Dampfradioforum

Hallo zusammen,

im Thread Saba Freudenstadt W5-3D viel zu hohe Spannungswerte maß der TE eine um 10% erhöhte Sekundärspannung am Netztrafo bei ansonsten unverdächtigen Meßwerten.
Als Ursache zog ich einen Windungsschluß in der Primärwicklung in Betracht, weil sich wegen bei verringerter Anzahl der Primärwindungen die Sekundärspannung erhöhen sollte.
ELEK (Ingo) antwortete mir hier daraufhin, daß sich die Sekundärspannung durch einen Windungsschluß nicht erhöhen werde, weil durch die kurzgeschlossenen Windungen ja zusätzliche Leistung verbraucht wird. Das hatte ich nicht bedacht, wegen der Belastung durch die zusätzlichen Kupfer- und Eisenverluste verringert sich die Sekundärspannung ja auch wieder.

Ich möchte gerne mal ausprobieren, wie weit sich diese beiden gegenläufigen Effekte auf die Höhe der Sekundärspannung auswirken.
Ingo, bei Deinem Vorschlag mit dem Ringkerntrafo wird der Trafo durch die kurzgeschlossene Wicklung zwar zusätzlich belastet; die Primärseite hat jedoch noch genausoviele Windungen wie vorher - da kann sich die Sekundärspannung auch nicht erhöhen.

Mein Vorschlag:
1. Ein Netztrafo mit 220V- und 240V-Anschluß wird mit dem 240V-Anschluß an die Netzspannung angeschlossen --> Ua messen!
2. Durch Kurzschließen dieser beiden Anschlüsse simuliert man einen Windungsschluß --> Ua messen!
3. Gleicher Aufbau, aber die Sekundärseite mit ungefähr Nennlast belasten. 220V- und 240V-Abgriffe offen --> Ua messen!
4. Anschlüsse miteinander kurzschließen --> Ua messen!

Momentan bleibt's nur ein Vorschlag; denn mein einziger Trafo mit 240V-Anschluß zieht im Leerlauf 900 mA, der is also inne Wicken.
Es würde mich freuen, wenn das mal jemand nachmessen könnte - Interesse und erforderliche Vorsicht vorausgesetzt!

Gruß, Frank

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Es muss nicht immer alles Sinn machen. Oft reicht es schon, wenn's Spaß macht.

Hallo,

Frank, das ist ja fast schon eine Aufgabenstellung für ein Meßpraktikum ^^

Ich meinte das mit der Zusatzwicklung so (manchmal ist eben doch ein Plan besser als 1k Worte ^^):

Die zusätzlich aufgebrachte Wicklung wird der originalen Primärwicklung in Reihe geschaltet, also so getan, als gehörten die Zusatzwindungen von vornherein zur Primärwicklung ! Dann hat der Trafo natürlich ein geringfügig höheres Übersetzungsverhältnis, an gleicher Netzspannung werden die Ausgangsspannungen also gegenüber dem Nennbetrieb geringfügig kleiner sein (zumindest, wenn sie im gleichen Wicklungssinn angeschlossen sind), daß ist aber für unsere Experiment nebensächlich, wenn die Skalenlampe vor dem Kurzschlußversuch nur mit 6,0 statt 6,3V leuchtet.

In diesem Zustand werden nun die Zusatzwindungen kurzgeschlossen (1s) und die ÄNDERUNG bewertet.
Dann hätten wirs.

Bei Ringkerntrafos und bestimmt auch M-Kerntrafos reicht übrigens eine Windung aus fettem 10mm² Cu-Draht, um die Spannungen einbrechen zu lassen, je mehr Windungen, je größer der Einfluß der Kurzschlußwicklung, weil die eine Windung ja auch eine Schleifenimpedanz hat die bei entsprechend kleiner treibender Spannung ja durchaus nur eine Überlast darstellen könnte. Bei mehr Windungen steigt die Spannung bei nahezu unveränderter Schleifenimpedanz (die Flächen der Windungen sind ja die Quelle), also wird der Kurzschlußstrom und die Rückwirkung auf den Fluß größer werden. Deshalb auch der Vorschlag, gleich mal so 20 Windungen "Zusatz-Klingeldrahtwindungen" zu machen, damit das Ergebnis eindrucksvoll wird. Ich hab den Versuch übrigens in anderem Zusammenhang von ca. 1 Jahr durchgeführt.

2 Anmerkungen noch zum geplanten Vorhaben:

- Die Verwendung der Spannungsabgriffe ist ne tolle Idee, natürlich geht das so auch ! Das problem ist nur, daß die rel. dünnen Windungsdrähte der Primärwicklung dann recht hohe Ströme sehen ! Der Trafo ist also dadurch in Gefahr !

- Der Vorschlag von mir, die Primärspannung weicher zu machen, würde das Experiment unzulässig verfälschen, denn die Primärspannung selbst soll ja konstant bleiben... bleibt also nur, den Versuch mit einem nicht zu seltenen, hochwertigen Trafo nur sehr kurzzeitig (1s!) durchzuführen!

Gruß Ingo

Im letzten Dezember hatte ich eine defekte Weihnachtsbeleuchtung auf der Werkbank. Schadbild: Alle (!) Glühlampen durchgebrannt obwohl es mehrere parallele Stromkreise gab - kann doch nicht sein. Ich öffnete den 12V Steckertrafo: Sekundärwicklung heil, Primärwicklung verschmort.
Meine Theorie war ein Windungsschluss, der das Übersetzungsverhältnis stark verschoben hat bevor der Trafo den Wärmetod starb.
Ob es zur Spannungsüberhöhung kommt dürfte auch vom genauen Schadensverlauf abhängen. Es kann ja auch zuerst dir "Kurzschlusswicklung" durchbrennen.
Eine Sicherung welcher Art auch immer war übrigens nicht vorhanden.

Ein Trafo mit Windungsschluss wird sich immer ungewöhnlich erwärmen und eine überhöhte Leerlaufleistung aufnehmen, wodurch der Schaden dann ggf. progressiv verläuft. Wenn ansonsten alles unauffällig ist, muss man die Ursache hoher Sekundärspannungen wohl woanders suchen.

Morgen,

bei solchen Schadensbildern läßt sich manchmal nur schwer die Zeitkette nachvollziehen, vielleicht hatten die Lampen eine Strombrücke und wenn bei Reihenschaltung dann zu viele Lampen "gebrückt" sind, geht es nach e-Funktion mit den verbleibenden schneller, bis dann ein Totalkurzschluß da ist, der die Quelle überlastet...

Allerdings ist es bei Ketten mit 24V (Steckernetzteil und viele parallele 10x 2,4V-Lämpchen), also niedriger Spannung, meist so, daß die Strombrücke garnicht "anspricht" (Halbleiter-Durchschlag ähnlich Varistor).

Meist ist unsichtbar im Inneren des Trafos eine Übertemperatursicherung, die bei Windungsschluß und Erhitzung des Trafos die Prämärzuführung unterbricht, ich hab noch nie einen Trafo gesehen, der ohne diese Sicherung direkt am Netz läuft. man muß genau hinsehen, um die Sicherung zu entdecken, die sieht aus wie ein kleiner Widerstand doer rechteckiger C, manchmal ist ein zusätzlicher Lötpunkt auf der Primärseite erkennbar, obwohl keine Spannungsumstellung da ist, von diesem und einem Netzpol gehen dann zwei blanke DRähte ins Wicklungsinnere...

...warten wir den Versuch ab, den kann ja auch jeder selbst durchführen.

Gruß Ingo

Hallo,

weil auch kein Ringkerntrafo greifbar ist, habe ich mal die kurzgeschlossenen Windungen mit LTspice simuliert.

Zunächst maß ich den Netztrafo eines Blaupunkt Parade de Luxe 2571 nach (den hat mir glaubich Hotte mal vermacht).
Die Primärinduktivität ist 6 H, der Wicklungswiderstand ist 44 Ohm.

Für die Simulation stelle ich mir diesen Trafo inclusive einer zusätzlichen 20V-Wicklung vor, so daß er also eine 240V-Primärwicklung mit einem Abgriff bei 220 V hat. Die Primärinduktivität sei immer noch 6 H.
Den 220V-Abgriff will ich dann mit dem 240V-Anschluß kurzschließen.
Die Eingangsspannung sei 230 V, 50 Hz.

Dazu teile ich die Primärinduktivität in zwei in Reihe geschaltete Spulen auf. Die 220V-Spule mit 40,3 Ohm hat 2,524 H, die zusätzliche 20V-Spule mit 3,7 Ohm hat 761 mH.
Die Teilinduktivitäten sehen etwas ungewöhnlich aus; das liegt daran, daß bei Reihenschaltungen die Induktivitäten entsprechend ihrer Kopplung addiert werden:

Als Kopplungsfaktor habe 98% gewählt. Sättigungseffekte sind nicht berücksichtigt.

• ohne Kurzschluß
  Der Primärstrom beträgt 122 mA (immer Effektiwert). Im Kupferdraht werden 652 mW verbraucht.
• mit Kurzschluß der 1% Windungen durch einen 0,01-Ohm-Widerstand
  Der Primärstrom beträgt 3,73 A . Der in den kurzgeschlossenen Windungen induzierte Strom beträgt 6,7 A. Die im Kupferdraht verbrauchte Leistung ist insgesamt 726 W (563 W + 163 W).

Diese Werte sind wohl zu hoch. Ich nehme an, daß bei einem solchen Windungsschluß der Eisenkern gesättigt wird und deshalb nicht soviel in die kurzgeschlossene Wicklung gespeist werden kann. Ich könnte den Effekt durch verkleinerte Kopplung nachbilden, habe aber keinen Anhaltspunkt für einen passenden Wert, also lasse ich das.
In der Simulation verwendet man also besser ein "richtiges" Trafomodell, das auch Sättigung und Hysterese umfaßt. Solche Spice-Modelle gibt es, also auch für LTspice nutzbar. Aber vor der Simulation muß der Trafo genau ausgemessen werden, und man muß die verschiedenen Parameter berechnen und ins Modell eingeben. Das ist vieel Arbeit.

Jedenfalls sieht man, daß Gesamtstrom und induzierter Strom allein durch das Kurzschließen einer relativ weniger Windungen (hier: 8%) ungeahnt hohe Werte annehmen können.
@Ingo, Deine Warnung vor Zerstörung des Trafos bei diesem Experiment ist also durchaus berechtigt.

Gruß, Frank

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Hallo Frank,

bei der Simulation muß beachtet werden, daß alle Windungen von DEMSELBEN (=verketteten) Fluß durchsetzt sind, d.h. es dürfen keine getrennten Induktivitäten verwendet werden...aber das hast Du ja durch den Koppelfaktor berücksichtigt, hab grad nochmal geschaut !

Es ist auch nicht so, daß durch den Kurzschluß der Eisenkern in Sättigung geht, vielmehr verdrängen die kurzgeschlossenen Windungen den Magnetfluß aus dem Kern, die Flußlinien (Magnetfeldlinien sind immer geschlossene Ringe) schließen sich über den Luftweg=Streu-Fluß.

(Extremfall ist der sog. "Stromtransformator", auch als Stromwandler bekannt, der arbeitet im annähernden Kurzschluß, so daß sich der Fluß der Primärwicklung und der Sekundärwicklung nahezu vollständig kompensiert, aus dem Grund darf in dem Fall der Kern auch kleiner ausfallen (je nach Bürde = Belastung, die Belastung eines Stromwandlers steigt bei Erhöhung der Impedanz, also genau umgegekehrt wie beim Spannungstransformator (üblicher Netztrafo oder Ausgangsübertrager, der magnetophysikalisch auch bei Belastung annähernd im "Leerlauf" betrieben wird))

Dadurch steigt die Primärstromstärke so stark an, auch wenn nur wenige Windungen kurzgeschlossen werden.

Aber Du bist schon auf dem richtigen Weg ^^
Find ich gut Deine detaillierten Betrachtungen, ich bin großer Fan von sowas.

Gruß Ingo

Hallo Ingo,Ich versuche gerade vergeblich, mir das vorzustellen . Magnetismus habe ich früher gemieden, wo es ging, ansonsten verstünde ich es wohl.
Die Induktivität sinkt, weil der Fluß der kurzgeschlossenen Wicklung dem Primärfluß entgegengesetzt ist. Aber warum geht der (reale) Trafo nicht in die Sättigung, obwohl er induktiv - also über den Kern - 163 W Wirkleistung überträgt? Auch wenn er damit nur die eigene Kupferwicklung aufheizt.

Danke! Ich gebe mein Bestes!
Ich finde auch was gut - und zwar Deine Fähigkeit, die Leute technisch genau an der Stelle abzuholen, wo sie gerade sind. Nicht zu komplex, nicht zu einfach, sondern genau richtig. Weiter so!

Gruß, Frank

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..Danke Frank ^^



Soweit - so gut, das ist der Mechanismus, wie die Leistung... der Strom transformiert wird, der Sekundärstrom bewirkt einen Gegenfluß, der zum Stromanstieg primär führt, sonsten "wüßte" die Primärwicklung nichts von dem Sekundärstrom.



Eben, aufgrund letzterer Tatsache überträgt der Trafo keine oder viel weniger Wirkleistung (ein satter Kurzschluß sieht nach nichts aus, dort, wo die Leiter zusammengeschweißt sind, ist weder Wärme, noch Licht, noch mechanische Arbeit, Wirkleistung Null ! Innerhalb der Stromschleifen gehts aber trotzdem ab, denn die haben R > 0 ... heißt aber, durch die veränderten Flußverhältnisse im Kern seine Primärwicklung massiv auf, weil diese jetzt als unzulänglich ausgelegte "Drossel-Lastimpedanz" wirkt, mit viel zu kleinem Kern, der durch den Kurzschluß "virtuell" verkleinert wurde. Erst nach Aufhebung des Kurzschlusses ist der Kern wie vorgesehen wieder funktionsfähig und dann hat die Primärwicklung wieder ihre richtige Induktivität, nämlich eine sehr große (Niedriger Leerlaufstrom).

Übrigens habe ich Magnetismus auch stets gehaßt, schon in der Le(h)ere, denn da wurden wir nur mit den Formeln gequält (kennst Du das lila DDR-Buch Berufsausbildung "Grundlagen der Elektrotechnik", mit das schlimmste Fachbuch, was es gibt!), später an der Schule noch mehr, dabei ist das alles superinteressant !! Wenn man natürlich nur die Maxwellschen Gleichungen auswendig können muß, reichts nicht ! Ist wie so oft die Frage, wie es einem beigebracht wird, ich hab auch noch bei weitem nicht alles weich, nur ein paar Grundzusammenhänge, die in der Praxis sehr hilfreich sind, hoffe ich einigermaßen verinnerlicht zu haben...

Sättigung: Die ist nur durch Erhöhung der primärspannung möglich, denn dadurch steigt der Magnetfluß im kern und es wird die Flußdichte so hoch, daß der Kern nichts mehr aufnehmen kann (gesättigt), ab da wirkt die (Primär-)Spule so, als wäre der Kern nicht mehr da (Luftspule), jedes weitere Volt Primärspannung hat hohen Stromanstieg zur Folge, deshalb bekommt der Strom oben dann so "Spitzen", kann man schön oszillografieren ! Dasselbe passiert bei besagter Stromspeisung von irgendeiner Wicklung aus, das ist nichts anderes, als den Kern weit über sein erträgliches Maß zu magnetisieren, an der Wicklung mit den meisten Windungen treten dann die Überspannungen auf, denn die Kopplung ist ja trotzdem noch da.

Durch Belastung kann also niemals eine Sättigung des Kerns erreicht werden, denn im Leerlauf-Fall ist die Flußdichte am größten, bei ansteigender... höchster Belastung könnte man einige Kernbleche entfernen, weil der entgegengesetzte Fluß der Belastung sekundär wirkt, aber nur wenn der Strom groß ist, wird sekundär die Last ausgeschaltet, wird augenblicklich der schwächere Kern übersättigt (weil der Gegenfluß nun wieder fehlt!), also müssen sofort die Bleche wieder rein.
(Im Kurzschluß könnten fast alle Kernbleche raus !! Der Fluß im Kern geht dann gegen Null, also reicht ein dünnes Blech, natürlich muß die Kopplung der Wicklungen noch da sein, Stromwandler...)

Gruß Ingo

Hallo zusammen,

deshalb kann man den Kern im Leerlauf durchaus etwas in die Sättigung treiben. Der Trafo wird dann im Leerlauf deutlich warm.

Für die Belastbarkeitsgrenze spielen die Sättigungsverluste keine Rolle mehr, weil der Fluss im Kern dann geringer ist und die Sättigungsverluste entfallen.

Bei einem Windungsschluss wird der Strom durchaus extrem hoch, siehe Schweißtrafo. Üblicherweise löst dabei die vorgeschaltete Geräteschutzsicherung aus.

Übrigens: Sättigung ist auch durch Reduzierung der Frequenz möglich. Ein Trafo für 60 Hz kann 50 Hz zu warm werden.

Bernhard

So, Freunde, nach längerem Grübeln habe ich es glaubich ansatzweise verstanden!

Der entscheidende Satz ist: "Der magnetische Fluß ist von der Höhe der Eingangsspannung abhängig."
Wenn ich dies jetzt mal einfach akzeptiere - um den Preis, daß ich mir unter "Magnetfluß" nun nichts mehr vorstellen kann bis auf etwas Abstraktes mit bestimmten Eigenschaften - ergibt alles, was Ihr schreibt, einen Sinn.

Der Trafo ist der Sättigungsgrenze am nächsten, wenn kein induzierter Strom einen Gegenfluß verursacht. Steigt die Eingangsspannung so an, daß in den Spannungsspitzen der Fluß in den flachen Bereich der Hysteresekurve ragt, dann "muß" die Feldstärke steigen. Deren Einheit ist A/m, also steigt der Primärstrom umso stärker an, je flacher die Steigung ist.

Sobald ein Sekundärstrom fließt, erzeugt dieser einen Gegenfluß, der den Primärfluß verringert. Wegen der obigen Regel "muß" auch hier Strom nachgeschoben werden, um den Fluß wieder anzuheben (die "muß"-Formulierungen sind mir hier suspekt, weil sie eine Art Regelung suggerieren). Durch wachsende Streuverluste gelingt das aber nicht ganz, so daß eventuelle Sättigungsverluste sinken. Bei Wicklungsschluß sind die Struverluste sehr hoch und die Sättigungsverluste am kleinsten.

Aha-Effekt!
Alles gut, aber: Was ist Magnetfluß?

Gruß, Frank

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...ja, so ungefähr. Ich hab auch immer versucht, mir mit den Einheiten irgendwas herzuleiten, das ist schwierig im Fall des Magnetismus, denn was bedeutet A/m ? Wir hatten aber mal einen sehr guten Assistenten in Dresden, der konnte das erklären ! Der hat uns die ganzen Maxwellgleichungen in logische einfache Sachverhalte zerlegt, leider war das nur ein kurzer Trip ^^

Magnet"fluß" ist eigentlich falsch, denn im Gegensatz zum Strom-Fluß fließt hier nichts. Wobei der reale Stromfluß ja auch nur zweitrangig interessiert, in der Praxis interessiert nur die Stromstärke, die ist im gegensatz zum realen Stromfluß mit ca. Lichtgeschwindigkeit sofort z.B. am anderen Leitungsende...

Magnetfluß kann man sich vorstellen als die in sich geschlossenen magnetischen Feldlinien, die Flußdichte ist eben die "Dichte" der Linien, was alles Denkmodelle sind natürlich. Aber man kann sich anschaulich vorstellen, daß in einen Eisenquerschnitt nur so-und-soviele Linien "reinpassen".

Normalerweise ist in der magnetischen Welt alles mit dem Strom gekoppelt, d.h. um einen stromdurchflossenen Draht haben wir bereits einen Magnetfluß in Form von Ringen mit bestimmter Richtung.

Die Abhängigkeit des Magnetflusses von der Spannung beim Trafo oder auch Motor und Drossel rührt daher, daß man ja in der Praxis "die Spule an eine harte Spannung anschließt".

Die Brücke zwischen Fluß und Spannung ist durch das Induktionsgesetz gegeben, d.h. egal ob an einer zweiten, mit dem Fluß verketteten Wicklung oder in der eigenen Wicklung ist die Spannung, die an einer Leiterschleife auftritt, von der umfaßten Fläche und der Änderungsgeschwindigkeit des umfaßten Flusses abhängig ... oder so, das wäre glaubich bereits eine Maxwellsche Regel, die man als Gleichung formulieren kann.

...aber jetz wirds haarig und das hab ich nicht mehr so richtig drauf...

Für die Praxis wichtig ist beim Trafo die Wirkungskette elektrische-magnetische-elektrische Welt, d.h. die Spannung führt zu einem Strom, der zu einem Fluß im Kern und der Luft (Streufluß), die Änderung der Spannung und des Stromes führt über den dann veränderten Fluß zu einer Selbstinduktionsspannung, die den Strom begrenzt (hier spielt die Induktivität der Spule mit dem Kern eine wichtige Rolle). Die Flußänderung macht in den anderen Wicklungen ebenfalls durch Induktion eine Spannung, der in diesen Wicklungen fließende Strom wirkt über den Gegenfluß auf die Primärwicklung zurück...

Es ist schon so, daß in der Natur viele Gesetzmäßigkeiten existieren, also ein unbedingtes MUSS, deshalb LIEBE ich die Naturwissenschaften, weil kein Dödel dieser Welt dagegen etwas sagen oder dagegen verstoßen darf. Reden kann er viel, die Wahrheit ist und bleibt hier objektiv, egal wieviele Dödel einer Meinung sind ^^.
man kann sich das auch so herleiten: Wenn die Gesetzmäßigkeiten nicht so, sondern andersherum verlaufen würde, würde das Universum kolabieren ! Deshalb sind die physikalischen Gesetze immer in die Richtung geringster Energie (=Stabilität) ausgerichtet, die Selbstinduktionsspannung ist eben ENTGEGEN der ursprünglichen Energie, sonst wäre die Spule in ns zerstrahlt (mal überspitzt...). So oder so ähnlich kann man sich viel erklären. Würde der 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht gelten, würde sich ein heißer Körper ebenfalls bis zur Zerstahlungstemperatur erwärmen können ohne weiteres zutun, wie soll denn so eine Natur aussehen ? ...fand ich schon immer interessant solche Brücken zwischen Physik und Philosophie.

Gruß Ingo

"denn was bedeutet A/m": Beim elektrischen Feld steht der Wert in V/m für die Wirkung der Spannung in einer bestimmten Entfernung zur Platte, z.B. die Auslenkung einer Styroporflocke.
Analog dazu steht beim elektrischen Feld der Wert in A/m wohl für die Wirkung des Stroms auf einer Feldlinie bestimmter Länge um die bestromte Leitung herum, z.B. die Auslenkung eines Eisenspänchens.

Das "muß" meinte ich etwas anders. Diese Sichtweise mit dem "muß" mag das Verständnis erleichtern, warum der besprochene Aufbau soviel mehr Strom zieht, wenn eine Teilspule belastet wird.
Ein Naturgesetz ist eine von der Wissenschaft formulierte Regel, die nach der Beobachtung vieler ähnlicher Vorgänge aufgestellt wurde und Voraussagen zuläßt. Aber hier es klingt so, als hätten die beteiligten Bauelemente die Pflicht, dieses Gesetz einzuhalten. Das ist ein Zirkelschluß.
Ein einfaches Beispiel: Du hast an einem Widerstand eine Spannungsquelle angeschlossen (Ursache); deshalb fließt ein Strom (Wirkung). So weit, so gut; aber jetzt kommt's: Wir erhöhen den Strom und sagen: Damit das Ohmsche Gesetz eingehalten wird, muß sich der Widerstand verkleinern oder die Spannung erhöhen. - Rechnerisch richtig, aber hier sind Ursache und Wirkung gegenüber der üblichen Betrachtung vertauscht.

Schön gesagt.

Bei Strom, Spannung, Widerstand, Kapazität usw. und der Funktion vieler elektrischer Bauteile gibt es Analogien z.B. zu Druck, Wasser, Massenträgkeit, Fassungsvermögen eines Eimers usw. Beim magnetischen Fluß bzw. seiner "erzwungenen" Aufrechterhaltung fehlt mir so etwas.
(Den Bogen von der Entropie-Zunahme bis zur Selbstinduktion kriege ich leider auch nicht hin. )

Gruß, Frank

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Hier ist noch die LTspice-Simulation - falls Ihr mal was risikolos testen wollt.

Gerade habe ich entdeckt, daß man auch Textdateien als Anhang hochladen kann. Die Forensoftware nimmt die Datei aber nur an, wenn die Endung "txt" ist.
Wenn man die Endung dieser Textdatei nach dem Download auf "asc" ändert, läßt sich diese direkt simulieren.

Gruß, Frank

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