Tesla-Trafo mit KFZ-Zündspule

Ein Tesla-Transformator ist ein Gerät zur Erzeugung hochfrequenter Hochspannung, d.h. es wird am Ausgang eine hohe Spannung mit einer Frequenz im Bereich einiger hundert Kilohertz generiert. Nikola Tesla konnte mit ihm als erster extrem hohe Spannungen bis an die 20 Millionen Volt erzeugen. Da die Spannung hochfrequent ist, kann man bei kleineren (!) Teslatrafos die Entladungen direkt auf sich ziehen, durch den Skin-Effekt fließt der Strom an der Hautoberfläche ab und dringt nicht in den Körper ein.

Grundprinzip des Teslatrafos

Das Prinzip des Teslatrafos ist so einfach wie wirkungsvoll: Es werden zwei Schwingkreise aufgebaut, die in ihrer Resonanzfrequenz aufeinander abgestimmt sind. Wird dann der Primärschwingkreis angeregt, wird im Sekundärkreis eine Spannung induziert, die aufgrund der Resonanz extrem hoch werden kann. Im Bild oben bildet der Kondensator C mit der Primärspule Lp den Primärschwingkreis, und die Sekundärspule Ls bildet mit der Kapazität gegenüber Erde den Sekundärschwingkreis.

Die Hochspannungserzeugung erzeugt wie der Name schon sagt eine hohe Spannung, mit der der Kondensator C aufgeladen wird. Ist die Spannung hoch genug, gibt es an der Funkenstrecke einen Überschlag, und der Schwingkreis ist perfekt. Die Schwingungsamplitude wird kleiner, der Überschlag reißt ab und das Spiel beginnt von vorne.

Die Facharbeit

Als Facharbeit fürs Abitur habe ich einen solchen Teslatrafo aufgebaut. Er wird mit 24 Volt Gleichspannung versorgt, die Hochspannung wird mit einer KFZ-Zündspule erzeugt, die von einer Elektronik mit Rechteckimpulsen beaufschlagt wird. Mit den Hochspannungsimpulsen am Ausgang wird dann der Kondensator (besteht aus einer Reihen- und Parallelschaltung mehrerer kleiner Hochspannungskondensatoren, um Spannungsfestigkeit und Kapazität einzuhalten) aufgeladen.

Die Funkenstrecke ist einfach aus zwei großen Sechskantbolzen gefertigt, die im Abstand justiert werden können. Seitlich wird sie von einem Lüfter angeblasen, um die beim Überschlag entstehenden Ionen wegzupusten. Primär- und Sekundärspule sind auf PVC-Rohren aufgewickelt, primär sind es etwa 9 Windungen, sekundär etwa 1200. Die Resonanzfrequenz liegt bei mir etwa bei 1 MHz, was für einen Tesla-Trafo schon sehr hoch ist. Der Trafo erreichte Funkenlängen von etwa 5cm. Mit einer Versorgung durch einen echten Hochspannungstrafo statt der KFZ-Zündspule könnte man sie vermutlich deutlich steigern, aber so bleibt es klein und übersichtlich (und vor allem kann man so noch eher damit spielen !).

Gesamtansicht Tesla-Trafo

Die Gesamtansicht des Teslatrafos. Im Hintergrund ist übrigens mein kleines (?) Elektroniklabor zu sehen, in dem die Elektronik zusammengefrimelt wurde.

Frontplatte

Die Frontplatte. Links sind die Buchsen zur Spannungsversorgung und zum Anschluss der Erde für die Sekundärspule zu sehen, in der Mitte der Hauptschalter und rechts der Taster zum Starten des Rechteckgenerators. Aus Sicherheitsgründen muss zuerst der Hauptschalter eingeschaltet und dann der Taster gedrückt werden, um die Hochspannung einzuschalten. Darüber die LED, die als Betriebsanzeige dient.

Elektronik des Tesla-Trafo

Blick auf die Elektronik. Der Rechteckgenerator ist mit einem NE 555 mit nachfolgender Treiberstufe aufgebaut. Im oberen Teil ist der Kühlkörper zu sehen, der den Haupttreibertransistor und einen Vorwiderstand für die Zündspule trägt.

Zündspule

Die Hochspannung erzeugt eine alte KFZ-Zündspule, die mal irgendwo vom Laster gefallen ist.

Kondensatorbank

Blick auf die Kondensatorbank. Es sind 12 Hochspannungskondensatoren mit je 2,2 nF bei einer Spannungsfestigkeit von 8 kV in Reihe und parallel geschaltet, so dass eine Gesamtkapazität von 1,65 nF bei 32 kV erreicht wird.

Funkenstrecke

Die Funkenstrecke wird seitlich von einem kleinen Lüfter angeblasen, um ständig frische Luft zuzuführen und die Ionen, die sich bei der Entladung bilden, wegzublasen. Vor allem bei Hochleistungsteslatrafos fördert das die Effektivität.

Primärspule

Hier ist die Primärspule zu sehen. Insgesamt hat sie 20 Windungen, von denen aber nur 9 angezapft sind (die Windungszahl wird so eingestellt, dass Sekundärkreis und Primärkreis in Resonanz sind). Innen ist ein Teil der Sekundärspule zu erkennen. Die Kopplung der beiden Spulen ist übrigens ohne Eisenkerne !

Grundplatte

Blick auf die Grundplatte.