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Belastbarkeit von Widerständen, Spulen, Kondensatoren

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  • pluto
    Registrierter Benutzer
    • 04.09.2006
    • 129

    Belastbarkeit von Widerständen, Spulen, Kondensatoren

    Hallo,

    bei Experimentieren mit Boxsim und dessen Funktion "max. Pegel" kam bei mir die Frage auf, ob nicht in vielen Konstruktionen Weichenbauteile unterdimensioniert sind. Der lineare Auslenkungsbereich der Membranen oder die elektrische Belastbarkeit der Chassis sind sicherlich wichtige Faktoren für die Maximallautstärke, aber wie sieht es aus mit der Nennbelastbarkeit von Widerständen, dem Drahtdurchmesser von Spulen und evtl. ihrem Sättigungsstrom, der Spannungsfestigkeit von Kondensatoren?

    Im Falle von Widerständen lässt sich mit Boxsim leicht simulieren (oder auch von Hand abschätzen), dass ein 10 W-Widerstand in einem Tieftonsaugkreis den Maximalpegel stark einschränkt. Ist das nur graue Theorie, weil das Spektrum von Musik stark schwankt und ein Widerstand auch eine gewisse Wärmekapazität aufweist, die Dynamikspitzen abpuffert? Zumindest bei Orgelmusik kann ich mir gut vorstellen, dass ein lang angehaltener Ton auf der richtigen Frequenz zur Überhitzung führt.

    In Tieftonsaugkreisen kommen oft auch sehr kleine Kernspulen zum Einsatz (Drahtdurchmesser 0,5-0,6 mm). Visaton gibt für seine KN-Spulen keine Sättigungsströme an, aber ich vermute mal, dass z.B. eine 15 mH-Spule bei ca. 1 A in die Sättigung geht. Bezogen auf die Erhitzung: Rechnet man mit 5 A zulässigem Strom pro Quadratmillimeter, kommt man auf maximal 1,4 A für 0,6 mm-Draht. Für die Hitzeentwicklung gilt vielleicht wieder das Argument mit dem wechselnden Musikspektrum und der Wärmekapazität, bei der Sättigung wird es aber auch bei kurzzeitigen Dynamikspitzen kritisch, falls der Saugkreis eine hohe Güte aufweist (kleines R). Visaton setzt in seinen Konstruktionen ja meist keine Saugkreise zur Impedanzbegradigung im Bass ein oder solche mit großem R; wenn ich aber einen Impedanzhöcker komplett einebnen will (im Zusammenhang mit tiefer Trennung), liegt R in der Größenordnung von RDC des Tieftöners und somit auch die über den Saugkreis fließenden Ströme.

    Tieftonsaugkreise enthalten in der Regel raue Elkos, oft mit einer Nennspannung von 23 VAC. Dieser Wert wird meist überschritten, wenn ein großer Tieftöner voll ausgereizt wird, und laut Elektor steigen die Verzerrungen von Elkos stark an, wenn man sich der Nennspannung nähert. Raue Elkos kommen auch zum Einsatz in GHP-Systemen (Tieftöner im geschlossenen Gehäuse mit Hochpass); dort existiert ein ähnliches Problem.

    Im Mittel- und Hochtonbereich sieht die Lage entspannter aus, da sich bezogen auf die Leistung der kleinere Teil der Musik hier abspielt. Ich erinnere mich jedoch an einen Kompaktboxen-Vergleich der Stiftung Warentest, in dem eine Zweiwege-Box durchfiel, weil eine Spule so heiß wurde, dass das Dämpfungsmaterial anschmorte.

    Gibt es zu der Problematik Erhellendes aus Messung und Gebrauch?

    Mit freundlichem Gruß

    Peter
  • pluto
    Registrierter Benutzer
    • 04.09.2006
    • 129

    #2
    Bilder (korrigiert)

    Als Beispiel dient die Liaison von Thomas Reimann.

    Zunächst der Maximalpegel, der mit dem linearen Hub der Chassis berechnet werden kann. 105 dB in 1 m sind im Bass möglich.



    Nun mit der Belastbarkeit der Widerstände gerechnet. Der Maximalpegel sinkt im Bass um 5 dB. Begrenzend wirkt vor allem der 33-Ohm-10-W-Widerstand im Tiefton-Saugkreis, der um 100 Hz arbeitet. Bei dauerhaft hohen Pegeln wird es auch für den 3,3-Ohm-Widerstand in Reihe zum Hochtöner kritisch.



    Zuletzt geändert von pluto; 11.09.2006, 12:32.

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    • geist4711
      Registrierter Benutzer
      • 05.02.2005
      • 762

      #3
      moinmoin,
      das mit der sättigung bei kernspulen, sit übrigens ein grund, weshalb ich diese möglichst meide.

      kondensatoren und widerstände lege ich eigentlich von der belastbarkeit/spannungsfestigkeit entsprechend dem einsatzzweck aus, so passiert da im allgemeinen nix...
      mfg
      robert
      Meine Nachbarn mögen mich nicht mehr.....

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      • pluto
        Registrierter Benutzer
        • 04.09.2006
        • 129

        #4
        Spulenbelastbarkeit (korrigiert)

        Und hier das ganze für die Kernspule im Tieftonsaugkreis, wenn man den Widerstand im Saugkreis so anpasst (33 Ohm auf 4,7 Ohm), dass der Buckel im simulierten Schalldruckverlauf bei 100 Hz komplett eingeebnet wird.

        Berechnung: 1 A Sättigungsstrom (mein Schätzwert) ergibt bezogen auf die 5 Ohm Gleichstromwiderstand der Spule eine dort abfallende Verlustleistung von 5 W.

        Ergebnis: Schon bei weniger als 10 V Eingangsspannung ist die Spule gesättigt und der Saugkreis funktioniert nicht mehr korrekt.

        Zuletzt geändert von pluto; 11.09.2006, 12:34.

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        • Locke
          Registrierter Benutzer
          • 15.10.2000
          • 235

          #5
          Moin

          ich hab mal für einen Bekannten und sein Restaurand ein Paar Altos gebaut die er bei einer Faschingsparty über Stunden unter Volllast berieben hat
          am nächsten Tag kam er mit den LS zu mir, der HT spielte micht mehr
          aufgeschraubt und reingeschaut

          die HT Spule (ich glaub 0,33mH und 0,6mm Draht) war zerschmolzen und der R zur Pegelabsenkung war pechschwarz und hat sich ausgelötet

          der DT94 hat es überlebt

          im TT Zweig war alles i.O.

          Locke

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          • Diablo
            Registrierter Benutzer
            • 24.09.2004
            • 2685

            #6
            verstärker-clipping vielleicht???
            dadurch mehr leistung im Hochton

            dann schmilzt die spule (verwunderlich, dass die das überhaupt tut......)
            macht einen lustigen kurzschluss
            dadurch gibt auch bald der widerstand davor den löffel ab

            p.s. ich weiß schon, warum ich bei mir im hochton eine 1mm spule (0,15mH) verbaut hab
            Die Chance ohne Tippschein im Lotto zu gewinnen ist fast genauso hoch wie mit Tippschein.

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            • HCW
              HCW
              Registrierter Benutzer
              • 05.01.2005
              • 1857

              #7
              ch weiß schon, warum ich bei mir im hochton eine 1mm spule (0,15mH) verbaut hab
              Ähem, damit der Hochtöner im Falle eines Falles stirbt? :-)

              Christian

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              • Locke
                Registrierter Benutzer
                • 15.10.2000
                • 235

                #8
                der Draht und der Isolack waren noch i.O. nur der Kunststoffträger ist zerschmolzen

                die Spule hat also noch gearbeitet, wenn auch warscheinlich nicht mehr mit den richtigen Wert

                ich glaub nicht das der Verstärker schuld war
                betrieben wurdern die LS mit einer sehr Überdimensionierten PA Entstufe die ist den ganzen Abend nur im Standgas gelaufen, war noch nicht mal warm

                die Bauteile sind für diesen Dauerbetrieb einfach unterdimensioniert

                hat mich sowieso gewundert das der Rest der Alto das überlebt hat

                Locke

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                • GabbaGandalf
                  Registrierter Benutzer
                  • 22.10.2004
                  • 1851

                  #9
                  nun speziell bezogen auf kernspulen und widerstände im bassbereich kann ich nur bestätigen, dass das kritisch werden kann.
                  ich würde im bassbereich stets widerstände mit mindestens 20 watt (besser 50) und eisenkern-, bzw hochbelastbare ferritkernspulen einsetzen.
                  von 5 watt widerständen und glockenkernspülchen im tmt-zweig der weiche sollte man am besten sowieso die finger lassen, wenn es um guten klang geht.
                  zu den elkos: unter 35 volt spannungsfestigkeit kommt mir so ein ding nicht in die box, von 23V und konsorten halte ich im boxenbau herzlich wenig.
                  wer rechtschreibefehler findet darf sie behalten!

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                  • pluto
                    Registrierter Benutzer
                    • 04.09.2006
                    • 129

                    #10
                    Korrekturen sowie Kondensatorbelastbarkeit

                    Hallo,

                    obige Grafiken habe ich noch einmal korrigiert.

                    Zum Verfahren, wie Belastbarkeit von Widerständen, Spulen und Kondensatoren in jeder beliebigen passiven Frequenzweiche überprüft werden kann, unter

                    "Ausreichende Belastbarkeit von Weichenbauteilen mit Boxsim überprüfen"

                    im "Messtechnik und Simulation"-Forum nachsehen.

                    Hier auch noch die Überprüfung der Kondensatoren für das Beispiel der Liaison (, wobei der Widerstand im Saugkreis wieder auf 4,7 Ohm reduziert ist):

                    Die 23 V Wechselspannungsfestigkeit des rauen 330-microF-Elkos reduzieren den Maximalpegel im Bereich von 25 bis 80 Hz um bis zu 7 dB. Oberhalb von 80 Hz bis ca. 400 Hz wirken die 35 V Wechselspannungsfestigkeit des glatten 47-microF-Elkos im Mitteltöner-Hochpass begrenzend. Lauthörer sind hier mit einem Folienkondensator besser beraten.

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                    • Diablo
                      Registrierter Benutzer
                      • 24.09.2004
                      • 2685

                      #11
                      wie kommst du auf 23V???

                      Die kondis von Visaton haben 35V (glatt) oder 63V (rauh)
                      die glatten von intertechnik haben sogar 50V
                      Die Chance ohne Tippschein im Lotto zu gewinnen ist fast genauso hoch wie mit Tippschein.

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                      • pluto
                        Registrierter Benutzer
                        • 04.09.2006
                        • 129

                        #12
                        Hallo Sven,

                        die glatten Elkos haben in meiner Simu 35 V Wechselspannungsfestigkeit (35VAC).

                        Bei rauen Elkos findet man oft nur eine Angabe der Gleichspannungsfestigkeit (in VDC), warum auch immer. Wo beide Angaben gemacht werden, findet man:

                        63 VDC entsprechen 23 VAC,
                        100 VDC entsprechen 35 VAC.

                        Mit freundlichem Gruß

                        Peter

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