DE102004057423A1

DE102004057423A1 - Driver circuit for ultrasonic tool has electrically controlled switch by which tool's resonance frequency can be continuously detuned through periodic short-circuiting and opening of electric circuit of additional piezo elements

Info

Publication number: DE102004057423A1
Application number: DE200410057423
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Brökelmann; Walter Dr.-Ing. Littmann; Christopher Dipl.-Ing. Kauczor; Wiro Dr.-Ing. Wickord
Original assignee: Athena Technologie Beratung GmbH
Current assignee: Athena Technologie Beratung GmbH
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2004-11-27
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-28
Also published as: DE102004057423B4

Abstract

The driver circuit for an ultrasonic tool has one or more additional piezo elements connected electrically in parallel and mechanically in series to the oscillation generating piezo elements, and at least one electrically controlled switch by which the resonance frequency of the ultrasonic tool can be continuously detuned through periodic short-circuiting and opening of the electric circuit of the additional piezo elements between the fully electrically short-circuited and fully electrically open extremes. An independent claim is included for a method for the operating of one or more ultrasonic tools in which the resonance frequency of one or more ultrasonic tools can be continuously detuned by changing electrical control signals.

Description

Zur Anregung von Ultraschall-Werkzeugen werden üblicherweise piezoelektrisch oder magnetostriktiv betriebene Schwingungsanreger verwendet, die auf eine bestimmte Resonanzfrequenz (z. B. die der ersten Longitudinalschwingung) abgestimmt sind. Wenn das Werkzeug bei einer anderen Frequenz resonant betrieben werden soll, muss normalerweise ein anderer Schwingungsanreger eingesetzt werden, was in der technischen Anwendung häufig einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Zudem stellt sich aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen beim Betrieb eines Ultraschallwerkzeugs gewöhnlich eine Resonanzfrequenz ein, die nie genau der Frequenz entspricht, bei der das Werkzeug nominell betrieben werden soll (z. B. 19,8 kHz statt 20,0 kHz). Weiterhin sind Ultraschallwerkzeuge meist lastabhängig, d. h. die Lage der Resonanzfrequenz ändert sich in Abhängigkeit von Prozessparametern.to Excitation of ultrasonic tools are usually piezoelectric or magnetostrictively driven vibration exciter used to a certain resonance frequency (eg that of the first longitudinal vibration) are coordinated. If the tool is resonant at another frequency should be operated normally, another vibration exciter which are often used in technical applications represents a significant cost factor. It also arises due to different Environmental conditions when operating an ultrasonic tool usually one Resonant frequency which never exactly matches the frequency at the tool is nominally operated (eg 19.8 kHz instead of 20.0 kHz). Furthermore, ultrasonic tools are usually load-dependent, d. H. the position of the resonance frequency changes depending on of process parameters.

Wichtig ist eine genau kontrollierbare Resonanzfrequenz z. B. dann, wenn zwei oder mehrere Ultraschallwerkzeuge mit geringer Dämpfung synchron bei der gleichen Frequenz betrieben werden sollen (z.B. bei Verwendung eines einzigen Generators für alle Werkzeuge). Bei vereinfachter Modellierung lässt sich das elektrische Klemmenverhalten eines Ultraschallwerkzeug durch den in 1 dargestellten gedämpften Serienschwingkreis mit Parallelkapazität repräsentieren (Cp – Kapazität der piezoelektrischen Anregungselemente, Rm – äquivalenter Widerstand der mechanischen Dämpfung, Lm – äquivalente Induktivität der schwingenden Masse, Cm – äquivalente Kapazität der schwingenden Nachgiebigkeit). In 2 sind beispielhaft die Frequenzgänge der Admittanz Y = i(t)/u(t) = Y e^iϕ in Betrag Y und Phase ϕ für drei Werkzeuge (Wz 1, Wz 2, Wz 3) dargestellt, deren Resonanzfrequenzen (f₁, f₂, f₃) nicht exakt gleich sind. Als Resonanzfrequenz eines Werkzeugs wird hier die Frequenz bezeichnet, bei der der Betrag Y der Admittanz Y maximal ist, als Antiresonanzfrequenz die Frequenz, bei der er minimal ist. Sollen alle drei Werkzeuge bei der gleichen Frequenz betrieben werden, so schwingen mindestens zwei von ihnen außerhalb Resonanz, also in einem suboptimalen Betriebspunkt, in dem einerseits die Blindleistung nicht null ist und andererseits die Resonanzüberhöhung in der Admittanz nicht optimal genutzt werden kann (z. B. bei Betrieb mit der Frequenz f₂). Das hat zur Folge, dass die Komponenten der Ansteuerungselektronik signifikant größer ausgeführt werden müssen, da die Ansteuerung mehr (Schein-) Leistung aufbringen muss als im Prozess umgesetzt wird.Important is a precisely controllable resonance frequency z. B. when two or more ultrasonic tools with low attenuation synchronously to be operated at the same frequency (eg when using a single generator for all tools). With simplified modeling, the electrical terminal behavior of an ultrasonic tool can be determined by the in 1 (Cp - capacitance of the piezoelectric excitation elements, Rm - equivalent resistance of the mechanical damping, Lm - equivalent inductance of the oscillating mass, Cm - equivalent capacity of the oscillating compliance). In 2 For example, the frequency responses of the admittance Y = i (t) / u (t) = Y e ^iφ in magnitude Y and phase φ are shown for three tools (Wz 1, Wz 2, Wz 3) whose resonant frequencies (f ₁ , f ₂ , f ₃ ) are not exactly the same. Here, the resonance frequency of a tool is the frequency at which the magnitude Y of the admittance Y is maximum, and the antiresonance frequency is the frequency at which it is minimum. If all three tools are to be operated at the same frequency, then at least two of them oscillate out of resonance, ie in a suboptimal operating point in which, on the one hand, the reactive power is not zero and, on the other hand, the resonance peak in the admittance can not be optimally utilized (eg when operating at the frequency f ₂ ). This has the consequence that the components of the control electronics must be made significantly larger, since the control must spend more (apparent) performance than is implemented in the process.

Das gleiche Problem ergibt sich entsprechend bei Betrieb im Bereich der Antiresonanz (z. B. bei Frequenz f'₂)The same problem arises correspondingly when operating in the region of the antiresonance (eg at frequency f ' ₂ )

Verschiedene Lösungen des oben genannten Problems sind bekannt (Abschlussbericht zum Sonderforschungsbereich 543 der Universität Stuttgart: "Ultraschallbeeinflusstes Umformen metallischer Werkstoffe", S. 180 ff.). Es ist zunächst bekannt, dass sich die Resonanzfrequenz eines piezoelektrischen Schwingungserregers definiert verschieben lässt, wenn den piezoelektrischen Anregungskeramiken weitere Piezo-Elemente elektrisch parallel geschaltet werden. Je nachdem, ob die elektrischen Klemmen des Zusatz-Elementes elektrisch offen oder kurzgeschlossen sind, ist die Resonanzfrequenz unterschiedlich. Grundlage ist der physikalische Effekt der "piezoelektrischen Versteifung": Die elektromechanische Verkopplung in piezoelektrischen Materialien sorgt dafür, dass sich piezoelektrische Materialien mit kurzgeschlossenen elektrischen Klemmen (verschwindendes elektrisches Feld) weicher verhalten als bei offenen Klemmen (verschwindende dielektrische Verschiebung).Various solutions of the above-mentioned problem are known (final report on the Collaborative Research Center 543 of the university Stuttgart: "Ultrasound-influenced Forming metallic materials ", P. 180 ff.). It is first It is known that the resonance frequency of a piezoelectric Vibrator defined to let shift when the piezoelectric Excitation ceramics further piezo elements electrically connected in parallel become. Depending on whether the electrical terminals of the additional element are electrically open or shorted, is the resonant frequency differently. The basis is the physical effect of the "piezoelectric Stiffening ": The electromechanical Coupling in piezoelectric materials ensures that piezoelectric materials with shorted electrical terminals (vanishing electric field) softer behavior than open Clamps (vanishing dielectric displacement).

Weiterhin ist es möglich, durch einen den piezoelektrischen Zusatzelementen parallel geschalteten Kondensator eine bestimmte Resonanzfrequenz einzustellen, die sich je nach Kapazität des Kondensators irgendwo zwischen den beiden Grenzfrequenzen des Systems mit offenen oder kurzgeschlossen Klemmen am Zusatzelement einstellt.Farther Is it possible, by a piezoelectric additional elements connected in parallel Capacitor to set a specific resonant frequency, which is depending on capacity of the capacitor somewhere between the two cutoff frequencies of the Systems with open or shorted terminals on the additional element established.

Es gibt außerdem Ansätze, die Resonanzfrequenz durch zusätzliche Massen oder Steifigkeiten im mechanischen Teil des Schwingungsanregers gezielt zu verändern. Auf diese Weise erreicht man vergleichsweise große Frequenzverschiebungen.It there as well Approaches, the resonance frequency by additional Masses or stiffnesses in the mechanical part of the vibration exciter to change specifically. In this way one achieves comparatively large frequency shifts.

Der bekannte Stand der Technik weist verschiedene Nachteile auf: Bei den vorgeschlagenen Lösungen mit einem zusätzlichen Piezo-Element und ggf. mit einem parallelgeschalteten Kondensator ist stets nur eine bestimmte Frequenz einstellbar. Allenfalls kann die Frequenz durch Zuschalten unterschiedlich großer Kapazitäten schrittweise verstellt werden, jedoch nur in dem schmalen Frequenzband, das durch die beiden Zustände „elektrisch kurzgeschlossene Klemmen des Zusatzelements" und „elektrisch offene Klemmen des Zusatzelements" definiert wird.Of the known prior art has several disadvantages: In the proposed solutions with an additional Piezo element and possibly with a parallel capacitor is always only a certain frequency adjustable. At best, can the frequency gradually by connecting differently sized capacities be adjusted, but only in the narrow frequency band through the two states "electrical short-circuited terminals of the additional element "and" electrically open terminals of the additional element " becomes.

Mit einer zusätzlichen Masse oder Steifigkeit kann die Frequenz zwar prinzipiell kontinuierlich verstellt werden, jedoch kann sie nicht ohne großen Aufwand automatisch verändert werden, da ein Eingriff in das mechanische System erforderlich ist. Zudem führt eine zusätzliche, variabel angekoppelte Masse oder Steifigkeit im Allgemeinen zu einer erhöhten Dämpfung, einem höheren Leistungsbedarf und damit zu einem verringerten Wirkungsgrad des Schwingungserregers.With an additional one Mass or stiffness, while the frequency is basically continuous but it can not be changed automatically without much effort, since an intervention in the mechanical system is required. In addition, a leads additional variably coupled mass or stiffness generally to one increased damping, a higher one Power requirement and thus to a reduced efficiency of the Vibration exciter.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Resonanzfrequenz eines piezoelektrischen Schwingungserregers allein durch Veränderung elektrischer Ansteuerungssignale und unter Vermeidung der oben genannten Nachteile kontinuierlich verschiebbar zu gestalten.It is therefore an object of the present invention, the resonant frequency a piezoelectric vibrator alone by change electrical drive signals and avoiding the above Disadvantages to make continuously displaceable.

Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die Resonanzfrequenz des Schwingungsanregers auf eine Wunschfrequenz zu stimmen. Beispielsweise können lastabhängige Frequenzänderungen während des Betriebs ausgeglichen werden, ohne den günstigen Resonanzzustand des Ultraschallwerkzeugs zu verlassen.With According to the present invention, it becomes possible to have the resonance frequency of the vibration exciter to tune to a desired frequency. For example can load dependent frequency changes while be compensated without the favorable resonance state of Leave ultrasound tool.

Weiterhin ist es bei zwei oder mehreren synchronisierten Werkzeugen möglich, die Lage ihrer Resonanzfrequenzen variabel zu verschieben, so dass alle Werkzeuge stets in dem leistungsmäßig idealen Resonanzpunkt arbeiten.Farther It is possible with two or more synchronized tools, the Shift their resonant frequencies variably so that all Tools always work in the performance-ideal resonance point.

Weiterhin ist es möglich, Ultraschallwerkzeuge, die trotz nominell gleicher Resonanzfrequenz im Betrieb unterschiedliche Resonanzfrequenzen besitzen, blindleistungsfrei zu betreiben, indem wenigstens ein Werkzeug auf die gewünschte Betriebsfrequenz gestimmt wird.Farther Is it possible, Ultrasonic tools, despite nominally the same resonant frequency have different resonance frequencies during operation, without reactive power operate by putting at least one tool at the desired operating frequency is voted.

Weiterhin ist es möglich, zwei unterschiedliche Ultraschallwerkzeuge mit einem einzigen Generator exakt in Resonanz zu betreiben, wenn mindestens eines von ihnen mit der Erfindung stimmbar ausgeführt ist. Sie erlaubt eine kontinuierliche, variable Veränderung der Resonanzfrequenz, mit der auch während des Betriebs auftretende Veränderungen der Resonanzfrequenzen automatisch ausgeglichen werden können. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn auf entsprechende Weise mehrere Ultraschallschwinger an einer elektrischen Quelle betrieben werden sollen.Farther Is it possible, two different ultrasonic tools with a single generator to resonate exactly when at least one of them is carried out tunable with the invention. It allows a continuous, variable change the resonant frequency, with the occurring during operation Changes in the Resonant frequencies can be compensated automatically. Especially this is advantageous if, in a corresponding manner, a plurality of ultrasonic oscillators to be operated on an electrical source.

Weiterhin ist es möglich, die Vorschubkraft einphasiger piezoelektrischer Motoren zu steigern, indem mehrere Motoren parallel geschaltet werden. Mit dem beschriebenen Verfahren können alle Motoren auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt und mit einer einzigen elektrischen Ansteuerung direkt in Resonanz betrieben werden.Farther Is it possible, to increase the feed force of single-phase piezoelectric motors, by several motors are connected in parallel. With the described Procedures can all motors tuned to the same resonant frequency and with a single electrical control operated directly in resonance become.

Piezoelektrische Motoren, bei denen unterschiedliche Schwingungsmoden synchronisiert werden, um eine elliptische Stößel- oder Oberflächenbewegung zu erzeugen, arbeiten häufig deshalb nicht optimal effektiv, weil es aus fertigungstechnischen Gründen äußerst schwierig ist, die beiden verwendeten Schwingungsmoden exakt auf die gleiche Resonanzfrequenz abzustimmen (mindestens eine Mode muss dann abseits des energetisch günstigen Resonanzpunktes betrieben werden). Mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Stimmung kann der Frequenzunterschied zwischen den beiden Moden kompensiert werden.piezoelectric Motors in which different vibration modes synchronized be an elliptical plunger or surface movement to produce, work frequently therefore not optimally effective, because it is extremely difficult for manufacturing reasons is, the two vibration modes used exactly the same Resonance frequency to tune (at least one mode must then off of the energetically favorable Resonance point operated). With the proposed method to the mood, the frequency difference between the two modes be compensated.

Basierend auf der Lösung eines oder mehrerer zusätzlicher Piezo-Elemente, die elektrisch parallel und mechanisch in Reihe zu den schwingungserzeugenden Piezoelementen des Ultraschallwerkzeugs verhaltet werden, wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Zur Illustration dient das Ersatzschaltbild aus 3. Das Verhalten des Ultraschallwerkzeugs inklusive Schwingungserregung wird hier durch einen gedämpften Serienschwingkreis mit parallel geschalteter Kapazität repräsentiert.Based on the solution of one or more additional piezoelectric elements, which are electrically parallel and mechanically in series with the vibration-generating piezoelectric elements of the ultrasonic tool, a first embodiment will be described. For illustration, the equivalent circuit diagram is used 3 , The behavior of the ultrasonic tool including vibration excitation is represented here by a damped series resonant circuit with parallel connected capacitance.

Statt eine weitere Kapazität parallel zu der des wenigstens einen zusätzlichen Piezoelements (Kapazität CT) zu schalten, wird der Stromkreis des wenigstens einen zusätzlichen Piezoelements über wenigstens einen elektronisch angesteuerten Schalter S periodisch abwechselnd kurzgeschlossen und geöffnet. Hierbei kann ein- oder mehrmals pro Periodendauer der Vibration zwischen den Betriebszuständen "elektrisch kurzgeschlossen" und "elektrisch offen" umgeschaltet werden. 4 zeigt die Frequenzgänge für die beiden Extremflälle „elektrisch offen" und „elektrisch kurzgeschlossen". Je nachdem, wie lange die Klemmen des wenigstens einen zusätzlichen Piezoelements während der Periodendauer der Vibration kurzgeschlossen bzw. offen sind (also je nach Tastverhältnis), können die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz allein durch Veränderung elektrischer Ansteuerungssignale zwischen den beiden Extremfällen "vollständig kurzgeschlossen" und "vollständig offen" beliebig variiert werden.Instead of switching a further capacitance parallel to that of the at least one additional piezoelectric element (capacitance CT), the circuit of the at least one additional piezoelectric element is periodically alternately short-circuited and opened periodically via at least one electronically controlled switch S. Here, one or more times per period of the vibration between the operating states "electrically shorted" and "electrically open" can be switched. 4 shows the frequency responses for the two extreme cases "electrically open" and "electrically short-circuited". Depending on how long the terminals of the at least one additional piezoelectric element are short-circuited or open during the period of the vibration (ie depending on the duty cycle), the resonance and anti-resonance frequency can be "completely short-circuited" and "solely" by changing electrical control signals between the two extreme cases. completely open "can be varied as desired.

Optional wird dem wenigstens einen zusätzlichen Piezoelement wenigstens eine zusätzliche Induktivität LT elektrisch parallel geschaltet, siehe 5. Auf diese Weise lässt sich die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz durch periodisches Kurzschließen und Öffnen des Stromkreises des wenigstens einen zusätzlichen Piezoelements weit über die durch die beiden oben beschriebenen Extremfälle definierten Grenzen hinaus verschieben, und zwar kontinuierlich, variabel und bei Bedarf automatisch programmierbar. In welchem Frequenzband sich die Frequenz verschieben lässt, wird durch den Wert von LT bestimmt.Optionally, at least one additional inductance LT is electrically connected in parallel to the at least one additional piezoelectric element, see 5 , In this way, the resonance and anti-resonance frequency by periodic short-circuiting and opening the circuit of the at least one additional piezoelectric element can be far beyond the limits defined by the two extremes described above, namely continuously, variably and automatically programmable as needed. In which frequency band the frequency can be shifted is determined by the value of LT.

6 zeigt mit einem beispielhaft gewählten Induktivitatswert LT die Frequenzgänge für die beiden Extremfälle „elektrisch offen" und „elektrisch kurzgeschlossen" am System mit LT und CT. Die erreichbare Frequenzverschiebung mit LT ist also bedeutend größer als mit CT allein (ohne LT). Der 6 ist weiterhin zu entnehmen, dass mit LT bei geöffnetem Schalter S ein zusätzliches Polpaar Resonanz/Antiresonanz unterhalb der ursprünglichen Resonanzfrequenz entsteht (zusätzlicher Freiheitsgrad des Systems). 6 shows with an exemplarily selected inductance LT the frequency responses for the two extreme cases "electrically open" and "electrically shorted" on the system with LT and CT. The achievable frequency shift with LT is thus significantly greater than with CT alone (without LT). Of the 6 is also to be inferred that with LT at tem switch S an additional pole pair resonance / antiresonance below the original resonant frequency arises (additional degree of freedom of the system).

7 zeigt eine zweite Ausführung. Schaltet man einem piezoelektrischen Aktor, dessen Verhalten in Umgebung seiner zum Betrieb genutzten Schwingungsform durch die Komponenten Cp, Rm, Cm, Lm charakterisiert ist (Bedeutung der Symbole wie oben), eine Abstimmspule LT parallel, so hat dies Einfluss auf die Lage der charakteristischen Frequenzen im Frequenzgang der Eingangsadmittanz Y = i(t)/u(t). Wird der Wert von LT so gewählt, dass die Parallelschaltung von LT und CP die gleiche Resonanzfrequenz besitzt wie die Reihenschaltung von Cm und Lm („abgestimmter Fall"), so entsteht einerseits eine Antiresonanzfrequenz, die höher liegt als die des piezoelektrischen Aktors ohne Abstimmspule, und außerdem eine zusätzliche Antiresonanzfrequenz, die tiefer liegt als die durch die Induktivität nicht veränderte Resonanzfrequenz (8). Die mit Abstimmungsspule auftretenden Antiresonanzfrequenzen liegen annähernd symmetrisch zur Resonanzfrequenz. Wird der Wert von LT ausgehend von dem oben definierten abgestimmten Fall verändert, so verschieben sich die beiden Antiresonanzen je nach Wert von LT. 7 shows a second embodiment. By switching a tuning coil LT parallel to a piezoelectric actuator whose behavior is characterized by the components Cp, Rm, Cm, Lm in the vicinity of its operating mode used by the components Cp, Rm, Cm, Lm, this has an influence on the position of the characteristic frequencies in the frequency response of the input admittance Y = i (t) / u (t). If the value of LT is chosen such that the parallel connection of LT and CP has the same resonance frequency as the series circuit of Cm and Lm ("tuned case"), on the one hand an antiresonance frequency is produced which is higher than that of the piezoelectric actuator without tuning coil, and also an additional anti-resonant frequency which is lower than the resonant frequency not changed by the inductance ( 8th ). The anti-resonance frequencies occurring with the tuning coil are approximately symmetrical to the resonance frequency. If the value of LT is changed starting from the above-defined coordinated case, then the two anti-resonances shift from LT depending on the value.

Durch periodisches, pro Schwingzyklus der Systemschwingung ein- oder mehrmaliges Aus- und Einschalten eines der Abstimmungsspule in Reihe geschalteten Schauers S lässt sich der wirksame Induktivitätswert verändern, ohne die Induktivität LT zu ändern. Wird nun das System bei einer der beiden Antiresonanzen betrieben, so lässt sich das System bei unterschiedlichen Frequenzen betreiben, ohne den energetisch günstigen Zustand mit Phasenwert null Grad zu verlassen (bezüglich der Klemmen blindleistungsfreier Betrieb). Gegenüber der vorstehenden Ausführung werden hierbei keine zusätzlichen piezoelektrischen Elemente für das Stimmen benötigt.By periodic, one or more times per oscillation cycle of the system oscillation Power off and on one of the tuning coil connected in series Schauers S can be the effective inductance value change, without the inductance LT to change. If the system is now operated on one of the two anti-resonances, so lets operate the system at different frequencies without the energetically favorable State with phase value zero degrees left (with respect to Terminals reactive power free operation). Compared to the above embodiment no additional piezoelectric Elements for the votes needed.

9 zeigt eine dritte Ausführung. Schaltet man einem piezoelektrischen Aktor, dessen Verhalten in Umgebung seiner zum Betrieb genutzten Schwingungsform durch die Komponenten Cp, Rm, Cm, Lm charakterisiert ist (Bedeutung der Symbole wie oben), eine Abstimmspule LS in Serie, so hat dies Einfluss auf die Lage der charakteristischen Frequenzen im Frequenzgang der Eingangsadmittanz Y = i(t)/u(t). Wird die Induktivität LS mit Cp auf die Antiresonanzfrequenz des Systems Lm, Cp, Cm abgestimmt, so entsteht symmetrisch zur (von der Abstimmung nicht veränderten) Antiresonanzfrequenz ein Paar von Resonanzfrequenzen (10). Wird der Wert von LS ausgehend von dem oben definierten Fall verändert, so verschieben sich die beiden Resonanzfrequenzen je nach Wert von LS. 9 shows a third embodiment. By switching a tuning coil LS in series to a piezoelectric actuator whose behavior in the vicinity of its operating mode is characterized by the components Cp, Rm, Cm, Lm (meaning of the symbols as above), this has an influence on the position of the characteristic Frequencies in the frequency response of the input admittance Y = i (t) / u (t). If the inductance LS is matched with Cp to the antiresonance frequency of the system Lm, Cp, Cm, a pair of resonant frequencies arises symmetrically to the antiresonance frequency (which is not changed by the tuning) ( 10 ). If the value of LS is changed on the basis of the case defined above, then the two resonance frequencies shift depending on the value of LS.

Durch periodisches, pro Schwingzyklus der Systemschwingung ein- oder mehrmaliges Aus- und Einschalten eines der Abstimmungsspule parallel geschalteten Schalters S lässt sich der wirksame Induktivitätswert verändern, ohne die Induktivität LS zu ändern. Wird nun das System bei einer der beiden Resonanzfrequenzen betrieben, so lässt sich das System bei unterschiedlichen Frequenzen betreiben, ohne den energetisch günstigen Zustand mit Phasenwert null Grad zu verlassen (bezüglich der Klemmen blindleistungsfreier Betrieb). Gegenüber der ersten Ausführung werden hierbei keine zusätzlichen piezoelektrischen Elemente für das Stimmen benötigt.By periodic, one or more times per oscillation cycle of the system oscillation Power off and on one of the tuning coil connected in parallel switch S can be the effective inductance value change, without the inductance LS to change. If the system is now operated at one of the two resonance frequencies, so lets operate the system at different frequencies, without the energetically favorable State with phase value zero degrees left (with respect to Terminals reactive power free operation). Be compared to the first version no additional piezoelectric Elements for the votes needed.

Claims

Driver circuit for an ultrasonic tool, characterized in that one or more additional piezoelectric elements, which are electrically connected in parallel and mechanically in series with the vibration generating piezo elements of the ultrasonic tool, and at least one electrically controllable switch are provided with which the resonance frequency of the ultrasonic tool by periodic shorting and Opening the circuit of the additional piezoelectric element between the two Extremllen "fully electrically short-circuited" and "fully electrically open" is continuously detuned or can be defined defined within the scope of a scheme.

Driver circuit for two or more ultrasonic tools, operated in a common arrangement, characterized in that in at least one ultrasonic tool one or more additional Piezoelectric elements that are electrically parallel and mechanically in series too the vibration generating piezoelectric elements of the at least one ultrasonic tool are interconnected, and one or more electrically controllable switch are provided, with which the resonance frequency of the at least one Ultrasonic tool by periodic shorting and opening the circuit of the additional Piezo element between the two extreme cases "fully electrically short-circuited" and "completely electrically open "continuously is tunable or defined within the framework of a regulation can be.

Driver circuit according to one of the claims 1 and 2, characterized in that the at least one additional piezoelectric element is electrically connected in parallel at least one additional inductance, so that the resonance frequency by periodic Kurzschleßen and opening the circuit of the additional piezoelectric element far beyond the extreme cases by the "complete electrically short-circuited "and" fully electrically open "defined boundaries continuously and Be may have programmable shift.

Driver circuit for an ultrasonic tool, thereby characterized in that a piezoelectric actuator at least one Tuning coil LT is connected in parallel, and that at least one electrically controllable switch S to the at least one tuning coil LT is connected in series, so that the effective inductance value through periodic, one or more times per oscillation cycle of the system oscillation Switching the switch S on and off can be changed without the inductance LT to change.

Driver circuit for two or more ultrasonic tools, operated in a common arrangement, characterized in that at least one piezoelectric actuator at least one tuning coil LT is connected in parallel, and that at least one electrically controllable switch S is connected in series with the at least one tuning coil LT, so that the effective inductance value by periodic, per vibration cycle of the system vibration or repeatedly switching off and on the switching S can be changed, without the inductance LT to change.

Driver circuit for an ultrasonic tool, thereby characterized in that a piezoelectric actuator at least one Tuning coil LS is connected in series, and that at least one electrically controllable switch S to the at least one tuning coil LS is connected in parallel, so that the effective inductance value by periodic, one or more times per oscillation cycle of the system oscillation Switching the switch S on and off can be changed without the inductance LS to change.

Driver circuit for two or more ultrasonic tools, operated in a common arrangement, characterized in that at least one piezoelectric actuator at least one tuning coil LS is connected in series, and that at least one electrically controllable switch S is connected in parallel to the at least one tuning coil LS, so that the effective inductance value by periodic, per vibration cycle of the system vibration or repeatedly switching off and on the switching S are changed can, without the inductance LS to change.

Method for operating one or more ultrasonic tools, characterized in that the resonant frequency of one or more Ultrasonic tools solely by changing electrical control signals is continuously detunable.

Method for operating one or more ultrasonic tools according to claim 8, characterized in that one or more additional piezo elements, the electrically parallel and mechanically in series with the vibration generating Piezo elements of the ultrasonic tool are connected via the electronically controlled switch periodically alternately shorted and opened be, once or several times per period of vibration.

Method for operating one or more ultrasonic tools according to claim 8, characterized in that one or more additional Piezo elements and one or more additional inductances electrically parallel and mechanically in series with the vibration-generating piezoelectric elements of the ultrasonic tool are connected, via the electronically controlled switch periodically alternately short-circuited and opened, or several times per period of vibration.

Method for operating one or more ultrasonic tools according to claim 8, characterized in that the effective inductance by periodic, per vibration cycle of the system vibration or repeatedly switching off and on of the at least one electrical controllable switch S, the at least one piezoelectric Actuator in parallel and at least one tuning coil LT in series switched, changed can be without the inductance LT to change.

Method for operating one or more ultrasonic tools according to claim 8, characterized in that the effective inductance by periodic, per vibration cycle of the system vibration or repeatedly switching off and on of the at least one electrical controllable switch S, the at least one piezoelectric Actuator in series and at least one tuning coil LS in parallel switched, changed can be without the inductance LS to change.