Verfahren und Anordnung zur konstanten Leistungsabgabe von Ultraschall-Reinigungsanlagen

Abstract

 Die Leistungsabgabe von Ultraschall-Reinigungsanlagen ist von verschiedenen Parametern abhängig, wie von der verwendeten Flüssigkeit, dem Füllstand, der Viskosität der Flüssigkeit, der Temperatur, der Spannung usw. Durch diese Parameter wird jedoch nicht nur die Leistungsabgabe und damit die Reinigungswirkung beeinflußbt, sondern auch die leistungsaufnahme des Ultraschall-Generators, wie auch des zugehörigen Schallwandlers (Schwingers). Um die Leistungsaufnahme dieser Geräte in Grenzen zu halten und eine von den genannten Parametern unabhängige Leistungsabgabe zu erreichen, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Generatorfrequenz in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Wandlers (4) über eine Wirkleistungs-Meßeinrichtung (5), die den Istwert vorgibt, zu regeln, wobei der Istwert zusammen mit einem Sollwert einem Differenzverstärker (6) zugeleitet und das Differenzsignal zum Steuern eines VCO (3), der die Ausgangsfrequenz bestimmt, eingesetzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstanthaltung der Leistungsabgabe von Ultraschall-Reinigungsanlagen mit einem (oder mehreren) auf die Reinigungsflüssigkeit einwirkenden Schallwandler (Schwinger), der von einem Ultraschall-Generator (HF-Generator) gespeist wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung der Verfahrens.

[0002] Die Ultraschall-Reinigung findet grundsätzlich in einer Flüssigkeit statt, die sowohl auf das Material wie auch die Struktur des Reinigungsgutes, als auch auf die Art der Verschmutzung abgestimmt sein muß. Zur Reinigung ausgenutzt werden hierbei die im Flüssigkeitsbad auftretenden hohen Zug- und Druckkräfte, die Kavitation bewirken, die wiederum die Schmutzpartikel von dem Reinigungsgut löst. Diese hohen Zug- und Druckkräfte beziehungsweise das Maximum der Kavitation werden allerdings nur dann erreicht, wenn das gesamte System in Resonanz ist. Die Resnnanzbedingungen verschieben sich jedoch sehr stark unter den Einfluß von Änderungen der verschiedensten Parameter, angefangen von Netz-Spannungsschwankunnen, bis zu Temperaturänderungen. Dies bedeutet, daß ein für eine bestimmte Leistung ausgelegtes System diese Leistung nur ausnahmsweise erreichen wird beziehungsweise daß auch die erstrebte Reinigungsleistung nur unter penibler Einhaltung der einzelnen Parameter-Grenzwerte zu erzielen ist. Dies wiederum würde einen sehr hohen apparativen und Bediepungsaufwand erfordern, so daß die Wirtschaftlichkeit derartiger Ultraschall-Reinigungsanlagen nicht mehr gewährleistet wäre. In der Praxis werden daher derartige Ultraschall-Reinigungsanlagen stets überdimensioniert, um auch unter ungünstigen Bedingungen noch eine genügende Reinigungswirkung zu erzielen. Dies bedeutet jedoch auch, daß die angestrebte Reinigungswirkung mehr oder weniger dem Zufall überlassen bleibt, daß also die Wirkung der Reinigungsanlage zwischen den beiden Extremen - einerseits zu geringe Reinigungswirkung, andererseits Schädigung des Reinigun^gsutes - schwanken kann und wird. Zu geringe Reinigungswirkung kann beispielsweise bereits bei einer Absenkung der Netzspannung, eine Schädigung bei erhöhter Netzspannung eintreten. Hinzu kommen dann noch weitere, sich zur Hinus- oder Plusseite addierende Imponderabilien, wie die mit dem Eintauchen des Reinigungsgutes verbundene Füllstandsänderung, die qleichzeitine Impedanzänderung durch das Einbringen des Reinigungsgutes, Viskositätsänderungen, Temperaturänderungen und dergleichen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das die gleichbleibende, einstellbare Leistungsabgabe einer solchen Ultraschall-Reinigungsanlage gewährleistet.

[0004] Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Generatorfrequenz in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Wandlers geregelt wird.

[0005] Nicht mehr also wie bisher wird die Anlage stets im maximalen Arbeitspunkt betrieben, sondern dieser maximale Arbeitspunkt, also die Resonanzfrequenz, wird nur frequenzmäßig dann eingeregelt, wenn diese Leistung gefordert und auch durch dir oben angeführten Parameter bedingt, möglich ist. In allen anderen fällen arbeitet die Anlage außerhalb dieser maximalen Resonanzfrequenz, jedoch, wie angesrebt, stets auf dem gleichen, einstellbaren Leistungsniveau. Damit hleibt die Leistungsabgab der Ultrasehall-Reinigunsanlage nicht mehr dem Zufall überlassen, sondern ist exakt definierbar und, im gegebenen Rahmen, einstellbar. Unabhängig also von den verschiedenen Einwirkungen, wie Füllstands-, Viskositäts-, Temperatur- oder Spannungsschwankungen etc. wird sich immer die gleiche gewünschte Leistungsabgabe ergehen. Hervorzuheben ist, daß durch diese Art der Leistungsregelung keinerlei Verluste durch Vorschaltwiderstände etc. entstehen und auch, daß die Nachreoelung bei einer Änderung eines oder mehrerer Parameter praktisch verzögerungsfrei erfolgt.

[0006] Zur Durchführung dieser Leistungsregelung wird nach der Erfindung vorgeschlagen, zwischen den Generator, dessen Ultraschallfrequenz mittels eines VCO (voltage controlled oscillator) bestimmt wird und dem Wandler eine Wirkleistungs-Meßeinrichtung zur Bildung des Istwertes einzufügen und dieser Meßeinrichtung einen Differenzverstärker nachzuschalt^pn, dem zudem über ein Stellglied ein stabilisierter Sollwert zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung, also die verstärkte Differenz zwischen Istwert und Sollwert, sodann den VCO steuert. Der Sollwert kann hierbei in üblicher Weise durch eine steuerbare, stabilisierte Gleichspannung oder eine entsprechende pulsierende Gleichspannung vorgegeben sein.

[0007] Auf der Zeichnung ist ein Blockschaltbild der gekennzeichneten Anordnung (Fig. 1) sowie ein Frequenz/Leistungsdiagramm (Fig. 2) dargestellt.

[0008] Ein mit Netzspannung 1 betriebener Ultraschallgenerator 2 weist als Frequenzgeber einen VCO 3 auf. Zwischen diesem Ultraschallgenerator 2 und einem Ultraschall-Wandler 4 ist eine Leistungs-Meßeinrichtung 5 eingefügt, deren Signal einem Differenzverstärker 6 zugeleitet wird. Dieses Signal stellt den "Istwert" dar: andererseits wird den Differenzverstärker ein Sollwert 7 zugeführt, also eine stellbare, stabilisierte Gleichspannung. Die verstärkte Differenzspannung, also die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 6, bildet sodann die Steuerspannung für den VCO 3.

[0009] Die in Fig. 2 in dem Leistungs/frequenzdiagramm gezeigten Kurven entsprechen den Leistungskurven der Reinigungsanlage bei verschiedenen Betriehszuständen. Die niedrigste Kurve ergibt sich bei erschwerten Betriebsbedingungen, also beispielsweise niedrige Temperatur, ungünstiger Füllstand, niedrige Netzspannung etc., die höchste Kurve bei entsprechend positiven Parametern. Gemeinsam ist sämtlichen Kurven die Resonanzfrequenz f . Es ist unmittelbar aus diesem Diagramm ersichtlich, daß bei Einhalten dieser Resonanzfrequenz sich jeweils unterschiedliche Leistungen ergeben, also auch unterschiedliche Reinigungswirkungen. Nach der Erfindung hingegen wird, um eine konstante Leistungsabgabe beizubehalten, die Frequenz tiefer (oder höher) geregelt, in Beispiel der Kurve 8 auf die Frequenz f_l, in demjenigen der Kurve 9 auf die Frequenz ^f₂.

[0010] Durch die nach der Erfindung gegebene Regelung ist damit nicht nur gewährleistet, daß stets die Leistungsabgabe der Reinigungsanlage konstant gehalten wird, sondern auch, daß durch eine zu hohe Leistungsaufnahme - Kurve 9 in Resonanzfrequenz - der Ultraschallqenerator 2, wie auch der Ultraschall-Wandler 4 überlastet wird oder Schädigungen am Reinigungsgut entstehen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Konstanthaltung der Leistungsabgabe von Ultraschall-Reinigungsanlagen mit einem (oder mehreren) auf die Reinigungsflüssigkeit einwirkenden Schall wandler (Schwinger), der von einem Ultraschall-Generator (HF-Generator) nespeist wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Generatorfrequenz in Abängickeit von der Leistungsaufnahme des Wandlers geregelt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet
durch eine zwischen dem Generator (2), dessen Ausganesfrequenz mittels eines VCO (vnltage controlled oscillator) (3) bestimmt wird und dem Wandler (4) eingefügte, zur Bildung des Istwertes bestimmte Wirkleistungs-Meßeinrichtung (5) und einen, dieser Meßeinrichtung (5) nachgeschalteten Differenzverstärker (6), dem über ein Stellglied ein Sollwert (7) zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung sodann den VC0 (3) steuert.

Zeichnung