex-tools.com, www.hilti.de, www.hitachi-powertools.de, www.kress-elektrik.de, www.makita.de, www.metabo.de, www.milwaukee.de, https://www.panasonic-powertools.eu/, www.rems.de, www.rupes.com, www.trotec.de, www.stihl.de, www.wuerth.de

* Ohne Anspruch auf Vollständigkeit


Der Autor

Dipl.-Ing. Marian Behaneck ist freier Journalist mit den Schwerpunkten Software, Hardware und IT im Baubereich.

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