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Hochfrequenzapparat (Tesla-Transformator)
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Vor einigen Monaten erstand ich auf einem Flohmarkt wieder einmal ein schwarzes Köfferchen. Es handelt sich um einen sogenannten Hochfrequenzapparat mit ein paar zugehörigen Glaselektroden. Schätzungsweise stammt er aus den 20er oder 30er Jahren des letzten Jahrhunderts (man beachte die Sütterlinschrift und den Ausdruck „Lebenskraft“!).



Vorne rechts befindet sich der eigentliche Apparat, der ziemlich einfach gebaut ist. Er besteht aus einer großen Spule, einem Unterbrecher (einem sog. Wagner’schen Hammer) und einem Kondensator. Letzterer bestand aus einem großen, vollständig mit Wachs überzogenen Päckchen, das offenbar aus zwei Metallfolien gewickelt war und von einem Holzplättchen festgehalten wurde. Beim Auseinanderbauen bleib ein Teil der wächsernen Umhüllung am Holz haften. Dennoch konnte man entziffern daß da einmal “0,08 µF“ und “250 V“ gestanden hatte.





Das Kabel, mit dem das Gerät an die Steckdose angeschlossen wurde, war steif und brüchig geworden, ebenso wie dasjenige, das zu dem Handteil des Apparats führte und mit einem kleinen zweipoligen Stecker dort eingesteckt wurde, wo „Hochfr.“ steht. Hier ist dieses Teil auseinandergenommen.



Worum handelt es sich bei diesem Gerät? Ich habe den Schaltplan nachgezeichnet, er ist denkbar einfach.



Das zugrundeliegende Prinzip ist, daß in einem Schwingkreis ein sehr hochfrequenter Wechselstrom erzeugt wird. Dieser wird dann über einen modifizierten Tesla-Transformator in eine hochfrequente Hochspannung mit sehr niedriger Stromstärke umgewandelt.
L1 ist die Spule des Unterbrechers mit vielen Windungen und einem Ferritkern. Der Schwingkreis besteht aus L2 und dem Kondensator C. Die Spule L2 ist im Handteil des Gerätes untergebracht und hat nur wenige (ich habe 26 gezählt) Windungen. Die Teslaspule L3 (mit sehr vielen Windungen), in der die Hochspannung generiert wird, ist nicht sichtbar unter der isolierenden Wachspapierschicht innerhalb der Spule L2 gelegen und ein Ferritkern fehlt. Übrigens ist von außen nicht erkennbar, wo der andere Pol der Spulenwicklung von L3 endet. Ein Pol ist im Kopf des Handgeräts mit einer Metallbuchse verbunden, in die die Glaselektroden gesteckt werden.

Ich habe den Kondensator durch einen neuen (mit 0,1 µF Kapazität, denn 0,08 µF war nicht zu bekommen) ersetzt und die Kabel ausgetauscht. Dabei musste ich den Originalstecker des Handgerätes opfern und statt dessen zwei Bananenstecker verwenden. Der Anschluss eines Schutzleiters ist bei dem Apparat nicht vorgesehen.





Um das Gerät in Betrieb zu nehmen dreht man den Knopf, unter dem “100-240 V“ steht, langsam von der Nullstellung im Uhrzeigersinn. Nach einer knappen Vierteldrehung beginnt der Unterbrecher zu arbeiten. Hier der Unterbrecher in Aktion:



Die auf dem Bild unten liegende Stellschraube ist mit dem Drehknopf auf der Geräteoberseite verbunden. Beim Drehen stellt sie einen elektrischen Kontakt zum Wagner’schen Hammer her und drückt diesen näher an den Spulenkern. An der kleinen Messingschraube rechts kann die Ausgangsposition und die Schwingfrequenz des Hammers verändert werden. Dreht man sie hinein, nähert sich erstens der Hammerkopf der Stellschraube und zweitens verkürzt sich die Länge und erhöht sich damit die Schwingungsfrequenz des Hammers. Dadurch kann die zugeführte Energie etwas reguliert werden. Beim Zusammenbruch des Spulenfeldes von L1 wird ein Spannungsstoß erzeugt, der sich in einem Funken am Unterbrecher zeigt. Dem Schwingkreis wird dadurch periodisch Energie zugeführt. Durch den hohen induktiven Widerstand von L1 wirkt diese als Drosselspule gegenüber hochfrequenten Schwingungen, während die niederfrequente Netzspannung nur wenig gedrosselt wird. Der Schwingkreis kann sich nicht über die Spule L1 entladen, wohingegen L2 keinen nennenswerten induktiven Widerstand darstellt. Ich habe die Frequenz des Schwingkreises zu 3,25 MHz errechnet. Im Handteil des Gerätes wird die hochfrequente Niederspannung über die Teslaspule L3 hochtransformiert. Die Hochspannung kommt nicht einfach wie bei einem Niederfrequenztransformator durch die unterschiedliche Zahl der Spulenwindungen zustande, sondern auch dadurch, daß die Teslaspule selbst einen Schwingkreis (mit hohem L und sehr kleinem C) darstellt, der mit dem ersten Schwingkreis in Resonanz steht. Durch die Resonanz kommt es zu einer Spannungsüberhöhung. Mein Gerät dürfte Spannungen von einigen zig kV erzeugen.

Durch die hohe Frequenz kommt es trotz der hohen Spannung und nicht unbeträchtlicher Stromstärken im Organismus zu keiner ausgeprägten Elektrolytverschiebung. Die Ionen „wackeln“ quasi nur etwas um ihre Ruhelage. Wenn man die Glaselektroden auf die Haut setzt, verspürt man ein bitzelndes Gefühl und einen Wärmeeffekt, eben wie wenn man elektrisiert wird, und wenn Funken springen, gibt es ein einen kleinen, stechenden Schmerz - das ist aber auch alles.

Nun besitze ich schon seit meiner Teenie-Zeit ein zweites Gerät dieser Art, bei dem leider das Handteil kaputt ist, und das nicht funktioniert. Aber dadurch bin ich im Beitz einer beachtlichen Anzahl von Glaselektroden!



Die allermeisten dieser Elektroden leuchten violett. Hier ein paar Beispiele:









Die Farbe der Gasentladung lässt darauf schließen, daß diese Elektroden mit Argon gefüllt sind. Ich habe versucht, das Spektrum einer solchen Röhre aufzunehmen. Es ist nicht sehr kräftig, aber man erkennt einige typische Argon-Linien:



Das ausgesandte Licht muss einen erklecklichen Anteil langwelliges UV enthalten, denn mit Weißmachern behandelte Stoffe – z.B. Klebeettiketten auf Chemikalienflaschen – leuchten hell auf, wenn in der Nähe eine der Röhren in Betrieb ist.
Eine einzige Röhre – dadurch ausgezeichnet, daß sie mit zwei Metallkappen abgeschlossen ist – leuchtet , wenn sie an den Apparat angeschlossen wird, hell orangefarben. Das Spektrum mit den zahlreichen gelben bis roten sowie zwei grünen Linien ist typisch für Neon:





Daneben sind in meiner Sammlung aber noch zwei Elektroden enthalten, die blauweiß leuchten. Das Spektrum ist schwierig aufzunehmen und schwach. Man erkennt zahlreichen blaue Spektrallinien sowie blasse Banden bei rot und grün. Sieht irgendwie auch wie Argon aus, nur blasser. Aber die Farbe der Gasentladung ist anders. Quecksilberlinien (546 nm) fehlen. Was hier vorliegt weiß ich nicht! Vielleicht kann mir einer von euch helfen?





Außerdem kann man mit der erzeugten Hochspannung natürlich Funken springen lassen, hier zu einer geerdeten Schraube. Die maximale Funkenlänge, die ich erzeugt habe, betrug etwas über 2 cm.



Und wenn man die Funken in ein Metallschälchen überspringen lässt, in dem sich ein paar Tropfen Ethanol befinden, entflammt dieses rasch.



Steckt man eine Schraube in die Kontaktbuchse, so sieht man an deren Spitze eine kleine, büschelförmige Funkenentladung, wie ein Elmsfeuer. Während der ganzen Experimentiererei macht sich ein deutlicher Ozongeruch bemerkbar. Ich habe vor, mit dem Gerät mal die Erzeugung von Ozon durch stille elektrische Entladung zu versuchen.

Hochfrequenzapparate waren einmal populär zur Behandlung aller möglichen Leiden und Körperteile, wovon die abenteuerlich geformten Elektroden Zeugnis ablegen. Noch in den 80er Jahren traf ich auf einer Medizingeräteausstellung einen Mann, der solche Geräte verkaufte. In meiner Sammlung befindet sich eine Elektrode die eindeutig dafür gedacht war, die Augäpfel zu „elektrofrequentieren“ , der Kamm war sicher zur Behandlung der behaarten Kopfhaut gedacht, und andere sind so geformt, daß man sich mit ein wenig Phantasie vorstellen kann, wie sie auf alle möglichen Körperteile aufgesetzt und in alle möglichen Körperöffnungen eingeführt wurden. Wahrscheinlich sind unspezifische Wirkungen auf die Muskulatur, die bei den so zahlreichen Nacken- und Rückenschmerzen Linderung bringen können, durchaus vorhanden. Irgendwelche wissenschaftlichen Studien zur Behandlung definierter Gesundheitsstörungen sind mir nicht bekannt. Auch zu möglichen Risiken und Nebenwirkungen (mein Physiklehrer warnte mich damals als Oberstufenschüler, daß in diesen Glaselektroden Röntgenstrahlung entstehen könne!?) weiß ich nichts sicheres. Nach Internetrecherchen sind solche Geräte unter der Bezeichnung “Violet Wand“ (wegen der violett leuchtenden Gasfüllung) offenbar heute noch als eine Art erotisches Spielzeug in Verwendung. Naja, die Geschmäcker sind verschieden.

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Hallo @lemmi,

ich finde es einfach klasse, was Du so auf Flohmärkten an interessanten wissenschaftlichen Geräten findest und zudem noch wieder reparierst!

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Dieses Teil stammt übrigens aus Berlin!

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Schickes Teil Smile

Kommen die Geräte in der Alternativmedizin immer noch zum Einsatz ?

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Ich hab' von alternativmedizinischen Verwendungen noch nichts mitbekommen

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Sehr schön was du gemacht hast! Die Bilder sind ebenfalls sehr anschaulich geworden!

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Mit freundlichen Grüßen

Sven
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Mich würden zwei Dinge interessieren - vielleicht kann mir jemand weiterhelfen?

1. wie könnte man die erzeugte Hochspannung auf einfachem Wege messen oder wenigstens abschätzen? Ich nehme mal an, daß ein normales Multimeter nicht geht. Kann man die Länge der erzeugten funken irgendwie als Maß für die Spannung nehmen - wenigstens grob?

2. was hat es mit der weiß leuchtenden Röhre auf sich? Was ist da drin?

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2. Auch andere Gase (außer den Edelgasen und H2) sind in Gasentladungsröhren prinzipiell einsetzbar: Sauerstoff, CO2, CO, Methan, Ammoniak oder Gasgemische wie Luft.

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Ich melde mich dann auch mal wieder Embarassed Sorry!

Sieht klasse aus, @lemmi! Die Spule des Unterbrechers sieht aus, als ob der Eisenkern aus einfachen Drähten bestehen würde? Bei Funkeninduktoren wurden früher ja diese grün überzogenen Blumendrähte verwendet, um die Wirbelstromverluste durch die gegenseitige Isolierung möglichst gering zu halten.

Zu 1:

Bei Gleichspannung gilt im Bereich bis ca. 8kV die Regel 1mm/1kV, über 8kV bzw. bei hohen Frequenzen steigt die Schlagweite stärker an. Es gibt Tabellen, in denen Schlagweite zu Spannung angetragen sind, z.B. im Buch "Experimente mit selbstgebauten Influenzmaschinen" oder bei Jochen Kronjägers "Das große Hochspannungs- und Hochfrequenz-Experimentier-Handbuch". Das hängt aber auch von der Elektrodenform ab, Spitzen ermöglichen höhere Schlagweiten.

Messen... Hast Du ein Oszilloskop mit Hochspannungsmesssonde? Solange die Frequenz nicht zu hoch ist sollte das gehen.

Was mich persönlich noch wundert:

"Normale" Teslatransformatoren (SGTC) arbeiten ja mit Spannungen von mehreren tausend Volt im Primärkreis, Dein Hochfrequenzapparat dagegen verwendet normale Netzspannung? Durch den Unterbrecher des Wagner’schen Hammers entstehen zwar kurze Spannungsspitzen durch Selbstinduktion, aber diese liegen ja auch über den Kondensator an und der ist nur bis 250 Volt belastbar. Meines Wissens ist dieses Design jedoch die Urform der Teslaspule.

Gruß Lurtz
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Hallo,

sehr schöne Beschreibung!

Ich hab auch noch so ein Teil hier liegen (allerdings mit weniger Zubehör), wollte ich auch mal restaurieren.

Die Spannung kann man anhand der Funken grob abschätzen ca. 10kV/cm wären das.
Das ist aber von vielen Faktoren abhängig, vor allem des Zustands der Luft und der Elektrodenform.
Für Kugelelektroden bei DC gibts Formeln, bei HF ist das aber nix...


Die Entladungfarbe ist bei Luft auch druckabängig, wenn der druck niedrig genug ist wird die Entladung auch recht blass.

EDIT:
Das Röntgenstrahlung entsteht ist nicht zu befürchten, dafür ist das Vakuum nicht hoch genug in den Röhren die dabei sind, selbst wenn dem so wäre wär die Emmision der Elektroden warscheinlich zu gering um gefährliche Dosen zu erzeugen.
Wenn du eine Gleichrichterröhre aus nem älteren SW Fernseher hast, da die Heizung in betrieb nimmst und der Anode Spannung zuführst könnte zumindest etwas messbares an Strahlung zusammenkommen.

Bild von meinem Kasten:


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Danke für die Antworten! Ein Oszilloskop besitze ich nicht. Aber das mit der Funkenlänge kommt mit einer geschätzten Spannung von ca. 20 kV ja ungefähr hin.

Das mit der Ausgangsspannung ist so eine Sache... wie viel Volt entstehen durch die Selbstinduktion wohl? Der ursrüngliche Kondensator war mit 250 V beschriftet. Ich habe sicherheitshalber einen bis 1000 V eingebaut.
Vielleicht wäre die Hochspannung noch höher, wenn ich nicht den Kondensator verändert hätte: Wie gesagt musste ich 100 nF statt 80 nF nehmen. Das dürfte einen Unterschied in der Hochrequenz ergeben und die Teslaspule ist vielleicht für die ursrüngliche Frqeunz optimiert.

Aber das Ding funktioniert ja doch. Wink

Entsteht Röntgenstrahlung denn erst unterhalb eines bestimmten Drucks? Ich dachte immer, da kommt es auf die "Wucht" an, mit der die Elektronen auf die Metallanode knallen?
Da gibt es noch eine andere Elektrode



Vielleicht gibt die ja Röntgenstrahlen ab...

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Bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung muss der Druck so niedrig sein das die mittlere freie Weglänge so groß ist das sich auf der Beschleunigungsstrecke zwichen den Elektroden keine abbremsenden Stöße zwichen Elektronen und Ionen ereignen. Das ist erst unter 0,01mBar der Fall. Richtig los geht es eigentlich erst wenn man schon unter 10^-3mbar ist.
Solange es also noch hell leuchtet ist man da auf der sicheren Seite, wenn der druck so klein wird das langsam die Glimmentladung verschwindet dann geht man fließend in die Erzeugung von Röntgenstrahlung über.

Ein Geigerzähler sollte eigentlich empfindlich genug reagieren um auch kleine mengen Röntgenstrahlen aufzuspüren.

Zum Kondensator:
Ob die 20nF mehr viel ausmachen glaube ich fast nicht. Der Gütefaktor des Schwingkreis auf der Erregerseite dürfte nicht besonders hoch sein. Soll er auch nicht, sonzt würde man die Anordnung mit dem aufstecken einer größeren oder kleineren Röhre so verstimmen das sie nichtmehr funktioniert. Da würde ich mir daher nicht all zuviel Sorgen machen. Im Zweifelsfall könnte man aber mal mit verschiedenen Kondensatoren herumprobieren.

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Nettes Ding, aber der Name "Teslatrafo" im Titel ist irreführend, gar völlig falsch Wink
Das ist in Funkeninduktor mit Eisenkern, eine Teslspule funktioniert mit hochen Frequenzen ohne Eisenkern
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Du siehst doch das Schaltbild oben, oder?

Der einstellbare Schaltkontakt funktioniert hier gleichzeitig als Funkenstrecke für den Primärkreis als auch als Unterbrecher für den "Funkeninduktor". Das ist eigentlich sehr schlauch gemacht und es ist sehr wohl eine Teslaspule. Für einen Funkeninduktor würde die Sekundärspule fehlen.

Im Ausgangszustand ist der Kontakt des Unterbrechers geschlosssen, es fließt Strom durch L1 und L2 und der Fluss im Kern von L1 steigt bis der Unterbrecherkontakt dadurch geöffnet wird. Die Energie von L1 wir in C1 umgeladen bis die Spannung hoch genug ist den geöffneten Unterbrecherkontakt zu durchschlagen. Nun ist der Primärschwingkreis aus L2 und C1 geschlossen. >>> Teslaspule.

Die Schaltung ist eigentlich genial...

Übigens ist das ende der Spule L3 mit L2 verbunden. Das heist das da Netzspannung anstehen kann, das spürt man bei direkter Berührung auch.

Btw:
Ich hab sowas ähnliches auch als Entladungslampentester und Vakuumprüfer.
Ca. 70er Jahre, da ist der Unterbrecher durch nen Tyristor ersetzt und entläd einen per Kaskade aufgeladenen Kondensator in den Primärkreis einer Teslaspulenanordnung. Die Teslaspule ragt vorne heraus und mit einer Spitze können dann direkt Leuchtstoff und Neonröhren geprüft werden (z.B. Leck oder Rissprüfung von Glasanschmelzungen direkt bei der Herstellung von Leuchtschrift.)
Sozusagen eine der ersten SSTCs.

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wirehead hat Folgendes geschrieben:
Übigens ist das ende der Spule L3 mit L2 verbunden. Das heist das da Netzspannung anstehen kann, das spürt man bei direkter Berührung auch.

Moment mal! Bist Du dir da sicher? Die Spulen können doch wohl nicht in elektrisch leitender Verbindung stehen - dann wäre doch die Transformationswirkung futsch!? Ich kenne Schaltbilder, da ist die Spule L3 an einem Ende geerdet oder an den Schutzleiter angeschlossen, aber nicht an L2. Was in der Art sieht man bei meinem Gerät übrigens auch nicht.

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