DE719011C

DE719011C - Elektrodynamischer Lautsprecher hoher Leistung mit gekuehlter Schwingspule

Info

Publication number: DE719011C
Application number: DET51174D
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Benecke; Willy Schulze
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1938-10-25
Filing date: 1938-10-25
Publication date: 1942-03-26
Also published as: DE732299C; FR869648A; DE719947C; US2270787A; DE732300C

Description

Elektrodynamischer Lautsprecher hoher Leistung mit gekühlter Schwingspule Bei der Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern großer Leistung hat sich herausgestellt" daß die Belastbarkeit im wesentlichen durch die thermische Belastbarkeit der Schwingspule bedingt ist. Mit der Anordnung gemäß der Erfindung soll nun die Aufgabe gelöst werden, die thermische Belastbarkeit der Lautsprecher ohne Vergrößerung,der Abmessungen der Schwingspule -und damit Vergrößerung des Magnetsystems -zu erhöhen, so daß bei normalen Abmessungen und Gewichten eine bedeutend größere Wiedergabeleistung der Lautsprecher herbeigeführt wird.
Es ist bereits bekannt, bei Lautsprechern für hohe Leistungen am engen Ende der Membran einen mit einem Loch versehenen Konus einzusetzen, um dadurch gleichsam eine Membranpumpe zu schaffen, die einen Luftstrom um die Schwingspule herumführt. Die durch diese Anordnung erzielbare Leistungssteigerung ist wegen der geringen Kühlluftgeschwindigkeit praktisch kaum bemerkbar. Bei mittleren, hohen und höchsten Frequenzen tritt wegen der geringen Amplituden in diesen Frequenzbereichen überhaupt keine zusätzliche Kühlung ein.
Gemäß der Erfindung wird die thermische Belastbarkeit eines elektrodynamischen Lautsprechers dadurch erhöht, daß die Schwingspule und gegebenenfalls auch die Feldspule mit von einer besonderen Kühlmediumquelle gelieferter Luft oder einem ,gut wärmeleitenden Gas, wie Wasserstoff, Helium o. dgl., «-elches durch den Luftspalt, in dem die Schwingspule schwingt, hindurchgeführt wird, gekühlt wird. Die Kühlluft wird von einem besonderen Gebläse, z. B. einem kleinen Kompressor, geliefert. Häufig ist es auch möglich, .den Lautsprecher an bereits vorhandene Preßluftleitungen anzuschließen. Bei der Benutzung von Wasserstoff, Helium o. dgl. ist selbstverständlich dafür Sorge zu tragen, daß möglichst wenig Gasverluste auftreten, etwa dadurch, daß .das betreffende Gas in einerh Kreisprozeß zu- und abgeführt wird.
Auf welche Weise die Kühlluft an die Schwingspule herangebracht wird, ist für das Wesen der Kühlung von untergeordneter Bedeutung. So ist es beispielsweise möglich, die Luft auf der Rückseite .des Joches zentral in den Kern einzuführen und durch mehrere radiale Bohrungen in den rückseitig abgeschlossenen Luftspalt strömen zu lassen. Des weiteren ist es möglich, die Luft an der-Feldspule vorbeistreichen zu lassen und dann erst der Schwingspule zuzuführen, wobei dann die Luft den Lautsprecher auf der der Membran zugekehrten Seite des Luftspalts verläßt. Man kann auch die Luft zwischen Feldspule und vorderer Polplatte zuführen und den Luftweg sich verzweigen lassen, so daß ein Teil der Luft an der Schwingspule, ein anderer Teil an der Feldspule vorbeigeht und beide Lautsprecherteile kühlt.
Um zu verhindern, daß Schmutzpartikelchen in den Luftspalt .gelangen, ist es zu empfehlen, gefilterte Luft zur Kühlung zu benutzen.
Die Abbildungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar stellen die Abb. i bis 4. Ausführungsmöglichkeiten der Luftzuführung -dar; während die Abb. 5 und 6 besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Störungen bei der Luftzuführung veranschaulichen. Die Abb. fi zeigt an Hand eines Diagramms den mit der Anordnung gemäß der Erfindung er-@ielten technischen Fortschritt. Gleichartige Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Lautsprecher nach Abb. i ist mit i die Membran, mit 2 der Membrankorb, mit 3 das Magnetsvstem; mit d. die Feldspule,. mit 5 die Schwingspule, mit 5a. der Luftspalt,- in dem Spule 5 schwingt, mit 6 .die Zentrierspinne bezeichnet. Die Preßluft tritt bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Rückseite des Joches i durch eine oder mehrere axiale Bohrungen 8 und von dort aus durch mehrere radiale Bobrungen 9 in eine hinter der Schwingspüle liegende Luftkammer io ein. Von dieser verhältn:iämäßig großen, ringförmigen Kammer io aus gelangt die Kühlluft durch einen engen Spalt i i in den eigentlichen, die Schwingspule 5 aufnehmenden Luftspalt.
Durch die Ausbildung der ringförmigen Kammer io mit dem im Strömungsweg dahinterliegeniden Spalt i i wind eine gleichmäßige Verteilung des Luftstromes über die ganze Schwingspule erreicht. Die Größe der durchströmenden Luftmenge ist nach oben durch die dadurch eintretenden Störgeräusche (Zischen) begrenzt. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Anordnung bewirkt, daß auch bei verhältnismäßig großen Luftmengen das Zischen noch erträglich ist.
Bei der Anordnung nach Abb. 2a wird die Luft am Joch eingeführt und der Feldspule q. durch die CSffnung 12 zugeführt. Die Kühl-Luft strömt durch den Spalt 13a zwischen Mittelpol 13 und Feldspule q. vorbei und gelangt an der Schwingspule 5 vorbei nach außen. Um den Strömungsweg für die Luft zwischen der Feldspule .4 und dem Mittelpol 13 aufrechtzuerhalten, sind drei oder vier Zentrierstücke 14 zwischen Spule 4 und Mittelpol 13 vorgesehen.
Auch bei dieser Anordnung wird durch die entsprechende _ Ausbildung der Luftzuführungskammer das Zischgeräusch weitgehend herabgesetzt. Bei richtiger Wahl der Luftzuführung läßt sich das- Luftgeräusch sogar so weit vermindern, daß: es unter dem Krummpegel liegt. Dies läß.t sich insbesondere dadurch erreichen, däß die Luftgeschwindigkeit beim Eintritt in das System kleiner gemacht wird als im Spalt, d. h. wenn der Luftzuführungsquerschnitt größer ist als der Austrittsquerschnitt im Luftspalt, was bei der Anordnung nach Abb. 2a deutlich zu erkennen ist.
Es hat sich nun herausgestellt, daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Luft auf den ganzen ringförmigen Querschnitt des Luftspaltes 13a und damit auch des Luftspaltes 5a., in dem die Spule 5 schwingt, erforderlich ist. Bei ungleichmäßiger Verteilung können sich nämlich Verbrennungserscheinungen an der Schwingspule 5 bemerkbar machen. Eine solche gleichmäßige Verteilung der Luft wird gemäß. weiterer Erfindung dadurch erzielt, daß der Luftzuführungskanal spiralig ausgestaltet, insbesondere nach Art einer Archimedischen Spirale; ausgebildet ist. Bei konstanter Breite des Kanals. nimmt die Höhe entsprechend dem Winkelabstand vom Anfang der Spirale ab, und zwar beispielsweise so, daß bei einem Abstand von i8o° die Höhe des Kanals halb so groß ist wie am Anfang.
Die Abb. 2b veranschaulicht eine solche Ausbildung des Luftzuführungskanals, und zwar ist ein Schnitt gemäß der Linie A-B der Abb. 2a dargestellt. Die innere Begrenzung der. Spirale wird bei diesem, Ausführungsbeispiel.'-dureli :deri@ Magiretkern 13 gebildet. In dieser Darstellung sind jauch die Abstandsstücke r4'gut-z_u erkennen.
-Selbstverständtich könnte auch ein geschlossenes Rohr benutzt werden, das zum Luftspalt 13 a. hin eine oder mehrere- insbesondere spaltförmige Öffnungen besitzt.
- Bei dem. Ausführungsbeispiel nach Abb. 2a bewirkt die zwischen -Magnetkern -und Feldspule votbeistreichende Luft zugleich eine Kühhin,g der Feldspule: Dies ,ist mitunter erwünscht. Es kann andererseits auch insofern nachteilig sein, als die Luft um einige Grade vorgewärmt wird.- und :dadurch die Kühlung der Schwingspule verschlechtert wird. Dieser Nachteil, der übrigens bei der Benutzung von Permanentmagneten nicht auftritt, läßt sich vermeiden, wenn die. Luft so zugeführt wird, wie es Jie Abb. 3 veranschaulicht. Bei dieser AnorA:nung ist zwischen vorderer Polplatte z 5 und der Schwingspule 5 die Luftzuführungskammer 17 geschaffen. Die Luft tritt durch die Anschlußöffnung 16 in den zweckmäßig wieder spiraligen Raum 17 zwischen vorderer Polplatte 15 und Feldspule 4: Von dem Raum 17 aus verteilt sich die Luft und durchströmt einmal den Luftspalt mit der- Schwingspule 5, während der zweite Strömungsweg zwischen Feldspule 4 und Mittelpol 13 zur Austrittsöffnung 18 im joch 7 verläuft. Falls es nicht erforderlich sein sollte, die Feldspule zu kühlen, so. bereitet es keine Schwierigkeiten, bei A den Luftspalt abzudichten; so daß dann die ganze zur -Verfügung stehende Kühlluft an der Schwingspule vorbeiströmt.
Bei. Lautsprechern mit über den Luftspalt hinaus verlängerter Spule bat sich ergeben, daß unter Umständen die außerhalb des Luftspaltes liegenden Windungen nicht mehr völlig von idem Kühlluftstrom umspült wunden, so_daß unzulässig hohe Temperaturen in diesen. Windungen- auftraten. Dies wird gemäß weiterer Erfindung dadurch vermieden, daß auf die Polplatte und :den Mittelpol flanschartige Teile aufgesetzt werden, die den Luftspalt _ -künstlich -zweckmäßig bis über die äußersten Windungen der Schwingspule hinaus verlängern. Dadurch. wird die Kühlluft gezwungen,- auch die aus dem .magnetisch wirksamen Luftspalt hinausragenden- Teile der Schwingspule zu umspülen. Die flansch-" artigen Teile. werden- zweckmäßig aus nichtmagnetischen oder magnetisch schlecht leitenden Stoffen, hergestellt.-Die-Abb.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser -.Anordnung, __-D.ie in die Luftzuführungskammer 17 - eintretende Kühlluft -wird durch .den die Schwingspule 5- aufnehmenden Luftspalt- an- ,dieser vorbeigeführt. - Am MittelpU rj' un:d. a:n -der Außenpplplatte z 5 sind zwei Flansche35 und 36 angeordnet, die den Luftspalt künstlich verlängern. Die Flansche 35 und 36 sind, wie bereits erwähnt, aus nichtiriagnetischem bzw, schlechtmagnetischem Werkstöff hergestellt. Die Kühlluft ist dadurch -gezwungen, auch noch die äußersten Windungen der Schwingspule 5 zu umspülen, so daß auch diese sonst gefährdeten Teile .der Sch-,"vingspule ausreichend gekühlt werden.
Bei dem Betrieb eines solchen -Lautsprechers mit luftgekühlter Schwingspule ist es zu empfehlen, gegebenenfalls noch besondere durch diese Betriebsart bedingte Vorsichtsmaßnahmen zu. treffen. Wird nämlich ein solcher Lautsprecher eingeschaltet, bevor die Preßluft angestellt ist, so würde die Schwingspule in kurzer Zeit durchbrennen, da selbstverständlich die thermischeBelastbarkeit ohne Kühlung wesentlich geringer ist. Dies läßt sich gemäß weiterer Erfindung dadurch vermeiden; @d!aß bei der Benutzung eines selbständigen Gebläseaggregats der Schalter für den Antriebsmotor des Gebläses mit dem Schalter für den Lautsprecher oder-den den Lautsprecher speisenden Verstärker mechanisch oder elektrisch gekuppelt bzw. gegeneinander verriegelt ist. Ebenso läßt sich aber auch eine Sicherungsmaßnahme einbauen, wie sie- die, Abb. 5 veranschaulicht. Bei dieser Anordnung wird in den Kreis der Schwingspule 20 ein Vorwiderstand 21 bzw. ein Querwiderstand 22 oder auch beide in Abhängigkeit von einem Schalter 23 eingeschaltet, der durch den Preßluftkontakt 24 gesteuert wird. Sobald- die vom. Preßluftanschluß 25 kommende Luft durch das Ventil26 in die zur Schwingspule führende Leitung 27 tritt, wird die Kammer 28 mit. Luft gefüllt, und die die Kaitimer abschließende Membran :2j drückt die Stange 30 nach oben, so daß, wie es das Schaltbild. erkennen läßt; die Schutzwiderstände 2r und 22 ausgeschaltet werden.. Die Schwingspule 2o erhält die volle Verstärkerleistung.. Sobald das. Ventil 26 geschlossen wird- oder eine Störung im Preßluftstrom eintritt, bewegt sich die Membran 29 und dadurch die mit ihr verbundene Stange 3o herunter: E,s wird die durchgehende Verbindung von der einen Klemme- der Sekundärseite des Ausgangsübertragers 3 1 zur Schwingspule 20 aufgerissen und im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Widerstände 21 und 22 in den Schwingspulenkreis bzw, parallel zu diesem Kreise geschaltet.
Mit dem- Kühlen der Schwingspule durch Preßluft ist mitunter ein zischendes Geräusch verbunden,. welches bei kleiner Lautstärke klein sein muß, während es bei größerer Lautstärke entsprechend größer sein darf. Da nun die Kühlung durch Luft bei kleiner Lautstärke. ebenfalls geringer sein -darf, kann in dem Preßluftstromkreis ein Ventil geschaltet werden, welches in Abhängigkeit von der der Lautsprecherschwingspule zugeführten Leistung gesteuert wird, wie dies die Abb. 6 zeigt. In den zur Schwingspule führenden Preßluftkanal 27 ist ein beispielsweise magnetisch zu betätigendes Steuerventil 31a geschaltet, das von dem Sprechstrom so gesteuert wird, daß der Luftstrom mit der auf die Schwingspule auftreffenden Leistung selbsttätig steigt und fällt.
Die Abb. 7 veranschaulicht den durch die Erfindung erzielten technischen Fortschritt. Auf der Abszisse ist die Schwingspulenleistung in Watt, auf der Ordinate die Schwingspulenübertemperatur in Celsiusgraden aufgetragen. Die Messungen wurden an einem mit Gleichstrom belasteten i5o-Watt-Lautsprechervorgenommen. Die Kurve I zeigt den Temperaturanstieg ohne Luftkühlung, die Kurve II den Anstieg bei einem gemäß der Erfindung luftgekühlten Lautsprecher. Es ist deutlich zu erkennen, daß z. B. ohne Luftkühlung bei 8o° Übertemperatur etwa 55 Watt zulässig sind, während .der luftgekühlte Lautsprecher bei der gleichen übertemperatur mit etwa 200 Watt belastet werden kann.
In den Ausführungsbeispielen ist stets ein 4rbeiten mit Überdruck dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, mit Unterdruck, also mit Saugluft, zu arbeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrodynamischer Lautsprecher hoher Leistung mit gekühlter Schwingspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingspule und gegebenenfalls auch die Feldspule mit von einer besonderen Kühlmediumquelle, z. B. von einem Gebläseaggregat, gelieferter Luft oder einem gut wärmeleitenden Gas, wie Wasserstoff, Helium u. dgl., welches durch den Luftspalt, in dem die Schwingspule schwingt, hindurchgeführt bzw. an der Feldspule vorbeigeführt wird, gekühlt ist.
2. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mit Überdruck erfolgt, z. B. mittels Preßluft.
3. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß :die Kühlung mit Unterdruck erfolgt, z. B.. mittels Saugluft. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Verschmutzung des Luftspaltes Filter im Zuführungswege des kühlenden Mediums vorgesehen sind. 5. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Benutzung von Wasserstoff, Helium o. dgl. das Betriebsgas in einem Kreisprozeß zu-bzw. abgeführt wird. 6. Lautsprecher nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mittels einer bereits vorhandenen Preßluftleitung entnommener Luft erfolgt. 7. Lautsprecher nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderes, zweckmäßig am Lautsprecher angeordnetes Gebläseaggregat zur Lieferung des Kühlmediums vorgesehen ist. B. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpol auf der der Membran abgekehrten Seite eine oder mehrere an die Kühlmediumleitung angeschlossene axiale Bohrungen aufweist, die mit" radial zum Luftspalt, in dem die Schwingspule schwingt, sich erstreckenden Bohrungen in Verbindung stehen. 9. Lautsprecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen in eine Luftkammer münden, die über einen gegebenenfalls durch Einsatzstücke verengten schmalen Spalt mit dem Luftspalt für die Schwingspule in Verbindung stehen. io. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Schwingspule entgegengesetzten Seite der Feldspule zwischen Joch und Feldspule die Anschlußöffnung für das Kühlmedium vorgesehen ist und daß zwischen Mittelpol und Feldspule ein Spalt gebildet ist, durch den das Medium zur Schwingspule gelangt. ii. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Polplatte und Feldspule die Anschlußöffnung für das Kühlmedium vorgesehen ist und daß ein Strömungsweg an der Schwingspule und gegebenenfalls ein weiterer zwischen Mittelpol und Feldspule an der Feldspule vorbeiführt. 12. Lautsprecher nach Anspruch io oder i i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mittelpol und Feldspule einen Luftspalt zwischen diesen beiden Teilen aufrechterhaltende Distanzstücke vorgesehen sind. 13. Lautsprecher nach Anspruch i und 2 und 9, io oder ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Kühlmediums beim Eintritt in das System kleiner als im Kühlspalt ist, d. h. daß der Zuführungsquerschnitt größer als derAustrittsquerschnitt ist. 14. Lautsprecher nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal für das Kühlmedium spiralig ausgestaltet, insbesondere nach Art einer Archimedischen Spirale ausgebildet ist. 1,5. Lautsprecher nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die innere Begrenzung der Spirale durch den Mittelpol gebildet ist. 16. Lautsprecher nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossenes, spiralförmig gebogenes Rohr benutzt ist, das zum Spalt hin eine oder mehrere schlitzförmige Öffnungen besitzt. 17. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Mittelpol und auf der Polplatte unmittelbar am Luftspalt über die Schwingspule hinausgehende flanschartige Teile, vorzugsweise aus nichtmagnetischen oder magnetisch schlecht leitenden Werkstoffen vorgesehen sind, die eine künstliche Verlängerung des Luftspaltes bewirken. 18. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Lautsprechers nach Anspruch i, unter Benutzung eines selbständigen Geb.läseaggregates, dadurch gekennzeichnet, daß .der Schalter für den Antriebsmotor des Gebläses mit dem Schalter für den Lautsprecher oder den den Lautsprecher speisenden Verstärker mechanisch oder elektrisch gekuppelt ist bzw. @daßdiese Schalter gegeneinander derart verriegelt sind, daß beide Schalter nur gleichzeitig betätigt werden können. ig. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein überdruck-bzw. Unterdruckkontakt in die zum Lautsprecher führende Leitung gelegt ist, der bewirkt, daß beim Ausbleiben des Kühlmediums in den Stromkreis der Schwingspule ein oder mehrere Widerstände parallel zu bzw. in Reihe mit dieser geschaltet werden. 2o. Lautsprecher nach Anspruch i9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der Anpassungsbedingungen ein mindestens aus einem Reihen- und einem Querwiderstand bestehendes, mittels des Schutzkontaktes einschaltbares Dämpfungsglied vorgesehen ist. 21. Lautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungsweg des Kühlmediums ein Ventil gelegt ist, welches in Abhängigkeit von der der Lautsprecherschwingspule zugeführten Leistung derart gesteuert wird, daß .der Luftstrom mit der der Schwingspule zugeführten Leistung selbsttätig steigt und fällt.