Ausreichende Belastbarkeit von Weichenbauteilen mit Boxsim überprüfen

[pluto]

Hallo,

ob Widerstände hinsichtlich ihrer Belastbarkeit ausreichend dimensioniert sind, kann man mit Boxsim (1.02b) leicht überprüfen. Dazu erstellt man ein neues "Chassis", das dem Widerstand entspricht:

• Projekteigenschaften um ein Chassis erweitern.
• Beliebiges Chassis mit 8 Ohm Nennimpedanz als neues Chassis laden (z.B. TI100-8.BCH).
• Beim neuen Chassis den Namen auf "Widerstand XY" ändern.
• Resonanzfrequenz fs auf 1 Hz setzen.
• Korrekturfaktor K errechnen: K = R / 8 (mit R, Wert des Widerstands)
• Belastbarkeit des Widerstands multipliziert mit K unter Pmax eingeben.
• Wert des Widerstands unter Rdc eingeben.
• Bei den Ersatzinduktivitäten und -widerständen jeweils Werte nahe 0 eingeben (z.B. 1,E-10).
• Pegel ändern: -200 dB.
• "F-gang Impedanz ben." ausschalten.
• In der Weiche den zu untersuchenden Widerstand durch das neue "Chassis" ersetzen.
• Max. Pegel betrachten.

Interessanterweise ist bei der üblichen Bauteildimensionierung oft nicht der Maximalhub oder die elektrische Belastbarkeit der Chassis limitierend, sondern irgendein Widerstand. Kritisch sind vor allem Widerstände im Basszweig der Weiche.

Mit freundlichem Gruß

Peter

[pluto]

Ausreichende Belastbarkeit von Spulen mit Boxsim überprüfen (korrigiert)

Nachgereicht nun die Gebrauchsanweisung, wie man Spulen auf ausreichende Belastbarkeit in der Filterschaltung hin überprüfen kann:

• Sättigungstrom Isat der Spule dem Datenblatt entnehmen (Kernspule) oder thermisch zulässigen Maximalstrom Imax abschätzen (Luftspule, ganz grob mit 5 A pro Quadratmillimeter Drahtquerschnitt; das sind etwa 1,4 A für 0,6 mm Drahtdurchmesser bzw. 3,9 A für 1 mm)
• Verlustleistung Pv bei Isat oder Imax bestimmen, wobei Rdc der Gleichstromwiderstand der Spule ist:
  Pv = Rdc * Isat * Isat oder
  Pv = Rdc * Imax * Imax
• Projekteigenschaften um ein Chassis erweitern.
• Beliebiges Chassis mit 8 Ohm Nennimpedanz als neues Chassis laden (z.B. TI100-8.BCH).
• Beim neuen "Chassis" den Namen auf "Spule soundso" ändern.
• Resonanzfrequenz fs auf 1 Hz setzen.
• Korrekturfaktor K errechnen: K = Rdc / 8
• Oben ermittelte Verlustleistung Pv mit K multiplizieren und unter Pmax eingeben.
• Gleichstromwiderstand der Spule unter Rdc eingeben.
• Bei den Ersatzinduktivitäten und -widerständen jeweils Werte nahe 0 eingeben (z.B. 1,E-10).
• Pegel ändern: -200 dB.
• "F-gang Impedanz ben." ausschalten.
• Gleichstromwiderstand der zu untersuchenden Spule im Weicheneditor auf 0 setzen.
• In Serie zur Spule in der Weiche das neue "Chassis" einfügen.
• Max. Pegel betrachten.

[pluto]

Ich habe obige Beiträge editiert. Änderung: "Resonanzfrequenz fs auf 1 Hz setzen." eingefügt.

[UweG]

Hallo pluto,

ich bin ja immer erfreut, wenn jemand mit Boxsim lustige Dinge anstellt. Leider bin ich eben erst darauf gekommen, die Sache mal genau zu überprüfen und stelle leider fest, dass es so nicht funktioniert. Nimm mal nur eine Spule als Last an einen Verstärker und rechne mal zu Fuß nach.

Warum sind die Ergebnisse falsch?
Für die elektrische Belastbarkeit des Chasssis geht Boxsim davon aus, dass diese bei der Spannung erreicht wird, die an einem ohmschen Widerstand mit Nennimpedanz Pmax erzeugt. Ein 8-Ohm-Chassis mit z. B. 6,2 Ohm Impedanz muss also real etwas mehr aushalten können als die angegebene Pmax.
Das blöde ist, und das sehr ich als Fehler in Boxsim, dass man das Feld "Nennimpedanz" leider nirgendwo sieht und somit auch nicht editieren kann. Dort müsste der Rdc der Spule auch noch hineingeschrieben werden, dann würde es funktionieren.
Bei allen VISATON-Chassis ist die Nennimpedanz korrekt gesetzt, weil in dem Programm zur Erzeugung der Chassisdateien das Feld vorhanden ist und auch ausgefüllt werden muss, sonst gibt's Fehlermeldungen bei Erzeugen der Chassisdateien zur Publikation.

Die nächste Boxsim-Version wird das Problem beheben.

[pluto]

Obige Rezepte sind korrigiert

Hallo Uwe,

ein Korrekturfaktor behebt das Problem. Ich habe die Rezepte entsprechend geändert.

Dass die Nennleistung eines Chassis sich auf die Nennimpedanz bezieht, ist logisch (- jetzt auch für mich). Man misst die Belastbarkeit von Chassis ja auch nicht mit Gleichspannung, sondern mit einem breitbandigen Rauschsignal.

Mit freundlichem Gruß

Peter

[pluto]

Ausreichende Belastbarkeit von Kondensatoren mit Boxsim überprüfen

Und nun die Gebrauchsanweisung, wie man Kondensatoren auf ausreichende Belastbarkeit in der Filterschaltung hin überprüfen kann:

• Wechselspannungsfestigkeit des Kondensators dem Datenblatt entnehmen.
• Verlustleistung Psh (eines virtuellen Messwiderstands, siehe Bemerkungen) bei Nennspannung errechnen, wobei Uvac die Wechselspannungsfestigkeit des Kondensators ist:
  Psh = Uvac * Uvac / 8
• Projekteigenschaften um ein Chassis erweitern.
• Beliebiges Chassis mit 8 Ohm Nennimpedanz als neues Chassis laden (z.B. TI100-8.BCH).
• Beim neuen "Chassis" den Namen auf "Kondensatorname" ändern.
• Resonanzfrequenz fs auf 1 Hz setzen.
• Psh unter Pmax eingeben.
• 100000 unter Rdc eingeben.
• Bei den Ersatzinduktivitäten und -widerständen jeweils Werte nahe 0 eingeben (z.B. 1,E-10).
• Pegel ändern: -200 dB.
• "F-gang Impedanz ben." ausschalten.
• Parallel zum Kondensator in der Weiche das neue "Chassis" einfügen.
• Max. Pegel betrachten.

Bemerkungen:

- Interessant ist eine Überprüfung v.a. für Elkos; bei Folienkondensatoren ist die Spannungsfestigkeit i.d.R. deutlich größer als erforderlich.
- Der sehr große Widerstand von 100000 Ohm, der unter Rdc eingetragen wird, beeinflusst die Filterfunktion nicht nennenswert und dient der virtuellen "Messung" der Spannung.
- Der Korrekturfaktor K, der bei den Anleitungen für Widerstände und Spulen auftaucht, ist bereits in Psh berücksichtigt.

[VENTILIERT]

Ich finde, dass das sehr interessante Aspekte sind.
Gerade gestern und heute bin ich am Simulieren des GF250 mit dem AL130. Da der GF bald abfallen soll wären Werte so um 8mH ideal.

Die es sich um Kosten von 30-50 oder noch mehr Euro handelt (pro Paar), ist es sicher interessant, dies vorher zu wissen, wann die Spule in Sättigung geht. Man möchte ja nicht an der falschen Stelle sparen.

Sicher gibts Tabellen für die Einschätzung. Aber "nachgerechnet" ist besser als "geschätzt". Und wenn das ein Programm bietet, ists ideal.

Eine Art Dimensionierunghilfe bzw. "Warner".

[Susie Q]

Die es sich um Kosten von 30-50 oder noch mehr Euro handelt (pro Paar), ist es sicher interessant, dies vorher zu wissen, wann die Spule in Sättigung geht.
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Achso ... wie stellt man denn fest, wann und wie eine Kern(...)-Spule in die Sättigung geht, welche Parameter mit welchem Wert legen das fest?

[walwal]

Für so was gibt es Kataloge, spätestens beim Ferrit weiss man als Aussenstehender nicht, was verbaut wurde.

Visaton gibt Sättigungsströme an...

[VENTILIERT]

Bei bekannten Spulen (Visaton):
1. Luftspule/Glockenkern/I-Kern, sonstwas-Kern
2. Sättigungsstrom (Herstellerangaben)
3. Verstärkerleistung
4. Chassis Auswahl bzw. Belastbarkeit

Ist ja nur ein Vorschlag:
Zb.
Art. No. 3708, Bezeichnung FC 10,0 mH,
Technische Daten:
Höhe 31 mm
Durchmesser 40 mm
Drahtstärke 0,75 mm
Innenwiderstand 0,82 Ohm
Sättigungsstrom 4,1 A

Anhand Sättigungstrom und anliegender Spannung bei X Watt über Impedanz des Chassis den kritischen "Bereich" festlegen.
Zb. ein max Belastungskurve, bevor Sättigungseffekte auftreten.

[Susie Q]

"Sättigungsstrom 4.1A" ist sehr gut, damit läßt sich unheimlich viel klarstellen.
4.09A sind dann kein Sättigungsstrom?

"Sättigungseffekte" ... - schön, aber welche Parameter mit welchem Wert legen die denn nun fest?
Übrigens: 100 Watt an 4Ω bedeutet einen Spitzenstrom von 7.1A - was da wohl in der 4.1A-Sättigungsstrom-Kernspule passiert?

... ist es sicher interessant, dies vorher zu wissen, wann die Spule in Sättigung geht. Man möchte ja nicht an der falschen Stelle sparen.

Sicher gibts Tabellen für die Einschätzung. Aber "nachgerechnet" ist besser als "geschätzt". Und wenn das ein Programm bietet, ists ideal.

IMO. Gibt es ein denn ein solches Programm?

[VENTILIERT]

Ich habe mich undeutlich ausgedrückt.

Klar kann ich mir das auch ausrechnen.

Ein besonderer Luxus wäre es, wenn beim Einsetzen der Bauteile in die Weiche bei BOXSIM gleich eine Warnung erscheinen würde.
Wenn zb. jemand einen TIW nimmt und dann eine zu schwache Spule (kleiner Sättigungsstrom) sich heraussucht, wäre es eine schöne Option, wenn BOXSIM warnt.

Hier wurde doch gerade geschrieben, dass die 35Volt Elkos schnell an der Grenze betrieben werden.

[pluto]

Hallo Susie,

Du hast grundsätzlich recht, dass zu einer Sättigungsstromangabe auch eine Erklärung gehört, wie der Wert zu Stande kommt. Bei den Kurven, die ich bisher für einige Kernspulen gefunden habe, geht das Einsetzen der Sättigung aber ziemlich schlagartig vonstatten; da spielt es keine Rolle, ob man jetzt 1% oder 10% Klirr als Punkt der Sättigung definiert.
Bei 4,09 A ist man sicherlich nicht auf der sicheren Seite, bei 3,5 A imho schon.

7,1 A bei 4,1 A Sättigungsstrom: Klirr in zweistelliger (%) Größenordnung, heftige Intermodulationsverzerrungen.

Die Möglichkeit, die Boxsim 1.02b zum Errechnen der zulässigen Eingangsspannung in gegebener Weichenschaltung für eine Spule mit bekanntem Sättigungsstrom bietet, halte ich schon für sehr nützlich. Wenn Du genauere Messdaten (Klirr über Strom) einer Spule besitzt, kannst Du natürlich jeden beliebigen Punkt der Klirrkurve als "Deinen Sättigungsstrom" definieren.

Mit freundlichem Gruß

Peter

[Susie Q]

Hallo Pluto,

schon klar. Ich wollte meine beiden Vorredner nur etwas in die Spur bringen.

Also bei 100Watt schon Klirr in zweistelliger, prozentualer Größenordnung und deftige Intermodulationsverzerrungen mit diesen Bausatz-Spülchen, die in der Zuleitung eines dicken TIW mit gut und gern der dreifachen Spitzenleistung zu liegen haben. Darob schon immer maßloses Erstaunen meinerseits. Für einen Siebzehner greife ich schon zu zwei Rollen der größeren Sorte, wenn eine Induktivität von ~ 6mH und höher nötig ist (THD steigt mit I und L).

Natürlich, bei den üblichen 2.83V Schmuseklirrmessungen fällt niemand etwas auf, und besonders kurvenveröffentlichungsfreudig sind die Vertreiber von Ferritrollenkernen etc. offenbar auch nicht, vermutlich aus gutem Grund (vor grauer Zeit gab es mal Entsprechendes von Intertechnik, ich kann Dir flüstern ...)

Insgeheim hoffe ich darauf, daß Meßingenieur Farad sich der Sache annimmt (Klirr über Strom, jau), wer sonst.

Die Möglichkeit, die Boxsim 1.02b zum Errechnen der zulässigen Eingangsspannung in gegebener Weichenschaltung für eine Spule mit bekanntem Sättigungsstrom bietet, halte ich schon für sehr nützlich.

Wird leider nur nicht klar herausgestellt. Aber wenn schon, dann sollte der eigentliche Zielparameter signalisiert/visualisiert und Wert mäßig angegeben werden.

[pluto]

Hallo Susie,

nur zur Sicherheit: Wir reden von der gleichen

Möglichkeit, die Boxsim 1.02b zum Errechnen der zulässigen Eingangsspannung in gegebener Weichenschaltung für eine Spule mit bekanntem Sättigungsstrom bietet

, wenn wir uns beide auf das Rezept beziehen, wie ich es oben im Thread beschrieben habe. Ergebnisse habe ich im allgemeinen Forum hier vorgestellt.
Boxsim hat so ein Feature eigentlich nicht vorgesehen. Innerhalb von 2 Minuten weiß ich mit der beschriebenen Methode, welcher maximale Pegel mit einer gewählten Spule möglich ist bzw. ob ich durch die Spulenwahl die Maximaldynamik reduziere. Was ich dabei toleriere, ist dann meine Entscheidung. Ich bin eher Leisehörer; deshalb tun es für mich prinzipiell auch die kleinen Kernspulen und ich brauche auch keine großen Tieftöner. Nur: Wenn man große Boxen baut, ist es unsinnig, diese durch zu kleine Spulen auf das Dynamikniveau kleinerer Boxen zu stutzen.

Die Visaton-Originalbauvorschläge scheinen mir keine unterdimensionierten Kernspulen zu enthalten. (Ich habe aber nicht alle Vorschläge überprüft). Vor den TIWs sitzen LR-Spulen (4.7 mH: 9,3 A Sättigungsstrom). Hast du ein Beispiel?

Mit freundlichem Gruß

Peter