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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lautsprecher-Anordnung.
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In explosionsgefährdeten Bereichen, beispielsweise auf Bohrinseln, können die an äußeren elektronischen Schnittstellen eines elektronischen Geräts anliegenden elektrischen Energien ein in diesem explosionsgefährdeten Bereich vorhandenes Gas-Luftgemisch zünden und zur Explosion bringen. Dies gilt in besonderem beim Gebrauch reaktiver Gasgemische wie etwa Gemischen aus Wasserstoff und Sauerstoff, welchen besagte elektrische Energie als Aktivierungsenergie zur Verfügung steht, um eine exotherme Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auszulösen.
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Eine ähnliche Problematik besteht für schallerzeugende Lautsprecher und deren elektrische Schwingspulen zum Antreiben der Lautsprechermembran. Im Fehlerfall, insbesondere bei Unterbrechung des elektrischen Stromflusses durch die Schwingspule aufgrund eines unterbrochenen elektrischen Leitungspfades, kann von der Schwingspule eine sehr hohe Induktionsspannung erzeugt werden, die in der Folge zu einer unerwünschten Funkenzündung führen kann. Ähnlich verhält es sich, falls sich aufgrund einer Fehlfunktion der Lautsprecher zu stark erwärmt, was wiederum zu einer unerwünschten Glühzündung führen kann.
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Um eine Funken- bzw. Glühzündung in einem Lautsprecher auch im Fehlerfall zu vermeiden, so dass eine Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen möglich ist, dürfen herkömmliche Lautsprechern nicht mit hoher elektrischer Leistung betrieben. Dies hat wiederum zur Folge, dass mit solchen Lautsprechern nur eine geringe Ausgangsleistung in Schallwellen umgesetzt werden kann, so dass die mit solchen Lautsprechern erreichbaren Lautstärken begrenzt sind.
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Die
CN 202 602 842 U offenbart eine Lautsprecher-Anordnung zur Verwendung in einem solchen explosionsgefährdeten Bereich, welche parallelgeschaltete Transformatoren umfasst, deren Primärspulen elektrisch mit einer elektrischen Leistungseinheit verbindbar sind und deren Sekundärspulen jeweils elektrisch mit Schwingspulen zweier Lautsprecher verbunden sind. Dabei sind die ersten und die zweiten Wicklungsenden der Sekundärspulen elektrisch verbunden mit einem ersten Verbindungspfad und mit einem zusätzlichen ersten Verbindungspfad, welcher mit dem ersten Verbindungspfad eine Parallelschaltung bildet, bzw. mit einem zweiten Verbindungspfad und mit einem zusätzlichen zweiten Verbindungspfad, welcher mit dem zweiten Verbindungspfad eine Parallelschaltung bildet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Lautsprecher-Anordnung zu schaffen, bei welcher oben genannte Problematik weitgehend oder sogar vollständig beseitigt ist. Insbesondere soll eine Lautsprecher Anordnung geschaffen werden, die sich auch bei hoher umgesetzter elektrischer Leistung für den Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich eignet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, die Schwingspulen des Lautsprechers mithilfe eines elektrischen Transformators galvanisch von der elektrischen Energieversorgung zu entkoppeln. Sollte die elektrische Energieversorgung fehlerbedingt eine zu hohe Ausgangsleistung erzeugen und wäre der Lautsprecher nicht galvanisch getrennt von der elektrischen Energieversorgung, so würden sich die Schwingspulen erhitzen, was im Extremfall zu einer im explosionsgefährdeten Bereich nicht tolerierbaren Glühzündung führen könnte. Die galvanische Trennung des Lautsprechers von der elektrischen Energieversorgung mittels des elektrischen Transformators bewirkt, dass nur Wechselspannungssignale an den Lautsprecher übertragen werden. Auf diese Weise kann eine Überhitzung des Lautsprechers und somit eine Glühzündung vermieden werden.
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Zusätzlich zur galvanischen Entkopplung werden erfindungsgemäß anstelle einer einzigen Schwingspule zum Antreiben der Lautsprechermembran gleich zwei solche Schwingspulen verwendet und hierzu elektrisch parallel geschaltet. Ferner werden bei der hier vorgeschlagenen Lösung alle elektrischen Verbindungspfade zwischen den Spulen im elektrischen Transformator und den beiden Schwingspulen zweifach ausgeführt. Im Falle, dass einer der beiden elektrischen Leitungspfade unterbrochen wird, bleibt dies ohne nachteiligen Effekt, da der zweite vorhandene verbleibende elektrische Leitungspfad die elektrische Verbindung zwischen dem Transformator und dem Lautsprecher sicherstellt. Da die beiden Schwingspulen elektrisch parallel geschalten sind, wird sich in diesem Fall der elektrische Gesamtwiderstand der beiden elektrischen Leitungspfade verdoppeln. Insbesondere kann im Fehlerfall die Erzeugung einer unerwünschten Induktionsspannung vermieden werden, da im Stromkreis zwischen dem Transformator und dem Lautsprecher stets eine redundante Schwingspule vorhanden ist. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Funkenzündung im Falle einer elektrischen Unterbrechung vermieden werden. Im Ergebnis ist die vorgestellte Lautsprecher-Anordnung auch bei hohen elektrischen Leistungen zum Antreiben der Lautsprecher-Membran für die Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich geeignet, da bei dieser im Fehlerfall eine Glüh- oder Funkenzündung ausgeschlossen werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Lautsprecher-Anordnung zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich umfasst einen Lautsprecher, welcher eine erste und eine zweite Schwingspule zum Antreiben der Lautsprechermembran aufweist. Bevorzugt ist auch besagte Lautsprechermembran Teil des Lautsprechers. Die Anordnung weist ferner einen elektrischen Transformator mit einer Primärspule und einer Sekundärspule auf. Der Transformator weist eine Primärspule auf, die elektrisch, bevorzugt über eine elektrische Sicherung, mit einer elektrischen Leistungseinheit zum Versorgen des Transformators mit elektrischer Energie verbunden werden kann. Weiterhin weist der Transformator eine Sekundärspule auf, die elektrisch mit den beiden Schwingspulen des Lautsprechers verbindbar oder verbunden ist. Die beiden Schwingspulen weisen jeweils ein erstes und ein zweites Wicklungsende auf, wobei zur Ausbildung einer elektrischen Parallelschaltung die beiden ersten Wicklungsenden mittels eines ersten elektrischen Leitungspfads elektrisch miteinander verbunden sind. Die beiden zweiten Wicklungsenden sind mittels eines zweiten elektrischen Leitungspfads elektrisch miteinander verbunden. Der erste elektrische Leitungspfad ist mittels eines ersten elektrischen Verbindungspfads und zusätzlich mittels eines zusätzlichen ersten elektrischen Verbindungspfades, der mit dem ersten elektrischen Verbindungspfad eine Parallelschaltung ausbildet, elektrisch mit einem ersten Wicklungsende der Sekundärspule verbunden. Der zweite elektrische Leitungspfad ist mittels eines zweiten elektrischen Verbindungspfads und zusätzlich mittels eines zusätzlichen zweiten elektrischen Verbindungspfades, der mit dem zweiten elektrischen Verbindungspfad eine Parallelschaltung ausbildet, elektrisch mit einem zweiten Wicklungsende der Sekundärspule verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sekundärspule und die beiden Schwingspulen elektrisch parallel zueinander geschaltet. Auf diese Weise wird das Freisetzen von elektrischer Energie durch Induktion im Falle einer fehlerbedingten Unterbrechung des elektrischen Stromflusses in einer der beiden Schwingspulen vermieden. Zusätzlich wird durch die elektrische Parallelschaltung die Gesamtinduktivität des Lautsprechers reduziert.
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Zweckmäßig können sind die beiden Schwingspulen niederohmig miteinander verbunden sein. Zur Ausbildung einer solchen niederohmigen elektrischen Verbindung kommen herkömmliche geeignete elektrische Leiter, bevorzugt in Kabelform, aus Metall, insbesondere aus Kupfer, in Betracht.
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Zweckmäßig sind die beiden Schwingspulen niederohmig mit der Sekundärspule verbunden und galvanisch von der Primärspule des Transformators getrennt.
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Besonders bevorzugt sind die beiden Schwingspulen als Gleichteile ausgebildet, die insbesondere dieselbe Induktivität aufweisen. Diese Maßnahme führt zu reduzierten Kosten bei der Herstellung des Lautsprechers.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind am Lautsprecher zwei erste elektrische Lautsprecher-Eingangsanschlüsse vorgesehen, welche beide elektrisch jeweils mit den beiden ersten Wicklungsenden der beiden Schwingspulen verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform sind am Lautsprecher zwei zweite elektrische Lautsprecher-Eingangsanschlüsse vorgesehen, welche beide elektrisch jeweils mit den beiden zweiten Wicklungsenden der beiden Schwingspulen verbunden sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Lautsprecher ein Lautsprechergehäuse, an welchem schwingungsbeweglich die Lautsprechermembran angebracht ist. Hierbei umgibt das Lautsprechergehäuse einen Lautsprechergehäuseinnenraum, in welchem beide Schwingspulen angeordnet sind.
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Bevorzugt sind am Transformator zwei erste elektrische Trafo- Ausgangsanschlüsse vorgesehen, welche jeweils beide elektrisch mit dem ersten Wicklungsende der Sekundärspule verbunden sind. Bei dieser Variante sind am Transformator außerdem zwei zweite elektrische Trafo-Ausgangsanschlüsse vorgesehen, welche beide elektrisch jeweils mit den beiden zweiten Wicklungsenden der beiden Schwingspulen verbunden sind.
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Zweckmäßig ist am Transformator ein erster Trafo-Eingangsanschluss vorgesehen, welcher elektrisch mit einem ersten Wicklungsende der Primärspule verbunden ist. Bei dieser Variante ist am Transformator ein zweiter Trafo-Eingangsanschluss vorgesehen, welcher elektrisch mit einem zweiten Wicklungsende der Primärspule verbunden ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst der Transformator ein vom Lautsprechergehäuse separates Transformatorgehäuse, welches einen Transformatorgehäuseinnenraum umgibt, und in welchem die Primärspule und die Sekundärspule angeordnet sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt in einer schaltplanartigen Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Lautsprecher-Anordnung 1, die zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich ausgebildet ist. Die Lautsprecher-Anordnung 1 umfasst einen Lautsprecher 2, welcher eine Lautsprechermembran 3 sowie eine erste und eine zweite Schwingspule 4a, 4b zum Antreiben der Lautsprechermembran 3 aufweist. Die erste Schwingspule 4a wird durch eine erste Spulenwicklung 18a gebildet. Die zweite Schwingspule 4b wird eine zweite Spulenwicklung 18b gebildet. Der Lautsprecher 2 umfasst ein in 1 nur schematisch dargestelltes Lautsprechergehäuse 11, an welchem schwingungsbeweglich die Lautsprechermembran 3 befestigt ist. Das Lautsprechergehäuse 11 umgibt einen Lautsprechergehäuseinnenraum 12, in welchem die beiden Schwingspulen 4a, 4b angeordnet sind. Die beiden Schwingspulen 4a, 4b dienen zum Anregung von akustischen Schwingungen in der Lautsprechermembran 3 und sind hierzu in bekannter Weise mit dieser verbunden.
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Die beiden Schwingspulen 4a, 4b weisen jeweils ein erstes Wicklungsende 20a.1, 20b.1 auf, die zur Ausbildung einer elektrischen Parallelschaltung der beiden Schwingspulen 4a, 4b mittels eines ersten elektrischen Leitungspfads 21 elektrisch miteinander verbunden sind. Außerdem weisen die beiden Schwingspulen 4a, 4b jeweils ein zweites Wicklungsende 20a.2, 20b.2 auf, die zur Ausbildung einer elektrischen Parallelschaltung der beiden Schwingspulen 4a, 4b mittels eines zweiten elektrischen Leitungspfads 22 elektrisch miteinander verbunden sind. Aufgrund der vorangehend erläuterten elektrischen Parallelschaltung der beiden Schwingspulen 4a, 4b wird die Lautsprechermembran 3 mittels beider Schwingspulen 4a, 4b angetrieben.
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Des Weiteren umfasst die Lautsprecher-Anordnung 1 einen Transformator 5 mit einer Primärspule 6 und einer Sekundärspule 7. Die Primärspule 6 wird durch eine Primärspulenwicklung 19a gebildet. Die Sekundärspule 7 wird durch eine Sekundärspule 19b gebildet. Die Primärspule 6 weist zwei elektrische Anschlüsse 12a, 12b zum Verbinden der Primärspule 6 mit einer externen elektrischen Leistungseinheit 15 auf, die nicht Teil der Lautsprecher-Anordnung 1 ist. Bei der elektrischen Leistungseinheit 15 kann es sich beispielsweise um eine Endstufe eines in der 1 nicht näher dargestellten Leistungsverstärkers handeln, welche den Lautsprecher 2 mit elektrischer Energie versorgt. Die Sekundärspule 7 der Lautsprecher-Anordnung 1 weist zwei Wicklungsenden 8a, 8b auf, die elektrisch mit den beiden Schwingspulen 4a, 4b des Lautsprechers 2 verbunden sind. Die elektrische Verbindung der Sekundärspule 7 mit den beiden Schwingspulen 4a, 4b erfolgt über elektrische Verbindungspfade 24, 25, 26, 27. Dabei verbindet ein erster elektrischer Verbindungspfad 24 den ersten elektrischen Leitungspfad 21 elektrisch mit dem ersten Wicklungsende 8a der Sekundärspule 7. Des Weiteren ist ein zusätzlicher erster elektrischer Verbindungspfad 25 vorgesehen, der den ersten elektrischen Leitungspfad 21 zusätzlich zum ersten elektrischen Verbindungspfad 24 mit dem ersten Wicklungsende 8a verbindet. Der erste elektrischer Verbindungspfad 24 und der zusätzliche erste elektrische Verbindungspfad 25 sind elektrisch parallel zueinander geschaltet, d.h. diese beiden Verbindungspfade 24, 25 bilden eine erste elektrische Parallelschaltung 28 aus. In analoger Weise verbindet ein zweiter elektrischer Verbindungspfad 26 den zweiten elektrischen Leitungspfad 22 elektrisch mit dem zweiten Wicklungsende 8b der Sekundärspule 7. Des Weiteren ist ein zusätzlicher zweiter elektrischer Verbindungspfad 27 vorgesehen, der den zweiten elektrischen Leitungspfad 22 zusätzlich zum zweiten elektrischen Verbindungspfad 24 mit dem zweiten Wicklungsende 8b verbindet. Der zweite elektrische Verbindungspfad 26 und der zusätzliche zweite elektrische Verbindungspfad 27 sind dabei elektrisch parallel zueinander geschaltet, d.h. diese beiden Verbindungspfade 26, 27 bilden eine zweite elektrische Parallelschaltung 29 aus.
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Die Sekundärspule 7 ist also mithilfe der beiden elektrischen Parallelschaltungen 28, 29 derart elektrisch mit den beiden Schwingspulen 4a, 4b verdrahtet, dass das erste Wicklungsende 8a über die beiden ersten elektrischen Verbindungspfade 24, 25 und über den ersten elektrischen Leitungspfad 21 mit dem ersten Wicklungsende 20a.1 bzw. 20b.1 sowohl der ersten als auch der zweiten Schwingspule 4a, 4b verbunden ist. Ebenso ist das zweite Wicklungsende 8b über die beiden zweiten elektrischen Verbindungspfade 26, 27 und über den zweiten elektrischen Leitungspfad 22 jeweils mit dem zweiten Wicklungsenden 20a.2 bzw. 20b.2 sowohl der ersten als auch der zweiten Schwingspule 4a, 4b verbunden.
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Am Lautsprechergehäuse 11 des Lautsprechers 2 können zwei erste elektrische Lautsprecher-Eingangsanschlüsse 16a.1, 16b.1 vorhanden sein, welche beide elektrisch jeweils mit den beiden ersten Wicklungsenden 20a.1 bzw. 20b.1 der beiden Schwingspulen 4a, 4b verbunden sind. Außerdem können am Lautsprechergehäuse 11 des Lautsprechers 2 zwei zweite elektrische Lautsprecher-Eingangsanschlüsse 16a.2, 16b.2 vorhanden sein, welche beide elektrisch jeweils mit den beiden zweiten Wicklungsenden 20a.2, 20b.2 der beiden Schwingspulen 4a, 4b verbunden sind. Die ersten und zweiten Lautsprecher-Eingangsanschlüsse 16a.1, 16b.1, 16a.2, 16b.2 dienen dazu, jeweils eine zweifache elektrische Verbindung der Sekundärspule 7 des Transformators 5 sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Schwingspule 4a, 4b sicherzustellen.
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Der Transformator 5 umfasst ein in 1 nur schematisch angedeutetes Transformatorgehäuse 9, welches einen Transformatorgehäuseinnenraum 10 umgibt, und in welchem die Primärspule 6 und die Sekundärspule 7 angeordnet sind. Der Transformator 5 kann als sogenannter Niederfrequenz (Nockenfolger)-Trenntransformator ausgebildet sein, bei welchem die Primärspule 6 und die Primärspule 7 um einen Weicheisenkern 14 gewickelt sind, der in 1 nur grobschematisch angedeutet ist. Am Transformatorgehäuse 9 des Transformators 5 sind zwei erste elektrische Trafo-Ausgangsanschlüsse 17a.1, 17b.1 vorgesehen, welche beide elektrisch mit dem ersten Wicklungsende 8a der Sekundärspule 7 verbunden sind. Des Weiteren sind am Transformatorgehäuse 9 des Transformators 5 zwei zweite elektrische Trafo-Ausgangsanschlüsse 17a.2, 17b.2 vorgesehen, welche beide elektrisch mit dem zweiten Wicklungsende 8b der Sekundärspule 7 verbunden sind.
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Wie 1 außerdem erkennen lässt, kann elektrisch in Reihe geschaltet zur Primärspule 6 eine elektrische Sicherung 13 vorgesehen sein, welche bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts den elektrische Stromfluss durch die Sicherung 13 und somit auch durch die Primärspule 7 hindurch unterbricht. Auf diese Weise kann im Fehlerfall der Lautsprecher 2 vollständig elektrisch von der elektrischen Leistungseinheit 15 getrennt werden.
