SGTC nach 10 Jahren endlich mal fertigstellen

[oberflaeche]

Am 03.06.2007 habe ich mit dem Bau einer SGTC begonnen, ohne diese zu beenden.
Jetzt möchte ich dieses Projekt wieder aufnehmen. Die meisten Bauteile dafür sind noch vorhanden, haben aber teilweise unter der langen Lagerung sehr gelitten.
Grundlage der Planung war damals diese, heute noch existierende Website:

http://tesladownunder.com/tesla_coil_6inch.htm

Was damals geschah:

Sekundärspule:
Spulenkörper vorbereiten:
Das KG-Rohr (PVC - U - Rohr 160 x 4) habe ich mit der Drehmaschine auf 835 mm Länge gebracht.
Links im Bild, am Spannfutter, wird das Rohr über einen Kunststoffkegel zentriert.
Auf der anderen Seite ist bereits eine Abschlussplatte mit Mittelloch eingeklebt.
Hier wird normal über die Zentrierspitze zentriert.
Das Rohr habe ich auf hoher Drehzahl mit 30 mm breitem Gewebeband Korn 240 vorgeschliffen, den Nachschliff dann mit Schleifpapier Korn 320 erledigt.

[ externes Bild ]
Vorbereitung des Sekundärspulenkörpers auf der Drehmaschine

Die Abschlussplatten aus 12 mm starkem PVC im Durchmesser 152 mm habe ich mit dem Kreisschneider gefertigt, einseitig angefast und mit Tangit eingeklebt.
Beide Platten haben im Mittelloch ein M10-Gewinde.

Mit einem feinen Edding habe ich eine zur Stirnfläche parallele Linie als Orientierungshilfe für die ersten Windungen im Abstand von 20 mm zur späteren Bodenfläche angebracht.
Dort habe ich mit der ersten Windung begonnen.
Gewickelt wurde auf der erweiterten Wickelmaschine aus dem Projekt Mini SSTC2, welche inzwischen mit einem Frequenzumrichter, einem Fußpedal mit Potentiometer und einem Drehstrommotor ausgerüstet ist.
Durch den kräftigen Antrieb verkürzt sich die Wickelzeit auf wenige Minuten. Ich trage beim Wickeln Baumwollhandschuhe durch welche der Draht mit gleichmäßigem Zug durchläuft.

Die erste und letzte Windung ist mit Sekundenkleber fixiert.
Die bewickelte Länge beträgt bei 1330 Windungen 808 mm, daraus ergibt sich eine theoretische Drahtdicke von 0,6075 mm.
Bestellt hatte ich 650 m (Sauter 0,56 mm V180, Grad1). Geliefert wurden 1,46 kg was in etwa 668 m entspricht. Trotzdem reicht der Draht nicht ganz. Es fehlen die letzten 5 mm.
Für die Funktion vermutlich nicht schlimm, bestenfalls ein Schönheitsfehler.
Vermutliche Ursache: ich habe enger gewickelt als der Australier, oder mein Draht ist mit der Lackierungsklasse Grad 1 (Herstellerangaben der Lackzunahme: 0,560 Draht= 0,601 - 0,606mm) dünner als ein Draht der Lackierungsklasse Grad 3. (Sauter-shop)

Hier ein Video vom Wickeln:

https://youtu.be/E9BeeZ5DuiE

Die fertig gewickelte Spule:

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Lackieren:

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Lackiert wurde die Spule während sie rotiert. Ich hatte dazu DUPLI-COLOR CARS Rallye-Klarlack Nr.385858 verwendet. Mit diesem Lack hatte ich die wenigsten Schwierigkeiten in Sachen chemischer Verträglichkeit mit dem Lack des Drahtes.

Allerdings gehen für eine Sekundärspule dieser Größe locker 4 Dosen drauf, bis man keine Rillen mehr fühlt. Das dauert ewig. Ich hatte so ca. 15 bis 20 Lackschichten aufgebracht.

Nach ca. 15 Schichten habe ich die Spule einmal nass mit wasserfestem Papier Korn 240 geschliffen. Danach noch mal 2 Schichten lackiert.

Problem:
Aber ich stehe immer wieder vor dem gleichen Problem: Die Spule fühlt sich nach dem Lackieren völlig glatt an.
Ein paar Tage später fällt der Lack dann bei und es sind wieder Rillen fühlbar.

Also noch mal: Nass geschliffen bis die Oberfläche absolut glatt ist, dann noch mal Lackiert- Spiegelglanz und super glatt.

Ein paar Tage später wieder Rillen.

Ich habe dann versucht mit 1200er Papier nass zu schleifen und dann zum Schluss das Finish mit Lackpolitur hinzubekommen.

Aber: viel Gefummel um den Lack macht es nicht wirklich besser…

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Inzwischen hat der Lack so ca. alle 4 cm radiale Risse bekommen, welche so aussehen, als wäre ein einzelner Draht angeschliffen. Ist er aber nicht wie das Mikroskopfoto zeigt:

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Die Sekundärspule hat in den Jahren der Lagerung auch noch ein paar dicke Macken im Lack abbekommen. Hier muss ich ordentlich nacharbeiten oder eine neue Sekundärspule wickeln.
Ich werde mit 2K Klarlack experimentieren!

Primärspule:
Weil ich so einen Spaß daran hatte, habe ich erst mal eine Primärspulen-Wickelvorrichtung für die Drehmaschine gebaut.

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Die besteht im Wesentlichen aus zwei 30 mm dicken Multiplex Platten mit einer 6 mm Zwischenscheibe in Schneckenform.

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In diese Zwischenscheibe schiebe ich den Anfang des Kupferrohres und starte die Drehmaschine mit minimaler Drehzahl (und maximaler Kraft), während ich wie beim Tauziehen am anderen Ende des Kupferrohres hänge.
Wieder mit Baumwollhandschuhen an den Händen. Das Ergebnis kann sich dann auch sehen lassen: Die Primärspule sieht aus wie aus dem Bilderbuch!

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Strikerail:
Befestigung der Strikerail (ebenfalls 6mm Cu-Rohr) mittels Clips aus dem Sanitärfachhandel.

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MMC:
80 Stück Wima FKP1 Kondensatoren mit 0,1 µF (100nF) und 1600 V = bzw. 650 V ~ zu je 16 Stück in Reihe geschaltet. Jeweils ein Bleeder Widerstand 10 M Ohm ¼ W parallel zu jedem Kondensator. Das ganze habe ich dick mit Plastik-70 Spray isoliert. Von dieser Reihenschaltung gibt es 5 Lagen parallel. Die Gesamtkapazität liegt so bei 31,25 nF. Aufgebaut ist der MMC auf 5 Laborkarten, Epoxyd, 160 x 233mm.

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Funkenstrecke:
Eine verstellbare 10-fach Funkenstrecke aus 15mm Wolframkupfer Rundmaterial hier noch als 3D-Ansicht in der Planung. Die Wolframkupfer-Elektroden sind axial so gebohrt, dass 4 mm - Laborstecker passen. Die Funkenstrecke ist schon aufgebaut, aber ich habe sie bis jetzt noch nicht wiedergefunden. Außerdem gefällt mir inzwischen eine SRSG besser...

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Der gesamte Aufbau ist mit Ausnahme der Spulen und Kabel weitestgehend metallfrei. Es wurden ausschließlich Schrauben, Platten und Rundmaterial aus Kunststoff verwendet.

Die Berechnung nach Raacke:

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Neontrafo:

Dieser Neontrafo (4 kV 50 mA) ist vorhanden.

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Durch die lange Lagerung haben Torus und Sekundärspule sehr gelitten.

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Außerdem ist alles eingestaubt. Aber das lässt sich saubermachen.
Was denken die Experten unter euch?
Brauche ich andere HV-Trafos? Kann ich eine SRSG einsetzen?
Habt Ihr andere Anregungen?

[Norbi]

Das mit den Macken in der Spule ist wirklich ärgerlich.
Ich nehme zum Lackieren einfach stinknormales 12 Stunden Epoxidharz, schrumpft nicht und ist fantastisch duroplastisch; läßt sich niedrigviskos auch noch gut durch die Sprühpistole knüppeln. Wenn man will kann man die meisten Epoxidharze auch noch mit normaler Universalverdünnung strecken.

https://www.amazon.de/Epoxidharz-Epoxyd ... B019286D6A
Gehört sowiso in jeden vernünftigen Keller


Den Trafo finde ich etwas schmalbrüstig, bei der Größe könnte man schon schauen ob man nicht die 3,6 kW die man aus der Steckdose bekommt ausreizt.

[alpin]

Ich finde, dass das Grundmaterial richtig gut aussieht. Nicht optimal, aber irgendwo muss ja auch noch Luft nach oben sein. Der Trafo ist in der Tat etwas schwach, aber... nur gedrosselt. Ich habe von den Kollegen selber ein paar rumfliegen, ohne Joch geht da ganz schön was durch - genug für eine handliche Tesla.

Die Lackrisse und Beulen sind natürlich schade, aber das ist ja "nur" Optik. Bring das Ding erstmal ans Funken, bevor du da noch 349534053 mal schleifst - das gibt Motivation.

Außerdem gibt es in deiner Umgebung einige Teslabastler, falls du also die soziale Komponente als Motivation brauchst, gibt es auch genug. Also: Nich Sabbeln oder sinnieren, loslegen

Gruß

[oberflaeche]

Außerdem gibt es in deiner Umgebung einige Teslabastler, falls du also die soziale Komponente als Motivation brauchst, gibt es auch genug.

Gruß

Wäre natürlich super cool, wenn man sein Hobby teilen könnte. Wer kommt denn aus meiner Nähe?

Übrigens habe ich heute die Sekundärspule überarbeitet:

https://youtu.be/a8thqi5k1Ho

Die sollte jetzt wieder gehen:

[ externes Bild ]

[kilovolt]

Hallo oberflaeche

Interessante Spule, aber in dieser Grössenordnung würde ich unbedingt eine andere HV-Quelle suchen. 4kV ist sehr, sehr tief für ne SGTC. Bei 4kV hast Du das Problem, dass bei hohem Strom die Funkenstrecke nicht mehr sauber löscht. Für nur 4kV bräuchte man auch keinen wertvollen NST, sondern könnte dasselbe erreichen mit zwei billigen MOTs in Mittelpunktschaltung. Ich würde schauen, dass Du etwas mit mehr als 6kV findest. Für die Grösse Deiner Spule wäre ein Messwandler gerechtfertig, und ein solcher liefert meist 10kV oder noch deutlich mehr.

Beste Grüsse
kilovolt

[oberflaeche]

Der Trafo ist in der Tat etwas schwach, aber... nur gedrosselt. Ich habe von den Kollegen selber ein paar rumfliegen, ohne Joch geht da ganz schön was durch - genug für eine handliche Tesla.
Gruß

Was ändert sich, wenn ich das Joch ausbaue?
Erhöht sich die Spannung oder der Strom?
Ich könnte ggf. noch den einen oder anderen Neontrafo bekommen.
Die lassen sich doch sekundärseitig in Reihe oder auch parallel schalten?

[kilovolt]

Hallo oberflaeche

Bei entfernen des Streujochs erhöht sich der Strom, was Dir aus meiner Sicht nicht allzuviel bringt in der gegebenen Situation. Das, was Du brauchst, ist eine höhere Spannung.

Serieschaltung von NSTs geht in der Regel nicht, weil alle nur halbwegs modernen NSTs den Mittelpunkt der HV-Wicklung geerdet haben und diese Erdung zwingend angeschlossen werden muss, wenn man keinen internen Durschlag auf den Kern riskieren möchte. Eine Serieschaltung ist nur mit ganz uralten Neontrafos möglich, mit solchen, die noch keine MIttelpunkterdung haben, und selbst bei diesen sind nur maximal zwei Stück in Serie schaltbar, da dort dann ebenfalls der gemeinsame Mittelpunkt der beiden HV-Wicklungen geerdet werden muss.

Beste Grüsse
kilovolt

[MaxZ]

Hallo oberflaeche,


kilovolt war schneller; vielleicht hilft dir meine Antwort trotzdem noch.

Das Joch leitet einen Teil des Magnetfeldes der Primärspule um, so dass nicht alles durch die Sekundärspule fließt. Ein Teil der Primärspule funktioniert daher als Drossel, also als Strombegremzung. Je mehr du das Joch rausdrehst, desto weniger wird vom Magnetfeld umgeleitet, umso mehr kann durch die Sekundärspule fließen und von dieser genutzt werden. Wird das Joch entfernt, ist die Strombegrenzung minimal, die entnehmbare Strom maximal.
Bei einer Strombegrenzung ist natürlich der Strom begrenzt. Bei zu hoher Last bricht die Spannung des Trafos gemäß Ohm's Gesetz soweit ein, dass der fließende Strom der Begrenzung entspricht. Hast du mehr Strom zur Verfügung, kannst du an der gleichen Last einen höheren Spannungsabfall erzeugen. Die Leerlaufspannung, die sich aus dem Wicklungsverhältnis des Trafos ergibt, ändert sich jedoch nicht. Im Fall eines Kondensators bedeutet mehr Strom, dass er schneller geladen wird, bzw. dass du einen größeren Kondensator in der gleichen Zeit laden kannst. An der Ladespannung sollte sich wenig ändern, da der Kondensator im Optimalfall gänzlich geladen wird. Gegen Ende stellt er deshalbt kaum noch eine Last dar und die Ladespannung entspricht der Leerlaufspannung des Trafos (mal Wurzel von 2).

Um den Isolationsaufwand möglichst niedrig zu halten wird die Sekundärspule in zwei geteilt, wobei die Mitte auf Erdpotential gelegt wird. Dadurch hast du anstelle von 0V am einen Pol und +/-4000V am anderen Pol gegen Erde nur noch +2000V am einen und -2000V am anderen Pol gegen Erde. Plus Minus ändert natürlich mit 50Hz, ging nur drum zu zeigen dass die 2kV an beiden Polen gegensätzlich sind. Diese Art der Erdung wird Mittelpunkterdung genannt (selbsterklärend). Man erkennt sie an der oft verwendeten Beschriftung "2kV-0-2kV", die die Aufteilung der Spannungen klar darstellt.
Das bringt allerdings Probleme mit sich für die Serienschaltung; macht sie gar unmöglich. Im Falle einer Serienschaltung hast du folgende Situation:

image.jpeg (26.01 KiB) 2202 mal betrachtet

Zwei Spulen sind kurzgeschlossen, wenn du beide Trafos so verkabelst, dass sich die Spannungen addieren. Du kannst mehrere Trafos daher nur parallel schalten.


Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

Es gibt theoretisch noch eine Variante der Serieschaltung bei mittelpunktgeerdeten Transformatoren, allerdings ist diese nicht sehr leistungsstark, da der mittlere Trafo die Leistung für den gesamten Stack aufbringen muss, siehe hier ein Beispiel mit Ölbrennertrafos:

[ externes Bild ]
Quelle: http://www.kronjaeger.com

Gruss kilovolt

[oberflaeche]

Der freundliche Nachbar mit der Firma für Lichtreklame hatte heute diese Trafos übrig:

[ externes Bild ]

Die beiden Weißen machen mir Hoffnung. 4000-0-4000 / 80-120

Übrigens besteht mein MMC zu 5 x 16 Stück 0,1 1600- 650 ~
Das ergibt für eine Platine des Stapels eine Kapazität von 6,25 nF bei einer Spannungsfestigkeit von 25600 V = bzw. 10400 V ~.
Also 31,25 nF bei 10400 V ~.
Sind das 10400 V ~ eff. oder Spitze?
Muss ich mir dann bei einem 8kV Trafo nicht schon Sorgen um den MMC machen?

Was meint Ihr?

L.G.
Frank

[MaxZ]

Hallo oberflaeche!


Da hast du eine hübche Sammlung auftreiben können. Die Klinger Trafos sind dabei nicht weniger "hoffnungsvoll" als die vergossenen. Im Gegenteil: die Klinger Trafos sind durch ihre offene Bauweise toleranter gegenüber Überlast, da sie die Wärme besser an die Umgebung abgeben können. Für kurze Runs könntest du den Klinger Trafos locker 200mA entlocken - bei den weißen, vergossenen wird das schwieriger - sofern du dort die Strombegrenzung überhaupt aushebeln kannst.
MMn wäre das leistungsstärkste, das du hiermit bauen kannst eine Parallelschaltung der Klinger Neontrafos. Das gibt dir satte 250mA bei 8kV

WIMA FPKs sind extrem robust. Meistens rechnet man mit der DC-Spannungsangabe; die AC-Angabe (Effektivspannung; wie fast immer bei AC Spannungsangaben) bezieht sich auf 50Hz und ist für diese Frequenzen zu nichts zu gebrauchen. Laut Datenblatt sinkt die AC-Spannungsfestigkeit bei 100kHz auf unter 100V o.ä. Die Erfahrung zeigt aber, dass Spulen, die sich am DC-Wert zuverlässig laufen. Voraussetzung ist, dass man den DC-Wert sorgfältig überdimensioniert; in Richtung zweifache Spitzenspannung des Trafos. In deinem Fall wären das 23kV => du bist auf der sicheren Seite.

Laut raacke könnte bereits ein einzelner Neontrafo (125mA) einen Primärkondensator von max. 50nF laden. Mit zwei Trafos könntest du fast 100nF laden. Dein Primärkondensator ist also etwas klein im Vergleich zur verfügbaren Trafoleistung (was nicht schlimm ist, nur schade)


Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

Hallo oberflaeche

Zumindest der hintere Klinger wäre doch auch ein 8kV-Trafo, bei dem man sogar noch das Streujoch rausnehmen kann. Der wäre wohl mein Favorit.

Am besten rechnest Du beim MMC immer mit den DC-Spannungsangaben. Was Du haben musst, wäre etwa 2.5 bis 3x die Trafoeffektivspannung als MMC-DC-Spannungsfestigkeit, also bei 8kVeff Trafospannung wären wir etwa bei 2.5*8kV = 20kV DC, was Du haben müsstest.

Diesmal war Max wiedermal schneller

Beste Grüsse
kilovolt

[MaxZ]

Hihi, kilovolt, wir schaffen's heute echt nicht aneinander vorbei

Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

So ist es, Max

[alpin]

Neontrafo:

Dieser Neontrafo (4 kV 50 mA) ist vorhanden.

Ich habe das als 4kV - 0 - 4kV interpretiert. Zumindest sind das meine Trafos, die genau so aussehen und 50mA Nennstrom haben