Aktoren; Geht es auch günstig? #Post_8

Recherche und Tauglichkeitsprüfung handelsüblicher Aktoren zur Realisierung adaptronischer Aufgaben

Kennlinien der Aktoren bei unterschiedlichen Stromstärken

Um zu schauen, wie sich die Aktoren bei unterschiedlichen Stromstärken verhalten, befestigen wir sie wieder auf unserer Montageplatte. Unter der Platte wird auch wieder ein Kraftsensor (208C02) angebracht. Anschließend geben wir einen Sinus Sweep im Frequenzbereich von 0 – 500 Hz bei unterschiedlichen Stromstärken auf die Aktoren. Bei einem Sinus Sweep ändert sich die Frequenz kontinuierlich mit der Zeit.

Dabei werden folgende Stromstärken als Amplitude verwendet (sofern der Aktor dies verkraften kann): 0,5 A, 1 A, 1,5 A, 2 A, 3 A und 4 A. Da wir insgesamt acht Aktoren vermessen, beschränken wir uns hier im Post jeweils auf zwei Stromstärken, damit es nicht zu umfangreich wird. Bei den 8 Ohm Aktoren (Visaton EX 45 S, Heddier LK-KS 20 und Monacor Ar-30) stellen wir die Diagramme mit 0,5 und 1 A, bei den 4 Ohm Aktoren mit 1,5 und 3 A, dar.

In den folgenden Diagrammen ist der Verlauf der Aktorkraft über die Zeit des Sinus Sweeps aufgetragen.

Kommen wir zur Bewertung der Diagramme:

Generell ist der Ausschlag vor der Resonanzfrequenz gering und steigt in der Nähe der Resonanzfrequenz exponentiell an. Nach der Resonanzfrequenz fällt die Kraft wieder exponentiell ab, ist aber größer als vor der Resonanzfrequenz. In diesem (überkritischen) Bereich ist  der Zusammenhang zwischen Kraft und Frequenz  annähernd linear.

Eine weitere Auffälligkeit, sind die verzerrten Sinussignale nach den Resonanzfrequenzen. Diese resultieren daraus, dass die Aktoren in ihrer Resonanz angeregt wurden und diese Schwingung noch einige Zeit nachwirkt. Der Sinsusweep ist dabei aber schon bei einer höheren Frequenz, sodass es zu einer Überlagerung bzw. Schwebung kommt. Das ist mit ein Grund, warum häufig eine Rauschanregung statt einer Anregung mittels Sinussweep gewählt wird.

Gehen wir nun kurz auf die einzelnen Aktoren ein.
Der Sinustec BS-200 liefert wie der Reckhorn BS-250 eine vergleichbare Kennlinie, bis auf ihre unterschiedlichen Resonanzfrequenzen. Die einzelnen Amplituden weisen kleinere Schwankungen auf. Insgesamt ist aber der Verlauf im Arbeitsbereich recht linear.
Die Sinuslive BassPump besitzt ebenfalls kleinere Schwankungen in den Amplituden. Ihr linearer Arbeitsbereich umfasst nicht ganz so hohe Frequenzen, wie bei den beiden vorher erwähnten Aktoren, dafür ist er recht linear.
Der Blanko hat auch kleinere Schwankungen in der Höhe der Amplituden. Der Arbeitsbereich ist von dem Frequenzbereich und der Linearität ähnlich dem der Sinuslive BassPump.
Der Monacor BR-25 hat größere Störungen in der Kennlinie. Dies war auch schon bei dem Frequenzgang in Post_7 zu sehen.
Der Monacor AR-30 hat im Vergleich zu allen anderen Aktoren, kein verzerrtes Sinussignal. Aber es gibt auch hier kleinere Schwankungen der Amplituden. Der Übergang von der Resonanzfrequenz bis zum linearen Bereich dauert aber länger, als bei den anderen Aktoren.
Der Visaton EX-45 S erreicht recht zügig nach der Resonanz seinen linearen Bereich. Die Linearität ist gut und die Schwankungen der Amplituden halten sich in Grenzen.
Beim Heddier LK-KS 20 ist bei der Resonanzfrequenz, wie schon in Post_7 erwähnt, ein Tal. Ansonsten sind nach der Resonanzfrequenz kleinere Störungen und Schwankungen der Amplitude vorhanden.

Steigt die Kraft mit dem Strom linear?

Idealerweise sollte die Kraft elektrodynamischer Aktoren proportional zur Stärke des Stromes sein. Da bei allen Aktoren kleinere Schwankungen der Amplituden im Arbeitsbereich vorliegen, ist es schwierig den genauen Ausschlag festzustellen. Aus diesem Grund legen wir als erste Näherung eine Gerade über den Arbeitsbereich und betrachten diese Mittelwerte. Sie eignen sich nicht unbedingt, um die einzelnen Aktoren miteinander zu vergleichen, da die Arbeitsbereiche der Aktoren bei unterschiedlichen Frequenzen liegen. Die Werte reichen aber aus, um die beiden Ströme eines jeden Aktors miteinander zu vergleichen.

Sinustec BS-200:
1,5 A: 4,5 N                        3 A: 9 N
Reckhorn BS-250:
1,5 A: 5 N                            3 A: 10 N
Blanko:
1,5 A: 2,5 N                        3 A: 4,5 N
Sinuslive BassPump:
1,5 A: 4,5 N                        3 A: 8,5 N
Monacor BR-25:
1,5 A: 4 N                            3 A: 8,5 N
Monacor AR-30:
0,5 A: 2 N                            1 A: 3,5 N
Visaton EX-45 S:
0,5 A: 2 N                            1 A: 4 N
Heddier LK-KS 20:
0,5 A: 2 N                            1 A: 4 N

Die Kraft verdoppelt sich in etwa bei doppelter Stromstärke. Um das Verhalten bei unterschiedlichen Stromstärken genauer zu untersuchen und um Übertragungsfunktionen von Kraft zu Stromstärke zu erstellen, führen wir demnächst noch detaillierte Messungen durch. Dabei werden wir auch die Federsteifigkeit der Aktoren ermitteln.

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