Van de Graaff Generator

Robert Jemison Van de Graaff (20.12.1901 – 16.1.1967) war ein US-amerikanischer Physiker. Bekannt ist er vor allem für seinen 1929 entwickelten Van de Graaff Bandgenerator. Ein solcher befindet sich nahezu in jeder Schule im Physikkabinett und sorgt für Erheiterung bei den Schülern, wenn ihnen die Haare zu Berge stehen.

Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Robert_Jemison_Van_de_Graaff

Ein Van de Graaff Generator besteht eigentlich nur aus einem Motor, welcher ein Gummiband antreibt und mit dem elektrische Ladungen kontinuierlich zu einer meist kugelförmigen Elektrode transportiert wird. Metallspitzen am unteren bzw. oberen Ende des Bandes sorgen dafür, dass möglichst viele Ladungen auf das Band aufgebracht bzw. wieder “abgesaugt” werden. Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Van de Graaff Generatoren und zwar

  • selbsterregt
  • fremderregt

Beim fremderregten Van de Graaff Generator werden die elektrischen Ladungen am unteren Ende des Gummibands mit Hilfe einer Hochspannung auf dieses gesprüht. Die selbsterregte Variante kommt gänzlich ohne einer separaten Hochspannungsquelle aus. Die Metallspitzen am unteren Bandende sind lediglich geerdet.

Hier eine Skizze meines geplanten Generators:

Die auf dem Band sich befindlichen elektrischen Ladungen können innerhal der Metallhohlkugel sehr leicht mit Metallspitzen “abgesaugt” werden. Die Metallkugel wirkt nämlich wie ein sog. Faraday-Käfig, in dessen Inneren trotz der großen elektrischen Ladung außen kein elektrisches Feld herrscht. Dadurch strömen diese Ladungen ganz ohne zutun aufgrund ihrer gegenseitigen Abstoßung von innen auf die Kugel und sorgen ständig für Nachschub.

Als Gummiband habe ich mir für sog. Fitnessbänder aus Latex entschieden. Diese gibt es in einem Set für rund 10 Euro in verschiedenen Stärken, welche sich unterschiedlich schwer dehnen lassen.

Als Motor werde ich einen gewöhnlichen 12V-Gleichstrommotor verwenden. Ich muss noch schauen, welchen Achsdurchmesser dieser am besten besitzen soll. Dies hängt von der zur Verfügung stehenden unteren Laufrolle ab. Gesteuert wird der Motor mittels 12V-Schaltnetzteil in Kombination mit einem 5A-step-down-converter. Beides bekommt man um je ca. 5-10 Euro auf ebay oder aliexpress. In meinem Fall sogar direkt in diesem Elektronikladen in meiner Stadt: https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/. Damit kann ich sehr gut die Geschwindigkeit des Gummibandes regeln und auf einen optimalen Wert einstellen.

Schön langsam trudeln die Teile für den Van de Graaff Generator ein:

Für die 2.3 mm Motorachse lasse ich mir gerade auch diverse Hülsen ausdrucken:

Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen. Habe einige Gleichstrommotoren besorgt. Wichtig dabei war erstens der Spannungsbereich bis 12V, zweitens eine nicht zu geringe Leistung und drittens eine ausreichend lange Welle für die Kegelrolle.

Mittlerweile konnte ich den Van de Graaff Generator fertigstellen. Er funktioniert auch unter Berücksichtigung seiner Größe finde ich sehr gut. Die Funkenlänge beträgt ca. 4 cm. Die beiden Bürsten habe ich einfach aus einem Kupferblech ausgeschnitten.

Youtube-Video reiche ich natürlich noch nach…