TC in Metallgehäuse?

[Baku]

Moin zusammen!

(Habe mich neulich in 'Interaktiv' kurz vorgestellt, ist aber noch nicht freigeschaltet)
Aber nun zu meinem eigentlichen Thema:
Ich grübele seit einiger Zeit darüber nach, ob es möglich wäre, eine TC in ein (spezielles) Metallgehäuse einzubauen (Bild siehe Anhang):

DAS Ding...

Ziel der Sache soll es sein, an der Spitze des Isolators eine (möglichst) spektakuläre Entladung zu erzeugen, eine Topload kann ggfs. montiert werden. Wenn eine geerdete Gegenekeltrode montiert wird, sollte die solcherart 'fixierte' Entladung in der Lage sein, eine Zigarette anzuzünden.
Also letztlich eine Art dieser modernen Plasma-Feuerzeuge 'für Erwachsene'.

Sinn und Unsinn des ganzen sowie Sicherheitsbedenken(*) möchte ich hier nicht diskutieren ("Vertrauen Sie mir, ich weiß, was ich tue..."), aber allein der Sicherheit wegen würde ich ein hochfrequentes resonantes Design gegenüber einer Flyback-Lösung oder gar einem Diodensplittrafo vorziehen. Man soll sich, wenn man ungeschickt ist, zwar die Finger daran verbrennen können (Grundvoraussetzung für ein Feuerzeug...), sollte aber nicht gleich unweigerlich in die Kiste springen.

Der Antrieb erfolgt aus 24V Akkus, 10A sind da sicher drin, es stünden also 240W zur Verfügung, das ist für so eine kleine Spule (max. mögliche Länge 16cm) wohl schon ganz gut. Über die Ansteuerung mache ich mir am wenigsten Sorgen, da ich seit vielen Jahren Schaltwandler in allen möglichen Topologien, Frequenzen und Leistungsklassen gebaut habe, wenn auch nur bis 4kV bis jetzt. Auch die Isolation im Inneren des Gehäuses sollte hinzukriegen sein, Notfalls Drehteile aus POM (>40kV/mm).
Das im Bild sichtbare 'Gerümpel' im Inneren kommt natürlich raus, Langhalsflex liegt schon bereit.

Bevor ich mich aber ans Selberdrehen des ersten Versuches wage (D=40mm, L=160mm) möchte ich einige Grundsätzliche Bedenken ausräumen, als da sind:

1.) Versaut mir die enorme Streukapazität gegenüber dem Gehäuse die Güte derart, daß es nicht funktioniert?

2.) Schließt mir das (ringförmig geschlossene) Gehäuse nicht als 'Kurzschlußwicklung' das Magnetfeld kurz oder ist es weit genug entfernt? (Abhilfe wäre hier, das Gehäuse komplett der Länge nach mit einem Schlitz zu versehen, was durchaus machbar ist.

3.) Hat irgendwer sowas schonmal versucht oder ist das aus obigen Gründen gescheitert?

Um Meinungen der Tesla-Erfahrenen wird gebeten, und sollte das Ding jemals laufen, dann ist ein Platz in der Galerie der 'Tesla-Zombies' ja wohl sicher

Einstweilen grüßt und grübelt weiter
Baku

[kilovolt]

Hallo Baku

ehrlich gesagt, ähnliche Bedenken wie Deine Punkte 1) und 2) hätte ich auch, probiert habe ich es jedoch nie selber. Vermutlich dürfte der Einfluss des Gehäuses dann am kleinsten sein, wenn die Frequenz so tief wie möglich ist, nur bedingt das dann wiederum eine entsprechend grosse Spule.

Neben den obengenannten Bedenken wäre auch noch die Frage zu klären, ob ein Betrieb hinsichtlich internen Überschlägen überhaupt möglich wäre. Ich nehme mal an, Du würdest das Gehäuse erden. Dann hättest Du im oberen Spulenbereich schon mit extremen Potentialunterschieden zu kämpfen und das mit hochfrequenter AC, das wird nicht leicht zu isolieren sein. Solltest Du das Gehäuse nicht erden, hättest Du vermutlich fast dasselbe Problemn, da das Gehäuse ja gleichzeitig nahe am Fusspunkt und nahe am Kopfpunkt der Spule anliegt. Nur mit Luft als Isolator würde das wohl eher nicht so gut klappen, höchstens vielleicht mit einem gut isolierenden Gas. Das stelle ich mir jedoch nicht ganz einfach vor Könntest Du nicht ggf. ein Kunststoffgehäuse vorsehen?

Beste Grüsse
kilovolt

[Race]

Guten Abend,

Das Gehäuse schaut aber gut aus, was war das den vorher mal ?

Das Metallgehäuse wird sich mit Sicherheit auf die Leistung auswirken. Aber so wie ich das sehe willst du ja keinen km langen Lichtbogen sondern nur so groß, das man sich ohne gefahr mit dem Gesicht nähern kann und sich die Kippe anstecken kann.

Die Idee mit der TC ist ja so weit nicht verkehrt, da das ganze - so dumm es klingt- mit hf eben etwas ungefährlicher ist als mit NF HV Trafos. Wie wäre es wenn du z.b. einen Zeilentrafo in dem Gehäuse unterbringst. Es muss ja nicht unbedingt eine freie Entladung sein oder? Eine Alternative wären evtl. noch eher AC Zeilentrafos...

lg, race

[Baku]

Moinsen!

Das war mal ein Antennenanschlußfuß (oder wie immer man das nennen soll...) einer 'etwas größeren' HF-Antenne. Dient vornehmlich dem Schutz der angehängten Empfänger vor Blitzen und statischer Elektrizität.
Also, nicht das die etwa einen direkten Einschlag überleben würden, wir haben hier einen davon, da hat der Blitz den Deckel einfach in 3 Teilen weggesprengt und dabei die 4 8mm-Schrauben einfach mitsamt ihren Gewinden rausgerissen. Ich habe die abgehakt, nachdem sie nach 30 Jahren auf der Wiese mal erneuert worden sind. Wobei man einfach nur das grüne Moos abmachen muss, dann sehen die aus wie neu. Ist echt was solides!

Ja, ich habe mir natürlich auch schon über Alternativen Gedanken gemacht. Den Isolator obendrauf (90mm) würde ich allerdings schon so ungefähr ausreizen wollen, wenn es auch nur für die Show wäre
Geld und Zeit spielen zum Glück eine untergeordnete Rolle.
Schön wäre es natürlich, wenn es gelingt, den Hauptunterschied eines Tesla-Designs gegenüber einem 'ganz normalen' Hochspannungstrafo (und sei es für auch für HF) auszunutzen, nämlich die Resonanztransformation, die spart doch eine unmenge Kupferwindungen mit den damit verbundenen Isolationsproblemen der Windungen untereinander. Und die Suche nach einem Kern der a.) für die Frequenz geeignet ist, b.) genug Platz für die Wicklung und mächtige Isolation hat und c.) dann auch noch ins Gehäuse passt.

@kilovolt:
Nein, das Gehäuse ist ein absolutes Muß, quasi Teil des Problems. Bei allem anderen bin ich flexibel. Das Gehäuse wird natürlich geerdet sein, es nicht zu tun würde ja die Potentialdifferenz auch nur verlagern. Die Isolation oben/innen ist natürlich eine Herausforderung. Noch eine...

Aber dafür macht man sowas ja

Weiterhin dankbar für Kommentare, Anregungen und Meinungen
Baku

[Norbi]

Resonanz funktioniert auch mit "normalen" Trafos.

https://www.youtube.com/watch?v=1yLe4wS17WI

Ich würde zur Realisierung dieses Vorhabens einen Ferrit Stabkern nehmen, eine Primärwicklung draufwickeln und dann außen rum einen langgezogenen Kammerspulenkörper aus PP mit gleichviel Abstand zur Primärwindung und zum Gehäuse. Dann das komplette Gehäuse unter sehr gutem Vakuum mit Isolieröl fluten.
Mit Luft im Gehäuse kannst Du eine Entladung die auch nur halb so lang ist wie die Isolatorlänge ziemlich sicher vergessen.

Auch unter Öl wird das nicht trivial, zumindest wenn man eine gewisse Langlebigkeit wünscht. Manchmal gibt es so kleine Luftblasen oder Materialfehler die lokal Inhomogenitäten im elektrischen Feld verursachen.
Luft wird gerne bei 100 Khz und starken Feldstärken Ionisiert und zerstört mit der Zeit so ziemlich jedes Material. Zudem ist es praktisch nicht zu vermeiden dass eine Spule mal aufhört und dort eine etwas schärfe Kante mit inhärent höherer Feldstärke entsteht.

Tabellenwerte zur Durchschlagfestigkeit sind mMn. mit Vorsicht zu genießen, schließlich geben die an wann das Material sicher aufgibt und die werden eben mit Plattenelektroden mit abgerundeten Kanten und evtl. unter Isolieröl bestimmt.

[Mofi]

Jo Norbi, der Trafo war legendär! Schade, dass der trotz viel Arbeit und Sorgfalt so schnell schlapp gemacht hat. Einen Trafo, der so sprüht, hab ich nie wieder gesehen. Der hätte auch für die dicksten Zigarren gereicht!

[Thunderbolt]

wa swürde gegen 'ne flupunktgespeiste tesla sprechen? gibt zwar keine langen funken, aber 'ne plasmaflamme.

https://littleserver.spdns.org/GU50.php

[Baku]

Norbis Höllenmaschine: Respekt!

Womit war denn das isoliert? Gibt es da noch mehr Infos drüber (gebe zu, noch nicht gegoogelt zu haben..)?

Ferritstab ist auch nicht schlecht, da bekomme ich die Induktivität höher und die Frequenz runter, bei einem überschaubarerem Magnetfeld. Klar ist, daß die Isolation 'obenrum' wohl einer der Knack- und Knisterpunkte sein wird. Öl möchte ich mir ohne Not erstmal nicht antun. Bei meinem Geschick gibt das eine Riesensauerei im Bastelzimmer. ( Ich habe mal 10kg Honig zu Met verarbeitet. Da hat noch Monate später alles geklebt...)

Gibt es eigentlich Meinungen zu Paraffin als Isolator? Hat eine höhere Durchschlagfestigkeit als Trafoöl, lässt sich durch Giessen verarbeiten und saut im kalten Zustand nicht unnötig rum. Vakuum wäre zum Entlüften bestimmt hilfreich.

Mit Luft im Gehäuse kannst Du eine Entladung die auch nur halb so lang ist wie die Isolatorlänge ziemlich sicher vergessen.

Insbesondere, weil der innere Isolator weniger als halb so lang ist wie der äussere. War wohl ursprünglich mal für ölgefüllte Trafos gedacht, anders kann ich mir das nicht erklären...

Was die Durchschlagfestigkeit betrifft, muß ich Norbi aber widersprechen: Sie gibt schon an, bis zu welcher Feldstärke ein Isolator sicher NICHT durchschlägt. Problem ist, daß die Feldstärke an Spitzen, Ecken und Kanten um ein Vielfaches höher sein kann als nur die anliegende Spannung/Entfernung. Deswegen auch der definierte Messaufbau mit Platten und runden Kanten. Und Öl, damit es nicht 'drum herum' schlägt.

@Thunderbolt: Zunächst spricht da mal nichts gegen, wie bereits einleitend erwähnt, bin ich für alles offen. Wobei hübsche lange Funken natürlich wegen des Showeffektes schon schöner wären.

Ich finde es echt schön, wie viele Anregungen ich hier bekomme! Es wird wohl Zeit, einfach mal mit einem ersten Ansatz loszubasteln, und zu sehen in welche Richtung das geht. Planvoll muß ich schon den ganzen Tag vorgehen...

Und außerdem haben die Götter der Hochspannung mir ein Zeichen gesandt!
Neulich fand ich diese Wickelmaschine im Schrottbansen:

Wenn das kein Zeichen ist!!!

IdS,
Baku

[Norbi]

bis zu welcher Feldstärke ein Isolator sicher NICHT durchschlägt.

Schau mal in die DIN oder guck wie das BAM prüft. Ich meine mich an folgenden Satz erinnern zu können: "Die Elektrische Durchschlagfestigkeit Ed von Isolierstoffen definiert man als die höchste Feldstärke, mit der ein Isolationswerkstoff unmittelbar vor dem Durchschlag belastet wurde."
Die Definition schließt eine Sicherheitsmarge aus.




Der Trafo war mit styrolgelöstem Polyesterharz vergossen, sehr ungeeignet für Vakuumverguss da das Zeug sehr früh anfängt zu kochen -> böse Blasen.
Da waren die 15mm Isolierung bei der offensichtlich enormen Spannung schnell gegrillt.

EP Harze sind besser geeignet. Das hier ist zB. ganz gut:
https://www.amazon.de/Epoxidharz-Epoxyd ... 019286D6A/

Verguss im Duroplast hat natürlich den enormen Nachteil dass jeder Fehler zu kompletten Totalschaden führt. Bei Öl kann man oft noch reparieren, bzw das repariert sich ganz von selber.


Paraffine schrumpfen beim erstarren ziemlich stark.

[Baku]

<Haarspalting>Das pdf vom BAM habe ich auch gefunden. Dort ist aber nur die Messmethode beschrieben. Und 'die höchste Spannung unmittelbar vor dem Durchschlag' hat der Werkstoff ja gerade so noch ausgehalten, ist also noch nicht durchgeschlagen. </Haarspalting>
Den so gemessenen Wert wird man aber nicht ins Datenblatt schreiben, deswegen wird Durchschlagfestigkeit ja meistens als ">20kV/mm" oder so angegeben. Das interpretiere ich so, daß 20kV/mm sicher ausgehalten werden, alles darüber darf durchschlagen.
Seis's wie es sei, für die Praxis wird man die Feldstärke natürlich deutlich darunter halten wollen, aber zum Vergleich von Isolatoren taugt die Angabe schon was.

Ich tendiere im Moment zu etwas aus Kunststoff. POM hat eine gute Durchschlagsfestigkeit und lässt sich gut bearbeiten. Muß man natürlich bei der Konstruktion auf Luftspalte etc. achten. Das kann man im Gegensatz zum Vergiessen dann wenigstens wieder auseinanderbauen, wenn es nicht geklappt hat.

Ich bereite mich geistig sowieso auf diverse Fehlversuche vor, bevor es funktioniert...

IdS grüßt
Baku

[Norbi]

Doch genau den Wert schreibt man ins "Datenblatt". Platte von 2mm zwischen die Elektroden->Spannung langsam hochfahren->"bums" bei 40kV-> Wert gefunden: 20kV/mm.
Die Angabe der Durchschlagfestigkeit ist schlicht der Wert wann ein Material in einem _kurzen_ Test versagt. Mag Dir unsinnig vorkommen ist aber so, sogar international ob nun ASTM D149, IEC 60243 oder DIN EN 60243. Was anderes als genormte Testverfahren befolgen können die Hersteller auch nicht, und da Industrieprodukte Schwankungen unterliegen geben Hersteller dann den Wert der Montagsproduktion an mit einem ">"-Zeichen.

In der DIN steht sogar schon in der Einleitung dass man mit dem Wert meistens nichts anfangen kann.

Man kann höchstens Eignung sehr grob abzuschätzen. Ob eine Isolation ausreicht ist aber von zig anderen Größen abhängig; wie verhält sich ein Stoff unter Langzeitbelastung, wie reagiert er auf Ozon, wie stark sind dielektrische Verluste, ist der Stoff thermisch geeignet, wie ist der konkrete Anwendungsfall, etc., etc.
Zudem findet man Angaben zur Durchschlagfestigkeit abseits von 50Hz oder Gleichspannung eh fast überhaupt nicht. Wie die Durchschlagfestigkeit bei 10, 100 oder 1000 kHz ist gibt nicht mal Dupont bei Elektroisolierfolien an. Auch ist es eigtl. irrsinnig die Angabe auf die gerade vorliegend Dicke umzurechnen.

Nicht umsonst rauchen den Leuten hier fast immer die Trafos ab; man wickelt sich was schönes und isoliert mit irgendwas von 20kV/mm Durchschlagfestigkeit belastet "scheinbar" mit der Hälfte (niemand berechnet tatsächlich das elektrische Feld) und ist dann in gutem Glauben dass das ausreicht. Funktioniert auch alles erstmal schön, aber sobald das Ding dann mal 10 min. läuft brutzelt der Kram.(gut ...oft wird es auch drauf angelegt den Trafo kaputtzufahren)

Ob man den Wert nun als den Punkt sieht "bis zu dem es hält" oder als den Punkt "ab dem was sicher kaputt geht" ist Philosophie, die Foristen hier tendieren oft zu ersterem.



Ich kann nur raten wenn man einen Trafo baut für den kHz Bereich scharfe Kannten zu vermeiden und dann einen Isolierstoff vielleicht mit maximal 10% dieses Wertes zu belasten wenn man länger Spaß dran haben will.

[Baku]

Moinsen!
(War in Urlaub ohne Internet. Das geht!)

Danke für die Aufklärung. Es bleibt also eine gehörige Portion Vodoo...

Ob man den Wert nun als den Punkt sieht "bis zu dem es hält" oder als den Punkt "ab dem was sicher kaputt geht" ist Philosophie, die Foristen hier tendieren oft zu ersterem.

Na, ich gehöre was 'Grenzwerte' aller Art angeht, eher zu den zweiteren.
Und habe gleich die nächste(n) Frage(n):

Gibt es eigentlich einigermassen brauchbare Simulationsprogramme für elektrische Felder? Also, welche die auch für den nichtprofessionellen Bereich bezahlbar sind. Nicht, dass ich der Meinung bin, Simulationen würden die Wirklichkeit zu 100% darstellen, aber es hilft mMn sehr, die Realität zu verstehen, wenn man mal so an Parametern rumdrehen kann um zu sehen, was passiert.
Und es einem nicht jedesmal die Hütte abfackelt, wenn man was falsch macht.

Nächste Frage: 'Reihenschaltung' von Isolatoren. Ich würde da immer vom 'schwächsten Glied in der Kette' ausgehen, dann ist man auf der sicheren Seite. Gibt es da irgendwelche Regeln?

Rätselt weiter
Baku