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Hochstrom-Versuche

Ein Trafo mit vielen Windungen primärseitig und wenigen Windungen dicken Drahtes sekundärseitig ist in der Lage, sehr hohe Kurzschlussströme zu liefern. Ein solcher Hochstromtrafo kann natürlich selber gebaut werden, indem man einen bestehenden Netztrafo mit hoher Leistung (z.B. Mikrowellentrafo mit ca. 1 kVA) sekundärseitig neu bewickelt. Ich hatte das Glück, noch einen alten Physik-Experimentiertrafo vorrätig zu haben, dadurch blieb mit der Aufwand erspart.. Es handelt sich um ein Modell, wie man es vielleicht noch vom Physikunterricht her kennt, ein Trafo also mit leicht auswechselbaren Spulen. Dieser wurde primärseitig mit einer Spule von 660 Windungen bestückt, sekundärseitig wurde eine Spule mit nur 6 Windungen angebracht. Dies ergibt ein Windungsverhältnis von 110, das heisst theoretisch, dass sekundärseitig der 110-fache Strom des primärseitig aufgenommen Stroms entnommen werden kann. Bei den Versuchen zog der Trafo auf der Primärseite rund 1.8 A, sekundärseitig wären dies also im Idealfall 1.8 A * 110 = 198 A, allerdings ist der Trafo mit relativ grossen Verlusten behaftet, sodass vielleicht ca. 150 A oder so geflossen sind. Dies ist aber immer noch genug, um einen kleinen Nagel auf Weissglut zu bringen und zu schmelzen. Hier einige Bilder:

Für eine grössere Ansicht bitte auf das jeweilige Bild klicken.

Auf dem ersten Bild ist der gesamte Aufbau zu sehen. Das zweite Bild zeigt den eingespannten Nagel mit beginnender Rotglut, auf den nächsten Bildern schliesslich steigert sich die Glut zu Gelb- und dann zu Weissglut. Im fünften Bild ist die Schmelzphase zu sehen, man sieht auch, wie kleine, glühende Stücke des Nagels runterfallen (gut hatte ich eine metallische Unterlage :-) ), und das letzte Bild zeigt den bereits durchgebrannten Nagel, von dem aber beide Enden immer noch glühen. Der Vorgang geht leider so schnell, dass es schwierig ist, mit der trägen Digitalkamera die einzelnen Phasen gut festzuhalten. Vielleicht werde ich den Versuch später nochmals mit einem Regeltrafo durchführen, damit das Ganze etwas verlangsamt werden kann.

Anwendungen in der Technik:

• Glühbirne: Bei der Glühbirne übernimmt der Glühwendel die Funktion des Nagels in meinem Versuch. Damit der Glühwendel nicht so schnell schmilzt wie mein Nagel, wird der Glaskolben der Glühbirne mit einem Schutzgas (meistens Argon) gefüllt. Bei älteren Glühbirnen wurde der Glaskolben evakuiert.

• Schmelzsicherung: Wie der Name schon sagt, besteht eine solche Sicherung aus einem dünnen Draht in einem Keramik- oder Glaskolben, der bei zu hohem Stromfluss schmilzt und damit den Stromkreis unterbricht. Meistens reagieren Schmelzsicherungen allerdings ziemlich träge und lassen kurzfristig auch bedeutend höhere Ströme zu als der Nennstrom, für den sie konzipiert wurden. So kann zum Beispiel eine träge 10 A Schmelzsicherung in einem Haushalt unter Umständen einige Minuten auch mit 15 A belastet werden, ohne dass sie durchbrennt. Im Falle eines Durchbrennens des Sicherungsdrahtes kann es vorkommen, dass bei der Bruchstelle des Drahtes ein Lichtbogen entsteht. Wird dieser nicht gelöscht, so ist der Stromkreis nicht unterbrochen und es fliesst ein hoher Strom, da der Lichtbogen annähernd einen Kurzschluss darstellt.  Die Angabe, welchen maximalen Strom eine Sicherung überhaupt unterbrechen kann, ist deshalb ebenso wichtig wie die Angabe, bei welchem Strom die Sicherung anspricht.

• Heizungen: Heizungen von Lötkolben, Elektroofen oder Haartrockner bestehen meist aus Konstantandraht, der einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist. Durch den Strom, der hindurchgeschickt wird, erwärmt sich der Draht (bei gewissen Anwendungen bis auf schwache Rotglut). Bei kleinen Elektroheizungen werden mit einem Lüfter die Drahtschlaufen angeblasen und dadurch ein warmer Luftstrom erzeugt.

• Elektro-Schweissen: Durch das Schmelzen der Kontaktstellen zweier metallischer Werkstücke und anschliessendes Erstarren werden diese dauerhaft miteinander verbunden. Die Erwärmung kann mit einem hohen Strom von einem Schweisstrafo, der ähnlich aufgebaut ist wie mein Versuchstrafo, erfolgen.