electronic components - Intertechnik

drosselspulen
grundlagen
1.1 Verzerrungen aufgrund von Sättigungserscheinungen
Die untersuchten Induktivitäten (der Begriff Spule bezeichnet das
gleiche) kommen in passiven Netzwerken (Frequenzweichen) für Lautsprecherboxen
zum Einsatz. Die einfachste Art ist die Luftspule. Auf
einem Tragkörper ohne magnetische Eigenschaften (meist Kunststoff)
ist ein Wickel aus Kupferdraht aufgebracht. Ein die Spule durchfließender
Wechselstrom führt zur Erzeugung eines Magnetfeldes was frequenzabhängige,
elektrische Eigenschaften bewirkt. Die elektrische Wirkung
einer Spule wird durch die Induktivität mit der Maßeinheit Henry [H]
beschrieben.
Die Windungszahl und die geometrischen Abmessungen der Spule bestimmen
den Wert der Induktivität.
In passiven Netzwerken für Lautsprecher finden sich Spulen mit Induktivitäten
von ca. 0.10 mH bis 30.0 mH.
Ein weiterer Typus von Spulen sind die sogenannten Kernspulen. Im
Magnetfeld der Spule findet sich ein Körper aus einem Material mit
magnetischen Eigenschaften, der Kern.
Der Kern verstärkt das Magnetfeld und erhöht damit die Induktivität
der Spule. Je nach Kernbauform kann die Induktivität im Vergleich zur
Luftspule um ein vielfaches (Faktoren 3 bis >100) erhöht werden.
Die Kernspule weist im Vergleich zur Luftspule einen geringeren
ohmschen Widerstand, oder eine kleinere Bauform auf, da bei gleicher
Induktivität weniger Windungen oder dünnerer Draht auf den Wickel
aufgebracht werden müssen.
Ein Nachteil der Kernspule liegt in der begrenzten Strombelastbarkeit.
Es geht nicht um die elektrische Belastbarkeit des Kupferwickels, dessen
Belastbarkeit durch den Querschnitt des Kupferdrahtes gegeben
ist sondern um Sättigungserscheinungen im Kernmaterial.
Als Materialien für Spulenkerne findet man zum einen die weichmagnetischen
Ferrite zum anderen Eisenwerkstoffe. Bei den Ferriten handelt
es sich um Sinterkeramiken. Sie sind von dunkelgrauer Farbe und
recht zerbrechlich. Ferrite bestehen aus einem verpressten Pulver und
können in vielfältige Formen gebracht werden. So findet man Formen
wie Zylinder- und Rohrkerne, Pilz-, Rollen- und Glockenkerne (Schalenkerne).
Bei den Eisenwerkstoffen findet man Kerne aus Sintermetall (unter
Druck verpresstes Eisenpulver) und Kerne aus lamelliertem Eisenblech.
Sintermetallkerne werden wie Ferrite in vielen Formen hergestellt.
Sie sind sehr bruchempfindlich (viel empfindlicher als Ferrite). Bei
Intertechnik wird nur ein zylindrischer Sintermetallkern verwendet
(Corobarkern), der in einen Kunststoffkörper eingesetzt wird und
somit geschützt ist. Die lammellierten Kerne bestehen aus gestanzten
Eisenblechen, die zu Paketen geschichtet sind. Gebräuchlich sind sogenannte
I-Kerne oder E-Kerne. Mechanisch sind diese Kerntypen sehr
robust und können zur sicheren Befestigung (bei großen oder schweren
Spulen) verschraubt oder vernietet werden.
Das Sättigungsverhalten zwischen Ferrit- und Eisenkernspulen ist sehr
unterschiedlich. Das Eisenmaterial besitzt eine wesentlich höhere Sättigungsinduktion.
Das heißt, der Strom der benötigt wird um einen Kern
aus einem Eisenmaterial in die Sättigung zu bringen liegt ca. um den
Faktor 8 höher als bei vergleichbaren Ferritkernen. Die bei Intertechnik
eingesetzten Kerntypen aus Eisenmaterial lassen sich (gemessen an
Induktivitäten mit 10 mH) mit Leistungen unter 1000 Watt an 4 Ohm
nicht in die Sättigung bringen. Der zur Sättigung notwendige Strom
belastet den Kupferwickel thermisch unzulässig, so daß auf Messungen
hinsichtlich Sättigung bei den Eisenkernspulen verzichtet wurde.
Im Gegensatz zur Luftspule, bei der das Magnetfeld um so stärker wird,
je größer der Strom in der Spule ist (linearer Zusammenhang), gibt es
bei Kernspulen einen Punkt bei dem das Magnetfeld trotz Erhöhung des
Stromes nicht mehr im gleichen Maße zunimmt. Dieses Verhalten nennt
man Sättigung.
Aussteuerung in den Sättigungsbereich geht einher mit nichtlinearem
Verhalten der Spule und ruft Verzerrungen hervor, die im höheren
Leistungbereich auftreten.
Eine Untersuchung der Sättigungsgrenzen kann erfolgen durch die Messung
des Klirrfaktors bei Erhöhung des Stromes durch die Spule. Steigt
der Klirrfaktor stark an, ist der Bereich der Sättigung erreicht.
Eine Luftspule weist derartige Verzerrungen prinzipbedingt nicht auf.
Das Sättigungsverhalten einer Kernspule wird bestimmt durch Kernmaterial,
Kernbauform und Querschnitt.
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