Tesla-Spule

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Tesla-Transformator (Prinzip)
Teslas Versuche mit Hochspannungstransformator (Tesla-Transformator) in Colorado Springs (USA) 1901
Gedämpfte Schwingung
Gesamtschaltung zur Hochspannungserzeugung

Die Tesla-Spule (auch Tesla-Transformator) ist eine Erfindung von Nikola Tesla, der sich zeitlebens mit der Wechselstromtechnik und Hochfrequenztechnik beschäftigte. Es handelt sich um ein System zur Erzeugung hochfrequenter, sehr hoher Wechselspannung bis in den Megavolt-Bereich, mit der sich spektakuläre blitzförmige Koronaentladungen erzeugen lassen.

Aufbau

Der Tesla-Transformator besteht aus zwei magnetisch gekoppelten Spulen, wobei die Sekundärwicklung, der die Hochspannung entnommen wird, eine hohe Windungszahl hat. Im Gegensatz zu einem "normalen" Transformator mit Eisenkern ist die Kopplung vergleichsweise lose. Das System wird resonant betrieben, d.h. die Primärspule wird durch einen Kondensator zu einem Schwingkreis ergänzt. Die Resonanzfrequenz der Sekundärspule ergibt sich dagegen aus Streukapazitäten der Wicklung und des am Ende der Sekundärspule angeschlossenen Gebildes, häufig eine Kugel, von der dann die Hochspannungsblitze ausgehen.

In der ursprünglichen Form wurde der primärseitige Kondensator von einer Hochspannungsquelle von z.B. 5000 V aufgeladen und über eine Funkenstrecke über die Primärwicklung entladen. Dadurch entstand in der Primärwicklung ein kräftiger periodischer Stromfluss mit einer Frequenz von typisch einigen 10 kHz bis zu einigen 100 kHz. Da sich der Kondensator dabei entlud, stellte sich ein abklingender Vorgang ein (gedämpfte Schwingung). Durch zyklische Wiederholung des Vorgangs konnte eine quasi-kontinuierliche Hochspannungsquelle realisiert werden. Die fortwährende Wiederholung wurde z.B. dadurch bewirkt, dass der Kondensator von einer (niederfrequenten) Wechselspannungsquelle aufgeladen wurde. Dieses Funktionsprinzip wird auch "Impuls-Teslaspule" genannt. Dies ist das Prinzip des Löschfunkensenders, der bereits 1886 von Heinrich Hertz in seiner Vorläuferversion des Knallfunkensenders eingesetzt worden war. Sowohl der Knallfunkensender als auch der Löschfunkensender wurden vor Tesla erfunden. Bei beiden Sendertypen werden gedämpfte hochfrequente Schwingungen ausgesendet, die nicht dazu geeignet sind, Sprache oder Musik zu übertragen. Sie ermöglichen es jedoch, Morsezeichen zu übertragen; die Tonhöhe entspricht dabei der Frequenz der Funken pro Sekunde. Hat die Wechselspannungsquelle zur Aufladung des Kondensators beispielsweise eine Frequenz von 500 Hz, ergeben sich 1000 Funken je Sekunde.

Später wurde der resonante Tesla-Hochspannungstransformator auch durch einen Hochfrequenzgenerator (bzw. Sender) mit konstanter Frequenz und Leistung fremdgesteuert, ein Funktionsprinzip, das zu ungedämpften Schwingungen führt und als "Träger-Teslaspule" bezeichnet wird.

Teslas Hintergedanke zu seiner Spule war, eine drahtlose Energieübertragung über große Entfernungen hinweg zu ermöglichen, indem die Energie wie bei einer natürlichen Blitzentladung durch ionisierte Kanäle in der Luft geleitet wird. Seine Idee war es offensichtlich, die Ströme in die Ionosphäre, zumindest aber nicht in die Erde abzuleiten. Dies ist jedoch auf diese Weise nicht praktikabel, da die von seinem Transformator ausgehenden Blitze (hier "streamer" genannt) nur eine relativ geringe Reichweite haben und ihre Energie auch nur zu einem geringen Teil in der Entfernung genutzt werden kann. Teslas Überlegungen zur drahlosen Energieübertragung spielen auch eine Rolle bei der "Tesla car"-Anekdote aus den 1930er Jahren.

Eine Teslaspule besteht aus einer inneren, langen, einlagig gewickelten Sekundärspule hoher Windungszahl, die am unteren Ende geerdet ist, und einer äußeren, kurzen Primärspule, die am unteren Ende der Sekundärspule mit nur wenigen Windungen um sie herum führt, so dass die Sekundärspule in ihrem Magnetfeld liegt und sich auf Grund der unterschiedlichen Wicklungsdaten eine Hochspannung ergibt. Durch die aufgrund der übereinstimmenden Resonanzen der beiden Spulen entstehenden hohen Frequenzen zwischen 30 kHz und 500 kHz wird kein Eisenkern zu ihrer Kopplung benötigt. Die als Streamer bezeichneten Blitzentladungen finden am oberen Ende der Sekundärspule statt, an dem sich ein Kondensator in Form einer Kugel oder eines Rings befindet, von dem die Blitze sich lösen.

Demonstration einer Teslaspule eines Australiers. (Bild: Boingboing.net)

Anwendungen

Der Tesla-Transformator hat kaum praktische Bedeutung. Er wird jedoch häufig bei Shows zur Demonstration der imponierenden Blitzentladungen vorgeführt. Weltweit gibt es viele Liebhaber der Tesla-Transformatoren, die auch im Internet zahlreich präsent sind und sich mit eindrucksvollen Fotos quasi überbieten. Außerdem gibt es einige pseudomedizinische Anwendungen.

Die Idee, elektrische Energie drahtlos über einen Tesla-Transformator an Verbraucher abzugeben, hat zwar keine praktisch sinnvolle Anwendungsmöglichkeit, wurde aber von zahlreichen Tesla-Anhängern oder Bewunderern aufgenommen und inspirierte diese zu Weiterentwicklungen. Heutige Liebhaber von Teslaspulen verwenden in der Regel Transistorschaltungen zur Erzeugung des notwendigen Wechselstromes in der Primärwicklung. Zahlreiche Schaltpläne sind im Internet zu finden.

Vorläuferschaltungen

Rümkorff-Funkeninduktor mit angeschlossenem Geissler-Rohr

Vorläufer der Tesla-Spule war die "induction coil" des irischen Priesters Nicholas Callan aus dem Jahre 1836. Diese wurde laufend verbessert und mit dem Prinzip des Wagnerschen Hammers kombiniert. Bereits 1837 gelang es Callan, eine Hochspannung von etwa 600,000 Volt zu erzeugen. Das Prinzip wurde auch als "Rümkorff-Spule" oder "Funkeninduktor" populär. Das Prinzip beeinhaltete auch einen Kondensator zur Resonanzbildung. Im Unterschied zur Tesla-Spule wird hier der Stromfluss durch die Primärwicklung durch einen (durch das Magnetfeld betätigten) Unterbrecher unterbrochen und ergibt sich nicht erst durch Funkenbildung. Der Rümkorffsche Induktionsapparat wird spätestens ab 1860 (Dumas und Benoit) auch für Beleuchtungszwecke mit Gasentladungsröhren (Geissler-Rohr) eingesetzt, Jules Verne erwähnt die Lampe 1864 in seinem Werk "Reise zum Mittelpunkt der Erde".[1] Übliche Zündspulen von Ottomotoren sind ebenfalls Hochspannungs(spar)transformatoren, die nach diesem Prinzip funktionieren.

Tesla-Spulen und Skalarwellen

Demonstration eines "Skalarwellenboots" für den hessischen Wirtschaftsminister durch Konstantin Meyl bei einer Messe im Jahre 2008

Auch die Anhänger der Skalarwellen-Hypothese benutzen den Begriff Tesla-Spule. Sie verstehen darunter aber nicht den oben beschriebenen Tesla-Transformator zur Erzeugung von Hochspannung. Vielmehr ist damit meistens eine bifilar gewickelte Spule gemeint, also eine Spule, deren Draht sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegensinn mit gleich vielen Windungen gewickelt ist. Eine solche Anordnung, auch Skalarwellen-Spule genannt, erzeugt praktisch kein Magnetfeld und strahlt daher nach den Gesetzen der Elektrotechnik nichts ab. Es würden jedoch Skalarwellen ausgesendet. Meist sind diese Spulen Flachspulen, etwa in Form von Leiterplatten, oder sehr kurze Zylinderspulen. Die gegensinnige Wicklung wird manchmal auch dadurch erreicht, dass eine Leiterschleife mit zwei Windungen nach Art eines eines Möbiusbandes in sich verdreht wird. Solche Skalarwellen-Spulen werden Möbius-Schleife oder Möbius-Spule genannt.

Mit dem Tesla-Transformator haben diese Tesla-Spulen eigentlich nichts zu tun. Anhänger der Skalarwellen berufen sich aber oft auf Tesla. Manchmal bestehen auch äußerlich Ähnlichkeiten mit dessen Konstruktionen. Der bekannte Skalarwellen-Befürworter Konstantin Meyl konstruierte z.B. ein kleines Spielzeugboot, welches er über "Skalarwellen" mit Energie versorgt haben will. Deutlich ist dabei die "Dachkapazität" (Kondensator) zu sehen, wie sie auch im Tesla-Transformator als Kugel realisiert ist. Beim Tesla-Transformator dient das kugelförmige Gebilde als Kondensator, der die Resonanzfrequenz beeinflusst, d.h. herabsetzt. Tesla selbst sah in ihnen so etwas wie "Antennen".

Anwendungen in der Alternativmedizin

Historische Behandlung mit Oudin-Spule

Anwendungen der Tesla-Spule finden sich in der Alternativmedizin. So wird das Funktionsprinzip bei der Zeileis-Hochspannungstherapie an einem privaten "Zeileis-Institut" im Österreichischen Gallspach angewandt.

Nach einem ähnlichen Prinzip wie der Tesla-Transformator funktioniert ein Behandlungsgerät aus der Alternativmedizin, der Violet Wand (bzw. Geißler-Rohr). Verwendet wird hier jedoch eine so genannte Oudin-Spule nach Paul Marie Oudin und Jacques-Arsène d'Arsonval. Das Gerät erzeugt eine sehr hohe Wechselspannung, die auf Grund der geringen abgegebenen Stromstärke nicht gesundheitsgefährdend ist, aber das in den üblichen Glaselektroden befindliche Gas zu einem violett leuchtenden Plasma anregt. Derartige Geräte wurden seit Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts von Quacksalbern eingesetzt und finden seit den 1990er Jahren auch eine Anwendung in der BDSM-Szene zur erotischen Elektrostimulation.

Ähnlichkeiten zum Prinzip der Teslaspule finden sich auch im Generator, der bei der pseudomedizinischen Pap-Imi-Therapie verwendet wird. Er dient allerdings nicht zur Erzeugung von Hochspannung, sondern von einem starken Strom von rund 1000 A, der in einer außen angeschlossenen Spule ein kräftiges Magnetfeld bewirkt, das zu "therapeutischen" Zwecken bei Krebs eingesetzt wurde. Der Generator verwendet de facto eine "halbe Teslaspule", und zwar den primären Parallelschwingkreis.

Tesla-Spulen im Sinne von Skalarwellen-Spulen werden ebenfalls in der Pseudomedizin eingesetzt, zum Beispiel beim Supertuning-Verfahren, in verschiedenen Erfindungen von Johann Lechner, oder in den Experimenten von Karin Lenger, die behauptet, mit Hilfe solcher Spulen eine von homöopathischen Präparaten abgestrahlte "Information" messen zu können.

Tesla-Spulen zur vermeintlichen Energieverfielfachung

Da es mit Tesla-Spulen (wie mit jedem herkömmlichen Transformator) möglich ist (Wechsel-)spannungen zu vervielfachen, wird gelegentlich Laien versucht plausibel zu machen daß es möglich sei auch elektrische Leistungen zu vervielfachen. Dies ist mit derartigen Tesla-Spulen aber auf Grund des Energieerhaltungssatzes der Physik nicht möglich. Ein Beispiel für eine derartige "Energieverfielfachung" stellt der so genannte Don Smith Generator dar.

Weblinks

Quellennachweise

  1. http://www.j-verne.de/verne_technik01_1.html