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Re: Elektrostat (Polarisations-Schallwandler) mit leitfähiger Folie?

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Calvin
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Betreff: Re: Elektrostat (Polarisations-Schallwandler) mit leitf√§higer Folie? (133) 25.07.2017, 19:33:37
Als Antwort auf: Elektrostat (Polarisations-Schallwandler) mit leitfähiger Folie?, geschrieben von AH. am 25.07.2017, 09:45:39
Hi,

Du brauchst ja mindestens zwei Elektroden zwischen denen sich das elektrische Feld aufbaut und somit eine Kraftwirkung √ľberhaupt zustande kommt.
Dazu muss Ladung auf die Elektroden aufgebracht werden.
Das geschieht in Form eines Ladestroms der im Takt des Musiksignals umlädt.
Wie beim klassichen Kondensator auch gibt es dabei keinen Stromfluss durch den Kondensator, sondern nur Veränderungen der Ladungsmenge auf den Elektroden.
Elektrisch gesehen ist das ein einfacher Stromkreis mit einer Reihenschaltung einer Spannungsquelle (dem √úbertrager) und eines Kondensators.
Wäre die Membran nun hochohmig wäre das ein zusätzlicher Reihenwiderstand.
Der m√∂gliche Umladestrom w√§re geringer und die ¬īUmladezeit¬ī gro√ü.
Die Membran muss daher bei einem Eintakter niederohmig leitfähig sein.

Bei einem symmetrischen ESL mit zwei Statoren und dazwischen befindlicher Membran liegen die Verhltnisse anders.
Hier liegen die gut leitf√§higen Statoren an den √úbertrageranschl√ľssen und der Mittelabgriff auf der Membran (das Polarisationsnetzteil zwischen Mittelabgriff und Membran hat als Spannungsquelle einen vernachl√§ssigbaren Innenwiderstand und f√§llt aus der Betrachtung heraus).
Es bildet sich ein recht homogenes elektrisches Feld zwischen den Statoren aus, welches auf eine sich zwischen den Statoren befindliche ¬īProbeladung¬ī eine Kraft aus√ľben kann.
Diese ¬īProbeladung¬ī wird auf die Membran aufgebracht. Bei Elektreten indem sie quasi eingefroren eine Materialeigenschaft ist, bei leitf√§hig beschichteten Membranen durch die Polarisations-Spannungsquelle.
Ist die Beschiichtung gut leitfähig, dann verhält sich das Panel nach dem Konstantspannungsprinzip, bzw. wie zwei antiparallel verschaltete Eintakter.
Und hier besteht die Gefahr heisser Überschläge bei Übersteuerung.
Durch die gute Leitf√§higkeit ist die Gesamtladungsmenge auf der Membran nicht nur nicht konstant, sondern auch nicht gleichm√§ssig √ľber der Membranfl√§che verteilt. Sie konzentriert sich am Punkt des geringsten Membran-Stator-Abstandes. An diesem Punkt verst√§rk sich daher die Kraftwirkung, soda√ü wir einen selbstverst√§rkenden Effekt haben, welcher die erh√∂hte √úberschlagsgefahr begr√ľndet.

Ist die Membran dagegen sehr schwach leitfähig, dann ist die Ladung quasi ortsfest.
Hinzu kommt, das die Membran praktisch aus der Betrachtung des elektrischen Systems heraus f√§llt. Die Gesamtladung bleibt konstant, als auch die Position der Ladung √ľber der Membranfl√§che. Bei Ann√§herung der Membran an einen Stator sinkt daher die Spannung zwischen den Beiden und wird theoretisch bei Ber√ľhrung sogar zu Null. Die √úberschlagsgefahr ist viel geringer.
Sollte mal ein √úberschlag passieren, dann fliesst durch die hochohmige Beschichtung nur ein winziger Strom. Der √úberschlag kann nicht genug Energie entwickeln um wirklich ¬īheiss¬ī zu werden und die ganze Membran abzufackeln. Es werden allenfalls kleine unbedeutende L√∂chlein in die Folie geschmolzen. Bei der niederohmigen Beschichtung dagegen k√∂nnen hohe Entladestr√∂me fliessen und heisse Entladungen entstehen .... und Aluminium, das ja gerne als Beschichtung gew√§hlt wird, brennt gut .... nicht umsonst bastelte man als Kind die dicksten Sylvesterb√∂ller mit Kaliumpermanganat und Aluminiumpulver

An den erwähnten ca. 2kV/mm Überschlagsfeldstärke von Luft kann auch der verehrte Herr Professor nichts ändern. Allerdings werden die Statoren ja typischerweise mit einer isolierenden Beschichtung versehen.
F√ľr die Polarisationsspannung (DC-Kondition) sieht es daher so aus als w√§ren zwischen der Membran und dem leitenden Statorkern zwei hochohmige Widerst√§nde in Serie geschaltet .... der Widerstand der Luftstrecke und der Widerstand der Isolierschicht.
Um also eine Feldst√§rke von etwa 2kV/mm in der Luftstrecke zu erzielen muss der Spannungsabfall √ľber dem Isolator hinzugerechnet werden. Ist der Isolator ein sehr guter, z.B. Polyethylen (PE) mit Werten von ~10exp17Ohm/m dann k√∂nnten die 10kV f√ľr die Spannung, die das Polarisationsnetzteil liefern k√∂nnen muss, durchaus realistsich sein.
Wechselspannungsm√§√üig, also f√ľr die Musik, stellt das Gebilde einen kapazitven Spannungsteiler dar. Da PE eine kleine Dielektrizit√§tskonstante (Epsilon-r, um 2) aufweist, f√§llt auch ein gr√∂√üerer Anteil des Musiksignals als Verlust √ľber der Isolation ab. Das Panel ist leiser.
Wesentlich g√ľnstiger sind PVC und Polyamid (PA66, Markenname z.B. Rilsan) mit Volumenwiderst√§nden im Bereich um 10exp12 bis 10exp15 Ohm/m und Dielektrizit√§tskonstanten um 4-5.
Nicht nur ist das Panel lauter, sprich effizienter, die Polarisationspannung als auch das Musiksignal kann auf 3-5kV verringert werden um dennoch die gleiche Feldstärke im Luftspalt zu erzielen. Alternativ könnte die Dicke des Isolators vergrößert werden um die Überschlagsfestigkeit zu steigern.
Da aber auch die Alterung mit steigendem Spannungsgradienten im Material ansteigt ist einer geringeren Polarisationsspannung aus Lebensdauersicht der Vorzug zu geben.
Ebenso sind alle Eigenschaften eines √úbertragers g√ľnstiger zu gestalten wenn er f√ľr geringere Spannungen ausgelegt werden kann.
Und nicht zuletzt ist da noch der Sicherheitsapekt, der f√ľr geringere Spannungen spricht..

Ein weiches Vlies einzulegen hört sich zunächst auch gut an. In der Tat habe ich sowohl in der Theorie als auch der Praxis an solchen Sachen gearbeitet.
Theoretisch lassen sich damit eine ganze Reihe von bedeutenden Vorteilen erzielen, angefangen von h√∂herer Effizienz, √ľber Bed√§mpfung der starken Grundresonanz bis hin zu leichterem Aufbau weil die Membran nur eingelegt, aber nicht mehr gespannt werden m√ľsste.
Praktisch jedoch ist der Effizienzverlust selbst bei extrem weichem, verteilt angeordnetem Vlies (Lochgitter-Struktur) unakzeptabel gross. Die elektrostatischen Antriebskräfte sind halt sehr klein.
Übrig bleibt nur ein schön gedämpftes HP-Verhalten des Amplitudenganges bei miserablem Wirkungsgrad.
Hach ... ich könnt noch stundenlang abba gut ist erstmal.

jauu
Calvin










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