Hochspannungsinduktor

Der Funkeninduktor ist ein historisches elektrisches Gerät zur induktiven Erzeugung von Hochspannungsimpulsen und wird in ältere Literatur auch als Induktorium^[1] bezeichnet. Es wurde vielfältig eingesetzt, um

1. eine Hochspannung bis etwa 250 Kilovolt zu erzeugen,
2. elektrische Entladungsvorgänge auf höherem Energieniveau durchführen zu können (Bisher stand nur Reibungselektrizität in vielfältigsten Variationen, z. B. die Wimshurst-Maschine oder der Bandgenerator zur Verfügung), sowie um
3. Vergleiche mit elektrostatischen Entladungen (Blitz, Gewitter) anzustellen, später auch um
4. Röntgenapparaturen mit Hochspannung zu versorgen.

Ein besonders effektiver Funkeninduktor wurde von dem deutschen Erfinder Heinrich Daniel Ruhmkorff 1855 gebaut.

Aufbau und Funktionsweise

Der Funkeninduktor ist wie ein Transformator mit hohem Übersetzungsverhältnis aufgebaut, d.h. mit wenigen Windungen aus dickem Draht als Primärspule und tausenden Windungen als Sekundärspule.

Fließt ein Strom durch die Primärwicklung, baut sich im Eisenkern ein Magnetfeld auf. Wird die Stromzufuhr der Primärwicklung durch einen Wagnerschen Hammer rhythmisch unterbrochen, baut sich aufgrund der Selbstinduktion in den Spulen eine Gegenspannung auf, die dem Zusammenbrechen des magnetischen Feldes entgegenwirkt (Lenz’sche Regel). Die Spannung in der dünnen Wicklung ist aufgrund der vielen Windungen um das Windungszahlverhältnis höher als diejenige über dem Kontakt und wird nur durch die Isolation, die Geschwindigkeit des Stromabschaltens und die Eigenkapazität der Hochspannungswicklung begrenzt. Sie ist umso höher, je höher der Strom vor dem Abschalten ist.

Der Kondensator über dem Kontakt des Wagnerschen Hammers soll einerseits die Funkenbildung verringern und andrerseits mit der Primärspule einen Schwingkreis bilden, der die gleiche Resonanzfrequenz wie die Sekundärspule zusammen mit ihrer parasitären Kapazität hat. Auf diese Weise wird die Energieübertragung vom Primär- auf den Sekundärkreis optimiert. Parallel zur Stromquelle werden Kondensatoren eingesetzt, um die bei schließendem Schalter auftretenden Stromstöße von der Stromversorgung fernzuhalten.

Anwendung

Funkeninduktoren gab es neben den wissenschaftlichen Anwendungen durch Physiker auch zur Volksbelustigung auf Jahrmärkten sowie als Kinderspielzeug in Form von Elektrisiermaschinen.

Weiterhin speisten Funkeninduktoren die ersten Sendeanlagen - mit ihrer Hochspannung wurde eine Schwingkreis- oder die Antennenkapazität geladen, bis die Zündspannung einer im Kreis oder der Antenne liegenden Funkenstrecke erreicht war. Die abrupt gezündete Funkenstrecke wirkte wie ein plötzlich geschlossener Schalter, über den die Ladung sich oszillatorisch ausgleichen konnte und so gedämpfte hochfrequente Schwingungen in Schwingkreisen und Antennen erzeugte. Bereits Heinrich Hertz verwendete einen Funkeninduktor als Hochspannungsgenerator für seinen Nachweis der elektromagnetischen Wellen, die wegen ihrer ursprünglichen Erzeugungsart auch Funkwellen genannt werden.

Funkeninduktoren gehören auch heute noch zur Ausstattung des Physikunterrichtes an Schulen, Hochschulen und Universitäten, werden aber aufgrund der Bremsstrahlung (bei diesen Spannungen in Form von Röntgenstrahlung), die beim Auftreffen der Elektronen auf die Anode frei wird, nur noch selten eingesetzt. Sie dienen der Demonstration von Entladungen hoher Spannungen, z. B. auch der Speisung von Geißlerschen Röhren.

Der Entwicklungsweg des Funkeninduktors führte zu den ebenso aufgebauten Zündspulen von Ottomotoren, wie sie auch heute noch eingesetzt werden. Der anstelle des Wagnerschen Hammers dort zunächst eingesetzte mechanische Zündunterbrecher wurde inzwischen durch Halbleiterschalter (Transistoren) ersetzt.

Schaltnetzteile nach dem Sperrwandlerprinzip und die Hochspannungserzeugung im Zeilentransformator von Röhren-Fernsehgeräten arbeiten ebenfalls nach dem Prinzip der Selbstinduktion.

Auch Weidezaungeräte, Elektroschockpistolen und Prüfgeräte für Isolationswiderstand, Durchschlagsfestigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit arbeiten nach diesem Prinzip.

Siehe auch:

• andere Erzeugungsmöglichkeiten von Hochspannung

Weblinks

• Funkeninduktor und Fritter (Kohärer)

Einzelnachweise

1. ↑ Heinrich Hertz: Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung. Ann. Phys., Verlag J. A. Barth, Leipzig, 1887, Band 267, Heft 8, S. 984