Erfahrungsbericht mit dem Bausatz eines Teslaspulengenerators – Teil I

Der Erwerb des Bausatzes erfolgte völlig problemlos über einen eBay-Shop: http://search.ebay.de/?sass=kurt998&ht=-1. Nachfolgend dazu auch die Webseite des Entwicklers und privaten Anbieters http://www.kurts-werkstatt.de. Der Bausatz kann dort für € 69,00 auch direkt per Email bestellt werden. Es handelt sich um die obere Position im Shopbereich „Kleine SSTC im Class-E Betrieb. Betrieb an 15-30V bei 1-3A“! Hier auch noch ein Link zu einem Video dazu: http://youtu.be/ePsfle0Ll7w

Bevor es aber losgeht, unbedingt erst noch ein wichtiger Sicherheitshinweis den ich direkt von der Webseite des Entwicklers übernommen habe:

Sie sollten die Versuche nur nachbauen, wenn Sie sich mit der Materie auskennen. Ein kleiner Fehler kann bei manchen Versuchen tödlich sein. Für entstehende Schäden kann ich keine Verantwortung übernehmen! Alle Versuche auf eigene Gefahr!!!!

Es geht los

Dieser Bausatz einer Class-E SSTC (Solid State Tesla Coil) kam bereits wenige Tage nach Bestellung über eBay ordentlich verpackt noch rechtzeitig vor Ostern 2015 bei mir an. Die Spule ist ordentlich in Luftpolsterfolie wie auch der Rest der Bauteile eingewickelt. In 2 separaten Plastiktütchen befinden sich alle Bauteile für die beiden PCBs. Eine Anleitung lag allerdings nicht bei!

Also kurz die Emails durchforstet um den Verkäufer dazu anzuschreiben. Hatte sich dann aber schnell erledigt. Kurz nach der Bestätigung des Kaufes kam bereits eine 2. Mail mit den Links zur Dokumentation. Mit den beiden heruntergeladenen PDFs sowie den Bildern aus dem eBay Portal gestaltete sich der Aufbau der beiden Leiterkarten weitgehend unproblematisch. Vor dem Einlöten vom Stecker J6 verbindet man am Besten Stecker und Buchsenteil lose miteinander, um so die Ausrichtung des Steckers den eigenen Vorstellungen anpassen zu können.

Einzig bei dem SMD Kondensator C6 mit 2,2uF laut Stückliste, welcher auf der Lötseite der SSTC PCB untergebracht werden soll und der Montage der Halbleiter auf dem Kühlkörper ist etwas Fingerspitzengefühl angesagt. Den SMD Kondensator in der Bauform 0805 habe ich erst einmal weggelassen und nur alle kleineren bedrahteten Bauteile bestückt. Nachfolgend ein Link zwecks besserer Vorstellung, warum ich den erst einmal unterschlagen habe: https://www.reichelt.de/Vielschicht-SMD-G0805-High-Cap/X7R-G0805-2-2-25/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=4339&ARTICLE=89732&OFFSET=1000&WKID=0&. Das Teil ist schon recht klein.

Teslaspulenbausatz_PCB_$_02Bei der Montage der Leistungshalbleiter hat es sich m. E. bewährt, diese nach grober Richtungs- und Positionsbestimmung mit den beiden Isoliernippeln und den Silikonscheiben erst einmal nur lose zu verschrauben. Spannungsregler und der MOSFET IRF640N sind damit noch prima auf dem Kühlkörper verschiebbar und die korrekte Position und die Ausrichtung der Isoliermittel kann gewissenhaft überprüft werden. Mit dem Ohmmeter habe ich sicherheitshalber noch den Übergangswiderstand gemessen, der bei korrekter Isolierung unendlich sein muss! Wichtig ist hier noch zu beachten, dass die beiliegenden Schrauben eine unterschiedliche Länge haben. Mit den beiden kürzeren, bei mir waren es Kreuzschlitzschrauben, werden die Halbleiter verschraubt. Mit den beiden etwas längeren Schlitzschrauben kann nun der Kühlkörper mit der PCB fest verschraubt werden. Nach einer Feinjustage der beiden Halbleiter und der finalen Befestigung, können diese nun verlötet werden. Als letztes habe ich dann noch die beiden großen Elkos C2 und C4 mit jeweils 2200uF/35V eingelötet. In einer späteren Ausbaustufe habe ich diese gegen spannungsfestere Low ESR Kondensatoren mit 50V getauscht. Dazu aber später erst mehr.

Nach erneuter Betrachtung der Bauform des SMD Vielschichtkondensators C6 und dessen möglicher Funktion in der Schaltung, vermutlich zur Siebung der Versorgungsspannung, habe ich mich dazu entschlossen vorerst darauf zu verzichten diesen einzulöten.

Teslaspulenbausatz_$_57Im nächsten Schritt geht es um die Verkabelung. Angefangen habe ich mit dem Poti zur Einstellung der Ansteuerfrequenz der Teslaspule. Die bereits abisolierten Verbindungskabel liegen ebenfalls dem Bausatz bei, auch wenn die verfügbaren Farben nicht immer denen auf den Fotos entsprechen. Teslaspulenbausatz_3A_CIMG3813Es haben alle die gleiche Länge, sollte daher kein Problem darstellen. Da ich mich auf meine manuelle Flachzangen-Crimptechnik nicht verlassen wollte, habe ich die Kabel kurzerhand nachgelötet und danach erst noch die Zugentlastung an den Crimpkontakten „gecrimpt“. Beim weiteren Zusammenbau der Crimpstecker ist eigentlich nur noch darauf zu achten, die Kontakte seitenrichtig in die Gehäuse zu schieben und einrasten zu lassen.

Teslaspulenbausatz_2_CIMG3812RDie beiden Anschlüsse der Primärspule müssen noch etwa 7-8mm abisoliert werden, bevor sie mit dem entsprechenden Buchsenteil verschraubt werden können. Wem die Anschlüsse zu starr sind, kann diese mit der beiliegenden Litze gern etwas verlängern. Die entsprechenden Lötverbindungen müssen gut isoliert werden um potentielle Kurzschlüsse zu vermeiden. Der Fußpunkt der Sekundärspule ist bereits mit einer gut 30cm langen schwarzen Litze verbunden. Das andere Ende muss nun nur noch abisoliert werden und mit dem einpoligen Federstecker verlötet werden. Nun kann die Primärspule auf das untere Ende des Rohres der Sekundärspule geschoben werden. Die natürliche Begrenzung ist hier die herausgeführte Litze des Fußpunktanschlusses der Sekundärspule. Damit kann die Primärspule auch gar nicht erst fälschlicherweise überlappend auf die Sekundärspule geschoben werden. Das soll gemäß Anleitung vermieden werden. Sie wird nur einfach so nah wie möglich an die Sekundärspule herangeschoben und mit Tape fixiert. Nun muss nur noch die untere Abschlusskappe aufgeschoben und die bereits vorbereitete Dachelektrode mit dem Kupferring handfest aufgeschraubt werden.

Die Erstinbetriebnahme der Class-E Audio SSTC

Das IC2 wie auch die Teslaspule habe ich erst einmal wieder entfernt um aus Sicherheitsgründen nur einmal 15V über ein Labornetzteil mit heruntergeregelter Strombegrenzung einzuspeisen. Wer diese Möglichkeit nicht hat, versorgt die Baugruppe einfach über einen 100 Ohm bis 220 Ohm Widerstand zur Strombegrenzung. Der Abschalteingang an J2 kann jetzt bereits über den beiliegenden Jumper mit GND verbunden, um so den Generator in den Dauerbetrieb zu schalten. Die grüne LED sollte so auf jeden Fall schon mal leuchten. Am Stecker J5 müssen die vorgesehenen 12V zu messen sein. Am Stecker der Primärspule kann die jeweils eingestellte Versorgungsspannung an J6-2 sowie etwa 1,5V an J6-1 gemessen werden. Nach Trennung von der Betriebsspannung kann das PLL IC 2 eingesetzt werden. Am Stecker J6-1 muss nach dem Wiedereinschalten der Versorgungsspannung nun mit dem Oszilloskope eine Rechteckähnliche Schwingung mit 100mVss zu messen sein. Bei Linksanschlag des Potis hat diese etwa 1us Periodendauer und wird mit Rechtsdrehung kürzer auf etwa 0,7us, die gemessene Frequenz beträgt jetzt also etwas mehr als 1MHz.

Teslaspulenbausatz_5_CIMG3820Der ggf. zur Strombegrenzung eingesetzte 100 Ohm Vorwiderstand kann nun entfernt werden und die Primärspule sowie der Fußpunkt der Sekundärspule wieder angeschlossen werden. Ich entscheide mich erst einmal bei den 15V zu bleiben. Mit dem Poti auf Linksanschlag und die Strombegrenzung des Netzteiles auf 1A begrenzt schalte ich die Stromversorgung wieder ein. Die Stromaufnahme liegt jetzt etwa bei 200mA. Die Stromaufnahme steigt mit langsamer Rechtsdrehung des Potis an einem Punkt auf etwa 1A an. In diesem Bereich liegt offensichtlich der Resonanzpunkt der Sekundärspule. An der aufgeschraubten Dachelektrode sollten sich jetzt mit einem isolierten Schraubendreher zumindest etwa 10mm lange Koronaentladungen (auch Büschelentladung oder Streamer genannt) erzeugen lassen. Ist deutlich weniger als erwartet, aber erst einmal Okay. Generell funktioniert schon mal etwas und abgeraucht ist auch noch nichts.

Erstinbetriebnahme des Musical SSTC_Interruptor

Der Zusammenbau gestaltete sich anhand der Anleitung völlig unproblematisch. Unter Beachtung der üblichen VorsichtsmaTeslaspulenbausatz_PCB_Int_$_03ßnahmen bei der ersten Inbetriebnahme einer neuen Schaltung, kann über J1-1 bzw. J1-2 die Versorgungsspannung von 9-15V angelegt werden. Am TTL-Ausgang J1-3 sind nun rhythmische Rechtecksignale im hörbaren kHz Bereich zu messen sein. Mit dem Taster S1 können dazu verschiedene Signalfolgen abgerufen werden. Wenn dieses der Fall ist, sollte die Baugruppe nun ebenfalls funktionieren.

Die finale Inbetriebnahme beider Baugruppen

Der Musical SSTC Interruptor hat 2 NF-Ausgänge. Der 5V TTL Ausgang bleibt hier einfach offen, während der Open Kollektorausgang an J1-4 mit dem Enable-Eingang J2-2 des Class-E Audio SSTC verbunden wird. Hierüber erfolgt die digitale Tastung der HF und damit die niederfrequente Modulation. Das erfolgt praktischerweise über die gleiche 3pol. Steckverbindung, über die der Musical SSTC Interruptor auch mit 12V versorgt wird.

Nach dem Einschalten und langsamer Rechtsdrehung des Potis, dann erst einmal Enttäuschung. Es waren nur sehr leise Signale zu hören, egal welche Sequenz der Musical SSTC Interruptor erzeugte. Die Stromaufnahme ließ sich in keiner Position des Potis über 200mA hinaus einstellen, obwohl ein Resonanzpunkt anhand der zunehmenden Lautstärke eindeutig herauszuhören war. Offensichtlich war die Teslaspule doch noch nicht optimal abgestimmt.

Es kommt normalerweise bei Resonanz zu einer deutlichen Signalüberhöhung. Dieser Effekt wurde auch schon von Nicola Tesla erkannt und er baute darauf seine Vorstellung der freien Energie mit Wechselspannung auf. Dieser Effekt war hier zwar ebenfalls zu sehen, reichte allerdings bei weitem noch nicht aus um genügend Hochspannung zu erzeugen.

Da an der Primärspule keine weiteren Manipulationsmöglichkeiten deutlich wurden und über die einstellbare Frequenz des Generators doch eine gewisse Resonanz erkennbar war, musste die Sekundärspule für weitere Versuche herhalten. Da ich andererseits an der filigranen Sekundärspule nicht herumwickeln wollte, schließlich war das der eigentliche Grund für den Bausatz, blieb als Alternative zur Änderung der Resonanzfrequenz jetzt nur noch die Schwingkreiskapazität übrig. Die Dachelektrode mit den wenigen Picofarad sollte dafür zuständig sein. Eventuell reichte die Kapazität des vorhandenen Kupferringes dafür doch noch nicht aus. Der gerade herumliegende Blechdeckel einer Keksdose mit variierendem Abstand von etwa 5-12cm zur Spule bestätigte später diese Vermutung. Nun sieht aber so eine schicke Teslaspule mit einem Keksdeckel im direkten Umfeld, auch wenn die Kekse wirklich lecker waren, einfach nicht mehr so Klasse aus. Ein etwa 15cm langer Kupferdraht zu einem Viertel um einen Teil des Kupferringes der Dachkapazität gewickelt, pimpen jetzt offensichtlich die fehlenden Picofarad an der richtigen Stelle auf. Eine beachtliche Lautstärke etwas über Zimmerlautstärke hinaus ist jetzt bei 30V Betriebsspannung zu erreichen. Hinzukommen nun auch noch die kontinuierlichen Streamer an der Spitze des Drahtes. So macht das neue Spielzeug endlich Spaß!

Zusammengefasst kann ich sagen, dass ich durch diesen Bausatz in einen anderen Bereich der Hochspannung und HF vordringen konnte und dieser Bausatz mit einer Teslaspule sicher nicht als mein letztes Experiment zu sehen ist. Der Bausatz selbst ist aus meiner Sicht weitgehend unproblematisch aufzubauen. An einigen Stellen wünschte ich mir etwas mehr Fotos und etwas deutlichere Beschreibungen zur Unterstützung sowie insbesondere auch eine grobe Erklärung der Funktionsweise. Nach erneuter Rücksprache mit dem Entwickler dieser SSTC Baugruppe habe ich dazu zwei interessante Links bekommen, die ich an dieser Stelle gern weitergebe:

http://www.richieburnett.co.uk/hfsstc.html

http://www.stevehv.4hv.org/classEsstc.htm

Abschließend möchte ich unbedingt nochmals darauf hinweisen, dass Teslaspulen und Teslageneratoren KEINE SPIELZEUGE sind und nur mit entsprechender Umsicht und Sicherheitsmaßnahmen in Betrieb genommen werden dürfen. Wer nicht zumindest Grundkenntnisse hat, dem bleibt nur zu empfehlen:

Teslaspulenbausatz_Teslaspule_$_00Finger weg von Teslaspulen!

Weiterhin möchte ich mich am Ende des 1. Teiles meines Berichtes bei Kurt Bohnen für die zuvorkommende Unterstützung und der Beantwortung meiner Fragen wie auch für die Genehmigung zur Veröffentlichung einiger seiner Fotos hier bedanken.

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4 Gedanken zu “Erfahrungsbericht mit dem Bausatz eines Teslaspulengenerators – Teil I

    1. Eine gute Frage. Ich kenne keine Teslaspule mit 2 Primärwicklungen. Wird vermutlich mit der Abstimmung schwierig werden. Vieleicht hat einer der Leser eine Antwort dazu.

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