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Etwas mehr über die Schwächen bei Hifi-Anlagen

In den Anfängen der High-Fidelity sollte angeblich ein 2 x 15 Watt Verstärker "völlig" ausreichen, um den Konzertsaal ins Wohnzimmer zu bekommen.

Diese Werbeaussage ist dann völlig richtig
, wenn man von 1963 nach 1968 schwenkt und die Audio Intl. Werbung für die großen (und damals sehr teuren) Klipsch-Hörner "beschmunzelt". Da stimmte das Gesagte wirklich, jedenfalls mit den großen hocheffizienten Klipschhörnern und ähnlich teuren Hornsystemen.

Aber es stimmte 1970 und danach überhaupt nicht mehr - bei Grundig und Telefunken und Grätz und Loewe Opta all den anderen mit deren Hifi-Boxen. Da war das nämlich ein Schmarren mit diesen 2 x 15 DIN Watt bei 4 Ohm.

Heutzutage ist man schlauer und auch toleranter und lächelt über diesen historischen Unsinn und völligen Quatsch. Ganz akribische Fans werden aber sofort auf die uralten riesigen Klangfilm oder Zeiss-Ikon Kino- Großlautsprecher deuten und pochen und behaupten, dort hätte das doch auch funktioniert. Doch das war damals kein Hifi in unserem Sinne, es ging ja mit dem Filmton nur von 100 bis maximal 6.000 Hz. Mehr war damals nicht nur nicht möglich, sondern auch nicht gefordert.
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Heute braucht man etwas mehr Leistung an den Boxen.

Die großen Klipschörner kann nun mal nicht jedermann in sein Wohnzimmer "quetschen" und so bleiben tausende und abertausende von "normalen" Boxen übrig. Und die sind bei weitem nicht so effizeint vom Wirkungsgrad her und benötigen deutlich mehr Strom bzw. Leistung.

Und jetzt fangen die Gedankengänge an.
Wie bekomme ich den Ausgangsstrom - besser die Ausgangsleistung - eines 2 x 100 Watt Verstärkers möglichst verlustfrei bis in die Box rein - und völig unabhängig davon, daß in den Boxen vielfach sowieso etwa 25% der Verstärkerleistung verschwinden.

Am End-Verstärker sind oft solche komischen Klemmen und an den Boxen sind auch solche komischen - manchmal billigste Klemmen. Und bei den Boxen liegt oft ein Ring 2 x 0,75 mm² Lautsprecherleitung bei, bei BRAUN zum Beispiel war das Kabel zwar hochfeine Litze, und sogar fest an der Box dran aber dafür noch mit DIN Steckern versehen.

Am anderen Ende war also der deutsche Lautsprecher DIN Stecker
, für uns Hifi-Fans eine mittlere Katastrophe. Doch Achtung, vor 40 oder mehr Jahren waren wir damit glücklich, es ging sogar recht laut mit diesen Steckern und Buchsen.
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Man nehme eine Leitung mit dickem Querschnitt

Natürlich ist eine Zweidraht Leitung gemeint, gesund ist zum Beispiel 2 x 4 mm² Querschnitt oder sogar 6 mm². Doch nicht alle Feder-Klemmen bzw. Schraubklemmen vertragen solch dicke Querschnitte. An den Enden müsste man "etwas machen". Das wären versilberte Adern-Endhülsen oder gequetschte massive Kabelschuhe (wie im Bild rechts) oder massive Schraubklemmen.

Jedenfalls war das das Wissen bis vor wenigen Jahren - warum ?
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In 2015 von den Elektrikern lernen

LS-Kabel hilfsweise verzinnt
professionell gebündelt

Zu meiner Studienzeit um 1970 war es üblich, die feindrähtigen Litzen, so nennt man die feinadrigen Kabel, zu verlöten - besser gessagt - einfach nur zu verzinnen. Sie sollten am Ende nicht ausfranzen oder ausbrechen können. Doch grundsätzlich darf man bei der 220/230Volt Hausinstallation oder den daran betriebenen Geräten nie die Enden verzinnen. Es war und ist - aus guten Gründen - schlicht verboten.

Der physikalische Grund dafür war, daß sich Lötzinn bei Erwärmung durch den durchfließenden Strom zusammenzieht, der Übergangswiderstand dadurch enorm ansteigt, und daß damit erhebliche Wärme anfällt und daß dies sogenannte Schmorbrände verursachen könnte und auch konnte.

Das bedeutet, bei verzinnten Lautsprecherkabel- Enden muß man auf den sich verändernden Übergangswiderstand achten, was natürlich keiner tut bzw. getan hatte. Dabei ist dem (Lautsprecher-) Draht die insgesamt anliegende Spannung gleichgültig, nur der Strom zählt. Mit diesem Wissen scheidet das Verzinnen auch bei den dicken Lautsprecherleitungen "eigentlich" aus.

Man nehme sogenannte Adern-Endhülsen, die um die vielen keinen Äderchen gequetscht werden, damit sich das Kabel nicht aufspleißt. So machte ich es bislang, solange die Bohrungen an den LS- Klemmen und am Verstärker groß genug waren. Doch es gibt inzwischen Besseres und das auch nachweisbar.

Die Musterleitung in den Bildern rechts ist natürlich gewöhnliches "mehrdrätiges" 4mm² Starkstromkabel, also kein feinadriges Kabel bzw. keine feinadrige Litze - wie sie für unsere Lautsprecherleitungen gefordert ist. Es soll hier auch nur das Prinzip der Endhülse erklärt sein.
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Das ist erst die Roh-Fassung des Artikels
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Der Artikel im ELV Journal lautet : Federklemmtechnik für elektrische Verbindungen - Langlebig, hochwertig und zeitsparend (von einem WAGO Klemmtechnik Spezialisten)

Es geht zwar dort um die Hausinstalltionen mit 230 Volt und 16 Ampere Stömen, jedoch unter Dauerlast. Dort ist jeder Übergangwiderstand, egal wo und woher, absolut gefährlich. Und so haben "sie" (bei der Firma WAGO Klemmtechnik) geforscht, ob es vielleicht bessere Lösungen gäbe, für feste Drähte und auch für Litzen (und damit speziell für unsere Verwendung als Lautsprecherleitung wichtig).

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Die Lüsterklemme als Beispiel für Schraubklemmen

Wenn es erst mal geschmort hat
sieht es später so aus und es macht weder Spaß noch Laune und stinkt fürchterlich

Wer hat noch nicht erlebt, dass der Schutzkontaktstecker an einem elektrisch stark belasteten Geräteanschlusskabel bis zum Verschmoren heiß wurde (Beispiel Elektrogrill mit 2000 Watt). Der Grund liegt stets in einem erhöhten Übergangskontakt- widerstand, an dem der Strom durch das Kabel gemäß dem ohmschen Gesetz Leistung abfallen lässt.

In den Bildern rechts aus 2009 sehen Sie, wenn die Übergangswiderstände an einer Steck- oder Schraubverbindung zu groß werden - sei es durch Unachtsamkeit oder durch Verschleiß, dann wird auch eine Profi-Steckdosenleiste sehr sehr warm - an Ende zu warm.

Und alles im Umfeld könnte brennen, kokeln oder auch nur schmoren. Schmoren reicht völlig aus, um Ihre Wohnung oder in diesem Fall die Werkstatt unwiederbringlich "auszuräuchern".

Rauch bzw. Ruß ist sehr agressiv und ätzt und frißt sich (mit etwas Feuchtigkeit, die immer in der Luft ist,) in alles rein und durch alles durch, auch durch einfachen rostfreien V2a Stahl und sogar durch vergoldete Platinen und Kontakte.
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Zu den Details einer Klemme

Bild 1 - Lüsterklemme
Bild 2 - wie es gemessen wird

An einer klassischen Schraubklemmverbindung, wie sie die Lüsterklemme darstellt, lassen sich die grundlegenden Verhältnisse an der elektrischen Schraubklemmvorrichtung exemplarisch studieren (Bild 1). In einem Stromübergangskörper aus Messing oder einem ähnlich gut leitenden Metall werden die zu verbindenden Drähte – meist aus Kupfer – von beiden Seiten eingesteckt und mittels zweier Schrauben auf die Kontaktflächen gepresst. Hier sollte sich ein möglichst flächiger, gut leitender Kontakt ergeben.

Beispiel: Diese Verlustleistung tritt sogar zweimal auf, so dass bei einem Strom von 1 A und einem angenommenen Übergangskontakt- widerstand von 1 Ohm eine thermische Leistung von 2 Watt die Temperatur des Stromübergangskörpers anhebt. Bei 5 A beträgt die erhitzende Leistung bereits 50 W, was schon zum Schmelzen der Kunststoffummantelung der Klemme genügen dürfte. Der Spannungsfall an den Übergangskontakten von 10 V genügt oftmals nicht, bereits jetzt ein Problem wahrzunehmen, insbesondere bei unseren Verstärkern.
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Die mangelnde "Plastizität" des Kupfers

Ein Beispiel aus unserem EDV-Raum - war das jetzt zu wenig oder zu fest angezogen ?
Wenn ein 2,5mm² Kupfer glüht

Problematisch ist die Verformung des Kupferdrahts durch die anpressenden Schrauben. Die möglichen Anpresskräfte sind durch die Plastizität des Kupfers (die Unfähigkeit, eine andauernde Gegenkraft zu entwickeln) begrenzt.

Zieht man die Schrauben zu stark an, kommt es zu einem „Kaltfluss“ des Kupferdrahts. Darunter versteht man eine geringe plastische Verformung des Leiters durch den Schraubendruck auf die Kontaktstelle. Dadurch lässt der Kontaktdruck allmählich nach, der Übergangswiderstand nimmt zu und die Kontaktstelle erwärmt sich unzulässig.

Dieser Vorgang beschleunigt sich, wenn sich die Schraub- klemmverbindung durch starken und wechselnden (hohen) Stromfluss immer wieder erwärmt bzw. abkühlt oder wenn sie Vibrationen ausgesetzt ist.

Das wünschenswerte Nachziehen der Klemmverbindung in regelmäßigen zeitlichen Abständen wird in der Praxis oft unterlassen und damit das Ausfallrisiko der elektrischen Verbindung gesteigert. Aggressive Atmosphären unterstützen durch zusätzlich auftretende Korrosionserscheinungen zwischen den an der Klemmverbindung beteiligten Metallen den zeitlichen Abbau der Kontaktqualität.
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Litzenförmige Leiter sind empfindlich

Bild 4 - moderne Hochstrom- Schraubklemmen für Litzen

Die geschilderten Probleme treten bei litzenförmigen Leitern verstärkt auf. Als Gegenmaßnahme kann man in den Stromübergangskörper eine Metallzunge einlegen, welche die von den Klemmschrauben erzeugten Anpresskräfte flächiger in die Kupferdrähte einleitet (Bild 4 links und Mitte).

Wird der anpressende bewegliche Kontaktbügel („Fahrstuhl“) mit dem Drehen der Klemmschraube angehoben (Bild 4 rechts), spricht man von einer Fahrstuhlklemme. Der in Bild 4 gezeigte Klemmentyp (für 230Volt Stromnetzverbindungen) ist für Massiv- und Litzendrähte geeignet. Die Verwendung von Aderendhülsen ist dort nicht statthaft.

Auch der Einsatz von Aderendhülsen (Bild 5) verringert den Fließeffekt im Kupfer und erlaubt ein kräftigeres Anziehen der Klemmschraube, ohne dadurch einzelne Litzendrähte abzuscheren, wodurch die langfristige Verbindungsqualität verbessert wird. Deshalb sind Adern-Endhülsen für Leiter, die aus vielen Einzeldrähten bestehen (Litzen), vorgeschrieben.

Verzinnen ist (bei Starkstrom) schon lange nicht erlaubt !!

So war das 1960 noch normal, bis es des öfteren mal brannte

Das Verzinnen der Litzen (im 230 Volt Netz) vor dem Einführen in die Schraubklemmverbindung ist wegen des geschilderten langfristigen Fließvorgangs von Lötzinn und Kupfer an der Klemmstelle (im 230 Volt Netz) nicht mehr erlaubt, obwohl es noch häufig praktiziert wird. Im Klartext : Es ist streng verboten und sehr gefährlich.

Zur Lockerung der Verbindung kommt noch eine regelmäßige Verschlechterung der Kontakteigenschaften durch Oxidation des Zinns hinzu.
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Hauptnachteil der Schraubklemmverbindung

Glück gehabt, - noch frühzeitig "gerochen"

Der Hauptnachteil einer elektrischen Schraubklemmverbindung liegt zweifellos in der plastischen Nachgiebigkeit des Kupferleiters. Sie hat eine irreversible Leiterquerschnitts- verengung an der Wirkungsstelle des Klemmdrucks und dessen Abnahme zur Folge. Beides wirkt erhöhend auf den Verbindungswiderstand und lässt die darin freigesetzte thermische Verlustenergie ansteigen. Zwar kann man durch das gelegentliche Nachziehen der Klemmschrauben den Kontaktdruck wieder erhöhen, was aber in der Praxis oft unterbleibt.
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Ideal wäre ein dauerhafter definierter Kontaktdruck

bereits 1980 - Suprafix bis 36A
Bild 7: eine ideale Feder-Klemme

Es müsste also ein definierter Kontaktdruck vorliegen, der die mangelnde Elastizität des Kupferleiters kompensiert. Dazu ist nur eine mechanische Feder in der Lage.

Bild 7 zeigt das Prinzip einer Federklemme, bei der Schraubenfedern einen beweglichen metallischen Verbindungsschlitten auf die absiolierten Leiterenden drücken und dieser den Strom von einem Leiterende zum anderen transportiert.

Die Vorteile gegenüber einer Schraubklemmverbindung liegt in dem stets angemessenen Kontaktdruck, der das Fließen der Kupferleiter (Kaltfluss) minimiert.

Ein verbleibendes Setzen, durch welche Einflüsse auch immer hervorgerufen (Vibrationen, Erhitzen …), wird durch das Nachrücken des Verbindungsschlittens unter dem Federdruck kompensiert. Der Kontaktdruck bleibt also erhalten.
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Ein bißchen (unbezahlte) Werbung für WAGOs gute Ideen

Der WAGO Fachmann schreibt : Mit dem Aufkommen moderner Chrom-Nickel-Federstähle ließen sich „Käfigzugfedern“ herstellen, die ohne zusätzliche Federelemente den obigen Anforderungen gerecht werden und konstruktiv sehr kompakte Anordnungen aneinander gereihter Klemmen möglich machen. Den Durchbruch für diesen als CAGE CLAMP® bezeichneten Klemmentyp (Bild 8) für ein-, mehr- und feindrähtige Kupferleiter (Patent-Nr. 270 6482) erzielte die Firma WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG aus dem westfälischen Minden auf der Hannover Messe 1977.

Anmerkung : Natürlich haben inzwischen auch andere Hersteller solche Klemmen konstruiert.
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Die Vorteile der Federklemmtechnik.

Bild 8
Bild 9
Bild 10

Heute gibt es eine riesige Vielfalt an Klemmenprodukten für einen Querschnittsbereich der zu verbindenden Leiter von 0,08mm² bis 95mm², die auf der Käfigfeder beruhen.

Für unseren fiktiven Einsatz an der Lautsprecherbox sehr interessant :

  1. Wir brauchen irgendwo zwischen 6 und 10mm²
    und
  2. die Verbindung ist (Tiefbass-) rüttelsicher.


Die bestandene Rüttelprüfung gemäß IEC/EN 60068- 2-6 hat die Rüttelsicherheit von CAGE-CLAMP®-Verbindungen belegt. Dabei wurde in drei Achsen ein Frequenzband bis 2000 Hz bei unterschiedlichen Beschleunigungen bis 20g (g: Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²) und unterschiedlichen Amplituden bis 20 mm gleitend durchlaufen. Der bewegliche Anteil des Klemmfederkontakts in Bild 11 wird naturgemäß von den Vibrationen am stärksten beansprucht und muss so ausgelegt sein, dass es nicht zu einem Bruch kommt.

Die Verbindung ist wartungsfrei : Sie resultiert aus der guten Langzeitkonstanz der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Klemmverbindung – genauer gesagt: der Klemmstelle. Dabei dient die Spannungsfallprüfung zur Beurteilung der Güte einer Klemmstelle unter Beanspruchungen wie Vibrationen, Temperaturwechsel und korrosiven Einflüssen, um die Gasdichtigkeit der Kontaktstelle nachzuweisen. Eine ganz wesentliche Voraussetzung für eine hervorragende, dauerhafte Kontaktqualität ist die Vermeidung von Oxidationen durch gasdichte Klemmflächen. Dazu wird der angeschlossene Leiter von der Klemmfeder aus säure- und seewasserbeständigem CrNi-Federstahl in der definierten Kontaktzone gegen die Stromschiene (Elektrolyt-Kupfer mit bleifreier Reinzinn-Oberflächenbeschichtung) gepresst. Dabei wird der Leiter mit hohem, spezifischem Kontaktdruck in die weiche Reinzinnschicht eingebettet und somit unempfindlich gegen korrosive Unterwanderung.
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Langzeitverhalten des Kontaktfederdrucks

Die langfristige Konstanz eines unter Federdruck stehenden Kontakts hängt von der Haltbarkeit der Feder ab. Sie kann als haltbar bezeichnet werden, wenn sie auch über längere Zeiträume nicht an Kraft verliert, sich unter der Belastung mit einer konstanten oder oszillierenden Kraft nicht allmählich verformt oder gar bricht, wodurch ihre Funktion vollständig aufgehoben wäre. Dazu darf die innere mechanische Spannung im Federmaterial die zulässige Stärke des Werkstoffes nicht überschreiten, womit ein elastisches Federverhalten vorliegt. Ist dies gegeben, kehrt die Feder nach der Entlastung zur früheren Gestalt (Form) zurück.

Zwei weitere Eigenschaften des Federwerkstoffes werden als Kriechen/Entspannung und Ermüdung bezeichnet. Kriechen bezeichnet eine sehr langsame plastische Verformung, die bei konstanter Spannung unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffs stattfindet. Entspannung (Relaxation) hingegen ist der Verlust an Federkraft bei konstanter Verformung (Bild 13).
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Lösbarkeit der Verbindung.

Bei den vorstehend beschriebenen Federklemmen lässt sich durch gleichzeitiges Drehen und Ziehen am Leiter dieser wieder lösen. Das beansprucht natürlich Leiter und Klemme und kann deshalb nicht beliebig oft wiederholt werden, ohne dass die Klemmkontaktqualität darunter leidet. Ist eine häufige Umverdrahtung gewünscht, empfiehlt sich eine Klemmentype, die dies durch eine vom Anwender zu öffnende und schließbare (bistabile) Kontaktmechanik erlaubt.

Mit einem zulässigen Nennstrom von 32 A und einer Nennspannung von bis zu 450 V eignet sich die Klemme für unsere Lautsprecherleitungs-Anforderungen hervorragend.
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