DE2423592B2

DE2423592B2 - Ausgangsschaltung für einen Ultraschallgenerator

Info

Publication number: DE2423592B2
Application number: DE19742423592
Authority: DE
Inventors: Alain Bonne Menoge Manzo (Frankreich)
Original assignee: Mecasonic Sa Annemasse (frankreich)
Current assignee: Mecasonic Sa Annemasse (frankreich)
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2423592C3; FR2269381B1; GB1506174A; IT1029158B; DE2423592A1; FR2269381A1

Description

(L + L_Ti) Cl = 1

(C₁ + Cj)

= Z

wobei

Lr,·

Lr₂·

Induktivität der Kompensationsspule L,
Induktivität der Sekundärspule Ti',
Induktivität der Sekundärspule T₂',
Kapazität des Wandlers Ci,
Kapazität des Kondensators C₂',
Kreisfrequenz und
Impedanz des Wandlers Ci.

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2. Ausgangsschaltkreis eines Ultraschallgenerators, insbesondere zum Schweißen von Kunststoffkörpern, mit einem Ausgangstransformator, der eine im Gegentakt geschaltete Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die einen Wandler ansteuert und im Sekundärkreis mit einer Rückkopplungsanordnung versehen ist, welche auf die Basis von einen Leistungsoszillator steuernden Transistoren einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransformator (T) in einer Brückenschaltung (T₁', C₁; C₂', L) eine Sekundärspule (71') aufweist, die außer dem Wandler (Ci) eine in der Brückendiagonale liegende Kompensationsspule (L) speist, welche mit einem Kondensator (CJ) abgeglichen ist, daß die Rückkopplungsanordnung zwei in eo Reihe geschaltete Spulen (Fi, F₂) aufweist, von denen eine (Fi) auf die Kompensationsspule (L) gewickelt ist und die andere (F₂) auf der Sekundärseite des Ausgangstransformators (T) liegt, und daß die Schaltelemente der Brückenschaltung folgenden Gleichungen genügen:

(L + L_r.) C] = 1

L-,η =

(C₁ +

wobei

L_n -C, ·
C₂' .
ω
Z

= //jduktiität der Konipensationsspule L,

= Induktivität der Sekundärspule T₁',

= Kapazität des Wandlers C₁,

= Kapazität des Kondensators C₂',

= Kreisfrequenz und

= Impedanz des Wandlers C\.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspule (L) auf einen Eisenkern mit großer Reluktanz gewickelt ist.

4. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransformator (T) auf einen Magnetkern mit der Reluktanz Null gewickelt ist

Die Erfindung betrifft einen Ausgangsschaltkreis eines Ultraschallgenerators, insbesondere zum Schweißen von Kunststoffkörpern, mit einem Ausgangstransformator, der eine im Gegentakt geschaltete Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die einen Wandler ansteuert und im Sekundärkreis mit einer Rückkopplungsanordnung versehen ist, welche auf die Basis von einen Leistungsoszillator steuernden Transistoren einwirkt

Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 35 26 792 bekannt Mit der bekannten Schaltung soll erreicht werden, daß die mechanische Leistungsfähigkeit des Wandlers anwächst, wenn der Ultraschallgeber in einem Medium mit größerem Widerstand arbeitet. Dies wird bei der bekannten Schaltung dadurch erreicht, daß in den Sekundärkreis ein Rückkopplungstransformator eingeschaltet wird, dessen Sekundärwicklung die Steuertransistoren des Leistungsoszillators beaufschlagt. Parallel zum Wandler ist noch eine Kapazität zur Kompensation des Wandlers geschaltet. Bei diesem Gerät ist jedoch die Leistungssteigerung des Wandlers mit einer Phasenverschiebung verknüpft, welche sich für gewisse Anwendungszwecke, beispielsweise der Verwendung des Ausgangsschaltkreises für einen Ultraschallgeber zur Verschweißung von Kunststoffgegenständen, als störend erweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ausgangsschaltkreis für einen Ultraschallgenerator vorzuschlagen, der zum Zeitpunkt der Leistungserhöhung keine Phasenverschiebung einführt.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgangstransformator zwei Sekundärwicklungen aufweist, von denen in einer Brückenschaltung die eine außer dem Wandler eine in der Brückendiagonale liegende Kompensationsspule speist und die andere an das andere Ende der Kompensationsspule angeschlossen und mit einem Kondensator abgeglichen ist, daß die Rückkopplungsanordnung zwei in Reihe geschaltete Spulen aufweist, von denen eine auf die Kompensationsspule gewickelt ist und die andere auf der Sekundärseite des Ausgangstransformators liegt, und daß die Schaltele-

mente der Brückenschaltiing folgenden Gleichungen genügen:

(L + L₇-.) Ci = 1

wobei

(C₁ + C₂'),

= Z

L = Induktivität der Kompensationsspule L,

L₇-,' = Induktivität der Sekundärspule 7Ί',

Lt₂· = Induktivität der Sekundärspule T₂,

Ci = Kapazität des Wandlers Ci,

C₂ = Kapazität des Kondensators C₂,

ω = Kreisfrequenz und

Z = Impedanz des Wandlers C\.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgangstransformator in einer Brückenschaltung eine Sekundärspule aufweist, die außer den Wandler eine in der Brückendiagonale liegende Kompensationsspule speist, welche mit einem Kondensator abgeglichen ist, daß die Rückkopplungsanordnung zwei in Reihe geschaltete Spulen aufweist, von denen eine auf die Kompensationsspule gewickelt ist und die andere auf der Sekundärseite des Ausgangstransformators liegt, und daß die Schaltelemente der Brückenschaltung folgenden Gleichungen genügen:

allen Fällen verarbeitbar zu einer Widerstandslast, so daß die Verluste des Leistungstransistors praktisch auf Null reduziert sind. Man sieht den Vorteil der Schaltung infolge einer Benutzung eines schnellen Transistors unmittelbar daran, daß in allen vorliegenden Fällen bei der benutzten Frequenz eine viel größere dynamische Verstärkung als mit langsamen Transistoren homogener Basis erzielt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichungen zeigen in

F i g. 1 in Kurve 1 die vom Generator abgegebene Leistung P als Funktion der Last C und in Kurve 2 die Änderung der Leistung PaIs Funktion der Last C,

Fig.2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig.3 eine Variante der in Fig.2 angegebenen Schaltung.

Gemäß dem in Fig.2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung trägt der Ausgangstransformator T des Generators eine übliche, im Gegentakt geschaltete Primärspule und auf der Sekundärseite zwei Spulen 71' und T₂.

Die erste der zwei Spulen T_x' speist den Schweißkopf, der zum Beispiel von einem elektrostriktiven Wandler Ci gebildet wird, der von einer Spule L mit entsprechender Reluktanz kompensiert wird, in der Weise, daß die nachstehende Gleichung erfüllt ist:

(L + L₇-.) C\ = 1

wobei

L_n- -Q -C₂' -ω Z

(C₁ + C{).

= Z

Induktivität der Kompensationsspule L, Induktivität der Sekundärspule Ty, Kapazität des Wandlers Ci, Kapazität des Kondensators C₂', Kreisfrequenz und
Impedanz des Wandlers C\.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist die Kompensationsspule auf einen Eisenkern mit großer Reluktanz gewickelt.

Zweckmäßigerweise ist der Ausgangstransformator auf einen Magnetkern mit der Reluktanz Null gewickelt.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Leistungssteigerung proportional zu auf den Schweißkopf angelegten Last. Die Verbesserung der Leistung wird in allen Fällen durch eine gleichzeitige Steigerung des Stromes und der Spannung auf den Schweißkopf erreicht, obwohl die Impedanz steigt. Die gleichzeitige Steigerung des Stromes und der Spannung auf den Kopf wird in allen Fällen ohne Phasenänderung verwirklicht.

Weiter bietet die Erfindung in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, bei rein reaktiver Last schnelle Transistoren, epitaktische Technik oder multiepitaktische Technik zu verwenden. Die auf die Primärseite des Ausgangstransforrnators übertragene Impedanz ist in (L + L_T.) C\ = 1

worin bedeutet:

L den Wert der Induktivität der Kompensationsspule L des Schweißkopfes,

Lt₁ ■ den Wert der Induktivität der Spule T\ des

Sekundärkreises des Ausgangstransformators T, Ci die Kapazität des Schweißkopfes (Wandler Ci).

Die zweite Wicklung T₂ speist die Kompensationsspule (L) und eine Kapazität C₂' mit beträchtlichem Wert gegenüber (Ci) nach folgender Beziehung:

(C₁ + C₂') ο

= Z

in welcher bedeutet:

sei Lt₂' den Wert der Induktivität für die Spule der

Sekundärwicklung T₂' des Transformators,
C₂ die Kompensationskapazität und
ω die Kreisfrequenz,
Z die Impedanz des Schweißkopfes.

Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß man einen Ausgangstransformator T benutzt, dessen Sekundärkreis aus zwei Wicklungen T\ und T₂' besteht, die man als eine abgeglichene Brücke ansehen kann, wenn man die Schaltung des Sekundärkreises alleine mit den Belastungen prüft, welchen sie angeschlossen ist Zusätzlich zu dieser Schaltung wird durch die Erfindung ein »feed-back«-System geschaffen, das aus zwei in Serie geschalteten Wicklungen Fi und F₂ besteht, wobei

_b5 Fi mit der Wicklung der Kompensationsspule L und F2 mit dem Sekundärkreis des Ausgangstransformators T gekoppelt ist, wodurch eine Verbesserung der vom Generator abgegebenen Leistung erzielt wird, die

proportional der Impedanzsteigerung des Schweißkopfes ist.

Tatsächlich ist die Kompensationsspule L auf einen Eisenkern mit großer Reluktanz gewickelt (beträchtliche Spaltbreite). Der Ausgangstransformator T ist auf einen magnetischen Kern mit der Reluktanz Null gewickelt (Spaltbreite Null), damit die Leistungstransistoren im Impulsbetrieb arbeiten.

Während der Durchführung der Schweißung wächst die Impedanz des Kopfes gemäß dem Druck, den man auf das zu schweißende Stück ausübt. Diese Steigerung der Impedanz führt zu einer starken Erhöhung der Spannung auf der Wicklung Fi, während die Spannung in den Klemmen der Wicklung F2 praktisch konstant bleibt. Die Differenz dieser beiden Spannungen wird auf die Basis Btr des Transistors des Oszillators gegeben und, da das Signal der Impedanzänderung des Kopfes proportional ist, gibt der Oszillator eine Leistung ab, die proportional der Impedanz des Kopfes ist. Durch die

Linie 2 in F i g. 4 ist die Kurve der Leistungsveränderunj als Funktion der Last wiedergegeben.

In der in F i g. 3 wiedergegebenen Variante de Schaltung findet man die gleichen Komponenten, de einzige Unterschied liegt darin, daß man die Sekundär wicklung T/ weggelassen hat. Es kommt so zu eine Überlagerung des durch den Wandler fließendei Stromes mit dem Strom, der durch die Kapazität T2 fließt in der gleichen Wicklung 7Ί'. Dies läßt sich jedocl nur dann vertreten, falls der Ultraschallgeber nu vergleichsweise schwache Leistungen abzugebei braucht.

Die erfindungsgemäße Schaltung kann gleicherma Ben für einen elektrostriktiven, magnetostriktiven ode Wandler anderer Art verwendet werden. Die Art de verwendeten Schaltung oberhalb des Ausgangstransfor mators Tkann eine Gegentaktschaltung parallel oder ii Serie oder eine Kombination beider sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgangsschaltkreis eines Ultraschallgenerators, insbesondere zum Schweißen von Kunststoffkörpern, mit einem Ausgangsttransformator, der eine im Gegentakt geschaltete Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die einen Wandler ansteuert und im Sekundärkreis mit einer Rückkcpplungsanordnung versehen ist, welche auf die ι ο Basis von einen Leistungsoszillator steuernden Transistoren einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransformator (T) zwei Sekundärwicklungen (Ti', T₂') aufweist, von denen in einer Brückenschaltung (Ti', C₁; T₂', C₂'; L) die eine (Tl') außer dem Wandler (Ci) eine in der Brückendiagonalen liegende Kompensationsspule (L) speist und die andere (T₂') an das andere Ende der Kompensationsspule (L) angeschlossen und mit einem Kondensator (C₂) abgeglichen ist, daß die Rückkopplungsanordnung zwei in Reihe geschaltete Spulen (Fi, F₂) aufweist, von denen eine (Fi) auf die Kompensationsspule (L)gewickelt ist und die andere (F₂) auf der Sekundärseite des Ausgangstransformators liegt, und daß die Schaltelemente der Brückenschaltung folgenden Gleichungen genügen: