DE3317045A1 - Verfahren und anordnung zur konstanten leistungsabgabe von ultraschall-reinigungsanlagen - Google Patents

Description

HANS TRAPPENBERG · p'ät£>mtfG*rNιευR" Karlsruhe

EUROPÄISCHER PATENTVERTRETER

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06.05.1983 n8
WT 0423

Martin WALTER, Ultraschalltechnik GmbH
Erlenweg 14, 7516 Karlsbad-Auerbach

Verfahren und Anordnung zur konstanten
Leistungsabgabe von Ultraschall-Reinigungsanlagen

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

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

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Zuq- und Druckkräfte beziehungsweise das Maximum der Kavitation werden allerdings nur dann erreicht, wenn das gesamte System in Resonanz ist. Die Resonanzbedingungen verschieben sich jedoch sehr stark unter dem Einfluß von Änderungen der verschiedensten Parameter, angefangen von Netz-Spannungsschwankungen, 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 Bedienungsaufwand 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 Reinigungsutes - 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 Minus- oder Plusseite addierende Imponderabilien, wie die mit dem Eintauchen des Reinigungsgutes verbundene Füllstandsänderunq, die gleichzeitige Impedanzänderung durch das Einbringen des Reiniqunqsgutes, Viskositätsänderungen, Temperaturänderunqen und dergleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnunq zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das die gleichbleibende, einstellbare Leistungsabgabe einer solchen Ultrascha 11-Reinirjunqsanlage gewährleistet.

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

Nicht mehr also wie bisher wird die Anlage stets im maximalen Arbeitspunkt betrieben, sondern dieser maximale Arbeitspunkt, also die Resonanzfrequenz, wird nur frequenz-,mäßig dann eingeregelt, wenn diese Leistung gefordert und auch durch die oben angeführten Parameter bedingt, möglich ist. In allen anderen Fällen arbeitet die Anlage außerhalb dieser maximalen Resonanzfrequenz, jedoch, wie angesrebt, ""¹S stets auf dem gleichen, einstellbaren Leistungsniveau. Damit bleibt die Leistungsabgab der Ultraschall-Reinigungsanlage 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 ergeben. Hervorzuheben ist, daß durch diese Art der Leistungsregelung keinerlei Verluste durch Vorsenaitwiderstände etc. entstehen und auch, daß die Nachrege lung bei einer Änderung eines oder mehrerer Parameter praktisch verzögerungsfrei erfolgt.

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 Heßeinrichtung einen Differenzverstärker nachzuschalten, dem zudem über ein Stellglied ein stabilisierter Sollwert zune.führt wird, desse.n Ausganqsspannunq, also die verstärkte Differenz zwischen Istwert und Sollwert, sodann den VCO steuert. Der Sollwert kann hierbei in üblicher Weise durch eine steuerbare, stabilisierte Gleichspannunci oder eine entsprecht finde pulsierende Gleichspannuno

rsaichträgHch geändert

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

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 dem 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.

Die in Fig. 2 in dem Leistungs/Frequenzdiagramm gezeigten Kurven entsprechen den Leistungskurven der Reinigungsanlage bei verschiedenen Betriebszuständen. 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 Reiniqungswirkungen. Nach der Erfindung hingegen wird, um eine konstante Leistungsabgabe beizubehalten, die Frequenz tiefer (oder höher) geregelt, im Beispiel der Kurve 8 auf die Frequenz f., in demjenigen der Kurve 9 auf die Frequenz f„.

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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 Ultraschallgenerator 2, wie auch der Ultraschall-Wandler 4 überlastet wird oder Schädigungen am Reinigungsgut entstehen.

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Claims (2)

1. HANS TRAPPENBERG · päte"ntin"g"e"n ieu'r" Karlsruhe

   EUROPÄISCHER PATENTVERTRETER

   06.05.1983 n8
   WT 0423

   Martin WALTER, Ultraschalltechnik GmbH
   Erlenweg 14, 7516 Karlsbad-Auerbach

   PATENTANSPRÜCHE

   Iy 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,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Generator frequenz in Abängigkeit von der Leistungsaufnahme des Wandlers geregelt wird.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

   nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet■

   durch eine zwischen dem Generator (2), dessen Äusgangs-

   frequenz mittels eines VCO (voltage controlled oscillator)

   (3) bestimmt wird und dem Wandler (4) eingefügte, zur

   Bildung (Irr Istwertes bestimmte Wi rkleistunns-Meße inrieh-

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   tung (5) und einen, dieser Meßeinrichtung (5) nachgeschalteten Differenzverstärker (6), dem über ein Stellglied ein Sollwert (7) zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung sodann Hon VCO (3) steuert.