Der Crusher
Erich Hans, Jürgen Putzger, Manfred Okon
Was das ist, wie er funktioniert und was man damit machen kann.. .. ..
 

WAS DAS IST

Das ganze ist eigentlich ein großer Kondensator, dessen Kapazität 300 uF beträgt. Die Nennspannung liegt bei 4000 Volt und der Kondensator ist für Pulsbetrieb geeignet. Das heißt, er kann sehr schnell entladen werden.

Kondensatoren

Die drei kleineren runden Kondensatoren haben 80 uF/1800 V. Die Cola-Dose dient dem Größenvergleich.

Entlädt man nun den Kondensator über eine geeignete Spule, so entsteht kurzzeitig ein sehr großes Magnetfeld. Dabei kann man zum Beispiel eine Dose verformen oder Münzen in ein Blech prägen.
 

WIE ER FUNKTIONIERT

Das "Crushen" erfolgt in zwei Schritten.
Zum ersten muss man den Kondensator aufladen. Dazu wird ein Hochspannungsnetzgerät von Leybold verwendet. Das Gerät liefert bis zu 6 KV bei maximal 2 mA.
Im zweiten Schritt muss der Kondensator über eine Spule entladen werden. Dazu wird ein spezielles Relais verwendet.

Relais

Hier kann man das bereits angebaute Relais sehen. Das Relais ist zwar für 40 KV geeignet, scheint aber mit den hohen Strömen ein wenig überlastet zu sein. Das macht aber nichts, man kann ja bei Bedarf die Kontakte erneuern. Leider handelt es sich um ein 115 Volt Relais, weshalb ein Regeltrafo verwendet wird.

Was man damit machen kann.

Der Kondensator wird bei geöffnetem Relais vom Hochspannungsnetzteil aufgeladen. Das dauert auf Grund des kleinen Stromes (2mA bei voll aufgedrehtem Regler) ziemlich lange. Man kann mit ca. 20 Sekunden pro 100 Volt rechnen. Zum Ermitteln des Ladezustandes ist ein statisches Voltmeter (bis 4KV) an den Kondensator angeschlossen.
Nach dem Erreichen der gewünschten Ladung wird das Netzgerät auf null gestellt, und das Relais wieder geschlossen. In diesem Augenblick fließt ein sehr großer Strom durch die angeschlossene Spule.

Es können verschiedene Spulen verwendet werden.

Die Ringspule.
Red Bull im Crusher
Dabei handelt es sich um eine in einer Ebene gewickelte Spule aus flachem Cu-Lackdraht (2,5X4mm) mit 5 Windungen. Die Spule ist so gewickelt, daß eine Dose durchgesteckt werden kann.
Crushed Red Bull
So sieht das Ergebnis aus. Je nach Aufladung, sieht die Dose anders aus. Das kann so weit gehen, dass die Dose in der Mitte zerteilt wird.
Die Einschnürung entsteht durch die induzierten Wirbelströme in der Dose, welche ja das Entstehen eines Magnetfeldes "verhindern" wollen (Lenzsche Regel). Die Wirbelströme erzeugen also ein Magnetfeld, welches so gerichtet ist, dass sich die Dose von dem gerade entstehendem Magnetfeld der Spule abstößt.

Die Flachspule
Flachspule
Hier kann man die Flachspule sehen. Ich habe sie in Harz gegossen, um die Stabilität zu erhöhen. Diese Spule soll dazu verwendet werden, um zwei 10-Pfennig Stücke in ein Aluminiumblech zu prägen. Dazu muss ein "Sandwich" aufgebaut werden.
Crushing Cu-Blech
Als erstes die Flachspule, darauf eine Klarsichtfolie zur Isolierung, dann das Alu-Blech (2mm dickes "Dural", relativ hart), auf das Alu-Blech die beiden Münzen und zum Schluß auf das ganze noch ein 15 KG Gewicht.
Bei der Entladung über die Spule soll(te) folgendes geschehen.
Im Aluminiumblech sollen so große Wirbelströme induziert werden, dass es sich mit Wucht von der Spule weg bewegt. Da es ja durch die träge Masse von 15 KG behindert wird, biegt es sich quasi um die Münzen herum.

Tja, so sollte es sein. Aber bei unserem 1, Versuch sah das Ergebnis anders aus.
Flachspulen tot
Durch das Magnetfeld will sich die Flachspule aufwickeln, was aber durch das Harz verhindert wird. Also ==> bleibt nur die Sprengung des Flachspulen-Unterbaus samt Harz.
Aber ein deutliches "Hüpfen" des 15 KG Gewichtes während des Versuches lässt doch einen kleinen Erfolg erahnen.
Crushed Alu-Blech
Man kann doch deutlich die Verbiegung des Alubleches erkennen. Auch die Münzen sind nicht mehr das, was sie mal waren. Automatentauglich sind sie auf jedenfall nicht mehr.
Das Alublech ist eigentlich so hart, dass man es mit den Fingern kaum verbiegen kann. Da stellt sich doch die Frage, mit welchen Energien man es zu tun hat.

Ein neuer Versuch sollte mehr Erfolg bringen. Diesmal wurde die Flachspule nicht eingegossen, sondern nur lose auf eine PVC-Platte (150mmX150mmX15mm) gelegt. Anstelle des Alublechs verwendeten wir nun ein 1mm dickes CU-Blech. Leider wurde die Unterlage wieder spektakulär  zerschmettert. Aber das Ergebnis kann sich wenigstens sehen lassen.

Crushed Cu-BlechCrushed Cu-Blech

 Um geeignete Spulenunterlagen zu finden wurde ein 3. Versuch durchgeführt. Nochmal 3.5KV Aufladung und ein 1mm CU-Blech; und das ganze auf einer Styroporunterlage. Das Ergebnis war: CU wie oben verbogen, Styropor nur verdrückt, aber jetzt Spule kaputt. Die Spule ist stark verbogen und eine Lötstelle löste sich, wodurch der Lack schaden genommen hat.
Test
Schließlich erwies sich ein dicker Kunststoffblock als geeignet. Die genaue Materialbezeichnung weis ich aber momentan nicht.

Beste Flachspule
 

Ein wenig Physik
 

Diagramm
 

 Hier ist in einem Diagramm die im Kondensator gespeicherte Energie gegen die Ladespannung aufgezeichnet. Man muss aber bedenken, dass nicht die ganze Energie wirken kann. Denn es treten Verluste (Wärme usw.) auf. Zum Vergleich; ein Projektil eines MG´s der Bundeswehr: Die Geschwindigkeit beträgt ca. 750m/s, die Masse ca. 10 Gramm (Geschätzt, hab ich noch nie gewogen). Damit währe die Bewegungsenergie E=1/2 *m *v^2=
0.5*0.01 KG*(750 m/s)^2=2812.5 Joule !!!

Achtung !! Gewehrkugeln können töten !!
Kondensatoren auch !!!!

Sehr interessant ist auch die Einwirkung der Leitfähigkeit des zu "bearbeitenden" Materials. Wir wollten am Anfang eine normale Cola Dose crushen. Leider ging das nicht. Wahrscheinlich ist die Leitfähigkeit der Weißblech-Dose zu schlecht. Es können daher nicht die nötigen Wirbelströme fließen. Man konnte lediglich eine Erwärmung der Dose feststellen. Auch der Versuch, eine CD zu zerlegen schlug fehl. Wahrscheinlich wieder zu wenig Wirbelströme. Nur ein kleines "Hüpfen" wird beobachtet. Eine einfache Alu-Folie dagegen wird ordentlich zerknüllt.
 
 
 

Des weiteren werden wir versuchen eine Schockwelle zu erzeugen. Dazu soll ein dünner Draht anstelle der Spule angebracht werden, der sich in einem mit Wasser befüllten Gefäß befindet. Durch den hohen Strom sollte der Draht schlagartig verdampfen und die im Wasser entstehende Druckwelle sollte das Gefäß  zerschmettern.

Erste Ergebnisse .. ..
Schockwelle in Dose

Das ist vielleicht ein Knall gewesen !! Zuerst haben wir einfach nur einen ca. 5 cm langen Stahldraht verdampft. Mächtig laut das Ganze. Nun tauchte aber ein Problem auf. Durch das Verdampfen des Drahtes fehlt  die Verbindung der beiden Kondensatoranschlüsse, weshalb keine vollständige Entladung mehr stattfinden kann. Man muss also irgendwie die Restladung abbauen. Dazu verwendeten wir zuerst einfach eine Messstrippe  (an 2 PVC - Stäben). Aber auch dieser Vorgang ist sehr laut, und es könnte leicht passieren, dass auch die Messleitung unterbrochen wird. Daher versuchen wir jetzt den Kondensator über einen Widerstand (1000 Ohm) zu entladen. Um die völlige Ladungsfreiheit des Kondensators zu überprüfen, müssen wir uns noch etwas einfallen lassen.
Nun aber zur eigentlichen Schockwelle. Wir haben also den zu verdampfenden Draht in einen Plastikbecher mit Wasserfüllung gesteckt. Das Ergebnis ist aber nicht berauschend. Schließlich bereitet  es ja nicht einmal einem 6-jährigen Probleme, Plastikbecher zu zerknüllen. Da ist das 2. Versuchsergebnis schon besser: Draht in Cola Dose (Deckel entfernt). Wir vermuteten schon, dass ein wenig Wasser durch die Gegend gespritzt werden könnte und haben deshalb die Dose in eine große Plastikwanne gestellt, und das ganze mit einem Karton abgedeckt. Aber der Karton war kein Hindernis für die Fontäne. Oben im Bild kann man das Ergebnis sehen.

Nachtrag am 25.10.2000.
Auf diesem Bild ist der letzte Stand des Aufbaus zu sehen; hier gerade in Verbindung mit der sich gleichmäßig ausbreitenden Druckwelle (Verdampfter Draht). Das elektrische Relais ist aus Sicherheitsgründen durch einen mechanischen "Schalter" mit Reißleine ersetzt worden. Außerdem ist zusätzlich ein zweiter Schalter zum sicheren Entladen des Kondensators eingebaut worden. Dabei kann der voll aufgeladene Kondensator über einen 360 Ohm Widerstand entladen werden. Wir haben nämlich festgestellt, dass nach dem Verdampfen des Drahtes meistens noch eine recht beträchtliche Restladung auf dem Kondensator vorhanden ist.
Als letzte Änderung ist noch eine Verbesserung der Abdeckung der Kunststoffwanne und des Drahthalters geplant, damit man nach dem Versuch nicht immer den ganzen Hörsaal wischen muss.....


Ende Nachtrag....

Noch ein Nachtrag am 27.04.2001.


Hier kann man den Gesamtaubau sehen.


Der Draht wird jetzt mit 2 Schrauben geklemmt.


Leider ist vor 2 Tagen das Hochspannungsgerät, mit dem wir bis jetzt den Kondensator  aufgeladen haben, kaputt gegangen. Schade, denn es lieferte einen Ladestrom von > 20 mA und war stabilisiert. So konnte man sauber 4 KV einstellen, und musste sich keine Sorgen machen, dass der Kondensator überladen wird. Als provisorische Lösung haben wir die getaktete Zündspule, die eigentlich dem kleinen Tesla-Trafo dient, mit Gleichrichterdiode zum Einsatz gebracht. Der Ladevorgang geht auch ziemlich schnell, und lässt sich gut kontrollieren. Evtl. wird das das Standart-Ladegerät....

Ende Nachtrag


 

Übrigens, .. .. ..

WIR, das sind Jürgen Putzger, der schon beim Tesla Projekt dabei war, Manfred Okon, Dr. der Physik, und ich (Erich Hans). Putzger Jürgen haben wir auch den Kondensator und das Relais zu verdanken (Beschaffung).

Bei der Arbeit

Hier kann man von links nach rechts Putzger Jürgen (von hinten), Ansgar Ehrensperger (SHK) und Manfred Okon bei der "Arbeit" sehen.