Selbstbau einer Tesla-Spule:
Auf dieser Unterseite wird ein weiteres nicht-astronomisches Projekt
vorgestellt, der Selbstbau einer Tesla-Spule.
Der Anstoß zu diesem Thema hatte allerdings entfernt auch etwas
mit Astronomie zu tun, nämlich ein Posting in einem Astro-Board zum
Thema "Antigravitation". Meine Meinung zu solchen Parawissenschaftlichen
Themen ist eher skeptisch, aber trotzdem informierte ich mich im Internet
über einen s.g. "Lifter", der als Beleg für die Antigravitation
herhalten mußte. Dabei stieß ich auf die äußerst
interessante Seite von Harald
Chmela und Richard Smetana. Da mich hohe Spannungen und Blitze immer
schon fasziniert haben, habe ich es nicht fertig gebracht, um dieses Thema
einen weiten Bogen zu machen, zumindest ein neues Projekt war geboren.
Zur Theorie und Historie des Themas möchte ich mich hier nicht
auslassen, da ich das sowieso nicht so gut hinbekommen würde wie die
Beiden oben genannten. Es sei also auf deren Hompage verwiesen (=> Link
im ersten Absatz).
Ich möchte an dieser Stelle
eindringlich darauf hinweisen, daß die bei diesem Aufbau auftretenden
elektrischen Spannungen (besonders die später zur Ansteuerung erzeugte
hohe Gleichspannung) eine ernste gesundheitliche Gefährdung darstellt.
Ein Nachbau, bzw. eigene Versuche auf diesem Gebiet, sollten nur von sachkundigen
Personen durchgeführt werden.
Die Wechsel-Ausgangsspannung
des Zeilentrafos und die eigentliche Teslaspannung sind zwar relativ harmlos,
aber mit hohen Gleichspannungen ist nicht zu spaßen.
Nun zu meinem Projekt:
Da ich schon vor vielen Jahren einen Hochspannungsgenerator aus einem
Fernseh-Hochspannungstrafo gebaut hatte werde ich diesen zur Ansteuerung
der Tesla-Spule benutzen.
Hochspannungsquelle mit TV-Hochspannungstrafo.
Nun zum Bau "meiner" Tesla-Spule:
Die mit Zweikomponenten-Kleber versiegelte Sekundärspule und
die "Topload"-Kugel. Die Spule besteht aus ca. 600Wdg. 0,2mm CuL-Draht
auf einem 40mm PE Abflußrohr. Die Kugel besteht aus einem glücklichen
Zufall, denn ein mir bekannter Dreher hatte diese noch seit seiner Ausbildungszeit
in der Schublade liegen (man muß nur fragen !). Beim Versiegeln kam
die Wickelvorrichtung erneut zum Einsatz. Wärend des Aushärtens
des Klebers wurde die Spule ständig um die Längsachse gedreht,
damit der Kleber nicht der Schwerkraft folgen konnte (ich wollte ja nicht
meine Werkbank versiegeln :-)
Solche Alu Guß-Gehäuse bekommt man im Elektronik-Handel.
Man sieht schon die vier Nylon-Schrauben, zwischen welche die Primärspule
einfach eingesteckt wird. In deren Mitte befindet sich die Bohrung für
die Montage der Sekundärspule. Rechts ist die Funkenstrecke zu sehen.
Die Elektroden bestehen aus Wolfram und werden normalerweise zum Schutzgas-Schweißen
eingesetzt.
Der Spulenkörper ist an beiden Enden mit einem Plexiglas-Deckel
versehen. Der Untere ist allerdings mit drei Nylon-Schrauben befestigt,
da er die Spule und Kugel halten muß. Die oben eingesetzte Schraube
ist innen mit Zweikomponenten-Kleber dick versiegelt, damit sich nicht
die Hauptsache im Inneren abspielt.
Sieht doch schon recht "heiß" aus, aber die Primärspule,
Kondensatoren und Drosselspule fehlen noch.
Jetzt ist die Primärspule dran. Sie besteht aus etwas mehr
als 17 Windungen von 1,5mm^2 Kupferdraht aus der Elektro-Installation.
Der Draht wurde vorher auf einen dünneren Kern gewickelt und dann
vorsichtig auf den endgültigen Spulenträger geschoben, so liegen
die Windungen stramm an ohne aufzufedern. In den Zwischenraum wurde eine
PE-Maurerschnur gewickelt um konstante Abstände zu erhalten. Das Ganze
wurde zum Schluß wieder mit Zweikomponenten-Kleber fixiert.
Bestimmung der Kondensator-Größe:
Bei einer Tesla-Spule ist es wichtig, daß der Primär- und
der Sekundär-Kreis annähernd die gleiche Resonanzfrequenz haben.
Die Resonanzfrequenz des Sekundär-Kreises wird durch die Spule, die
Topload (Kugel) und den Grundkörper (Alu-Gehäuse) bestimmt. Da
man diese Parameter nicht genau berechnen kann und eine Justage im Nachhinein
allenfalls durch ändern der Topload möglich ist, ist es einfacher
den Primärkreis an den Sekundär-Kreis anzupassen. Dazu muß
man die Resonanzfrequenz erstmal messen.
In meinem Fall habe ich den Sekundär-Kreis mit einem Rechteck-Impuls
über einen Widerstand angestoßen und dann mit dem Oszilloskop
die Periodendauer der gedämpften Schwingung gemessen. So ermittelte
ich eine Resonanzfrequenz von etwa 770 kHz.
Messaufbau zur Bestimmung der Sekundär-Resonanz.
Die gedämfte Schwingung des Sekundär-Kreises.
Als Nächstes widerholte ich das Spielchen mit der Primär-Spule
und unterschiedlichen Kondensatoren. Diese können ruhig niedrige Spannungswerte
haben, da bisher nur kleine Signale verwendet werden. Den Widerstand mußte
ich allerdings deutlich niederohmiger machen, da die Primär-Spule
lange nicht so schön ausschwingt. Auf diese Weise kann man den Kondensatorwert
bestimmen, bei der die Resonanzfrequenz etwa richtig ist. Bei mir sind
etwa 2,5nF nötig.
Der Hochspannungskondensator:
Die Beschaffung eines geeigneten Kondensators kann zum Problem werden.
Dieser muß nämlich neben den hohen Spannungen auch die hohen
Spitzenströme aushalten. Außerdem sollte er keine zu hohen Verluste
haben, da er sich sonst zu stark erwärmt. Normalerweise gibt es zwei
Lösungen für das Problem, erstens der Selbstbau eines geeigneten
Kondensators oder zweitens die Kombination vieler kleiner Kondensatoren
zu einer Kondensator-Batterie. Ich hatte mich erstmal für die zweite
Lösung entschieden und einen ganzen Haufen Wickelkondensatoren 15nF/630V
gehortet, welche normalerweise in Netzfiltern eingesetzt werden. Jeweils
zwei dieser Kondensatoren schaltete ich Parallel und zusätzlich zwei
in
Reihe geschaltete 4,7MOhm Widerstände darüber. Von diesen Gruppen
kamen dann 13 Stück in Reihe, mit Anzapfungen zwischen den letzten
vier Gruppen, was eine gewisse Abstimmung ermöglichen sollte. Bei
der Anzapfung hinter der zwölften Gruppe ergeben sich 2,5nF bei 7,5kV.
Das Ganze baute ich auf eine Lochrasterkarte, wobei ich wegen der Abstände
die "leeren" Lötaugen sorgfältig mit einem scharfen Bohrer entfernte
(was mir prompt jeweils eine Blase auf Daumen und Zeigefinger einbrachte).
Nach dem Einbau konnte dann der erste Test erfolgen, wofür ich die
Funkenstrecke erst einmal auf etwa 1mm Abstand einstellte.
Der Test verlief gelinde gesagt "ziemlich ernüchternd". Die Funkenstrecke
zischte zwar giftig, aber eine Tesla-Spannung trat erst garnicht auf. Einige
der Kondensatoren bekamen unter netten Leuchterscheinungen dicke Backen
und hässliche Pickel, außerdem war der auftretende Geruch nicht
gerade angenehm und wohl auch nicht gesundheitsfördernd :-(
Da die Funkenstrecke recht eng eingestellt war und somit keine allzu
hohen Spannungen auftreten sollten nehme ich an, daß die Kondensatoren
entweder die Stromspitzen nicht vertragen haben oder eine zu hohe Verlustleistung
auftrat.
Nach diesen ersten Erfahrungen denke ich über den Selbstbau eines Kondensators aus kupferkaschiertem 1,5mm Epoxy-Leiterplattenmaterial nach. Im Internet wird für Epoxy-GFK eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,4 angegeben. Um Überschläge zu verhindern würde die Kupferschicht am Rand einige mm entfernt, die einzelnen Platten mit Zweikomponentenkleber aufeinander geklebt und der Stapel rundherum mit ebensolchem Kleber vergossen. Nach etwas Rechnerei bin ich der Meinung, daß in einem Packen mit den Maßen 50mm x 40mm x 100mm die 2,5nF unterzubringen wären, ein solcher Block würde auch noch prima ins Gehäuse passen.
9/2005:
Mittlerweile habe ich den Kondensator gebaut. Allerdings habe ich ihn
nicht mit Zweikomponentenkleber vergossen, sondern nur erstmal mit Kabelbindern
zusammen gezurrt. Bei ersten Versuchen wollte der Aufbau aber noch nicht
so richtig laufen, es fehlte einfach die Power. Vermutlich steckt in den
einzelen Überschlägen der hochfrequenten Hochspannung nicht genügend
Energie. Daraufhin habe ich die Spannung des Hochspannungsgenerators mit
dem Zeilentrafo mit einem Gleichrichter aus einem alten Scharz/Weiß-Fernsehgerät
gleichgerichtet und den Teslatransformator damit betrieben. Nun hatte ich
einzelne energiereiche Impulse und ein richtiges Gewitter (allerdings mit
Blitzen dort wo sie nicht hingehören, am Kondensator). Dem Kondensator
habe ich dann ein Bad aus Salatöl spendiert, was wirkungsvoll die
ungewollten Überschläge verhindert => staun! Bei ca 15V Versorgungsspannung
für die Primärspannungsquelle kann ich nun aus dem Teslatrafo
ca. 4cm lange Funken ziehen, so hatte ich mir das vorgestellt.
Hier sei nochmals auf die gesundheitliche
Gefährdung durch die hohe Gleichspannung hingewiesen!
(Siehe auch den Gefahrenhinweis im oberen Bereich dieser Seite).
Hier nun das Schaltbild und ein paar Bilder des jetzigen Aufbaus:
Wenn man das Schaltbild so sieht dann ist ja nicht viel d'ran, aber
der Teufel steckt im Detail.
Foto des ersten vernünftig funktionierenden "fliegenden Aufbaus".
Vorne im schwarzen Kasten sieht man den in Salatöl badenden Kondensator
aus kupferkaschiertem-Epoxy (Rohmaterial für elektronische Printplatten).
Erste Tests mit einer kleinen Leuchtstofflampe.
Für den Anfang nicht schlecht.
Mit Spitzen geht's natürlich weiter :-)
Da ich die Anordnung etwas transportabler gestalten wollte, habe ich erstmal dem Hochspannungskondensator ein geeigneteres Gehäuse spendiert.
Die Einzelteile aus beidseitig kupferkaschiertem 1,5mm Epoxy-Leiterplattenmaterial.
Die
Kupferschicht ist an den Innenseiten des späteren Gehäuses
entfernt.
Der Kondensator mit offenem Deckel, dieser wird später noch
aufgelötet. Die Seitenwände
sind mit 0,5mm starken Messing-Winkeln außen verlötet.
Über die inneren Anschlußdrähte
wurde noch dünner Silikonschlauch geschoben.
Die fertige Konstruktion. Als Öl-Einfüllstutzen dient
eine kleine PG-Verschraubung aus
der Elektroinstallationstechnik.
mail: Reinhard.Lauterbach[at]freenet.de