DE102012217318A1

DE102012217318A1 - Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät und Verfahren zum Betreiben eines solchen

Info

Publication number: DE102012217318A1
Application number: DE102012217318.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Broszeit
Original assignee: Weber Ultrasonics GmbH
Current assignee: Weber Ultrasonics Ag De
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-05-28
Also published as: TW201427310A; WO2014048712A3; US20150235553A1; KR20150060814A; CN104822468A; TWI618368B; WO2014048712A2; CN104822468B; KR102061019B1; EP2900392A2; US9852619B2

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts (1), welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren (K1, K2), vorzugsweise digital, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird. Außerdem werden ein zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignete Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät und ein Ultraschallgerät mit einer solchen Kommunikationseinrichtung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Betreiben eines Ultraschallgeräts.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kommunikationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 für ein Ultraschallgerät und ein Ultraschallgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Ultraschallgeräte der hier in Rede stehenden Art umfassen regelmäßig einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde. Der Ultraschallgenerator liefert ein hochfrequentes elektrisches Anregesignal (HF-Anregesignal oder HF-Signal), mit welchem ein in dem Ultraschall-Schwinggebilde vorhandener (Ultra-)Schallwandler zu Schwingungen angeregt wird, um den eigentlichen Ultraschall zu erzeugen.
Problematisch ist hierbei, dass es in der Regel ohne Weiteres möglich ist, ein beliebiges Ultraschall-Schwinggebilde an einem Ultraschallgenerator anzuschließen, auch wenn das Ultraschall-Schwinggebilde nicht zur Verwendung mit dem betreffenden Ultraschallgenerator vorgesehen ist. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang möglich, das Ultraschall-Schwinggebilde mit einer falschen Anregefrequenz und/oder bei zu starker Leistung zu betreiben, was im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung beider Komponenten, d. h. des Ultraschall-Schwinggebildes und des Ultraschallgenerators führen kann. Bei zu schwacher Leistung wird regelmäßig das Ergebnis der Ultraschallbearbeitung nicht die angestrebte Qualität aufweisen.
Aus der DE 43 22 388 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum sicheren Anschwingen von Ultraschall-Desintegratoren bekannt, bei der zum sicheren Anschwingen des Schallwandlers mit einer angekoppelten Sonotrode ein weites Frequenzband des Ultraschallgenerators (HF-Generators) durchfahren und dabei die Amplitude eines Rückkopplungssignals einer Piezo-Keramikscheibe überwacht wird. Bei Unterschreiten der für ein Anschwingen notwendigen Rückkopplungsamplitude wird das Durchfahren des Frequenzbandes wiederholt. Auf diese Weise lassen sich Abnutzungserscheinungen von Sonotroden ausgleichen, und eine Überlastung der in dem HF-Generator enthaltenen Leistungsendstufe für die Ansteuerung des Ultraschallwandlers wird vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich insbesondere vermeiden lässt, dass ein Ultraschall-Schwinggebilde, beispielsweise für eine Sonotrode oder einen Strahler, an einem hierfür ungeeigneten Ultraschallgenerator betrieben wird, und umgekehrt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Kommunikationseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Ultraschallgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um Textwiederholungen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts, welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren, vorzugsweise digital, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird.
Eine erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät, welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde aufweist, wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie zu versorgen und zur Erzeugung von Ultraschall anzuregen, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator eine datentechnische und/oder signaltechnische Kommunikations-Wirkverbindung ausgebildet ist, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde dazu ausgebildet ist, Daten in Form von Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten über die Kommunikations-Wirkverbindung an den Ultraschallgenerator zu übermitteln, vorzugsweise digital, und wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, anhand der Daten zumindest eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes durchzuführen, vorzugsweise außerdem eine Bestimmung von physikalischen Eigenschaften bzw. Zuständen des Ultraschall-Schwinggebildes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Ultraschallgerät mit einem Ultraschallgenerator und mit einem mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehenden Ultraschali-Schwinggebilde ist gekennzeichnet durch eine Kommunikationseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht also vor, dass eine Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde stattfindet. Diese Kommunikation findet über die genannte datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung statt, vorzugsweise digital. Dabei übermittelt das Ultraschall-Schwinggebilde eindeutige Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator, welche Identifizierungsdaten beispielsweise eine Seriennummer oder dergleichen beinhalten können, ohne dass die Erfindung jedoch hierauf beschränkt wäre. Durch die genannten Identifizierungsdaten wird es dem Ultraschallgenerator ermöglicht, eine Erkennung des Ultraschallgebildes durchzuführen. Auf diese Weise kann der Ultraschallgenerator insbesondere erkennen, ob ein angeschlossenes Ultraschall-Schwinggebilde für einen Betrieb mit dem vorliegenden Generatortyp überhaupt geeignet ist. Auf diese Weise lässt sich eine Beschädigung oder Zerstörung von Komponenten, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten konnte, sicher vermeiden.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, weitere Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator zu übermitteln, beispielsweise Angaben zu Resonanzfrequenzen, Nennleistung, Verlustleistung oder dergleichen. Auch weitere Daten, wie eine aufsummierte bisherige Betriebsdauer des Ultraschall-Schwinggebildes (Schallabgabezeit) und/oder Angaben zu Start- und Stopp-Frequenzen für einen Frequenzscan zur Ermittlung eines optimalen Arbeitsbereiches des Ultraschall-Schwinggebildes, können übertragen werden. Möglich ist sogar eine Übertragung des gesamten frequenzabhängigen Impedanzverlaufs des Ultraschall-Schwinggebildes für eine optimale Ausregelung des Anregungssignals. Entsprechende Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts sind in bereits anhängigen Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben, nämlich der DE 10 2012 215 993.2 und der DE 10 2012 215 994.0 , auf welche vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Bei entsprechender Ausgestaltung des Ultraschall-Schwinggebildes, insbesondere durch das Vorsehen geeigneter Sensoren, sind nicht nur fest hinterlegte Identifizierungs- oder Eigenschaftsdaten abruf- bzw. speicherbar, sondern es können auch dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator übertragen werden, beispielsweise durch Messung physikalischer Eigenschaften und Parameter, insbesondere einer aktuellen Temperatur des Ultraschall-Schwinggebildes oder Feuchtigkeitswerten am bzw. im Inneren des Ultraschall-Schwinggebildes.
Eine entsprechende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht demnach vor, dass weiterhin von dem Ultraschall-Schwinggebilde bestimmte vorgespeicherte oder dynamisch bzw. sensorisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschall-Generator übermittelt werden. Diese Eigenschaftsdaten können, ohne dass diese Aufzählung abschließend wäre, zumindest eine der Eigenschaften Nennleistung, Verlustleistung, Resonanzfrequenzen, Seriennummer, Produktionsdatum, Schallabgabezeit, Impedanzverlauf, Start- und Stopp-Frequenzen zur Ermittlung eines Arbeitsbereichs, Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen umfassen.
Eine besondere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten ein Betriebszustand des Ultraschallgenerators automatisch ausgewählt wird. Dies kann bedeuten, dass eine Anpassung des Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde in Abhängigkeit von den Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes erfolgt, nachdem diese Eigenschaftsdaten an den Ultraschallgenerator übertragen wurden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Anregungsfrequenz auf einen Wert eingestellt wird, welcher zwischen den übertragenen Werten für die Start- und Stopp-Frequenz liegt, welche Frequenzen mit den Resonanzfrequenzen (Serienresonanz und Parallelresonanz) des Ultraschall-Schwinggebildes zusammenfallen können. Im Extremfall kann jedoch auch umfasst sein, dass der Ultraschallgenerator keinerlei Anregungssignal an das Ultraschall-Schwinggebilde anlegt, wenn aus den Identifizierungsdaten bzw. den Eigenschaftsdaten folgt, dass das angeschlossene Ultraschall-Schwinggebilde nicht mit dem vorliegenden Generatortyp verwendet werden darf. Ein ähnliches Verhalten ist auch dann möglich, wenn eine in dem Ultraschall-Schwinggebilde gespeicherte und an den Ultraschallgenerator übertragene Schallabgabezeit anzeigt, dass das betreffende Ultraschall-Schwinggebilde bereits eine zu lange Betriebsdauer aufweist und deshalb fehlerhaft sein könnte. Entsprechend kann auch verfahren werden, falls Feuchtigkeit in das Ultraschall-Schwinggebilde eingedrungen ist, ohne dass die Erfindung auf diese Betriebsarten beschränkt wäre.
Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bidirektional, wobei auch der Ultraschallgenerator Daten an das Ultraschall-Schwinggebilde überträgt. Bei entsprechender Ausgestaltung des Ultraschall-Schwinggebildes können diese Daten dort gespeichert werden, zu welchem Zweck das Ultraschall-Schwinggebilde ein geeignetes Speicherelement aufweisen kann. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die Schallabgabezeit eines angeschlossenen Ultraschall-Schwinggebildes fortlaufend zu aktualisieren, worauf weiter oben schon eingegangen wurde. Darüber hinaus kann auf diese Weise in dem Ultraschall-Schwinggebilde gespeichert werden, mit welchem Generator bzw. Generatortyp es bereits betrieben wurde.
Wenn vorgesehen ist, dass ein gegebener Ultraschallgenerator nur mit einem Ultraschall-Schwinggebilde funktioniert, dessen Identifizierungsdaten er akzeptiert, lässt sich darüber hinaus auch vermeiden, dass Schäden oder Gefährdungen durch den Einsatz gefälschter und möglicherweise minderwertiger Ultraschall-Schwinggebilde auftreten.
Im Zuge einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde über eine Hochfrequenz-Versorgungsleitung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde, über welche Hochfrequenz-Versorgungsleitung ansonsten das Hochfrequenz-Anregungssignal für das Ultraschall-Schwinggebilde zur Erzeugung von Ultraschall übertragen wird. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, weil keine zusätzlichen Kommunikationsverbindungen bzw. Kommunikationsleitungen benötigt werden. Hardwaretechnisch kommt das entsprechende Verfahren im Wesentlichen mit den bereits vorhandenen Komponenten eines herkömmlichen Ultraschallgeräts aus.
Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Kommunikation über eine zusätzliche Kommunikationsleitung oder drahtlos über eine entsprechende drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde erfolgt.
Im Zuge einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die an der Kommunikation beteiligten Elemente des Ultraschallgenerators und/oder des Ultraschall-Schwinggebildes kontaktlos, vorzugsweise kapazitiv und/oder induktiv, oder galvanisch an die Hochfrequenz-Versorgungsleitung oder an eine gesonderte, drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde angekoppelt sein.
Für die eigentliche Kommunikation wird bei entsprechender Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßiger Weise ein Signal verwendet, welches Signal bei einer Modulationsfrequenz moduliert ist, welche Modulationsfrequenz von einer Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde verschieden ist. Vorzugsweise ist die genannte Modulationsfrequenz höher als die Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde. Auf diese Weise lässt sich insbesondere die weiter oben beschriebene kapazitive und/oder induktive Ankopplung der an der Kommunikation beteiligten Elemente in einfacher Weise bewerkstelligen. Die genannten Elemente lassen sich entsprechend elektrisch so auslegen, dass sie auf das HF-Anregungssignal für das Ultraschall-Schwinggebilde im Wesentlichen nicht ansprechen, während sie für die genannte Modulationsfrequenz des eigentlichen Kommunikationssignals eine ausreichende Empfindlichkeit aufweisen.
Wieder eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente des Ultraschall-Schwinggebildes mittels einer eigenen Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere können die genannten Elemente in Form eines Transponders ausgebildet sein, bei welchem es sich gemäß dem Vorstehenden um einen aktiven Transponder handelt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwingsystems an den Ultraschallgenerator übermittelt werden, zu welchem Zweck regelmäßig entsprechende Sensoren in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde vorhanden sind. Bei der genannten eigenen Energieversorgung kann es sich beispielsweise um eine Energiezelle in Form eines oder mehrerer Akkumulatoren handeln.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente des Ultraschall-Schwinggebildes passiv, d. h. ohne eine eigene Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Energieversorgung kann insbesondere „parasitär” mittels des HF-Anregungssignals erfolgen. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn nur vorgespeicherte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator übermittelt werden. In oder an dem Ultraschall-Schwinggebilde kann zu diesem Zweck ein so genannter passiver Transponder vorgesehen sein.
Entsprechende Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sehen vor, dass in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde ein aktiver oder passiver Transponder vorgesehen ist. Dieser Transponder weist die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten auf bzw. speichert diese oder hat zwecks Übertragung an den Ultraschallgenerator Zugriff auf die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten. Dabei kann in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde wenigstens ein Sensor vorgesehen sein, beispielsweise ein Temperatur- oder Feuchtigkeitssensor, dessen Sensordaten (Messwerte) Teil oder Grundlage zumindest der Eigenschaftsdaten sind. Diese Formulierung umfasst, dass entweder die Sensordaten ohne Weiteres als Eigenschaftsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt werden, woraufhin anschließend eine „intelligente Einheit” (Steuereinheit) des Ultraschallgenerators die Auswertung der Sensordaten zu Steuerungszwecken übernimmt. Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, dass bereits das Ultraschall-Schwinggebilde eine entsprechende „intelligente Einheit”, beispielsweise einen Mikroprozessor oder dergleichen aufweist, welche die Sensordaten vor einer Übertragung an den Ultraschallgenerator entsprechend aufbereitet.
Wie bereits angesprochen, kann der Ultraschallgenerator in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung eine Steuereinheit aufweisen, welche Steuereinheit zum Durchführen der Kommunikation mit dem Ultraschall-Schwinggebilde und zur Auswertung der von dem Ultraschall-Schwinggebilde empfangenen Daten ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist es möglich, in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten einen Betriebszustand des Ultraschallgenerators automatisch auszuwählen bzw. anzupassen. Hierauf wurde weiter oben bereits hingewiesen. Eine solche Auswahl oder Anpassung des Betriebszustandes kann insbesondere eine Anpassung des Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde an die übermittelten Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes beinhalten. Im Extremfall findet überhaupt keine Anregung des Ultraschall-Schwinggebildes statt, wenn dieses beispielsweise ungeeignet oder fehlerhaft ist. Im Regelfall wird eine Anpassung des Anregungssignals an die physikalischen Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes erfolgen, beispielsweise durch Vorgabe einer optimal geeigneten Anregungsfrequenz im Bereich zwischen Serienresonanz und Parallelresonanz des Ultraschall-Schwinggebildes.
Wenn eine bidirektionale Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde stattfindet, zeichnet sich die erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung bei entsprechender Weiterbildung dadurch aus, dass in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwingelement ein Speicherelement vorgesehen ist, in welchem Speicherelement Daten gespeichert werden können, die von dem Ultraschallgenerator an das Ultraschall-Schwinggebilde übertragen werden, beispielsweise eine Schallabgabezeit (Betriebsdauer).
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet eine digitale Kommunikation über die HF-Anschlussleitung (Versorgungsleitung) zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde, welche Kommunikation mittels einer hochfrequenten Ankopplung erreicht wird. Die eigentliche Kommunikation erfolgt mittels einer Modulation bei höherer Frequenz als die abzugebende Ultraschallfrequenz über die genannte HF-Leitung. Dabei existieren vorzugsweise zwei Ankoppelstellen, von denen sich eine im oder am Ultraschallgenerator und die andere im bzw. am Ultraschall-Schwinggebilde befindet. Wie bereits erwähnt wurde, kann die Ankopplung selbst kapazitiv, induktiv oder als Mischform erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation erstmalig vor der eigentlichen Ultraschallabgabe und liefert auf diese Weise dem Ultraschallgenerator Informationen dahingehend, ob überhaupt ein Ultraschall-Schwinggebilde angeschlossen ist bzw. ob ein angeschlossenes Ultraschall-Schwinggebilde für einen Betrieb geeignet ist. Sollte ein angeschlossenes Ultraschall-Schwinggebilde fehlerhaft oder ungeeignet sein, kann der Ultraschallgenerator dies erkennen und beispielsweise eine Fehlermeldung ausgeben und die Schallabgabe verweigern. Wenn dagegen das Ultraschall-Schwinggebilde bauartbedingt bzw. aufgrund seiner Resonanzfrequenzen und (Nenn-)Leistung passend sein, kann der Ultraschallgenerator die Abgabe starten und die Anregungsfrequenz anhand optimaler Vorgaben einstellen, welche Vorgaben es sich aus den übertragenen Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes ergeben.
Entsprechende Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sehen vor, dass in dem Ultraschall-Schwinggebilde ein so genannter Transponder vorhanden ist. Der Transponder kann passiv oder aktiv aufgebaut sein. Bei einem passiven Transponder kann dessen Energieversorgung „parasitär” unter Verwendung des HF-Anregungssignals erfolgen.
Ein aktiv aufgebauter Transponder lässt Messungen von physikalischen Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes über entsprechende Sensoren und eine Auswertung der gelieferten Sensordaten zu. Die hierfür erforderliche Energieversorgung kann in Form von wiederaufladbaren Energiezellen realisiert werden.
Wie bereits mehrfach erwähnt wurde, kann die Ankopplung der modulierten HF-Kommunikationssignale, d. h. derjenigen Signale, welche zum Durchführen der Kommunikation zwischen Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator verwendet werden, kapazitiv, induktiv oder als Mischform aus beiden realisiert werden. Dabei ist die Realisierung auf Seiten des Ultraschallgenerators unabhängig von der Realisierung seitens des Ultraschall-Schwinggebildes.
Die Kommunikation ist nicht nur vor der ersten Schallabgabe sondern auch während der Leistungs- bzw. Schallabgabe möglich, um dynamisch auf physikalische Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes reagieren zu können, beispielsweise dessen Temperaturentwicklung. Bei erhöhter Temperatur ist regelmäßig eine Verringerung der Schallenergie und/oder der Schallleistung anzustreben.
Vorzugsweise werden in diesem Zusammenhang Messdaten physikalischer Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes quasi in Echtzeit an den Ultraschallgenerator übermittelt.
Anhand der übertragenen (Eigenschafts-)Daten des Ultraschall-Schwinggebildes kann der Ultraschallgenerator in einem vorhandenen Speicherelement eine Historie erstellen, welche beispielsweise beinhaltet, welches Ultraschall-Schwingelement mit welcher Seriennummer bereits an dem betreffenden Ultraschallgenerator angeschlossen wurde.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ankopplung der Kommunikation an die HF-Versorgungsleitung über einen Transformator oder eine transformatorähnliche Spule erfolgt. Diese Art der Ankopplung ist unabhängig davon, ob sie auf Seiten des Ultraschallgenerators oder auf Seiten des Ultraschall-Schwinggebildes erfolgt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Ankopplung in den (elektromagnetischen) Schwingkreis bzw. in das so genannte Anpassnetzwerk des Ultraschallgenerators erfolgt.
Wenn das Ultraschall-Schwingelement einen aktiven Transponder besitzt, können die zu dessen Versorgung vorhandenen Energiezellen bei Leistungs- bzw. Schallabgabe automatisch aufgeladen werden, z. B. über die HF-Versorgungsleitung.
Im Zuge einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Transponder des Ultraschall-Schwingelements aus einer digitalen Recheneinheit bestehen oder eine solche Recheneinheit umfassen. In diesem Zusammenhang ist der Transponder insbesondere in der Lage, Sensordaten von entsprechenden Sensoren aufzunehmen und bei Bedarf vor einer Übertragung an den Ultraschallgenerator zu bearbeiten.
Wenn das Ultraschall-Schwinggebilde dem Ultraschallgenerator im Rahmen der vorgeschlagenen Kommunikation zu erkennen gibt, um welche Art von Ultraschall-Schwinggebilde es sich handelt und welche spezifischen Eckdaten oder Eigenschaftsdaten es aufweist, wird es dem Ultraschallgenerator ermöglicht, eine optimale (Frequenz-)Regelung des angeschlossenen Ultraschall-Schwinggebildes vorzunehmen, insbesondere wenn eine Start- und Stoppfrequenz bekannt sind, welche den bevorzugten Arbeitsbereich des Ultraschall-Schwinggebildes begrenzen, vgl. DE 10 2012 215 993.2 .
Bei Vorhandensein eines entsprechenden Speicherelements lässt sich in dem Ultraschall-Schwinggebilde eine Art Logbuch realisieren, in dem Fehler protokolliert und zu einem späteren Zeitpunkt (durch den Ultraschallgenerator) wieder abgerufen werden können.
Es ist dem Ultraschall-Schwingsystem auf diese Weise auch möglich, eine Historie in seinem Speicherelement abzulegen, aus welcher hervorgeht, mit welchen Ultraschallgeneratoren (identifizierbar über die Seriennummer) das Ultraschall-Schwinggebilde schon in Betrieb genommen wurde.
Die Übertragung der genannten Identifizierungs-(Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht es des Weiteren, im Zuge eines Werkzeugwechsels in dem Ultraschallgenerator ein (vorgespeichertes) Programm oder ein bestimmtes Ereignis zu aktivieren. Insbesondere kann ein solches Programm/Ereignis eine oder mehrere Änderungen physikalischer Eigenschaften des HF-Anregungssignals umfassen oder bewirken.
Entsprechende Programme oder Ereignisse können in dem Ultraschallgenerator gespeichert sein und werden bei erkanntem Werkzeugwechsel entsprechend aktiviert. Alternativ ist es jedoch auch möglich, entsprechend prozessrelevante Daten in dem Ultraschall-Schwinggebilde zu speichern und bei einem Werkzeugwechsel automatisch an den Ultraschallgenerator zu übertragen, so dass dieser seinen Betrieb entsprechend anpassen kann.
Neben den bereits angesprochenen Sensordaten für Temperatur und Feuchtigkeit kann das Ultraschall-Schwinggebilde zusätzlich oder alternativ Sensordaten in Form einer Schwingungsamplitude, HF-Strom, HF-Spannung oder dergleichen bzw. entsprechende Soll- oder Grenzwerte an den Ultraschallgenerator übermitteln. Der Ultraschallgenerator kann auf die übermittelten Sensordaten unmittelbar reagieren, indem beispielsweise eine Verminderung der abzugebenden Schallenergie und/oder Schallleistung bei steigender Temperatur des Ultraschall-Schwinggebildes bewirkt wird.
Ebenfalls bereits angesprochen wurde die Möglichkeit, dem Ultraschallgenerator den (vollständigen) Impedanzverlauf eines angeschlossenen Ultraschall-Schwinggebildes mitzuteilen, welcher bei der Produktion des Ultraschall-Schwinggebildes in dessen Transponder hinterlegt wurde. Der Ultraschallgenerator kann hierauf reagieren und seine Betriebsparameter entsprechend anpassen.
Grundsätzlich können jegliche Daten, die bei der Herstellung des Ultraschall-Schwinggebildes bekannt sind, in dessen Speicher hinterlegt werden, beispielsweise die Seriennummer, das Material, die Anzahl der Elemente und/oder PT-Scheiben, der verwendete Piezotyp, das Produktionsdatum, der verantwortliche Prüfer, die Kapazität, Verlustleistung, der Isolationswiderstand, ein Anzugsdrehmoment, eine Anzugsspannung oder dergleichen, ohne dass die vorstehende Aufzählung Anspruch auf Vollständigkeit erheben würde. Im Zuge einer bidirektionalen Kommunikation ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Ultraschallgenerator an das Ultraschall-Schwinggebilde Daten übermittelt, die er selbst mit eigenen Messungen, z. B. einem Frequenz-Scan, vgl. DE 10 2012 215 994.0 , verifiziert hat. Auf diese Weise lässt sich unter Umständen ein Defekt des Ultraschall-Schwinggebildes diagnostizieren, wenn die Generatormessungen nicht mit den gespeicherten Daten des Ultraschall-Schwinggebildes übereinstimmen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 zeigt schematisch noch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallgerats mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 zeigt schematisch eine Ankopplung eines Transponders in/an dem Ultraschall-Schwinggebilde;
5 zeigt schematisch eine Ankopplung eines Transponders an einem Transformator innerhalb des Ultraschall-Schwinggebildes;
6 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponder in/an dem Ultraschall-Schwinggebilde mit einem Transformator und einer Energiezelle;
7 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponders in/an dem Ultraschall-Schwinggebilde mit Transformator, Energiezelle und Sensoren;
8 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponders in/an dem Ultraschall-Schwinggebilde als Alternative zu der Darstellung in 5;
9 zeigt schematisch eine Abwandlung der Ausgestaltung gemäß 1; und
10 zeigt schematisch eine weitere Abwandlung der Ausgestaltung gemäß 1.
1 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds ein Ultraschallgerät, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das Ultraschallgerät 1 umfasst einen Ultraschallgenerator 2, an den mittels eines Kabels 3 ein Ultraschall-Schwinggebilde 4 angeschlossen ist. Das Kabel 3 fungiert als Versorgungsleitung für ein Hochfrequenz-Anregungssignal (HF-Signal), mit dem der Ultraschallgenerator 2 das Ultraschall-Schwinggebilde 4 zum Schwingen und damit zur Erzeugung von Ultraschall anregt. Diesem Zweck umfasst das Ultraschallschwinggebilde einen Ultraschallwandler (Schallwandler) 4a, welcher das genannte HF-Signal in Ultraschall wandelt. Wie dem Fachmann geläufig ist, umfasst das Ultraschall-Schwinggebilde 4 außerdem regelmäßig noch einen so genannten Strahler, der aufgrund seiner speziellen Geometrie anwendungsspezifisch für die gezielte Abgabe oder Abstrahlung des erzeugten Ultraschalls sorgt. Dieser Strahler ist in den Figuren nicht explizit dargestellt.
Der Ultraschallgenerator 2 weist in an sich bekannter Weise eine Endstufe 2a auf, welche für die angemessene Verstärkung des abzugebenden HF-Signals sorgt. Ausgangsseitig weist der Ultraschallgenerator 2 weiterhin noch ein so genanntes Anpassnetzwerk 2b auf, wobei es sich um eine Schaltung zum Anpassen der Impedanz zwischen einer Quelle für hochfrequente Signale, hier dem Ultraschallgenerator 2, und einem Verbraucher, hier dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 handelt. Mögliche Ausgestaltungen und die Funktion eines solchen Anpassnetzwerks 2b sind dem Fachmann bekannt, so dass hierauf vorliegend nicht weiter einzugehen ist.
Wesentlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun, dass die HF-Versorgungsleitung 3 für eine vorzugsweise bidirektionale Kommunikation von Daten zwischen dem Ultraschallgenerator 2 und dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 benutzt werden kann bzw. benutzt wird. Dies ist in den Figuren durch Pfeile K1 und K2 symbolisch dargestellt. K2 bezeichnet die Kommunikation vom Ultraschall-Schwinggebilde 4 zum Ultraschallgenerator 2, während K1 die umgekehrte Kommunikationsrichtung bezeichnet. Die Kommunikation erfolgt, wie bereits erwähnt, über die HF-Versorgungsleitung 3. Zu diesem Zweck umfasst sowohl der Ultraschallgenerator 2 als auch das Ultraschall-Schwinggebilde 4 jeweils ein Kopplungselement 2c bzw. 4c, welches für eine An-/Auskopplung der betreffenden Kommunikationssignale an die bzw. aus der HF-Versorgungsleitung 3 sorgt. Die Ankopplung selbst kann induktiv, kapazitiv oder nach Art einer Mischform erfolgen. Sie kann für den Ultraschallgenerator 2 und das Ultraschall-Schwinggebilde 4 jeweils unterschiedlich ausgebildet sein. Konkrete Beispiele für eine solche Ankopplung werden weiter unten anhand der 4 bis 8 noch genauer dargestellt.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Erfindung nicht auf eine bidirektionale Kommunikation K1, K2 beschränkt ist. Des Weiteren ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die Kommunikation K1, K2 über die HF-Versorgungsleitung 3 stattfindet. Grundsätzlich ist es alternativ möglich, eine separate drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator 2 und Ultraschall-Schwinggebilde 4 vorzusehen.
Darüber hinaus kann auf Seiten des Ultraschallgenerators 2 die Ankopplung auch innerhalb des Anpassnetzwerks 2b erfolgen, so dass grundsätzlich kein vollständig separates Kopplungselement 2c erforderlich ist.
Die eigentlichen Teilnehmer der Kommunikation K1, K2 sind eine in dem Ultraschallgenerator 2 enthaltene Steuerkarte 2d, welche als intelligente Einheit fungiert und insbesondere von dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 übermittelte Kommunikationsdaten speichern, auswerten und zur Steuerung des Ultraschallgenerators 2 verwenden kann. Zu diesem Zweck weist die Steuerkarte 2d insbesondere eine Speichereinheit 2e auf, welche insbesondere zum Speichern von durch das Ultraschall-Schwinggebilde 4 übertragenen Daten ausgebildet ist. In dem Speicherelement 2e können jedoch auch bestimmte Steuerprogramme oder dergleichen für den Betrieb des Ultraschallgenerators 2 hinterlegt sein, welche in Abhängigkeit von durch das Ultraschall-Schwinggebilde 4 übertragenen Daten bzw. deren Auswertung in der Steuerkarte 2d zum Steuern des Ultraschallgenerators 2 verwendet werden können. Auf Seiten des Ultraschall-Schwinggebildes 4 handelt es sich bei dem Kommunikationsteilnehmer gemäß der Ausgestaltung in 1 um einen Transponder 4d, welcher seinerseits ebenfalls über eine Speichereinheit 4e verfügt bzw. auf eine solche zugreifen kann. In der Speichereinheit 4e sind Daten gespeichert, welche der Transponder 4d beim Anschließen an den Ultraschallgenerator 2 oder im Betrieb über die HF-Versorgungsleitung 3 an den Ultraschallgenerator 2 bzw. dessen Steuerkarte 2d überträgt. Um welche Daten (Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten) es sich hierbei handeln kann, wurde im einleitenden Teil der Beschreibung ausführlich dargelegt.
Bei dem Transponder gemäß der Ausgestaltung in 1 handelt es sich um einen so genannten passiven Transponder, welcher über keine eigene Energieversorgung verfügt und deshalb „parasitär” über die HF-Versorgungsleitung 3 bzw. das Kopplungselement 4c mit elektrischer Energie versorgt wird. Derartige Transponder sind dem Fachmann in vielfältiger Weise bekannt.
Im Hinblick darauf, auf welche Weise die zwischen Ultraschallgenerator 2 und Ultraschall-Schwinggebilde 4 ausgetauschten Daten zum Steuern eines Betriebs des Ultraschallgeräts 1 verwendet werden können, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen.
2 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds eine alternative Ausgestaltung des Ultraschallgeräts 1, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen vorliegend nur auf die wesentlichen Unterschiede zu der Darstellung gemäß 1 näher eingegangen wird.
Gemäß der Ausgestaltung in 2 ist der Transponder 4d in dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 als aktiver Transponder ausgebildet, welcher über eine eigene Energieversorgung verfügt, die beispielhaft in Form einer Energiezelle 4f dargestellt ist. Bei der Energiezelle 4f kann es sich um einen wieder aufladbaren Akkumulator handeln, welcher gemäß der Darstellung in 2 beim Anschließen des Ultraschall-Schwinggebildes 4 an den Ultraschallgenerator 2 bzw. im Betrieb des Ultraschall-Schwinggebildes 4 ausgehend von der HF-Versorgungsleitung 3 mit elektrischer Energie versorgt und entsprechend geladen wird. Die Energiezelle 4f versorgt anschließend den Transponder 4d mit elektrischer Energie. Das Kopplungselement 4c dient demgemäß nur zu Kommunikationszwecken, nicht zur Energieversorgung des Transponders 4d.
Für die weiteren Einzelheiten in 2 sei auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
3 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds noch eine weitere Ausgestaltung des Ultraschallgeräts 1, wobei wiederum nur auf die Besonderheiten gegenüber 1 und 2 näher eingegangen wird.
Das Ultraschallgerät 1 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung in der 2. Auch hier handelt es sich beim dem Transponder 4d um einen aktiven Transponder, welcher über eine Energiezelle 4f mit elektrischer Energie versorgt wird.
Abweichend von der Darstellung in 2 enthält das Ultraschallgerät 1 gemäß 3 auf Seiten des Ultraschall-Schwinggebildes 4 eine Anzahl von Sensoren, die zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 4g bezeichnet sind. Bei den genannten Sensoren 4g kann es sich insbesondere um Temperatur- oder Feuchtigkeits-Sensoren handeln, ohne dass die Erfindung auf derartige Sensorentypen beschränkt wäre. Für weitere Einzelheiten sei auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Wie in 3 anhand der Pfeile M1, M2 dargestellt ist, nehmen die Sensoren 4g physikalische Messwerte auf, welche mit dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 im Zusammenhang stehen. Beispielhaft symbolisiert der Pfeil M1 eine Temperaturüberwachung des Schallwandlers 4a, während Bezugszeichen M2 eine Feuchtigkeitsmessung im Inneren des Ultraschall-Schwinggebildes 4 symbolisiert, beispielsweise wenn das Ultraschall-Schwinggebilde in ein flüssiges Reinigungsmedium eintaucht. Die von den Sensoren 4g aufgenommenen Messwerte oder Messdaten werden an den Transponder 4d geliefert, welcher sie – je nach eigenen Datenverarbeitungsfähigkeiten – aufbereitet oder unmittelbar über die HF-Versorgungsleitung 3 an den Ultraschallgenerator 2 kommuniziert. Auf diese Weise können auch dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes zum Steuern des Betriebs des Ultraschallgeräts 1 verwendet werden. Die eigentliche Steuerung geschieht wieder vorzugsweise durch den Ultraschallgenerator 2 bzw. dessen Steuerkarte 2d, worauf bereits weiter oben eingegangen wurde.
4 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds die kapazitive Ankopplung des Transponders 4d in dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 an die HF-Versorgungsleitung 3, welche in 4 und in den nachfolgenden Figuren als Hin- und Rückleitung dargestellt ist. Der Blockpfeil HF symbolisiert die HF-Versorgung des Ultraschall-Schwinggebildes 4. Der Ultraschallgenerator ist in 4 und den nachfolgenden Figuren nicht dargestellt. Ansonsten entsprechen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleichen oder gleichwirkenden Elementen.
Wie der 4 explizit zu entnehmen ist, ist zwischen der vom Ultraschallgenerator kommenden HF-Versorgungsleitung 3 und dem Transponder 4d ein Kondensator 4h geschaltet, welcher für eine kapazitive Ankopplung des Transponders 4d sorgt. Die elektrischen Eigenschaften des Kondensators 4d und des in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellten Ultraschallwandlers 4a sind so gewählt, dass das eigentliche HF-Anregungssignal im Wesentlichen nur auf den Ultraschallwandler 4a wirkt, während das Kommunikationssignal (Bezugszeichen K1), welches vorzugsweise in Form einer bezogen auf das HF-Versorgungssignal höherfrequenten Modulation vorliegt, über die Ankopplung mittels des Kondensators 4h, welcher als das Kopplungselement 4c gemäß den 1 bis 3 fungiert, im Wesentlichen nur auf den Transponder 4d wirkt.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Ankopplung des Transponders 4d in dem Ultraschall-Schwinggebilde 4. Gemäß 5 erfolgt die Ankopplung kapazitiv und induktiv mittels eines Kondensators 4h und eines Transformators 4i, wobei der Transformator 41 eine primärseitige Induktivität 4i' und eine sekundärseitige Induktivität 4i'' aufweist. Der Transponder 4d ist an die sekundärseitige Induktivität 4i'' angeschlossen, wie in 5 dargestellt. Der Kondensator 4h und der Transformator 4i fungieren gemäß 5 als Kopplungselement 4c (vgl. 1 bis 3).
6 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds die Erweiterung des Ausgestaltung gemäß 5 um eine Energiezelle 4f zur Versorgung des (aktiven) Transponders 4d. Die Energiezelle 4f ist auf der Sekundärseite des Transformators 41 parallel zu dem Transponder 4d geschaltet und steht mit letzteren in elektrischer Wirkverbindung, um den Transponder 4d mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Wirkverbindung des Transponders 4d mit dem Kopplungselement 4c (Kondensator 4h und Transformator 41) dient somit ausschließlich zu Kommunikationszwecken.
Gemäß den 5 bis 8 sind die elektrischen Eigenschaften des Kopplungselements 4c, d. h. des Kondensators 4h und des Transformators 4i derart gewählt, dass das eigentliche HF-Anregungssignal im Wesentlichen nur von dem Ultraschallwandler 4a „gesehen” wird, während der Transponder 4d im Wesentlichen nur einen Kommunikationsanteil (hochfrequente Modulation) des HF-Anregungssignals „sieht”.
7 ist eine Weiterbildung der Ausgestaltung, wie in 6 gezeigt, bei der zusätzlich die bereits erwähnten Sensoren 4g zum Einsatz kommen. Die Sensoren 4g stehen einerseits mit der Energiezelle 4f und andererseits mit dem Transponder 4d in Wirkverbindung. Für weitere Einzelheiten sei auf die Darstellung in 7 und auf die vorstehende Beschreibung der 3 verwiesen.
Schließlich zeigt die 8 eine zu der 5 alternative Ankopplung des Transponders 4d. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausgestaltungen gemäß 5 und 8 liegt in der Ausgestaltung und Beschaltung des Transformators 4i, welcher in der Ausgestaltung gemäß 8 auch als „Spartransformator” bezeichnet werden kann. Die zur kapazitiven Ankopplung des Transponders 4d eingesetzte Kapazität 4h ist zwischen den Transponder 4d und einen Knoten Kn1 geschaltet, welcher Knoten Kn1 zwischen den beiden Wicklungen 4i', 4i'' des Transformators 4i angeordnet ist. Eine weitere Anbindung des Transformators 4d an die HF-Versorgungsleitung 3 erfolgt vor dem Transformator 41 in einem Knoten Kn2. Auch im Falle der 8 ist der Transponder 4d, wie auch in 4 und 5, als passiver Transponder ausgebildet, welcher in „parasitärer” Weise über die HF-Versorgungsleitung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird.
9 zeigt schematisch eine Abwandlung der ersten Ausgestaltung gemäß 1. Wie der Darstellung in 9 zu entnehmen ist, erfolgt hier die Ankopplung des Kommunikationssignals im bzw. am Anpassnetzwerk, welches in 9 mittels eines gestrichelten Rechtecks 2b symbolisiert ist. Wie der Fachmann erkennt, lässt sich diese Art der Ankopplung ohne Weiteres auch auf den Gegenstand von 2 und auf den Gegenstand gemäß 3 übertragen.
Gemäß der Ausgestaltung in 10 erfolgt die Ankopplung mittels des Kopplungselements 2c hinter dem Anpassnetzwerk 2b, während sie gemäß 1 bis 3 vor dem Anpassnetzwerk 2b erfolgte. Auch diesbezüglich gilt, dass die Ankopplung gemäß 10 ohne Weiteres auch auf die Gegenstände der 2 und 3 übertragbar ist. Die Erfindung ist also keinesfalls auf eine bestimmte Lokalisierung der Ankopplung in dem Ultraschallgenerator 2 beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4322388 A1 [0005]
DE 102012215993 [0012, 0037]
DE 102012215994 [0012, 0044]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts (1), welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler (4a) mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschall-Schwinggebilde (4) und Ultraschallgenerator (2) miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren (K1, K2), vorzugsweise digital, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin von dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) bestimmte vorgespeicherte oder dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden, insbesondere zumindest eine der Eigenschaften Nennleistung, Verlustleistung, Resonanzfrequenzen, Seriennummer, Produktionsdatum, Schallabgabezeit, Impedanzverlauf, Start- und/oder Stoppfrequenzen zur Ermittlung eines Arbeitsbereichs, Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten ein Betriebszustand des Ultraschallgeräts (1) und/oder des Ultraschallgenerators (2) automatisch ausgewählt wird, insbesondere eine Anpassung eines Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde (4) an durch die Eigenschaftsdaten bestimmte Eigenschaften des
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation (K1, K2) bidirektional erfolgt, wobei der Ultraschallgenerator (2) Daten an das Ultraschall-Schwinggebilde (4) überträgt, welche Daten vorzugsweise in dem Ultraschall-Schwinggebilde gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation (K1, K2) über eine Hochfrequenz-Versorgungsleitung (3) zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente (2d, 2e; 4d, 4e) des Ultraschallgenerators (2) und/oder des Ultraschall-Schwinggebildes (4) kontaktlos, vorzugsweise kapazitiv und/oder induktiv, oder galvanisch an die Hochfrequenz-Versorgungsleitung (3) oder an eine gesonderte, drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) angekoppelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kommunikation (K1, K2) ein Signal verwendet wird, welches Signal bei einer Modulationsfrequenz moduliert ist, welche Modulationsfrequenz von einer Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde (4) verschieden ist, vorzugsweise höher.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente (4d, 4e) des Ultraschall-Schwinggebildes (4) mittels einer eigenen Energieversorgung (4f) des Ultraschall-Schwinggebildes (4) mit elektrischer Energie versorgt werden, insbesondere wenn dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten (M1, M2) des Ultraschall-Schwinggebildes (4) an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden, oder dass an der Kommunikation beteiligte Elemente (4d, 4e) des Ultraschall-Schwinggebildes (4) passiv, ohne eine eigene Energieversorgung des Ultraschall-Schwinggebildes mit elektrischer Energie versorgt werden, insbesondere wenn vorgespeicherte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes (4) an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden.
Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät (1), welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator (2) dazu ausgebildet ist, einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) enthaltenen Ultraschallwandler (4a) mit elektrischer Energie zu versorgen und zur Erzeugung von Ultraschall anzuregen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ultraschall-Schwinggebilde (4) und Ultraschallgenerator (2) eine datentechnische und/oder signaltechnische Kommunikations-Wirkverbindung ausgebildet ist, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde (4) dazu ausgebildet ist, Daten in Form von Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten über die Kommunikations-Wirkverbindung an den Ultraschallgenerator (2) zu übermitteln, vorzugsweise digital, und wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, anhand der Daten eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes (4) durchzuführen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.
Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) ein aktiver oder passiver Transponder (4d) vorgesehen ist, welcher Transponder (4d) die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten aufweist oder zwecks Übertragung an den Ultraschallgenerator auf die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten Zugriff hat, wobei vorzugsweise in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) wenigstens ein Sensor (4g) vorgesehen ist, dessen Sensordaten (M1, M2) Teil oder Grundlage zumindest der Eigenschaftsdaten sind.
Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallgenerator (2) eine Steuereinheit (2e) aufweist, welche Steuereinheit (2e) zum Durchführen der Kommunikation mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) und zur Auswertung der von dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) empfangenen Daten ausgebildet ist, um vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten einen Betriebszustand des Ultraschallgenerators (2) automatisch auszuwählen, insbesondere eine Anpassung eines Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde (4) an die Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes (4).
Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Wirkverbindung in Form einer kapazitiven und/oder induktiven und/oder galvanischen Ankopplung an eine Hochfrequenz-Versorgungsleitung (3) zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) ausgebildet ist.
Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Wirkverbindung in Form einer separaten drahtlosen oder kabelgebundenen Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) ausgebildet ist.
Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Wirkverbindung für eine bidirektionale Kommunikation (K1, K2) zwischen Ultraschallgenerator (2) und dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) ausgebildet ist, wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, Daten an das Ultraschall-Schwinggebilde (4) zu übertragen, welche Daten vorzugsweise in einem Speicherelement (4e) in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) speicherbar sind.
Ultraschallgerät (1), mit einem Ultraschallgenerator (2) und mit einem mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehenden Ultraschall-Schwinggebilde (4), gekennzeichnet durch eine Kommunikationseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche.