Erzeugung eines Elektroschocks
Der als Scherzartikel getarnte Kugelschreiber liegt lässig in der Hand. Keine Mine ist sichtbar und der Daumen saust auf den silber glänzenden Druckknopf. Millisekunden später steht die Person unter Strom. Ein Elektroschock entwich dem alltäglichem Kugelschreiber. Es sind nicht nur ein paar Volt – aus der Hochleistungselektronik schießen mehr als 1000 Volt.
Mittels Daumen wurde über das Kugelschreibergehäuse der Stromkreis geschlossen und die Ladungsenergie der integrierten vier Knopfzellen wurde über die Hand abgegeben 
… Ja, so sieht es aus. In der Kategorie “Technik” bin ich bereits auf die implementierte Elektroschock Elektronik eingegangen.
Ich habe einen tiefen Blick ins Innere des Scherzartikels gegeben, doch wie wird diese Hochspannung in den verbauten Bauteilen erzeugt? Im Inneren stecken vier normale Knopfzellen die mittels einer elektronischen Schaltung auf eine Hochspannung konvertiert werden. Genug geredet, ich möchte Dir nun genau erklären wie dies möglich ist.
Hochspannung erzeugen
Ich möchte nun auf die wesentlichen Dinge eingehen und den Vorgang im Inneren des Kulis so einfach wie möglich darstellen.
Die Hochspannung wird mit diesen wenigen Bauteilen erzeugt:
- Energieversorgung (in unserem Beispiel handelt es sich um 4 Standard Knopfzellen mit jeweils 1,5 Volt)
- Impulsgeber (der die Energie von den Batterien in Impulsfolgen zerhackt)
- Hochspannungstransformator (eigentliches “Herz” um Hochspannung zu erzeugen)
Das wäre es grob. Habe ich Dich enttäuscht? Ich möchte hier nur die Hauptbestandteile erwähnen, schließlich ist das Ziel dieser Seite Dir die Entstehung einer Hochspannung zu erklären. Klar ist jedoch, in der Kulischocker Elektronik sind noch weitere Bauteile im Einsatz. Allerdings bleibt leider eine Veröffentlichung ausgeschlossen, die verwendeten Widerstände, Typenbezeichnungen und SMD-Komponenten sind Entwicklungseigentum von Kulischocker. Vergleicht man die unterschiedlichen Produkte am Markt, so weiß man sofort wer klar das Rennen gewinnt…
Nun aber zurück: Alle verwendeten Komponenten spielen zusammen und ziehen gemeinsam in eine Richtung: Aus möglichst wenig Energie eine relativ hohe Ausgangsspannung erzeugen, damit der “Drücker” so heftig wie möglich geschockt wird Bei der Entwicklung dieser Schaltung wurde demnach jedes einzelne Bauteil auf die anderen verwendeten “Mitspieler” angepasst, nur ein harmonisches Zusammenspiel erzielt die erwünschten Lacher auf unseren Seite…
Bilder sagen mehr als tausend Worte, ich habe hier ein Bild mit der Innenansicht der Elektroschock Elektronik. Jetzt sieht man klar und deutlich die 3 Bestandteile für die Hochspannung Erzeugung:
Von links: Die Energieversorgung, der Impulsgeber und der Hochspannungstransformator (oder auch Zündspule / Teslaspule). Gemeinsam erzeugen sie den Stromschlag.
Noch schnell ein Detail der Induktionsspule. Klar erkennbar der hintergeschaltete Impulsgeber.
Das war nun eine kleine Übersicht der verwendeten Komponenten. Doch was ist die eigentliche Funktion jedes einzelnen Bauteils? Wie bekommen wir nun das Puzzle von Informationen zusammen? Nun komme ich zur eigentlichen Theorie, nicht einschlafen!
Die Funktionen im Überblick
Die bereits genannten drei Bauteile spielen die Hauptrolle im Bauche des Scherzartikel. Ich möchte Dir nun die Theorie zur Erzeugung eines Elektroschock näher bringen. Lass mich nun starten:
Hochspannungstransformator
Der Hochspannungstrafo (oder auch Zündspule / Teslaspule / Induktionsspule genannt!) bildet das Herzstück des Elektroschock Kugelschreibers. Dieses Bauteil hat zwei unterschiedliche Wicklungen: Es gibt jeweils Leiterschleifen auf der Primär- und auf der Sekundärseite. Der Unterschied ist die Anzahl der Wicklungen pro Seite.
- Die Primärseite hat im Vergleich zur Sekundärwicklung sehr wenige Leiterschleifen. In unserem Beispiel (Bild) gehe ich mal von 10 Wicklungen aus (N1)
- Auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformator gibt es deutlich mehr Leiterschleifen: Die Anzahl kann mehrere Faktoren betragen. In unserem Beispiel gehe ich mal von 10.000 Wicklungen aus (N2)
Der Faktor zwischen N2 gegenüber N1 beträgt: N2/N1 ==> 10.000/10 = 1000
Nehmen wir nun mal an wir legen 1,5 Volt an die Primärseite an, so erhalten wir an der Sekundärseite eine Ausgangsspannung von: 1,5 x 1000 = 1500 Volt
Du fragst Dich jetzt bestimmt wie so etwas möglich ist? Wie kann so eine niedrige Spannung verstärkt / konvertiert werden? Wie ist das möglich? Hier nun die Auflösung:
Bei der Einspeisung der 1,5 Volt über die Energieversorgung fließt beim Anlegen der Spannung ein Strom. Dieser entstandene Strom baut in der Primärwicklung des Hochspannungstrafo ein Magnetfeld auf. Wird nun die Stromzufuhr (Impulsgeber) in der Primärwicklung rhythmisch unterbrochen, so baut sich aufgrund der Selbstinduktion in den Spulen eine Gegenspannung auf, die dem Zusammenbrechen des Magnetfelds entgegenwirkt. Das Resultat: Die Spannung auf der Sekundärseite ist aufgrund der vielen Windungen um das Windungszahlverhältnis höher als auf der Primärseite.
In unserem Beispiel ist das Windungszahlverhältnis N2/N1 1000 und daraus resultiert eine Ausgangsspannung von 1500 Volt. Und was sagst Du? In diesem kleinem Elektroschock Kugelschreiber steckt eine geballte Ladung Physik
Impulsgeber
Wie bereits bei der Induktionsspule erklärt: Der Stromfluss muss auf der Primärseite rhythmisch unterbrochen werden, damit auf der Sekundärseite eine Hochspannung anliegt. Der Impulsgeber hat demnach die einfache Funktion die Spannung gleichmässig ein- und auszuschalten. Du kannst Dir bildlich einen Schalter vorstellen, der automatisch ein- und ausgedrückt wird. In der Schaltung selbst ist kein mechanisches Bauteil, heutzutage wird dies über Transistoren gelöst. Der Impuls entsteht demnach elektrisch und hat keine mechanische Abnutzung. Keine Angst, der Kugelschreiber kann über Jahre hinweg dauerhaft Stromschläge abgeben
Energieversorgung
Ich muss Dich leider enttäuschen – ich kann hierzu einfach nur wenig erklären. Die Energieversorgung sind die eingebauten Knopfzellen. Wer hätte das gedacht? Jede Batterie hat eine gewisse Ladekapazität und diese Energie steht nun vervierfacht der Schaltung zur Verfügung. Je höher die Energie, desto stärker der abgegebene Elektroschock.
Hochspannung erzeugen live in einem Video
So, genug mit der Theorie. Nichts ist langweiliger als blanker Text… Ich habe das Internet nach guten verständlichen Videos für die Hochspannungserzeugung abgegrast, leider habe ich nur ein einziges brauchbares Video gefunden. Dieses Video ist im Physikunterricht entstanden – blenden wir einfach mal die Geräuschkulisse aus… Wichtig ist hier allerdings der Lerneffekt. Hier nun das Video:
Hier noch einmal die Wiederholung: Verwendet wird ein Hochspannungstransformator mit zwei unterschiedlichen Wicklungsseiten: Auf der Primärwicklung (rechts) haben wir 500, auf der Sekundärwicklung (links) exakt 23.000 Leiterschleifen. Die eingespeiste Primärspannung wird deshalb um das 46ig fache an der Sekundärseite abgegeben.
Direkt an der Ausgangsseite der Sekundärspule wurde eine Jakobsleiter angebracht. Bei der Jakobsleiter wird der entstandene Lichtbogen einer elektrischen Entladung zwischen zwei nach oben öffnenden Elektroden aufgrund des Auftriebes und magnetischer Kräfte nach oben bewegt. Im Video ist dieser Effekt deutlich sichtbar.
Gut, ich hoffe Dir ist nun die Erzeugung einer Hochspannung klargeworden. Ich möchte mich aber hiermit deutlich von jeglichen Versuchen mit Hochspannungen distanzieren. Diese Seite soll Dir die Physik und ein Verständnis für höherfrequente Spannungen näher bringen. Hochspannung erzeugen ist aufgrund der entstehenden hohen Spannungen sehr gefährlich. Ich distanziere mich hiermit von jeglichen Experimenten / Versuchsaufbauten.
