-
"Lautsprecher" Die Erfindung betrifft Lautsprecher und insbesondere
Lautsprecher mit einem ringförmigen Magneten, der eine Polplatte mit einem Loch
aufweist, in dem ein Polkern angeordnet ist, so dass ein ringförmiger Luftspalt
gebildet wird, in dem die Schwingspule beweglich angebracht ist.
-
Bei Lautsprechern dieser Art wird nur ein geringer Teil, etwa nur
1 7o oder weniger, der elektrischen Energie, mit der die Schwingspule beaufschlagt
wird, in Schallenergie umgesetzt und an einen mit der Schwingspule verbundenen Konus
weitergegeben. Der grössere Teil der Energie wird in der Schwingspule in Wärme umgesetzt
und geht verloren. Auf Grund der Wärmeverluste in der Schwingspule steigt die Temperatur
derselben an, wodurch der Schwingspule wiederum nur Energie im begrenzten Masse
zugeführt werden kann, da aus Sicherheitsgründen keine höheren Schwingspulentemperaturen
als 1500 C bis 2000 a
zugelassen werden sollten. Die Schwingspule
sollte wegen des hohen Temperaturkoeffizienten vom Widerstand des für die Schwingspule
normalerweise verwendeten Kupferdraht es nicht über die genannten Temperaturwerte
hinaus aufgeheizt werden.
-
Beispielsweise führt eine Temperaturerhöhung der Kupferschwingspule
um 1500 C zu einer 60°%Oigen Erhöhung des Widerstandes und zu einer Verminderung
der Lautsprecherempfindlichkeit um 2dB.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher
zu schaffen, bei dem die Temperatur der Schwingspule durch eine bessere Abführung
der Wärme von der Schwingspule bei gleicher Lautsprechereingangsleistung geringer
ist. Dadurch fallen die Lautsprecher bei sehr hohen Eingangsleistungen weniger häufig
aus und es können hohe Eingangsleistungen an den Lautsprecher angelegt werden, ohne
dass dadurch die Sicherheitsgrenzen für den Lautsprecherbetrieb überschritten werden.
-
Die Betriebstemperatur einer Lautsprecher-Schwingspule hängt von den
Energieverlusten in der Spule und davon ab, wie gut die in der Spule erzeugte Wärme
abgeführt werden kann. Der grösste Teil der in der Schwingspule erzeugten Wärme
wird über die schmalen, ringförmigen Luftspalte zwischen der Spule und der Polplatte
sowie dem Polkern des Magnetaufbaus abgeführt und an die umgebende Luft abgegeben.
Das Mass für die Ableitung der Wärme von der Spule hängt entscheidend von der Breite
des Luftspalts ab, in dem die Schwingspule angeordnet ist: Verkleinert man den Luftspalt
um die Hälfte, dann ist die Temperaturdifferenz zwischen Spule und Nagnetanordnung
ebenfalls etwa nur halb so gross. Gemäss der vorliegenden r;rfindung wird die Wärmeübertragung
zwischen Schwingspule und Nagnetanordnung dadurch verbessert, dass die für die Wärmeübertragung
wirksamen Flächen, zwischen denen die Wärmeübertragung im Luftspalt stattfindet,
vergrössert wird.
-
Die-gestellte Aufgabe wird erfindungsgemässe dadurch gelöst, dass
zur Ableitung der während des Lautsprecherbetriebs in der Schwingspule erzeugten
Wärme an der Polplatte wenigstens ein nicht magnetisches, wärmeleitendes Ansatzstück
angebracht ist, das etwa die gleiche Dicke wie die Polplatte aufweist. Vorzugsweise
weist die Polplatte eine geringere Dicke auf als die Länge der Schwingspule.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen sind weiterhin in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Insbesondere bei Basslautsprechern ist die Schwingspule häufig länger
als die Dicke der Polplatte, damit eine volle Auslenkung des mit der Schwingspule
verbundenen Konuses möglich ist.
-
Die für die Wärmeübertragung wirksamen Flächen, zwischen denen die
Wärmeübertragung von der Schwingspule über den ringförmigen Luftspalt stattfindet,
werden durch mindestens ein nicht magnetisches Ansatzstück vergrössert, ohne dass
dadurch die magnetischen Eigenschaften des BuStspaltes verändert werden.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Aufbaus ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern mit einem nicht magnetischen, wärmeleitenden
Ansatzstück versehen ist, das zusammen mit dem Ansatzstück der Polplatte den ringförmigen
Luftspalt verlängert, derart, dass die Gesamtlänge des Luftspaltes wenigstens gleich
der und vorzugsweise grösser als die Länge der Schwingspule ist, so dass der Koeffizient
der Wärmeübertragung zwischen der Schwingspule und dem Magneten vergrössert wird.
-
Wie bereits erwähnt, kann die Polplatte auf beiden Seiten mit Ansatzstücken
versehen sein. Darüberhinaus kann der die Schwingspule tragende, rohrförmige Spulenkörper
eine nicht magnetische, wärmeleitende Verlängerung aufweisen, durch die
ein
guter Wärmekontakt mit der Schwingspule entsteht, in dem die für die Wärmeübetragung
wirksame Flächen, zwischen denen die Wärme über den ringförmigen Luftspalt hinweg
übertragen wird, vergrössert wird. Der Spulenkörper und die Verlängerung des Spulenkörpers
können in Längsrichtung verlaufende Schlitze aufweisen, die verhindern, dass der
Spulenkörper und die Verlängerung eine Kurzschlusschleife für das Magnetfeld bildet,
in dem der Spulenkörper angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Verlängerung des Spulenkörpers
dicker ausgebildet als der Spulenkörper selbst, so dass der Spulenkörper und die
Schwingspule dieselbe Gesamtdicke wie die Verlängerung des Spulenkörpers besitzen.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemässen
Lautsprechers in schematischer Darstellung, und Fig. 2 ein Diagramm, in dem die
thermischen Eigenschaften und Kennlinien eines erfindungsgemässen Lautsprechers
und eines herkömmlichen Lautsprechers zum Vergleich aufgetragen sind.
-
Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Lautsprecher weist einen ringförmigen
Permanentmagneten 1, beispielsweise aus Bariumferrit auf. An den gegenüberliegenden
Polseiten dieses Magnetes sind jeweils eine Grundplatte 2 und eine Polplatte 3 aus
Stahl befestigt. In der Mitte der Polplatte 3 befindet sich eine kreisförmige Öffnung,
innerhalb der ein ebenfalls aus Stahl bestehender Polkern 4 angeordnet und an der
Grundplatte 2 so befestigt ist, dass sich der magnetische Kreis durch den radial
verlaufenden Magnetfluss in einem ringförmigen Luftspalt 5 zwischen der Polplatte
3 und dem Polkern 4 schliesst.
-
Ein nicht magnetischer Spulenkörper 7, der koaxial innerhalb
des
ringförmigen Luftspaltes 5 angeordnet ist, trägt eine Schwingspule 6 aus Kupf er-
oder Aluminiumdraht und steht mit ihr in gutem Wärmekontakt. Der Spulenkörper 7
ist ein guter Wärmeleiter und beispielsweise aus Aluminium hergestellt und besitzt
in Langsrichtung verlaufende Schlitze, die verhindern, dass der Spulenkörper 7 in
dem restlichen Magnetfeld, in dem er angeordnet ist, eine Kurzschlusschleife bildet.
Der Spulenkörper 7 ist im Luftspalt in axialer Richtung frei beweglich und mit einem
Konus 8 verbunden, von dem nur ein '2eil in der Zeichnung dargestellt ist. Die Schwingspule
6 wird von elektrischen Signalen, die über (nicht dargestellte) Leitungen angelegt
werden, angetrieben, wodurch die Spule im Luft spalt 5 eine axiale Auslenkung erfährt,
die ihrerseits den Konus 8 in Bewegung setzt und Schall erzeugt.
-
Um sicherzustellen, dass sich ein Teil der Spule 6 bei allen zugelassenen
Auslenkungen des Konus 8 noch innerhalb des Luftspalts 5 befindet, ist die Spule
6 länger ausgebildet als die Dicke der sie umgebenden Polplatte 3. Bei herkömmlichen
Lautsprechern wird dadurch der Flächenbereich begrenzt, zwischen dem Wärme im Luftspalt
5 übertragen werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung verbessert die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung
im Luftspalt 5 dadurch, dass die Fläche des den Luftspalt 5 umgebenden, wärmeleitenden
Metalls vergrössert wird, ohne dass dadurch die Form und Ausbildung des Magnetfelds
im Spalt verändert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind daher an
den gegenüberliegenden Stirnseiten der Polplatte 3 Ansatzstücke 9 und 10 aus nicht
magnetischem und wärmeleitendem Metall - bei diesem Ausführungsbeispiel aus Aluminium
- angebracht, die den ringförmigen Luftspalt 5 begrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weisen die Ansatzstücke 9, 10 å jeweils die gleiche Dicke wie die Polplatte 3 auf.
Bei einem Lautsprecher, dessen Polplatte 3 eine Dicke von 6,35 mm aufweist, können
die Ansatzstücke 9, 10 beispielsweise 6 mm dick sein.
-
Um die den Luftspalt 5 begrenzenden, wärmeleitenden Flächen noch weiter
zu vergrössern, ist auch das Polstück 4 mit einem Ansatzstück 11 aus nicht magnetischem
Metall, z. B. aus Aluminium, versehen. Darüberhinaus kann der die Schwingspule 6
halternde Spulenkörper 7 einen in axialer Richtung verlaufenden Vorsprung 12 aus
Aluminium oder einem anderen nicht magnetischen, wärmeleitenden Material aufweisen.
Der Vorsprung 12 des Spulenkörpers 7 ist dicker als der Spulenkörper 7 selbst, so
dass der Spulenkörper 7 und die Schwingspule 6 zusammen im wesentlichen die gleiche
Dicke wie der genannte Vorsprung besitzen. Die Länge des Schwingspulenkörpers 7
und die Dicke des Polplatten-Ansatzstückes 9 sind so gewählt, dass sich der Konus
8 ausreichend gut bewegen kann und das Ansatzstück 9 nicht berührt.
-
Die Gesamtdicke der Polplatten-Anordnung, die aus der klplatte 3 und
den Polplatten-Ansatzstücken 9 und 10 besteht, ist grösser als die Länge der Schwingspule
6 in Achsenrichtung.
-
Auf Grund der dadurch erzielten besseren Wärmeübertragung im Luftspalt
5 wird verhindert, dass sich die Spule 6 und insbesondere die Wicklungsenden der
Spule 6 übermässig erhitzen, was in einem Lautsprecher mit herkömmlichem Aufbau,
bei dem die Spulenenden aus der Polplatte 3 herausragen, der Ball wäre.
-
In Fig. 2 ist die über die Schwingspule 6 genittelte Temperatur der
Schwingspule 6 über der elektrischen Eingangsleistung aufgetragen, nachdem sich
die Temperaturverhältnisse stabilisiert haben. Die Zeitkonstante der Temperaturänderung,
d. h.
-
die Zeit, in der sich ein Temperaturgleichgewicht in der Schwingspule
ausbildet, liegt zwischen 2 und 20 Sekunden, wogegen diese Zeitkonstante für die
Magnetanordnung 1 Stunde oder grösser ist. Um eine gewisse Temperaturstabilität
zu erreichen, wurden die Temperaturmessungen daher erst nach Ablauf einer Stunde
durchgeführt und die Punkte dann eingetragen.
-
Aus den Diagramm lässt sich entnehmen, dass sich beim herkömmlichen
Lautsprecher mit zunehmender Eingangsleistung die Spulentemperatur stärker erhöht
(Kurve A) als bei dem hier beschriebenen Lautsprecher mit den Polplatten-Ansatzstücken
9 und 10 (vgl. Kurve B). Die Spulentemperatur nimmt bei einem Lautsprecher noch
weniger zu (vgl. die Kurve C),der sowohl die Ansatzstücke 9 und 10, als auch das
Polkern-Ansatzstück 11 aufweist.
-
Die Temperatur des Magnetaufbaus des Lautsprechers wächst mit zunehmender
Eingangsleistung linear an, jedoch in viel geringerem Masse als die Temperatur der
Schwingspulen, da die Oberfläche des Magnetaufbaus wesentlich grösser als die Oberfläche
der Schwingspule ist. Der Nagnetaufbau gibt Wärme durch Wärmeleitung und Konvektion
an die ihn umgebende Luft ab.
-
Bei dem erfindungsgemässen Lautsprecher lässt sich die Temperatur
der Lautsprecher-Schwingspule bei gleicher Eingangsleistung um 35 bis 45 % niedriger
halten.