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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.
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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.
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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.
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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.
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Um zu verhindern, daß Schmutzpartikelchen in den Luftspalt .gelangen,
ist es zu empfehlen, gefilterte Luft zur Kühlung zu benutzen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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-Selbstverständtich könnte auch ein geschlossenes Rohr benutzt werden,
das zum Luftspalt 13 a. hin eine oder mehrere- insbesondere spaltförmige
Öffnungen besitzt.
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- 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In den Ausführungsbeispielen ist stets ein 4rbeiten mit Überdruck
dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, mit Unterdruck, also mit Saugluft,
zu arbeiten.