Schwingspulen: Leitfähigkeit von Metallen

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: peter@lautsprechershop.de

Die Schwingspule soll einen möglichst effizienten Antrieb erbringen.
Je geringer dabei der spezifische Widerstand des Drahtes ist, desto:
- dünner darf der Draht sein (desto kleiner der Luftspalt und der Magnet)
- weniger Wärme wird in der Spule durch den ohmschen Widerstand erzeugt.

Hier ein Überblick über die gut leitenden Metalle:
(Konstantan wurde wegen des geringen Temperaturkoeffizienten aufgenommen)
 


Metall
spez. Widerstand
in 10-6 Ohm cm
bei 20°C
Temp.-Koeffizient
bei 20°C

Dichte
in g/cm3
Schmelzpunkt
in °C
Aluminium 2,824 0,0039 2,7 659
Kupfer, annealed 1,7241 0,00393 8,89 1083
Kupfer, hard-drawn 1,771 0,00382 8,89 1083
Silber 1,59 0,0038 10,5 960
Gold 2,44 0,0034 19,3 1063
Nickel 7,8 0,006 8,9 1452
Konstantan
(25% Nickel, 75% Kupfer)
49 0,00001 8,9 1280
aus Handbook of Chemistry and Physics, CRC-Press Inc., Boca Raton. Florida, 65. Auflage, ca. 2200 Seiten

Wie zu sehen ist, leitet Silber am besten (kleinster Widerstand) , dicht gefolgt von Kupfer und mit gewissen Abstand Gold und Aluminium. Kupfer kommt wegen der hohen Leitfähigkeit und des günstigen Materialpreises gerne in Lautsprecher-Schwingspulen zum Einsatz.

Soll die Schwingspule leicht sein, so eignet sich auch Aluminium. Für gleiche Eigenschaften (gleicher Draht-Widerstand) sollte der Querschnitt dann etwa 60% größer gewählt werden. Trotz des 60% Mehrverbrauchs an Material ist die Spule noch halb so leicht wie die Kupferspule.

ein Beispiel zur Widerstandberechnung anhand eines 13 cm Mitteltieftöners:
Für ihn werden beispielsweise 10 Meter 0,2 mm Draht benötigt, der zwei-lagig auf 13 mm Länge gewickelt ist:
 

Widerstand eines runden Leiters Komma bitte als "." eingeben
Metall: Länge / m: Durchmesser / mm Temperatur / °C Widerstand / Ohm
Temperaturbereich: von -40 bis max. 120 °C sinnvoll
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Erhöht sich nun die Temperatur auf 120 °C, so nimmt die Impedanz um ca. 40% zu (probieren Sie es aus). Dies führt zu einer völlig veränderten Wiedergabe - im PA-Bereich nennt man derartige Effekt auch thermische Kompression.

Von der Auswirkung ist dies so, als hätte man zu seinem Lautsprecher (mit Re = 5,5 Ohm)
- außerhalb 2,2 Ohm in die Leitung gelegt oder
- als hätte man den Verstärker mit einem Dämpfungsfaktor von 700 durch einen mit 4 ersetzt!

Nun kann man Metalle (Legierungen) erstellen, die diese Temperaturabhängigkeit nicht zeigen. Diese haben jedoch einen sehr viel höheren Widerstand (z.B.: Konstantan, oben in der Tabelle), so dass damit auch keine Lösung erzielt wird.

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benutzte Formeln zur Widerstandsberechnung

Formel 1:
Der spez. Widerstand Rho, abhängig von der Temperatur T (in °C) ist:

Rho = Rho20° * (1 + TK*(T-20°)),

wobei
Rho20° der spez. Widerstand bei 20°C,
TK der Temperaturkoeffizient,
T die Temperatur in °C ist.
Formel 2:
Der Widerstand R, abhängig von den Drahtabmessungen und dem spez Widerstand Rho ist:

R = Rho * (L / A)

wobei
Rho der spez. Widerstand in Ohm * cm,
L die Länge des Leiters in cm,
A die Fläche des Leiters in cm2 ist.