[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Betreiben
eines aus einem Ultraschall-Schwinger und diesen zu einem Schwingkreis ergänzenden
Komponenten bestehenden Ultraschall-Schwingsystems und eine Schaltungsanordnung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 4, zum Betreiben eines Ultraschall-Schwingsystems nach
dem zuvor genannten Verfahren.
[0002] Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Schaltungsanordnung sind aus der
EP 0 662 356 A bekannt. Bei dem Verfahren wir an das Ultraschall-Schwingsystem zur Erzeugung eines
Erregerstroms eine Erregerspannung angelegt, deren Frequenz zum Betreiben des Ultraschall-Schwingsystems
auf die Parallelresonanzfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems einstellbar ist. Zum
Ermitteln der Parallelresonanzfrequenz wird beim Einschalten des Ultraschall-Schwingers
zunächst eine Startfrequenz eingestellt, die höher ist als die Parallelresonanzfrequenz.
Es wird der Phasenwinkel zwischen Erregerstrom und Erregerspannung des Ultraschall-Schwingers
gemessen. Wenn dieser ungleich null ist, wird die Frequenz schrittweise reduziert,
bis der Phasen-Nulldurchgang erreicht ist. Danach wird die Frequenz auf den Phasennulldurchgang
geregelt, um einen zur Ansteuerung des Ultraschall-Schwinger dienenden Verstärker
mit dem geringsten Blindstrom zu betreiben. Beim zweiten Schweißvorgang reduziert
eine Software die Lage der Startfrequenz, die danach nur noch einige 10 Hz oberhalb
der Parallelresonanzfrequenz liegt.
[0003] Aus der
GB 2 356 311 A ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschall-Schwingsystems bekannt, bei dem
das Ultraschall-Schwingsystem mittels eines mikroprozessorgesteuerten Ultraschallgenerators
auf seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. Hierzu wird das System bei einem Neustart
in einer veränderbaren Frequenz über einen bestimmten Frequenzbereich betrieben, wobei
die Resonanzfrequenz des Systems bestimmt und gespeichert wird. Danach wird das System
auf dieser Frequenz betrieben. Die Resonanzfrequenz wird beim Hochfahren oder bei
einem Reset des Mikroprozessors bestimmt und danach nicht mehr verändert. Es sei denn,
der Anwender möchte die Einstellung ändern oder ein neues mechanisches System wird
verwendet.
[0004] Des Weiteren ist aus der
US 4 879 528 A eine Schaltungsanordnung mit einem Verstärker bekannt, der einen Ausgang aufweist,
welcher die Erregerspannung sowie den Erregerstrom für das Ultraschall-Schwingsystem
liefert. Die Schaltungsanordnung hat einen Oszillator, dessen Frequenz an einem Steuereingang
einstellbar ist. Der Ausgang des Oszillators mit dem Eingang des Verstärkers verbunden.
Der Oszillator weist einen Steuereingang auf, der mit dem Ausgang eines Rampengenerators
verbunden ist. Dieser liefert eine rampenförmige Ausgangsspannung. Zur Messung der
Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung hat die Schaltungsanordnung hat einen
Phasendetektor. Die Frequenz im Arbeitspunkt wird so eingestellt, dass der Phasenwinkel
und die Impedanz minimal werden.
[0005] Bei Ultraschallschweißgeräten ist es erforderlich, dass der Energieeintrag in ein
betreffendes Werkstück konstant ist. Es ist somit insbesondere bei Ultraschallschweißgeräten
erforderlich, dass die Schwingungsamplitude des Ultraschall-Schwingsystems konstant
ist. Denn der Energieeintrag in ein betreffendes Werkstück hängt von der Schwingungsamplitude
ab, die der Schweißkopf ausführt, was heißt, der Energieeintrag in ein betreffendes
Werkstück hängt von der Schwingungsamplitude ab, die das Ultraschall-Schwingsystem
ausführt. Da die Schwingungsamplitude des Ultraschall-Schwingsystems vom Erregerstrom
des aus einem Ultraschall-Schwinger und diesen zu einem Schwingkreis ergänzenden Komponenten
bestehendes Ultraschall-Schwingsystems abhängt, wird die Schwingungsamplitude des
Ultraschall-Schwingsystems dadurch konstant gehalten, dass der Erregerstrom des Ultraschall-Schwingsystems
konstant gehalten wird.
[0006] Um den Erregerstrom steuern zu können, wird das Ultraschall-Schwingsystem nicht in
seiner Serienresonanz betrieben sondern regelmäßig mit einer Frequenz, die zwischen
der Serienresonanz und der Parallelresonanz des Ultraschall-Schwingsystems liegt.
Da sich durch Verändern der Frequenz, mit der das Ultraschall-Schwingsystem betrieben
wird, die Impedanz des Ultraschall-Schwingsystems ändert, lässt sich durch Verändern
der Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems der Strom durch das Ultraschall-Schwingsystem
verändern.
[0007] Ändert sich während des Betriebs des Ultraschall-Schwingsystems beispielsweise aufgrund
äußerer Einflüsse der Strom durch das Ultraschall-Schwingsystem, wird die Frequenz
der an das Ultraschall-Schwingsystem angelegten Erregerspannung solange verändert,
bis der Erregerstrom des Ultraschall-Schwingsystems wieder seinen vorhergehenden Wert
erreicht hat.
[0008] Zum Erreichen des Arbeitspunktes wird die Frequenz der Erregerspannung ausgehend
von einem Startwert solange verändert, bis der Erregerstrom seinen vorbestimmten Wert
erreicht hat. Die Startfrequenz liegt regelmäßig etwa 2 bis 5 Prozent oberhalb der
Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems und somit regelmäßig auch oberhalb
seiner Parallelresonanzfrequenz. Der relativ große Abstand der Startfrequenz vom Arbeitspunkt
des Ultraschall-Schwingsystems ist erforderlich, damit gewährleistet ist, dass sich
die Startfrequenz auch dann oberhalb der Arbeitspunkt-Frequenz des Ultraschall-Schwingsystems
befindet, wenn sich der Arbeitspunkt beispielsweise aufgrund eines Temperaturgangs
des Ultraschall-Schwingsystems verändert hat.
[0009] Wird die Frequenz der Erregerspannung verringert, steigt die Impedanz des Ultraschall-Schwingsystems
bis zum Erreichen der Parallelresonanzfrequenz an, wodurch sich der Erregerstrom verringert.
Nach Überschreiten der Parallelresonanzfrequenz verringert sich die Impedanz des Ultraschall-Schwingsystems,
so dass der Erregerstrom ansteigt. Erreicht der Erregerstrom seinen vorbestimmten
Wert, befindet sich das Ultraschall-Schwingsystem in seinem Arbeitspunkt, woraufhin
die Regelung einsetzt, mittels welcher der Erregerstrom konstant gehalten wird.
[0010] Durch die relativ große Frequenzänderung, die die Erregerspannung beim Einschalten
des Ultraschall-Schwingsystems durchlaufen muss, entsteht eine Verzögerung bis das
Ultraschall-Schwingsystem seinen Betriebszustand erreicht hat. Die Zeit bis zum Erreichen
des Betriebszustands des Ultraschall-Schwingsystems kann mehrere hundert Millisekunden
betragen. Dies ist sehr nachteilig, da sich hierdurch der Schweißvorgang und somit
die Zykluszeit eines Ultraschall-Schweißgeräts verlängert.
[0011] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Verfahren beziehungsweise eine
eingangs genannte Schaltungsanordnung derart auszubilden, dass die Zeit bis zum Erreichen
des Arbeitspunkts gering ist.
[0012] Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils
der Ansprüche 1 und 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
[0013] Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschall-Schwingsystems,
bei welchem an ein aus einem Ultraschall-Schwinger und diesen zu einem Schwingkreis
ergänzenden Komponenten bestehenden Ultraschall-Schwing-system zur Erzeugung eines
Erregerstroms eine Erregerspannung angelegt wird, deren Frequenz zum Betreiben des
Ultraschall-Schwingsystems in einem vorbestimmten Arbeitspunkt einstellbar ist, wobei
beim Einschalten des Ultraschall-Schwingsystems die Frequenz ausgehend von einer Startfrequenz
solange verändert wird, bis der Arbeitspunkt erreicht ist, wobei beim Ausschalten
des Ultraschall-Schwingsystems die Frequenz der Erregerspannung erfasst wird und der
erfasste Wert beim nächsten Einschalten des Ultraschall-Schwingsystems zur Bestimmung
der Startfrequenz verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den Strom im Arbeitspunkt
ein Wert vorgegeben wird, bei dem die Frequenz zwischen der Serienresonanz und der
Parallelresonanz des Ultraschall-Schwingsystems liegt, und dass der Erregerstrom auf
diesen Stromwert geregelt wird.
[0014] Des Weiteren ist gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines
Ultraschall-Schwingsystems nach dem vorher genannten Verfahren, mit einem Verstärker
mit einem Eingang und einem Ausgang, welcher Ausgang die Erregerspannung sowie den
Erregerstrom für das Ultraschall-Schwingsystem liefert, mit einem Oszillator, dessen
Frequenz an einem Steuereingang einstellbar ist und dessen Ausgang mit dem Eingang
des Verstärkers verbunden ist, sowie einem Rampengenerator, welcher an seinem Ausgang,
der mit dem Steuereingang des Oszillators verbunden ist, eine rampenförmige Ausgangsspannung
liefert, und mit einem Speicher, zur Speicherung der jeweils letzten Betriebsfrequenz
des Ultraschall-Schwingsystems vor dem Ausschalten, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltungsanordnung einen geschlossenen Regelkreis zum Regeln des Erregerstroms auf
einen im Arbeitspunkt durch das Ultraschall-Schwingsystem fließenden Sollwert aufweist,
und dass der Sollwert mittels eines Sollwertgebers derart einstellbar ist, dass die
Frequenz im Arbeitspunkt zwischen der Serienresonanz und der Parallelresonanz des
Ultraschall-Schwingsystems liegt.
[0015] Dadurch, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen Speicher aufweist, zur
Speicherung der jeweils letzten Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems vor
dem Ausschalten, besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den jeweiligen Wert
der Frequenz, bei der das Ultraschall-Schwingsystem unmittelbar vor dem Ausschalten,
das heißt beim Beenden eines Betriebszyklus betrieben wurde, beim nächsten Einschalten
des Ultraschall-Schwingsystems zu berücksichtigen. Das heißt, die Startfrequenz beim
nächsten Betriebszyklus des Ultraschall-Schwingsystems kann so gewählt werden, dass
sie sich in unmittelbarer Nähe des Arbeitspunktes befindet. Hierdurch verkürzt sich
die Zeit bis zum Erreichen des Arbeitspunkts des Ultraschall-Schwingsystems erheblich.
Es ist nicht mehr erforderlich, die Startfrequenz aus Gründen der Betriebssicherheit
so zu wählen, dass sie deutlich oberhalb der Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems
liegt.
[0016] Eine relativ weit oberhalb der Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems liegende
Startfrequenz muss lediglich dann gewählt werden, wenn das Ultraschall-Schwingsystem
längere Zeit nicht in Betrieb war. Das heißt, wird das Ultraschall-Schwingsystem solange
nicht betrieben, dass sich der Arbeitspunkt beispielsweise aufgrund eines Temperaturgangs
wesentlich verändert haben könnte, wird die Startfrequenz nicht aus dem letzten erfassten
Wert der Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems gebildet sondern es wird
eine Startfrequenz genommen, die einem vorbestimmten Initialisierungswert entspricht.
Ein Initialisierungsbetrieb wird somit nicht nur bei der allerersten Inbetriebnahme
des Ultraschall-Schwing-systems durchgeführt sondern bei jeder Inbetriebnahme nach
einer längeren Pause.
[0017] Beim zyklischen Betrieb des Ultraschall-Schwingsystems hingegen wird die Startfrequenz
aus dem jeweils letzten erfassten Wert der Betriebsfrequenz des Ultraschall-Schwingsystems
gebildet. In vorteilhafter Weise wird die Startfrequenz aus dem erfassten Wert der
Betriebsfrequenz und einem Offset-Frequenzwert gebildet, wie dies bei einer besonderen
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise
sichergestellt werden, dass geringfügige Änderungen des Arbeitspunktes während der
Stillstandzeit eines Betriebszyklus berücksichtigt werden können. In vorteilhafter
Weise beträgt der Offset-Frequenzwert etwa 0,2 Prozent bis 5 Prozent, insbesondere
0,5 Prozent bis 2,6 Prozent, vorzugsweise 1,0 Prozent der Arbeitspunkt-Frequenz. Es
hat sich herausgestellt, dass mit einem derartigen Offset-Frequenzwert ein störungsfreier
Betrieb gewährleistet werden kann, ohne dass die Startfrequenz zu weit vom Arbeitspunkt
abliegt.
[0018] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung.
[0019] Es zeigt
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
- Figur 2
- den Verlauf der Impedanz eines Ultraschall-Schwingsystems über die Frequenz.
[0020] Wie Figur 1 entnommen werden kann, ist ein aus einem Ultraschall-Schwinger und diesen
zu einem Schwingkreis ergänzenden Komponenten bestehendes Ultraschall-Schwingsystem
1 eines Ultraschall-Schweißgeräts mit dem Ausgang 2b eines Verstärkers 2 verbunden.
Der Eingang 2a des Verstärkers 2 ist mit dem Ausgang 3b eines Oszillators 3 verbunden.
Die Frequenz des Oszillators 3 lässt sich an einem Steuereingang 3a einstellen. Der
einstellbare Frequenzbereich erstreckt sich von etwa 15 Kilohertz bis 70 Kilohertz.
[0021] Der Steuereingang 3a des Oszillators 3 ist mit dem Ausgang 5c eines Umschalters 5
verbunden. Der Umschalter 5 ist mittels eines Steuereingangs 5d betätigbar, wobei
der Umschalter 5 in einer ersten Stellung den Ausgang 5c mit einem ersten Eingang
5a des Umschalters 5 verbindet. In einer zweiten Stellung des Umschalters 5 ist der
Ausgang 5c des Umschalters 5 mit einem zweiten Eingang 5b des Umschalters 5 verbunden.
[0022] Der erste Eingang 5a des Umschalters 5 ist mit Ausgang 4b eines Rampengenerators
4 verbunden. Der Rampengenerator 4 liefert an seinem Ausgang 4b eine rampenförmige
Ausgangsspannung, deren Anfangswert an einem Pegeleingang 4a des Rampengenerators
4 eingestellt werden kann. Zum Starten des Rampengenerators 4 ist ein Starteingang
4c vorgesehen.
[0023] Der Pegeleingang 4a des Rampengenerators 4 ist mit dem Ausgang 8c eines Summationsglieds
8 verbunden. Ein erster Eingang 8a des Summationsglieds 8 ist mit dem Ausgang14b eines
Speichers 14 verbunden. Ein zweiter Eingang 8b des Summationsglieds 8 ist mit dem
Ausgang 7b eines Offset-Gebers 7 verbunden. Am Ausgang 8c des Summationsglieds 8 steht
die aus den Ausgangssignalen des Speichers 5 und des Offset-Gebers 7 gebildete Summe
an.
[0024] Der Eingang 14a des Speichers 14 ist mit dem Ausgang 6b eines Frequenz-/Spannungswandlers
6 verbunden. Der Eingang 6a des Frequenz-/Spannungswandlers 6 ist mit dem Ausgang
9b eines Schalters 9 verbunden. Der Eingang 9a des Schalters 9 ist mit dem Eingang
2a des Verstärkers 2 verbunden. Der Schalter 9 ist mittels eines Steuereingangs 9c
betätigbar. Im betätigten Zustand ist der Eingang 9a des Schalters 9 mit dem Ausgang
9b des Schalters 9 verbunden. Das heißt, im betätigten Zustand des Schalters 9 liegt
am Eingang 6a des Frequenz-/Spannungswandlers 6 eine Spannung mit der Frequenz an,
mit der das Ultraschall-Schwingsystem 1 betrieben wird. Das am Ausgang 6b des Frequenz-/Spannungswandlers
6 anliegende Signal ist proportional der Frequenz der am Eingang 6a des Frequenz-/Spannungswandlers
anliegenden Spannung.
[0025] Der zweite Eingang 5b des Umschalters 5 ist mit dem Ausgang 10c eines Subtrahierglieds
10 verbunden. Ein erster Eingang 10a des Subtrahierglieds 10 ist mit dem Ausgang 11a
eines Sollwertgebers 11 verbunden. Ein zweiter Eingang 10b des Subtrahierglieds 10
ist mit dem Ausgang 12a eines Stromsensors 12 verbunden. Der Stromsensor 12 erfasst
den Ausgangsstrom I des Verstärkers 2 und somit den Erregerstrom I des Ultraschall-Schwingsystems
1.
[0026] Das am Ausgang 10c des Subtrahierglieds 10 anliegende Signal entspricht der Differenz
zwischen dem am ersten Eingang 10a des Subtrahierglieds 10 anliegenden Ausgangssignal
des Sollwertgebers 11 und dem am zweiten Eingang 10b des Subtrahierglieds 10 anliegenden
Ausgangssignal des Stromsensors 12.
[0027] Der Ausgang 11a des Sollwertgebers 11 ist mit einem ersten Eingang 13a eines Vergleichers
13 verbunden. Ein zweiter Eingang 13b des Vergleichers 13 ist mit dem Ausgang 12a
des Stromsensors 12 verbunden. Der Vergleicher 13 liefert an seinem Ausgang 13c ein
Signal zur Betätigung des Umschalters 5 sowie des Schalters 9.
[0028] Ist das am zweiten Eingang 13b des Vergleichers 13 anliegende Signal kleiner als
das am ersten Eingang 13a des Vergleichers 13 anliegende Signal ist das am Ausgang
13c des Vergleichers 13 anstehende Signal null, so dass der Schalter 9 nicht betätigt,
das heißt geöffnet ist, und der Umschalter 5 in seiner ersten Stellung steht, das
heißt der Ausgang 5c des Umschalters 5 mit dem ersten Eingang 5a des Umschalters 5
verbunden ist. Ist das am zweiten Eingang 13b des Vergleichers 13 anstehende Signal
gleich oder größer als das am ersten Eingang 13a des Vergleichers 13 anstehende Signal,
steht am Ausgang 13c des Vergleichers 13 ein Signal an, so dass der Schalter 9 betätigt
ist, das heißt der Eingang 9a des Schalter 9 mit dem Ausgang 9b des Schalters 9 verbunden
ist, sowie der Umschalter 5 in seiner zweiten Stellung steht, das heißt, der Ausgang
5c des Umschalters 5 mit dem zweiten Eingang 5b des Umschalters 5 verbunden ist.
[0029] Beim erstmaligen Einschalten der Schaltungsanordnung beziehungsweise beim Einschalten
der Schaltungsanordnung nach einer längeren Pause liegt am Ausgang 5b des Speichers
5 ein Initialisierungswert an, welcher in einem ersten Speicherbereich des Speichers
5 gespeichert ist. Der Initialisierungswert ist so gewählt, dass der Anfangswert der
rampenförmigen Ausgangsspannung des Rampengenerators 4 den Oszillator 3 so einstellt,
dass er eine Spannung abgibt, deren Frequenz etwa fünf Prozent oberhalb der Nenn-Serienresonanzfrequenz
f
sr des Ultraschall-Schwingsystems 1 liegt und damit auch oberhalb der Parallelresonanzfrequenz
f
pr des Ultraschall-Schwingsystems 1 liegt. Diese Frequenz ist in Figur 2 mit f
start bezeichnet.
[0030] Wie Figur 2 entnommen werden kann, ist der Widerstand Z des Ultraschall-Schwingsystems
1, dessen Verlauf in Figur 2 durch die Kurve K dargestellt ist, bei dieser Frequenz
f
start größer als bei der Arbeitspunktfrequenz f
AP.
[0031] Der mittels des Stromsensors 12 erfasste Erregerstrom ist somit kleiner als der Sollwert
des Erregerstroms, der beim Betrieb des Ultraschall-Schwingsystems 1 im Arbeitspunkt
AP durch den Ultraschall-Schwingsystem 1 fließt. Dementsprechend ist das am zweiten
Eingang 13b des Vergleichers 13 anliegende Signal kleiner als das am ersten Eingang
13a des Vergleichers 13 anliegende Signal, so dass das am Ausgang 13c des Vergleichers
13 anstehende Signal null ist. Der Umschalter 5 steht somit in seiner ersten Stellung,
das heißt der erste Eingang 5a des Umschalters 5 ist mit dem Ausgang 5c des Umschalters
5 verbunden, so dass das am Ausgang 4b des Rampengenerators 4 anstehende Signal am
Eingang 3a des Oszillators 3 ansteht.
[0032] Da sich das Ausgangssignal des Rampengenerators 4 kontinuierlich verringert, verringert
sich auch die Frequenz des Oszillators 3. Dies bewirkt zunächst, dass die Impedanz
des Ultraschall-Schwingsystems 1 zunimmt, wodurch sich der Erregerstrom weiter verringert,
so dass sich am Zustand der Schaltungsanordnung zunächst nichts ändert. Nach Unterschreiten
der Parallel-Resonanzfrequenz f
pr nimmt die Impedanz Z des Ultraschall-Schwingsystems 1 jedoch stark ab, wodurch der
Erregerstrom ansteigt. Erreicht der Erregerstrom seinen Sollwert, das heißt, entspricht
das am zweiten Eingang 13b des Vergleichers 13 anstehende Signal dem am ersten Eingang
13a des Vergleichers 13 anstehenden Signal, das heißt dem Ausgangssignal des Sollwertgebers
11, wird am Ausgang 13c des Vergleichers 13 ein Signal ausgegeben, welches verursacht,
dass der Umschalter 5 sowie der Schalter 9 betätigt werden.
[0033] Durch die Betätigung des Umschalters 5 ist der zweite Eingang 5b des Umschalters
5 mit dem Ausgang 5c des Umschalters 5 verbunden. Dies bewirkt, dass ein geschlossener
Regelkreis vorhanden ist, wodurch der vom Stromsensor 12 erfasste Erregerstrom auf
den vom Sollwertgeber 11 vorgegebenen Wert geregelt wird. Diese Regelung entspricht
einer allgemein bekannten Stromregelung und wird daher nicht näher erläutert.
[0034] Durch die Betätigung des Schalters 9 wird der Eingang 9a des Schalters 9 mit dem
Ausgang 9b des Schalters 9 verbunden. Hierdurch steht am Eingang 6a des Frequenz-/Spannungswandlers
6 die Ausgangsspannung des Oszillators 3 an. Ein der Frequenz dieser Spannung entsprechender
Wert wird kontinuierlich in einen zweiten Speicherbereich des Speichers 5 geschrieben.
Hierdurch wird erreicht, dass beim Öffnen des Schalters 9 im zweiten Speicherbereich
des Speichers 5 ein Wert vorhanden ist, der der Frequenz entspricht, die die Ausgangsspannung
des Oszillators 3 beim Öffnen des Schalters 9 gehabt hat. Das heißt, wird das Ultraschall-Schwingsystem
1 ausgeschaltet, wodurch der Schalter 9 geöffnet wird, ist im zweiten Speicherbereich
des Speichers 5 ein Signal gespeichert, welches der Frequenz entspricht, mit der das
Ultraschall-Schwingsystem 1 beim Ausschalten betrieben wurde.
[0035] Bei einem zyklischen Betrieb des Ultraschall-Schwingsystems 1 beziehungsweise sofern
keine größere zeitliche Verzögerung auftritt wird beim nächsten Einschalten des Ultraschall-Schwingsystems
1 am Ausgang 5b des Speichers 5 der Wert ausgegeben, der in dem zweiten Speicherbereich
des Speichers 5 gespeichert ist. Zu diesem Wert wird im Summationsglied 8 der Ausgangswert
des Offset-Gebers 7 addiert. Hierdurch liegt am Eingang 4a des Rampengenerators 4
ein Wert an, der bewirkt, dass der Anfangswert der rampenförmigen Ausgangsspannung
des Rampengenerators 4 den Oszillator 3 so einstellt, dass dieser eine Spannung abgibt,
deren Frequenz f
start-Neu um einen Offset-Wert
deltaf größer ist als die Frequenz, mit der das Ultraschall-Schwingsystem 1 beim vorangegangenen
Ausschalten betrieben wurde.
[0036] Da die Impedanz des Ultraschall-Schwingsystems 1 bei dieser Frequenz f
start-Neu größer ist als im Arbeitspunkt AP, ist der Erregerstrom kleiner als sein Sollwert.
Somit liegt am Ausgang 13c des Vergleichers 13 kein Signal an, so dass sich der Umschalter
5 in seiner ersten Stellung befindet, was heißt, dass der Ausgang 4b des Rampengenerators
4 mit dem Eingang 3a des Oszillators 3 verbunden ist. Entsprechend dem Ausgangssignal
des Rampengenerators 4 verringert sich die Frequenz des Oszillators 3, wodurch die
Impedanz des Ultraschall-Schwingsystems 1 abnimmt, so dass der Erregerstrom ansteigt.
Erreicht der Erregerstrom seinen Sollwert, gibt der Vergleicher 13 an seinem Ausgang
13c ein Signal aus, welches verursacht, dass der Schalter 5 sowie der Schalter 9 betätigt
werden. Der weitere Verlauf entspricht dem weiter oben beschriebenen Verlauf.
[0037] Da die neue Startfrequenz f
start-Neu lediglich geringfügig oberhalb der Arbeitspunkt-frequenz f
ap liegt, wird der Arbeitspunkt erheblich früher erreicht, als bei einem Beginn mit
der ursprünglichen Startfrequenz f
start.
[0038] Dadurch, dass das Einschalten des Ultraschall-Schwingsystems 1 mit einer Frequenz
erfolgt, die sich an der Frequenz orientiert, mit der das Ultraschall-Schwingsystem
1 unmittelbar zuvor betrieben wurde, wird in vorteilhafter Weise beispielsweise auch
ein Temperaturgang des Ultraschall-Schwingsystems 1 berücksichtigt, ohne dass hierzu
besondere Maßnahmen erforderlich sind. Wie in Figur 2 dargestellt ist, kann sich die
Kennlinie K des Ultraschall-Schwingsystems 1 beispielsweise aufgrund von Temperatureinflüssen
verschieben. So kann sie sich so verschieben, dass die Serien-Resonanzfrequenz nach
oben wandert, wie dies durch die Kurve K' dargestellt ist, oder nach unten wandert,
wie dies durch die Kurve K" dargestellt ist. In jedem Fall wird als Startfrequenz
F
start-Neu ein Wert genommen, der geringfügig oberhalb der letzten Arbeitspunktfrequenz F
ap liegt. Das heißt, das Ultraschall-Schwingsystem 1 wird stets in unmittelbarer Nähe
seines Arbeitspunktes eingeschaltet, unabhängig davon, ob sich der Arbeitspunkt während
des vorangegangenen Betriebs verschoben hat.
1. Verfahren zum Betreiben eines aus einem Ultraschall-Schwinger und diesen zu einem
Schwingkreis ergänzenden Komponenten bestehenden Ultraschall-Schwingsystems (1), bei
welchem an das Ultraschall-Schwingsystem (1) zur Erzeugung eines Erregerstroms eine
Erregerspannung angelegt wird, deren Frequenz zum Betreiben des Ultraschall-Schwingsystems
(1) in einem vorbestimmten Arbeitspunkt (AP) einstellbar ist, wobei beim Einschalten
des Ultraschall-Schwingsystems (1) die Frequenz ausgehend von einer Startfrequenz
(fstart) solange verändert wird, bis der Arbeitspunkt (AP) erreicht ist, wobei beim Ausschalten
des Ultraschall-Schwingsystems (1) die Frequenz der Erregerspannung erfasst wird und
der erfasste Wert beim nächsten Einschalten des Ultraschall-Schwingsystems zur Bestimmung
der Startfrequenz (fstart-Neu) verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Strom im Arbeitspunkt (AP) ein Wert vorgegeben wird, bei dem die Frequenz
zwischen der Serienresonanz (fS) und der Parallelresonanz (fP) des Ultraschall-Schwingsystems (1) liegt, und dass der Erregerstrom auf diesen Stromwert
geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Startfrequenz (fstart-Neu) aus dem erfassten Wert und einem Offset-Frequenzwert gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Initialisierungsbetrieb des Ultraschall-Schwingsystems (1) die Startfrequenz
(fstart)einem vorbestimmten Initialisierungswert entspricht.
4. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Ultraschall-Schwingsystems (1) nach einem
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Verstärker (2) mit einem
Eingang (2a) und einem Ausgang (2b), welcher Ausgang (2b) die Erregerspannung sowie
den Erregerstrom für das Ultraschall-Schwingsystem (1) liefert, mit einem Oszillator
(3), dessen Frequenz an einem Steuereingang (3a) einstellbar ist und dessen Ausgang
(3b) mit dem Eingang (2a) des Verstärkers (2) verbunden ist, sowie einem Rampengenerator
(4), welcher an seinem Ausgang (4b) eine rampenförmige Ausgangsspannung liefert, und
dessen Ausgang (4b) mit dem Steuereingang (3a) des Oszillators (3) verbunden ist,
und mit einem Speicher (5), zur Speicherung der jeweils letzten Betriebsfrequenz des
Ultraschall-Schwingsystems (1) vor dem Ausschalten,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsanordnung einen geschlossenen Regelkreis zum Regeln des Erregerstroms
auf einen im Arbeitspunkt durch das Ultraschall-Schwingsystem (1) fließenden Sollwert
aufweist, und dass der Sollwert mittels eines Sollwertgebers derart einstellbar ist,
dass die Frequenz im Arbeitspunkt zwischen der Serienresonanz (fS) und der Parallelresonanz (fP) des Ultraschall-Schwingsystems (1) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ausgangssignal des Speichers (5) den Startwert des Rampengenerators (4) bildet.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Offset-Geber (7) vorhanden ist, dessen Ausgangssignal dem Ausgangssignal des
Speichers (5) zugeschlagen wird.
1. Method for operating an ultrasonic oscillating system (1) consisting of an ultrasonic
oscillator and components added thereto to form an oscillating circuit, in which method
a field voltage, the frequency of which can be set for the purpose of operating the
ultrasonic oscillating system (1) at a predetermined operating point (AP), is applied
to the ultrasonic oscillating system (1) to generate .a field current, wherein, when
the ultrasonic oscillating system (1) is switched on, the frequency is changed proceeding
from a starting frequency (fstart) until the operating point (AP) is reached, wherein, when the ultrasonic oscillating
system (1) is switched off, the frequency of the field voltage is detected and the
detected value is used when the ultrasonic oscillating system is next switched on
for the purpose of determining the starting frequency (fstart-new),
characterized in that
a value is prescribed for the current at the operating point (AP) at which the frequency
is located between the series resonance (fs) and the parallel resonance (fp) of the
ultrasonic oscillating system (1), and in that the field current is controlled to said current value.
2. Method according to Claim 1,
characterized in that
the starting frequency (fstart-new) is formed from the detected value and an offset frequency value.
3. Method according to Claim 1 or 2,
characterized in that
in the case of an initialization operation of the ultrasonic oscillating system (1),
the starting frequency (fstart) corresponds to a predetermined initialization value.
4. Circuit arrangement for operating an ultrasonic oscillating system (1) according to
a method according to one of the preceding claims, comprising an amplifier (2) comprising
an input (2a) and an output (2b), which output (2b) delivers the field voltage and
the field current for the ultrasonic oscillating system (1), comprising an oscillator
(3), the frequency of which can be set at a control input (3a) and the output (3b)
of which is connected to the input (2a) of the amplifier (2), and a ramp generator
(4), which delivers a ramp-shaped output voltage at its output (4b), and the output
(4b) of which is connected to the control input (3a) of the oscillator (3), and comprising
a memory (5), for storing the respective last operating frequency of the ultrasonic
oscillating system (1) before switch-off,
characterized in that
the circuit arrangement has a closed control loop for controlling the field current
to a setpoint value flowing through the ultrasonic oscillating system (1) at the operating
point and in that the setpoint value can be set by means of a setpoint value encoder in such a way
that the frequency at the operating point is located between the series resonance
(fs) and the parallel resonance (fp) of the ultrasonic oscillating system (1).
5. Circuit arrangement according to Claim 4,
characterized in that
the output signal of the memory (5) forms the starting value of the ramp generator
(4).
6. Circuit arrangement according to Claim 5,
characterized in that
an offset encoder (7) is present, the output signal of which is allocated to the output
signal of the memory (5) .
1. Procédé pour la mise en fonctionnement d'un système oscillant à ultrasons (1) constitué
d'un oscillateur à ultrasons et de composants le complétant en un circuit oscillant,
dans lequel une tension d'excitation est appliquée au système oscillant à ultrasons
(1) pour générer un courant d'excitation dont la fréquence est réglable à un point
de fonctionnement prédéterminé (AP) pour le fonctionnement du système oscillant à
ultrasons (1), dans lequel, lorsque le système oscillant à ultrasons (1) est activé,
la fréquence est modifiée à partir d'une fréquence de démarrage (fstart) jusqu'à ce que le point de fonctionnement (AP) soit atteint, dans lequel, lorsque
le système oscillant à ultrasons (1) est désactivé, la fréquence de la tension d'excitation
est détectée, et la valeur détectée est utilisée pour déterminer la fréquence de départ
(fstart-Neu) lors de l'activation suivante du système oscillant à ultrasons,
caractérisé en ce que, pour le courant au point de fonctionnement (AP), une valeur à laquelle la fréquence
se situe entre la résonance série (fS) et la résonance parallèle (fp) du système oscillant à ultrasons (1) est spécifiée,
et en ce que le courant d'excitation est commandé à cette valeur de courant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de départ (fstart-Neu) est définie à partir de la valeur détectée et d'une valeur de fréquence de décalage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que, pendant une opération d'initialisation du système oscillant à ultrasons (1), la
fréquence de départ (fstart) correspond à une valeur d'initialisation prédéterminée.
4. Système de circuit pour la mise en fonctionnement d'un système oscillant à ultrasons
(1) conformément à un procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant
un amplificateur (2) ayant une entrée (2a) et une sortie (2b), laquelle sortie (2b)
délivre la tension d'excitation et le courant d'excitation destinés au système oscillant
à ultrasons (1), comprenant un oscillateur (3), dont la fréquence est réglable sur
une entrée de commande (3a) et dont la sortie (3b) est reliée à l'entrée (2a) de l'amplificateur
(2), et un générateur de rampe (4) qui délivre à sa sortie (4b) une tension de sortie
en forme de rampe, et dont la sortie (4b) est reliée à l'entrée de commande (3a) de
l'oscillateur (3), et comportant une mémoire (5) destinée à stocker la dernière fréquence
de fonctionnement respective du système oscillant à ultrasons (1) avant la désactivation,
caractérisé en ce que le système de circuit comporte un circuit de régulation fermé destiné à réguler le
courant d'excitation à une valeur de consigne passant dans le système oscillant à
ultrasons (1) au point de fonctionnement, et en ce que la valeur de consigne est réglable au moyen d'un générateur de valeur de consigne
de manière à ce que la fréquence au point de fonctionnement se situe entre la résonance
série (fS) et la résonance parallèle (fP) du système oscillant à ultrasons (1).
5. Système de circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal de sortie de la mémoire (5) constitue la valeur de départ du générateur
de rampe (4) .
6. Système de circuit selon la revendication 5,
caractérisé en ce qu'il est prévu un codeur de décalage (7) dont le signal de sortie est ajouté au signal
de sortie de la mémoire (5).