Van-de-Graaff-Generator

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Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon hamlet » 21 Mai 2017, 22:24

Hallo,
ich habe heute seit langem mal wieder mein Lieblings-Spielzeug ausgepackt und mich an einem Van-de-Graaff-Generator versucht.
DSC_6409 (Copy).jpg
Aufbau

Die untere Antriebsrolle ist eine alte Rennfelge.
Und unglaublicherweise funktionierte das Teil auf Anhieb. Naja, er britzelt ein bisschen, so etwa 5mm weit. Nichts im Vergleich zu z.B. dem Modell hier. Aber wie dem auch sei, es funkt! Hier das Beweisfoto, was gar nicht mal so einfach zu schießen war. Wenn man ganz genau hinschaut, kann man die Entladung erahnen:
DSC_6414 (Copy).jpg
Es britzelt

Hat das eigentlich schon jemand anderes mit ft versucht? Ich habe im Bilder-Pool und auf Google nicht viel gefunden.
Beste Grüße,
Helmut

Anbei nochmal der Gefahrenhinweis aus der Wikipedia:
Gefahrenhinweis
Bei kleinen Bandgeneratoren ist der beim Annähern an die obere Kugel durch den menschlichen Körper fließende Entladestrom nur kurzzeitig sehr hoch und daher meist ungefährlich. Jedoch sind Bandgeneratoren insbesondere dann eine Gefahrenquelle, wenn hochspannungsfeste Kondensatoren (z. B. sogenannte Leidener Flaschen) damit geladen werden. Die gespeicherte Energie kann dann derart hoch werden, dass ein elektrischer Schlag lebensgefährlich ist.
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon davidrpf » 22 Mai 2017, 07:07

Hallo Helmut,

ich finde die Idee, einen "Van-de-Graaff-Generator" zu bauen ziemlich cool. Hast du die erzeugten Spannungen gemessen?

Konstruktive Grüße
David
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon geometer » 22 Mai 2017, 09:48

Hallo,

bei 5 mm Funkenstrecke werden es etwa 5000 Volt sein.

Der Bandgenerator ist klasse.

Irgendwo im Netz gab es vor ein paar Jahren mal eine Seite zu Hochspannung mit ft.

Um 1986 hatte ich nach dem "Werkbuch für Jungen" von Rudolf Wollmann einen Wagnerschen Hammerunterbrecher an zwei Kfz-Zündspulen gehängt. Anders als im Buch hatte ich den Wagnerschen Hammer zunächst mit ft gebaut. Dieser Funkeninduktor hat mehr als 10.000 V geliefert, der Nachfolger ohne ft mit Platindraht im Unterbrecher gespeist von einem 12 V, 20 A Autobatterieladegerät dann sogar mehr als 30.000 V. Dementsprechend gab es kräftig brutzelnde Blitze von mehr als 3 cm Länge. Absolut beeindruckend. Es entstanden aber wegen der viel höheren Ströme sehr viel mehr Ozon und Stickoxide als bei einem Bandgenerator, die Blitze setzten Papier sofort in Brand, und das ganze war wohl lebensgefährlich und - auch wenn ich vorsichtig war - ziemlich leichtsinnig. So etwas würde heute bestimmt in keinem Buch mehr abgedruckt, und ich würde dringend vom Bau eines solchen Geräts abraten!

Der Bandgenerator ist viel ungefährlicher und zeigt auch den viel interessanteren physikalischen Effekt: Spannungserzeugung durch Trennen von Ladungen.

Übrigens kann es nicht schaden, auch während des Gebrauchs eines Bandgenerators zu lüften!

Viele Grüße

Thomas
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon steffalk » 22 Mai 2017, 11:12

Tach auch!

Das ist ja *grandios*! Bitte bitte bitte schreib einen ft:pedia-Artikel darüber!

Gruß,
Stefan
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon Christian.Weiss » 23 Mai 2017, 09:17

Könntest du das Bild noch bitte ein bisschen erläutern? Insbesondere der Block (mit Alufolie umwickelt?) oben und der kleine schwarze Baustein unten Mitte an dem das FT-Kabel steckt würden mich interessieren. Danke!
Christian.Weiss
 
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon hamlet » 23 Mai 2017, 19:12

Hallo Christian,
der "Block" ist eine in Alufolie eingeschlagene ft-Kassette. Die obere Bürste ist innen mit der Alufolie verbunden. So dient die Kassette als faradayscher Ladungsspeicher. Das ist allerdings eine suboptimale Lösung: Er ist recht klein, hat viele Kanten, die eine schnelle Entladung an die Umgebung verursachen können und die Ladungsabnehmerbürste ist gar nicht richtig im feldfreien Innenraum positioniert.
Der schwarze Baustein, ein leerer Lampen-Stein, dient lediglich der Verbindung des braunen Bürstenkabels mit dem blauen ft-Kabel.

Anbei noch Bilder meines zweiten Entwurfs:
DSC_6417 (Copy).jpg
DSC_6419 (Copy).jpg
DSC_6416 (Copy).jpg

Sieht imposanter als das erste Modell aus?
Funktioniert allerdings überhaupt nicht )-; Wahrscheinlich eignet sich eine quer zerschnittene Plastiktüte nicht als Ladungstransportband. Die Antriebsfedern müssten als Ladungsbürsten gut funktionieren.
Beste Grüße,
Helmut

EDIT: Ein bisschen was tut sich doch beim zweiten Entwurf. Aber die Entladungen sind wenig beeindruckend. Vielleicht ist heute einfach die Luftfeuchtigkeit zu hoch.
Ich werde noch ein wenig mit verschiedenen Materialien der beiden Enden der triboelektrischen Reihe experimentieren ... und die Bandgeschwindigkeit lässt sich ebenfalls noch erhöhen.
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon tra_67 » 04 Dez 2017, 16:42

Hallo Helmut,

als erstes Mal vielen Dank für die grandiose Idee mit dem Bandgenerator. Ich habe ihn mal nachgebaut und er funktionierte auf Anhieb.

Dann habe ich mich mal damit beschäftigt, wie man ihn noch verbessern kann.

Die erste Verbesserung war eine Verbindung des unteren Ladungskamms mir Erde. Das hat die Funkenstrecke gleich mal verdoppelt (ca. 7mm).
Die nächste Änderung war, dass ich 3 Raupenbänder verwendet habe und die Fischertechnikkassette durch eine Metallkugel ersetzt habe (10cm Deko-Kugel vom Drogeriemarkt-Haushaltswarenhändler).
Das hat interessanterweise keine wirkliche Verbesserung ergeben.

Die nächste Verbesserung war das Ersetzen der Gummibänder durch DC-Fix static –Folie (Das Band habe ich einfach mit Tesafilm zusammengeklebt – funktioniert einwandfrei). Auch diese Anordnung bracht noch keine wesentliche Verbesserung.

Zuletzt habe ich mich der Bandführung gewidmet.

Pic04.JPG
Pic05.JPG

Man kann die Leistung eines Bandgenerators erhöhen, indem man dem unteren Ladungskamm eine Kunststoff-Walze gegenüber setzt, die sich durch das Band positiv auflädt. Diese zieht dann zusätzlich die Elektronen aus dem Kamm auf das Band.

Pic06.JPG

Dadurch, dass man die beiden Seiten des Bandes eng aneinander vorbeiführt erhöht man die Kapazität, was zu einer höheren Beladungsdichte des Bandes führt.

weiter im nächsten Post...
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon tra_67 » 04 Dez 2017, 16:46

Oben trennt man die Bänder zunächst durch eine dickere Kunststoffrolle, die das Band umlenkt und bringt sie dann mit einer Metallrolle wieder eng zusammen. Das bewirkt, dass sich die negativen Ladungen abstoßen und über die Metallrolle auf die Kugel abgeleitet werden.

Pic08.JPG
Pic09.JPG

Nun folgt ein Kamm, der einerseits die verbliebenen negativen Ladungen vom Band ableitet, aber auch das Band mit positiven Ladungen von der Kugel positiv auflädt.
Diese positiven Ladungen werden vom Band wieder zur ersten Kunststoffrolle transportiert und laden diese wieder positiv auf.

Pic10.JPG


Das Ergebnis ist verblüffend: Der Bandgenerator wirft jetzt ca. 2cm lange Blitze auf eine geerdete Kugel. Wenn man sich mit einer Stange nähert, bildet sich anstelle eines Blitzes eine leuchtende Koronarentladung. Nimmt man die geerdete Kugel in die Hand und nähert sich mit dem Finger bilden sich sogar 3-4cm lange Blitze.

Übrigens - die kleinen Kugeln sind ebenfalls Deko-Kugeln aus dem Haushaltwarengeschäft, die Plexiglasstäbe sind einfach Gardinenstäbe (Schleuderstab) aus dem Baumarkt. Befestigung mit Heißkleber.
Die Kugel habe ich übrigens mit einer kleinen Trennscheibe geöffnet (Dremel o.Ä.) und mit einer Blechschere ausgeschnitten. Die Ränder habe ich dann etwas nach innen gebogen (wegen Koronarentladungen). Den elektrischen Kontakt habe ich mittels Krokodilklemme hergestellt.

Interessant ist auch der Einfluss des Erdkabels (weiße Klemme auf dem Foto). Bei dieser Anordnung ist es bei mir am effektivsten, wenn ich sie als „Antenne“ auslege. Sie hat großen Einfluss auf die Blitzrate und Weite.

Zum Abschluss hier noch die obligatorische Warnung, dass der Bandgenerator Hochspannung erzeugt, die so gefährlich oder ungefährlich ist, wie die Stromschläge, die man bekommt, wenn man mit Kunststoffsohlen über Teppich geht und dann eine Türklinke berührt. Nur damit niemand überrascht ist.

Viele Grüße,
Ralf
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon tra_67 » 04 Dez 2017, 16:48

Hier der Vollständigkeit halber noch ein Bild der Konstruktion des unteren Kamms:

Pic07.JPG


Viele Grüße,
Ralf
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon hamlet » 05 Dez 2017, 21:39

Hallo Ralf,
Ein klasse Modell! Die Deko-Kugeln sehen wirklich gut aus und zwei bis vier Zentimeter Funkenweite sind schon eine Ansage. Besonders interessant finde ich Deine Optimierungen bei den Ladungsbürsten.
Eine Frage habe ich zu der "Erdung": Du schriebst, dass Du die besten Ergebnisse erzielt hast, wenn sie einfach wie eine Wurfantenne ausgelegt war. Mhm, ob man dadurch die Kapazität erhöht? Hattest Du sie auch mal wirklich geerdet, z.B. am Schutzleiter oder an einer Wasser- bzw. Heizungsleitung?
Beste Grüße,
Helmut
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon tra_67 » 06 Dez 2017, 11:12

Hallo Helmut,

Interessanterweise ändert sich nicht wirklich viel, wenn man die Klemme z.B. an die Erde der Steckdose anschließt. Bei der nicht optimierten Bandführung war das anders, da hatte das einen positiven Effekt.

Ich denke das ist wirklich eine Kapazitätsfrage - und auch eine Frage der Koronarentladungen, die reichlich stattfinden (man riecht es). Daher auch die Unterschiede bei den Überschlägen zwischen Stange (reine Koronarentladung - Blitz < 5mm - sieht man im Dunkeln als blaue Wolke leuchten), Kugel (2 cm Blitz) und Finger (erste Überschläge ab ca. 4cm, ab 2cm stärkere Blitze).

Das mit der Verbesserung der Bandführung ist übrigens nicht meine Idee gewesen:
Hier meine Quellen:

https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/zna.1947.2.issue-7/zna-1947-0706/zna-1947-0706.pdf
http://physik.ernesti.org/html/0_bandgen.html

Viele Grüße,
Ralf
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Re: Van-de-Graaff-Generator

Beitragvon hamlet » 10 Dez 2017, 20:44

Hallo Ralf,
Danke für den Link zu dem schönen Artikel von 1947 mit der wirklich guten Beschreibung der Funktionsweise. Hat Spaß gemacht zu lesen. Vielleicht versuche ich mich zwischen den Feiertagen auch nochmal an einem Bandgenerator.
Viele Grüße,
Helmut
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