VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BETREIBEN EINES ULTRASCHALLGERÄTS

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Betreiben eines Ultraschallgeräts, beispielsweise eines Ultraschallreinigungsgeräts, mit mindestens einem Ultraschallgenerator und mindestens einem Ultraschallschwinger, welcher Ultraschallschwinger von dem Ultraschallgenerator zum Schwingen angeregt wird, wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise an ein vorzugsweise flüssiges Medium, insbesondere ein Reinigungsmedium, abgibt.

[0002] Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Regeleinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 für einen Ultraschallgenerator zum Betreiben mindestens eines Ultraschallschwingers, wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise wieder abgibt.

[0003] Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Ultraschallgerät gemäß dem Anspruch 14 mit mindestens einem Ultraschallgenerator und mindestens einem Ultraschallschwinger, welcher Ultraschallschwinger von dem Ultraschallgenerator zum Schwingen anregbar ist, wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise an ein vorzugsweise flüssiges Medium, beispielsweise ein Reinigungsmedium, abgibt.

[0004] Ultraschallgeräte der genannten Art sind dem Fachmann in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt und werden oft als Ultraschallreinigungsgeräte eingesetzt. In der Regel taucht dabei der Ultraschallschwinger in einem Behältnis mit einem Reinigungsmedium, beispielsweise Wasser oder einem anderen Lösemittel, ein und gibt die ihm zugeführte elektrische Leistung gemäß seinem Wirkungsgrad zumindest teilweise in Form von Ultraschallschwingungen an das Reinigungsmedium ab, wodurch in dem Reinigungsmedium befindliche Gegenstände von Verschmutzungen befreit werden können.

[0005] Bei vielen Ultraschallschwingern ist es in diesem Zusammenhang notwendig, einen Maximalstrom vorzugeben, das heißt einen dem Ultraschallschwinger von dem Ultraschallgenerator zugeführten Betriebsstrom auf einen Maximalwert zu begrenzen. Dieser Maximalstrom bezieht sich bei vorbekannten Geräten auf die maximale Leistung des Ultraschallschwingers. Der tatsächliche Betriebsstrom ist in der Regel deutlich niedriger als der vorgegebene Maximalwert (Maximalstrom).

[0006] Durch gewisse äußere Umstände, wie beispielsweise die materielle Beschaffenheit des Reinigungsmediums, wozu auch der Einfluß von Temperatur, Druck oder Füllstand zu rechnen ist, kann es vorkommen, dass der Betriebsstrom bei gleicher Leistung ansteigt. Wenn nun der Strom den eingestellten Maximalwert erreicht, wird er entsprechend begrenzt, und es ist möglich, dass der Ultraschallgenerator eine eingestellte bzw. vom Benutzer des Ultraschallreinigungsgeräts ausgewählte erforderliche Leistung nicht (mehr) erreicht.

[0007] In der Regel erfolgen die Prüfung, der Abgleich und ein Test-Dauerlauf derartiger Ultraschallreinigungsgeräte mit einem bestimmten Test-Reinigungsmedium, beispielsweise Wasser. Wenn nun beispielsweise im Rahmen der praktischen Verwendung des Ultraschallreinigungsgeräts ein anderes Reinigungsmedium zum Einsatz kommt, insbesondere ein lösemittelhaltiges Reinigungsmedium, kann es aus physikalisch-chemischen Gründen vorkommen, dass seitens des Ultraschallschwingers kaum noch eine Leistungsabgabe an das Reinigungsmedium möglich ist. In einem solchen Fall arbeitet der Ultraschallgenerator bei vorbekannten Geräten der genannten Art bei vollem Maximalstrom, würde jedoch kaum Leistung an den Ultraschallschwinger abgeben, wodurch sich die Gefahr einer Beschädigung des Ultraschallschwingers ergibt.

[0008] Eine bekannte Regelung für ein Ultraschallreinigungsgerät ist in den Patentdokumenten DE 42 33 016 und EP 1 495 727 beschrieben.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren, eine Regeleinheit und ein Ultraschallreinigungsgerät der jeweils oben genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass im Falle eingeschränkter Leistungsabgabe durch den Ultraschallschwinger eine Beschädigung des Ultraschallschwingers nach Möglichkeit vermieden wird.

[0010] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einer Regeleinheit der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst.

[0011] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um Textwiederholungen nach Möglichkeit zu vermeiden.

[0012] Erfindungsgemäß ist also eine leistungsabhängige Strombegrenzung vorgesehen, um die weiter oben geschilderte Problematik zu vermeiden. Dabei geht trotz leistungsabhängiger Verminderung des Stroms die Wirkleistung am Ultraschallgenerator bzw. Ultraschallschwinger kaum zurück, während sich die Lebensdauer des Ultraschallschwingers deutlich verlängert. Wird nun bei Verwendung der vorliegenden Erfindung während des Betriebs das (Reinigungs-)Medium gewechselt, so dass der Ultraschallschwinger wieder mehr Leistung abgeben kann, erhöht sich durch die erfindungsgemäße doppelte Regelung mit getrennten Regelkreisen für den Strom und die Leistung automatisch wieder der zulässige Maximalstrom nach Art einer dynamischen Führungsgröße für den Stromregler bzw. Stromregelkreis. Dies wird vorliegend auch als "Fold-Back-Funktion" bezeichnet.

[0013] Im Zuge einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leistungsregelung in Abhängigkeit von einem Ist-Wert des Stroms vorrangig gegenüber der Stromregelung erfolgt. Erst wenn der Betriebsstrom den vorgegebenen, dynamischen Maximalwert erreicht, übernimmt der Stromregler, so dass die Stromregelung im Zuge einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorrangig gegenüber der Leistungsregelung erfolgt.

[0014] Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht vor, dass der Leistungsregler gegenüber dem Stromregler Vorrang hat, bis eine Führungsgröße des Stromreglers einen vorgegebenen Wert erreicht, welcher Wert vorzugsweise variabel vorgebbar ist.

[0015] Dabei hängt im Rahmen einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der vorgegebene Maximalwert des Stroms von einem Ist-Wert der Leistung ab und kann dabei während des Betriebs des Ultraschallgeräts regelmäßig neu ermittelt und entsprechend neu vorgegeben werden. Dadurch wird der Maximalwert des Stromes in Abhängigkeit der Ist-Leistung gestellt, und die nach dem Stand der Technik statische Führungsgröße des Stromreglers wird im Rahmen einer entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine variable, der Ist-Leistung vorzugsweise proportionale Größe umgewandelt.

[0016] Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht vor, dass der Regelkreis für den Strom mit dem Regelkreis für die Leistung signaltechnisch verbunden ist, so dass ein Ist-Wert der Leistung in die Bestimmung der vorzugebenden Führungsgröße des Stromreglers eingeht.

[0017] Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht vor, dass diese eine Bestimmungseinheit aufweist, die zum Bestimmen einer Änderung der Führungsgröße des Stromreglers in Abhängigkeit von einem Ist-Wert der Leistung ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann die Bestimmungseinheit mit einem Messglied für den Ist-Wert der Leistung einerseits und mit dem Stromregler andererseits signaltechnisch verbunden sein.

[0018] Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht vor, dass die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, die Änderung der Führungsgröße des Stromreglers proportional zum Ist-Wert der Leistung zu bestimmen.

[0019] Auf diese Weise ist es bei entsprechender Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, den Maximalwert des Stroms auf einen maximalen Wert bei maximaler Leistung bzw. auf einen minimalen Wert bei minimaler Leistung einzustellen. Der momentane Maximalwert des Stroms wird sich im Betrieb auf einen Wert zwischen diesen beiden Extremwerten einstellen.

[0020] Wenn nun im Betrieb des Ultraschallgeräts die Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers zunimmt, erhöht sich im Rahmen einer entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Wert der Führungsgröße für den Strom vorzugsweise automatisch, und zwar höchst vorzugsweise sukzessive bis auf den genannten Maximalwert bei maximaler Leistung.

[0021] Umgekehrt ist es durch Anwendung einer entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass sich der Wert für die Führungsgröße des Stroms im Betrieb des Ultraschallgeräts bei abnehmender Leistungsabgabe vorzugsweise automatisch verringert, und zwar höchst vorzugsweise sukzessive bis auf den genannten Minimalwert des Stroms bei minimaler Leistung.

[0022] Die genannten Extremwerte können dabei jeweils fest vorgegeben sein.

[0023] Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, im Falle einer im Betrieb sich erhöhenden Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers die Führungsgröße des Stromreglers zu erhöhen. Dies geschieht vorzugsweise automatisch, und zwar höchst vorzugsweise sukzessive bis auf einen vorgegebenen Maximalwert.

[0024] Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regeleinheit sieht vor, dass die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, im Falle einer im Betrieb sich verringernden Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers die Führungsgröße des Stromreglers zu erniedrigen. Dies geschieht vorzugsweise automatisch, und zwar höchst vorzugsweise sukzessive bis auf einen vorgegebenen Minimalwert.

[0025] Nachfolgend werden bestimmte Ausgestaltungen der Erfindung anhand analoger Schaltungen näher beschrieben. Es liegt hier für den Fachmann unmittelbar auf der Hand, dass sich die beschriebenen Funktionalitäten auch mit Hilfe digitaler Schaltungsanordnungen realisieren lassen. Hierzu werden die vorhandenen analogen Signale, insbesondere analoge Stromstärke- und Spannungssignale, mittels geeigneter Analog-Digital-Wandler (ADC) in entsprechende digitale Signale gewandelt, welche anschließend in geeigneter Weise digital weiterverarbeitet werden können, beispielsweise mittels eines Mikroprozessors, eines Mikro-controllers oder eines digitalen Signalprozessors (DSP), wodurch sich dieselben Funktionalitäten erreichen lassen, wie nachfolgend beschrieben. Selbstverständlich liegen derartige Ausgestaltungen ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die angehängten Patentansprüche definiert ist.

[0026] Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Figur 1

zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts in Form eines Ultraschallreinigungsgeräts mit einer erfindungsgemäßen Regelungseinheit, welches sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet; und

Figur 2

zeigt graphisch die Abhängigkeit der Leistung des Ultraschallgeräts gemäß Figur 1 in Abhängigkeit vom Betriebsstrom in Form einer Fold-Back-Kennlinie.

[0027] Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts (nachfolgend: Ultraschallreinigungsgerät), welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.

[0028] Das Ultraschallreinigungsgerät 1 umfasst einen Ultraschallgenerator 2 in elektrischer bzw. signaltechnischer Wirkverbindung mit wenigstens einem Ultraschall-schwinger 3. Der Ultraschallschwinger 3 ist mittels des Ultraschallgenerators 2 zum Schwingen anregbar, wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger 3 eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise an ein Reinigungsmedium 4 abgibt, welches zusammen mit dem Ultraschallschwinger 3 in einem geeigneten Behältnis (Tank) 5 angeordnet ist.

[0029] Der Generator 2, dessen elektrische Energieversorgung vorliegend nicht dargestellt ist, steht in signaltechnischer Wirkverbindung mit einer Regeleinheit 6, die in Figur 1 mittels einer strichpunktierten Box symbolisiert ist. Die Regeleinheit 6 umfasst zwei separate Regelkreise 7, 8 zur getrennten Regelung des vom Ultraschallgenerator 2 an den Ultraschallschwinger 3 gelieferten Stroms bzw. der entsprechend gelieferten Leistung. Die genannten Regelkreise sind in der Figur jeweils durch gestrichelte Boxen symbolisiert und werden nachfolgend auch als Leistungsregelkreis 7 und Stromregelkreis 8 bezeichnet.

[0030] Der Leistungsregelkreis 7 beinhaltet ein Messglied 7a für die vom Ultraschallgenerator 2 an den Ultraschallschwinger 3 gelieferte Ist-Leistung. Weiterhin umfasst der Leistungsregelkreis 7 ein Element 7b zum Vorgeben einer Soll-Leistung als Führungsgröße für einen Leistungsregler 7c. Der genannte Leistungsregler 7c ist über eine Additionsstelle 7d signaltechnisch mit dem Leistungsmessglied 7a und dem weiteren Element 7b verbunden, wobei die Eingänge der Additionsstelle 7d entsprechend den eingezeichneten Vorzeichen addiert (+) oder subtrahiert (-) werden.

[0031] Entsprechend umfasst der Stromregelkreis 8 einen Stromregler 8c, welcher über eine Additionsstelle 8d mit einem Messglied 8a für den Ist-Strom zwischen Ultraschallgenerator 2 und Ultraschallschwinger 3 verbunden ist. Am anderen Eingang der Additionsstelle 8d ist eine Bestimmungseinheit 8b angeordnet, welche als Führungsgröße des Stromreglers 8c einen leistungsproportionalen Maximalstrom vorgibt. Die Bestimmungseinheit 8b ist entsprechend zur Berechnung des leistungsproportionalen Maximalstroms ausgebildet und zu diesem Zweck weiterhin signaltechnisch mit dem Messglied 7a des Leistungsregelkreises 7 verbunden, so dass die Bestimmung des leistungsproportionalen Maximalstroms unter Berücksichtigung der bei 7a bestimmten Ist-Leistung erfolgt bzw. erfolgen kann.

[0032] Die Ausgänge der beiden Regelkreise 7, 8 sind über eine weitere Additionsstelle 9 signaltechnisch verknüpft, und der Ausgang der Additionsstelle 9 ist mit dem Ultraschallgenerator 2 verbunden.

[0033] Die Pfeilspitzen in Figur 1 geben die jeweiligen Signallaufwege an, was dem Fachmann geläufig ist, so dass vorliegend hierauf nicht vertiefend eingegangen werden muss.

[0034] Im Betrieb arbeitet das beschriebene Ultraschallreinigungsgerät 1 wie folgt:

[0035] Der Ultraschallgenerator 2 treibt den Ultraschallschwinger 3, welcher entsprechend Leistung in Form von Ultraschallschwingungen an das Reinigungsmedium 4 im Behältnis 5 abgibt. Wenn nun aufgrund äußerer Umstände, insbesondere durch einen Austausch des Reinigungsmediums 4 gegen ein anderes Reinigungsmedium, z. B. ein Lösemittel mit veränderten Eigenschaften, eine Leistungsabgabe durch den Ultraschallschwinger nur noch eingeschränkt möglich ist, bestünde ohne die erfindungsgemäße doppelte Regelungslösung die Gefahr, dass der Ultraschallgenerator 2 bei einem fest vorgegebenen Maximalstrom als Führungsgröße arbeitet, jedoch kaum Leistung an das Reinigungsmedium 4 abgeben kann, was zu einer Beschädigung des Ultraschallschwingers 3 führen würde. Dies wird vorliegend durch das Zusammenwirken der beiden Regelkreise 7, 8 verhindert.

[0036] Dabei besitzt der Leistungsregler 7c bzw. der Leistungsregelkreis 7 grundsätzlich Vorrang gegenüber dem Stromregler 8c bzw. dem Stromregelkreis 8. Erst wenn der Ist-Strom den durch die Bestimmungseinheit 8b aktuell vorgegebenen Maximalwert erreicht, übernimmt der Stromregler 8c bzw. der Stromregelkreis 8. Allerdings handelt es sich bei dem Maximalwert des Stromes erfindungsgemäß nicht um eine statische Führungsgröße, sondern um eine variable, von der Ist-Leistung abhängige und dieser vorzugsweise proportionale Größe. Zu diesem Zweck bestimmt das Messglied 7a des Leistungsregelkreises 7 die momentane Ist-Leistung und stellt eine entsprechende Signalinformation der Bestimmungseinheit 8b im Stromregelkreis 8 zur Verfügung. Die Bestimmungseinheit 8b bestimmt dann unter Berücksichtigung der Ist-Leistung die Führungsgröße des Stromreglers 8c, welche entsprechend einen Wert zwischen einen ersten Maximalwert bei maximaler Leistung und einen zweiten Maximalwert bei minimaler Leistung annimmt. Auf diese Weise ist es möglich, den Generatorstrom in Abhängigkeit von der momentanen Leistung zu reduzieren, was einer leistungsabhängigen Strombegrenzung entspricht. Aufgrund dieser Verminderung des Stroms geht die Wirkleistung am Ultraschallschwinger 3 zurück, während sich allerdings die Lebensdauer des Ultraschallschwingers 3 deutlich erhöht.

[0037] Wird nun während des Betriebs das Reinigungsmedium 4 (erneut) gewechselt, so dass der Ultraschallschwinger 3 wieder mehr Leistung abgeben kann, erhöht sich durch die vorgesehene Regelung automatisch wieder der zulässige Maximalstrom und entsprechend die Effizienz des Ultraschallreinigungsgeräts 1.

[0038] Figur 2 zeigt die Abhängigkeit der Leistungsaufnahme des Ultraschallgeräts 1 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit vom Betriebsstrom. Dabei ist die Leistung in Figur 2 mit Bezugszeichen P und der Betriebsstrom mit Bezugszeichen I bezeichnet. I_max bezeichnet einen vorgegebenen Maximalstrom, bei welchem das Ultraschallgerät 1 optimal, ordnungsgemäß und ohne die Gefahr von Beschädigungen arbeitet. I_krit bezeichnet einen kritischen Stromwert, ab welchem Beschädigungen des Ultraschallgeräts zu erwarten sind. P_nenn bezeichnet die Nennleistung des Ultraschallgeräts, welche bei ordnungsgemäßem Normalbetrieb und insbesondere bei einem Fließen des genannten maximalen Betriebsstroms I_max erreicht wird.

[0039] Die Punkte 1 bis 4 in Figur 2 symbolisieren bestimmte Betriebszustände des Ultraschallgeräts 1 gemäß Figur 1. Dabei bezeichnen die Punkte 1 und 2 "normale" Betriebszustände des Ultraschallgeräts, die sich dadurch auszeichnen, dass der Betriebsstrom I unterhalb des Maximalwerts I_max und die aufgenommene Leistung P entsprechend unterhalb oder gerade bei der Nennleistung P_nenn liegt. Beispielsweise erreicht das Ultraschallgerät nach seinem Einschalten bei einem Hochfahren oder Ansteigen des Betriebsstroms I zunächst den Betriebszustand 1 und anschließend den Betriebszustand 2, wobei es in letzterem mit maximalem Betriebsstrom I_max bei seiner Nennleistung P_nenn betrieben wird.

[0040] Kommt es nun beispielsweise aufgrund von Veränderungen der Beschaffenheit des (Reinigungs-)Mediums (vgl. Bezugszeichen 4 in Figur 1) zu einer Erhöhung des Betriebsstroms I bei gleich bleibender Leistungsaufnahme P (Betriebszustand 3 in Figur 2), so steuert ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ultraschallgerät gegen, bevor der Strom seinen kritischen Wert I_krit erreicht. Dies geschieht im Rahmen der vorliegenden Erfindung über die ausführlich beschriebene leistungsabhängige Strombegrenzung, wodurch in der graphischen Darstellung gemäß Figur 2 der Betriebszustand 4 mit speziell bis auf den Wert I_max reduziertem Stromfluss bei entsprechend verringerter Leistungsaufnahme erreicht wird, um das Ultraschallgerät vor einer Beschädigung zu schützen. Aufgrund des dargestellten Verlauf der P-I-Kennlinie in Figur 2 zwischen den Punkten 2 und 4 wird dargestellte Kennlinienverlauf vorliegend auch als "Fold-Back-Kennlinie" bezeichnet.

[0041] Wie bereits angemerkt wurde, lassen sich die vorstehend anhand von analogen Schaltungen beschriebenen Funktionalitäten im Zuge alternativer Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung auch zumindest teilweise digital implementieren, beispielsweise unter Verwendung eines DSP.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts (1) mit mindestens einem Ultraschallgenerator (2) und mindestens einem Ultraschallschwinger (3), welcher Ultraschallschwinger (3) von dem Ultraschallgenerator (2) zum Schwingen angeregt wird, wobei ein elektrischer Strom fließt, und wobei der Ultraschallschwinger (3) eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise an ein vorzugsweise flüssiges Medium (4) abgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Ultraschallgenerator (2) der Strom und die Leistung mittels wenigstens zweier separater Regelkreise (7, 8) getrennt geregelt werden, wobei einer Bestimmungseinheit (8b) des Stromregelkreises (8) eine Signalinformation bezüglich der Ist-Leistung zugeführt wird, so dass eine leistungsabhängige Strombegrenzung erfolgt, bei der bei im Betrieb des Ultraschallgeräts (1) abnehmender Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers (3) ein Wert der Führungsgröße für den Strom von einem vorgegebenen Maximalwert bis auf einen vorgegebenen Minimalwert verringert wird, vorzugsweise automatisch, höchst vorzugsweise sukzessive.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelung in Abhängigkeit von einem Ist-Wert des Stroms vorrangig gegenüber der Stromregelung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromregelung vorrangig gegenüber der Leistungsregelung erfolgt, wenn der Ist-Wert des Stroms einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Maximalwert des Stroms von einem Ist-Wert der Leistung abhängt und vorzugsweise während des Betriebs des Ultraschallgeräts (1) regelmäßig neu ermittelt und entsprechend neu vorgegeben wird.

5. Verfahren nach mindestens einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungsgröße für die Stromregelung eine variable, von einem Ist-Wert der Leistung abhängige Führungsgröße verwendet wird, vorzugsweise eine dem Ist-Wert der Leistung proportionale Führungsgröße.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgröße für den Strom zwischen einem ersten Maximalwert bei maximaler Leistung und einem zweiten Maximalwert bei minimaler Leistung gewählt wird und dabei vorzugsweise variabel ist.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Betrieb des Ultraschallgeräts (1) zunehmender Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers (3) ein Wert der Führungsgröße für den Strom erhöht wird, vorzugsweise automatisch, höchst vorzugsweise sukzessive bis auf den vorgegebenen Maximalwert.

8. Regeleinheit (6) für einen Ultraschallgenerator (2) zum Betreiben mindestens eines Ultraschallschwingers (3), wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger (3) eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise wieder abgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Regeleinheit (6) zur getrennten Regelung des Stroms und der Leistung wenigstens zwei separate Regelkreise (7, 8) vorgesehen sind, welche dazu ausgebildet sind, eine leistungsabhängige Strombegrenzung nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 - 7 vorzunehmen, wobei der Regelkreis (8) für den Strom einen Stromregler (8c) und eine Bestimmungseinheit (8b) umfasst und wobei der Regelkreis (7) für die Leistung einen Leistungsregler (7c) umfasst, und wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, der Bestimmungseinheit (8b) eine Signalinformation bezüglich der Ist-Leistung zuzuführen und im Falle einer im Betrieb sich verringernden Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers (3) die Führungsgröße des Stromreglers (8c) von einem vorgegebenen Maximalwert bis auf einen vorgegebenen Minimalwert zu erniedrigen, vorzugsweise sukzessive.

9. Regeleinheit (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsregler (7c) gegenüber dem Stromregler (8c) Vorrang hat, bis eine Führungsgröße des Stromreglers (8c) einen vorgegebenen Wert erreicht, welcher Wert vorzugsweise variabel vorgebbar ist.

10. Regeleinheit (6) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (8) für den Strom mit dem Regelkreis (7) für die Leistung signaltechnisch verbunden ist, so dass ein Ist-Wert der Leistung in die Bestimmung der vorzugebenden Führungsgröße des Stromreglers (8c) eingeht.

11. Regeleinheit (6) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Bestimmungseinheit (8b) zum Bestimmen einer Änderung der Führungsgröße des Stromreglers (8c) in Abhängigkeit von einem Ist-Wert der Leistung ausgebildet ist und zu diesem Zweck vorzugsweise mit einem Messglied (7a) für den Ist-Wert der Leistung einerseits und mit dem Stromregler (8c) andererseits signaltechnisch verbunden ist.

12. Regeleinheit (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (8b) dazu ausgebildet ist, die Änderung der Führungsgröße des Stromreglers (8c) proportional zum Ist-Wert der Leistung zu bestimmen.

13. Regeleinheit (6) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (8b) dazu ausgebildet ist, im Falle einer im Betrieb sich erhöhenden Leistungsabgabe des Ultraschallschwingers (3) die Führungsgröße des Stromreglers (8c) zu erhöhen, vorzugsweise automatisch, höchst vorzugsweise sukzessive bis auf den vorgegebenen Maximalwert.

14. Ultraschallgerät (1) mit mindestens einem Ultraschallgenerator (2) und mindestens einem Ultraschallschwinger (3), welcher Ultraschallschwinger (3) von dem Ultraschallgenerator (2) zum Schwingen anregbar ist, wobei ein elektrischer Strom fließt und wobei der Ultraschallschwinger (3) eine elektrische Leistung aufnimmt und in Form mechanischer Leistung zumindest teilweise an ein vorzugsweise flüssiges Medium (4) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ultraschallgenerator (2) oder in Wirkverbindung mit dem Ultraschallgenerator (2) eine Regeleinheit (6) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 vorgesehen ist.

Claims

1. Method of operating an ultrasound apparatus (1) having at least one ultrasonic generator (2) and at least one ultrasonic transducer (3), which ultrasonic transducer (3) is excited to vibrate by the ultrasonic generator (2), wherein an electric current flows, and wherein the ultrasonic transducer (3) receives electrical power and emits at least some of it in the form of mechanical power to a medium (4), preferably a liquid medium,
characterised in that
in the ultrasonic generator (2) the current and the power are regulated separately by means of at least two separate regulating circuits (7, 8), wherein signal information relating to the actual power is supplied to a determining unit (8b) of the current-regulating circuit (8) so that power-dependent current limitation takes place in which, in the event of the power output of the ultrasonic transducer (3) decreasing during operation of the ultrasound apparatus (1), a value of the reference variable for the current is reduced from a specified maximum value to a specified minimum value, preferably automatically, most preferably gradually.

2. Method according to claim 1, characterised in that the power regulation is effected in dependence upon an actual value of the current with priority over the current regulation.

3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the current regulation is effected with priority over the power regulation if the actual value of the current reaches a specified maximum value.

4. Method according to at least one of the preceding claims, characterised in that a specified maximum value of the current is dependent upon an actual value of the power and is preferably regularly redetermined and re-specified accordingly during operation of the ultrasound apparatus (1).

5. Method according to at least one of the preceding claims, characterised in that as reference variable for the current regulation there is used a variable reference variable which is dependent upon an actual value of the power, preferably a reference variable proportional to the actual value of the power.

6. Method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the reference variable for the current is selected between a first maximum value at maximum power and a second maximum value at minimum power and is preferably variable.

7. Method according to at least one of the preceding claims, characterised in that in the event of the power output of the ultrasonic transducer (3) increasing during operation of the ultrasound apparatus (1), a value of the reference variable for the current is increased, preferably automatically, most preferably gradually, up to the specified maximum value.

8. Regulating unit (6) for an ultrasonic generator (2) for operating at least one ultrasonic transducer (3), wherein an electric current flows and wherein the ultrasonic transducer (3) receives electrical power and emits at least some of it again in the form of mechanical power,
characterised in that
for separate regulation of the current and the power there are provided in the regulating unit (6) at least two separate regulating circuits (7, 8) which are configured to carry out power-dependent current limitation in accordance with the method of any one of claims 1 to 7, wherein the regulating circuit (8) for the current comprises a current regulator (8c) and a determining unit (8b) and wherein the regulating circuit (7) for the power comprises a power regulator (7c), and wherein the regulating unit is configured to supply to the determining unit (8b) signal information relating to the actual power and, in the event of the power output of the ultrasonic transducer (3) decreasing during operation, to reduce the reference variable of the current regulator (8c) from a specified maximum value to a specified minimum value, preferably gradually.

9. Regulating unit (6) according to claim 8, characterised in that the power regulator (7c) has priority over the current regulator (8c) until a reference variable of the current regulator (8c) reaches a specified value, which value is preferably variably specifiable.

10. Regulating unit (6) according to claim 8 or 9, characterised in that the regulating circuit (8) for the current is in signal communication with the regulating circuit (7) for the power, so that an actual value of the power is included in the determination of the reference variable of the current regulator (8c) that is to be specified.

11. Regulating unit (6) according to at least one of claims 8 to 10,
characterised in that the determining unit (8b) is configured to determine a change to the reference variable of the current regulator (8c) in dependence upon an actual value of the power and for that purpose is preferably in signal communication with a measuring element (7a) for the actual value of the power on the one hand and with the current regulator (8c) on the other hand.

12. Regulating unit (6) according to claim 11, characterised in that the determining unit (8b) is configured to determine the change to the reference variable of the current regulator (8c) in proportion to the actual value of the power.

13. Regulating unit (6) according to claim 11 or 12, characterised in that the determining unit (8b) is configured to increase the reference variable of the current regulator (8c), preferably automatically, most preferably gradually, up to the specified maximum value in the event of the power output of the ultrasonic transducer (3) increasing during operation.

14. Ultrasound apparatus (1) having at least one ultrasonic generator (2) and at least one ultrasonic transducer (3), which ultrasonic transducer (3) is excitable to vibrate by the ultrasonic generator (2), wherein an electric current flows and wherein the ultrasonic transducer (3) receives electrical power and emits at least some of it in the form of mechanical power to a medium (4), preferably a liquid medium,
characterised in that a regulating unit (6) according to any one of claims 8 to 13 is provided in the ultrasonic generator (2) or in operative connection with the ultrasonic generator (2).

Revendications

1. Procédé de fonctionnement d'un appareil à ultrasons (1) comprenant au moins un générateur d'ultrasons (2) et au moins un oscillateur à ultrasons (3), lequel oscillateur à ultrasons (3) est excité en oscillation par le générateur d'ultrasons (2), ce qui entraîne la circulation d'un courant électrique, l'oscillateur à ultrasons absorbant une puissance électrique et la restituant au moins en partie sous la forme d'une puissance mécanique à un milieu (4) de préférence fluide,
caractérisé en ce que,
dans le générateur d'ultrasons (2), le courant et la puissance sont régulés séparément au moyen d'au moins deux circuits de régulation séparés (7, 8), une information de signalisation concernant la puissance réelle étant amenée à une unité de détermination (8b) du circuit de régulation de courant (8), de sorte qu'il se produit une limitation du courant en fonction de la puissance, par laquelle, en cas de diminution de la puissance délivrée par l'oscillateur à ultrasons (3) pendant le fonctionnement de l'appareil à ultrasons (1), une valeur de la grandeur de référence pour le courant est diminuée d'une valeur maximale prédéfinie à une valeur minimale prédéfinie, de préférence automatiquement, davantage de préférence successivement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation de puissance en fonction d'une valeur réelle du courant est prioritaire par rapport à la régulation de courant.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la régulation de courant est prioritaire par rapport à la régulation de puissance lorsque la valeur réelle du courant atteint une valeur maximale prédéfinie.

4. Procédé selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une valeur maximale prédéfinie du courant dépend d'une valeur réelle de la puissance et, de préférence pendant le fonctionnement de l'appareil à ultrasons (1), est régulièrement recalculée et prédéfinie à nouveau en conséquence.

5. Procédé selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une grandeur de référence variable, dépendante d'une valeur réelle de la puissance, de préférence une grandeur de référence proportionnelle à la valeur réelle de la puissance, est utilisée comme grandeur de référence pour la régulation de courant.

6. Procédé selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur de référence pour le courant est choisie entre une première valeur maximale à la puissance maximale et une deuxième valeur maximale à la puissance minimale et est de préférence variable.

7. Procédé selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas d'augmentation de la puissance délivrée par l'oscillateur à ultrasons (3) pendant le fonctionnement de l'appareil à ultrasons (1), une valeur de la grandeur de référence pour le courant est augmentée, de préférence automatiquement, davantage de préférence successivement, jusqu'à la valeur maximale prédéfinie.

8. Unité de régulation (6) pour un générateur d'ultrasons (2) servant à faire fonctionner au moins un oscillateur à ultrasons (3), ce qui entraîne la circulation d'un courant électrique, l'oscillateur à ultrasons (3) absorbant une puissance électrique et la restituant au moins en partie sous la forme d'une puissance mécanique,
caractérisée en ce que
dans l'unité de régulation (6), au moins deux circuits de régulation séparés (7, 8) sont prévus pour la régulation séparée du courant et de la puissance, lesquels sont conçus pour effectuer une limitation de courant en fonction de la puissance selon le procédé d'une des revendications 1 à 7, le circuit de régulation (8) pour le courant comprenant un régulateur de courant (8c) et une unité de détermination (8b) et le circuit de régulation (7) pour la puissance comprenant un régulateur de puissance (7c), l'unité de régulation étant conçue pour amener à l'unité de détermination (8b) une information de signalisation concernant la puissance réelle et, dans le cas d'une diminution de la puissance délivrée par l'oscillateur à ultrasons (3) pendant le fonctionnement, diminuer la grandeur de référence du régulateur de courant (8c) d'une valeur maximale prédéfinie à une valeur minimale prédéfinie, de préférence successivement.

9. Unité de régulation (6) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le régulateur de puissance (7c) est prioritaire par au rapport régulateur de courant (8c) jusqu'à ce qu'une grandeur de référence du régulateur de courant (8c) ait atteint une valeur prédéfinie, laquelle valeur est de préférence prédéfinissable de manière variable.

10. Unité de régulation (6) selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le circuit de régulation (8) pour le courant est relié au circuit de régulation (7) pour la puissance par technique de signalisation, de sorte qu'une valeur réelle de la puissance intervient dans la détermination de la grandeur de référence du régulateur de courant (8c) à prédéfinir.

11. Unité de régulation (6) selon au moins l'une des revendications 8 à 10,
caractérisée en ce que l'unité de détermination (8b) est conçue pour déterminer un changement de la grandeur de référence du régulateur de courant (8c) en fonction d'une valeur réelle de la puissance et, à cet effet, de préférence reliée par technique de signalisation à un organe de mesure (7a) de la valeur réelle de la puissance d'une part, et au régulateur de courant (8c) d'autre part.

12. Unité de régulation (6) selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'unité de détermination (8b) est conçue pour déterminer le changement de la grandeur de référence du régulateur de courant (8c) proportionnellement à la valeur réelle de la puissance.

13. Unité de régulation (6) selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que l'unité de détermination (8b) est conçue pour, dans le cas d'une augmentation de la puissance délivrée par l'oscillateur à ultrasons (3) pendant le fonctionnement, augmenter la grandeur de référence du régulateur de courant (8c), de préférence automatiquement, davantage de préférence successivement, jusqu'à la valeur maximale prédéfinie.

14. Appareil à ultrasons (1) comprenant au moins un générateur d'ultrasons (2) et au moins un oscillateur à ultrasons (3), lequel oscillateur à ultrasons (3) peut être excité en oscillation par le générateur d'ultrasons (2), ce qui entraîne la circulation d'un courant électrique, et l'oscillateur à ultrasons absorbant une puissance électrique et la restituant au moins en partie sous la forme d'une puissance mécanique à un milieu (4) de préférence fluide, caractérisé en ce qu'une unité de régulation (6) selon l'une des revendications 8 à 13 est prévue dans le générateur d'ultrasons (2) ou en liaison fonctionnelle avec le générateur d'ultrasons (2).

Zeichnung