DE2906499C2

DE2906499C2 - Schwingungserzeuger für kleine Betriebsspannungen für Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber

Info

Publication number: DE2906499C2
Application number: DE2906499A
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Franz 8011 Anzing Bernitz
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DK152023B; ATE5638T1; CA1150391A; US4336509A; DK152023C; EP0014868A1; DK60680A; JPS55149663A; EP0014868B1; DE2906499B1; DE3065929D1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schwingungserzeuger für kleine Betriebsspannungen für Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber, bestehecd aus einer Oszillatorschaltung mit einem Gegentaktverstärker und einer lastabhängigen Rückkopplung.

Solche Schwingungserzeuger für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber finden Anwendung in Inhalationsgeräten, Brennstoffzerstäubersystemen, Luftbefeuchtern, Farbzerstäubßxn und ähnlichen Geräten. Sie können einmal aus einer getrennten Oszillator- und Anpaßschaltung für das diese Schaltungsteile nicht beeinflussende piezokeramische Zerstäuberelement bestehen, zum anderen aber kann dieses Zerstäuberelement aufgrund seiner selektiven Eigenschaften Teil der Oszillator· und Anpaßschaltung sein oder über Fühlerelemente im Lastkreis eine lastabhängige Rückkopplung enthalten. Ausnahmslos arbeiten die bekannten Geräte mit hohen Betriebsspannungen, die sie vorwiegend aus einem Netzgerät beziehen. Ihr Bauteilebedarf ist hierbei groß und zur Einstellung der Arbeitsfrequenz bedarf es entweder besonderer Schwingerkonstruktionen oder der Abstimmung mehrerer frequenzbeslimmender Bauelemente auf die Zerstäuberresonanz des piezokeramischen Zerstäuberelementes. Im Betrieb zeigen sich bei den einfacheren Konstruktionen bei Belastungsschwankungen Fehlabstimmungen der Schwingungserzeuge bezogen auf die Zerstäuberresonanz des piezokeramischen Zersläuberelementes, die zum Abreißen der Schwingung des Schwingungserzeugers führen oder in der Anlaufphase ein sicheres Anschwingen dieses Generators auf der Zerstäuberresonanz behindern. Spezielle Korrekturschallungen zur Vermeidung dieses Nachteils sind jedoch wieder aufwendig, teuer und störanfällig. Ebenso möglich wie unerwünscht ist die Erregung anderer nicht zur Zerstäubung geeigneter Schwingmoden des Zerstäuberelementes, welche die sichere Handhabung eines Flüssigkeitszerstäubers behindern.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Schwingungserzeuger für kleine Betriebsspannungen anzugeben, der für Akkumulator- oder Batteriebetrieb geeignet ist, dabei jedoch mit wenigen Bauelementen auskommt, eine einfache Schwingerpassung beinhaltet und einen sicheren Betrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß für die Erzeugung des Rückkopplungsspannungssignals ein abstimmbar frequenzselektiver und Parallelresonanzcharakter aufweisender Stromfühler im Lastkreis vorgesehen ist Erreicht wird hierdurch, daß bei der durch den Mitkopplungstransformator bewirkten Phasenbeziehung und der im Verstärker und dem genannten Fühler erzeugten Schleifenverstärkung die Schwingbedingung für diese eine, durch den r»lektiven

ίο Fühler bandbegrenzte und im piezokeramischen Zerstäuber mögliche Frequenz der Schwingungserzeugerschaltung erfüllt wird, gleichzeitig jedoch die für das piezokeramische Zerstäuberelement ebenso möglichen weiteren Schwingungsmoden bedämpft werden. Die

;5 Schwingungserzeugerschaltung schwingt somit nur auf der gewollten, durch das selektive Fühlerorgan bandbegrenzten Frequenz, auch dann wenn sich benachbart zur Zerstäuberfrequenz, jedoch außerhalb des Selektionsbereiches des Fühlers liegend, eine ohne dieses Selektionsmittel leichter erregbare Resonanzfrequenz oder -Modus befindet Abweichend von gängigen Scliwingungserzeugern mit Seiektionsmitteln im Verstärkerzweig, einem Stromfühler mit wenigstens einer Serienresonanzsiebung und Strom-Spannungswandlung im Rückkopplungszweig der Erregerschaltung arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem, Parallelresonanzcharakter aufweisenden, die Rückkopplungsspannung direkt proportional dem Laststrom erzeugenden Fühler. Damit verbessert sich der Wirkungsgrad der Schaltung, die Selektionsmittel reduzieren sich auf einen Abstimmkreis, der zudem für den Servicefall einfach, ohne umfangreiche Hilfsmittel, nachgleichbar ist Damit wird erreicht, daß die Frequenz der erzeugten Schwingung bandbegrenzt bestimmt wird, z. B. durch

J5 einen Parallelschwingkreis, der auf die Zerstäuberfrequenz des piezokeramischen Zerstäuberelementes abgestimmt ist Erreicht wird damit ferner ein sicheres Anschwingen und ein sicherer Betrieb der Schallung auf der Zerstäuberresonanz von der er auch unter Belastung kaum abweicht. Sin Au«jr;eichen des Schwingungserzeugers auf einen anderen Schwingungsmodus des Zerstäuberelementes wird damit vermieden.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Stromfühler ein mittels Resonanzübertrager angekoppelter Parallelresonanzkreis ist

Damit erreicht man mit wenigen Bauelementen eine betriebssichere Schwingungserzeugerschaltung mit einem piezokeramischen Zerstäuberelement Für die Auslegung des Mitkopplungstransformators erwiesen

sich beispielsweise Obersetzungsverhältnisse um Vu und für die Güte des Parallelschwingkreises etwa Q = SO als günstig, damit die Schaltung sicher anschwingt und bei Belastung sich nur unwesentlich von der Sollfrequenz verstimmt. Eine Sonderbauform des Zerstäuberelementes zum Herleiten der Mitkopplung»* spannung ist hierfür nicht notwendig. Die Mitkopplungsbedienung zur Schwingungsanfachung erzielt man durch entsprechende Polung (zur Eingangswicklung gegensinnige Auskopplung) des Mitkopplungstransfor· mators. Der Parallelschwingkreis, der über einen Spartransformator, einen potentialtrennenden Transformator oder eine kapazitive Ankopplung im Versorgungsstromkreis des piezokeramischen Schwingers liegt kann kapazitiv oder induktiv abgeglichen

<>5 werden, oder der Abgleich kann aus einer Kombination Beider Venahren bestehen. Damit wird beim Wechsel des Schwingers die Abgleicharbeit minimiert, im günstigsten Verfahren auf einen Abgleichvorgang eines

Elementes. Mit der geringen Zahl störanfälliger Bau- und Abgleichelemente steigt die Zuverlässigkeit und Störunanfälligkeit des Schwingungserzeugers.

Zur Verbesserung der Eigenschaften für kleinste Betriebsspannungen dient eine Ausgestaltung der Schaltung, bei der dem Zerstäuberelement eine Anpassungsdrossel parallelgeschaltet ist

Bei kleinen Versorgungsspannungen oder Spannungsquellen niedrigen Innenwiderstandes gewinnt die Anpassungsdrossel, die zum Zerstäuberelement parallelliegt an Bedeutung, da die hohen Lastströme der Schwingschaltung am endlichen Innenwiderstand der Ansteuerschaltung mit deren Spannungsquelle im Resonanzfall zu Spannungseinbrüchen führt Durch diese Drossel wird ein der Zerstäuberresonanz, mit Serienresonanzcharakter eng benachbarter Schwingungsmodus, mit Paralleiresonanzcharakter derart verschoben, daß er außerhalb der Bandbreite des Stromfühlers liegt, den er andernfalls beeinflußen würde; wichtiger erweist sich hierbei noch, daß eine Resonanzüberhöhung im Zerstäubermodus auch bei Spannungseinbrüchen stattfindet.

Sofern der Verstärkerteil des Schwingungserzeugers mit Versorgungsspannungen in der Größenordnung von 1 Volt auskommt, arbeitet der Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber ab 1 Volt Betriebsspannung, was für Batteriegerät oder einen Betrieb an Akkumulatoren von Bedeutung ist

F i g. 1 zeigt einen Schwingungserzeuger für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber für niedrigste Versorgungsspannungen.

Fig.2 zeigt den diskreten Aufbau eines Schwingungserzeugers für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber für niedrigste Versorgungsspannungen.

In F i g. 1 ist ein Schwingungserzeuger für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber dargestellt. Der Verstärker 11, der einen Differenzeingang 12a, b und einen Differenzausgang 13a, b besitzt, treibt über den Mitkopplungstransformator 14 eine selektive Beschallung, die aus dem piezokeramischen Zerstäuberelement 15, der hierzu parallelliegenden Anpassungsdrossel 16, den zur Parallelschaltung aus diesen beiden Bauelementen in Serie liegenden, durch Resonanzübertrager 17 angekoppelten Parallelschwingkreis 18 und der Steuerleitungen der von der Primärseite des Resonanzübertragers 17 abgeleiteten Mitkopplungssteuerspannung für den Differenzeingang 12 des Verstärkers 11 besteht Die Versorgungsspannung, eine Batterie oder Akkumulator 19, liegt zwischen dem Anschluß 20a für die positive und den Anschluß 20b für die negative Betriebsspannung des Verstärkers 11. Der Wicklungssinn der Sekundärseite des Mitkopplungstransformators 14 ist derart gewählt, daß über den Abgriff am Schwingkreis eine, die Schwingung erregende Mitkopplung des Verstärkers 11 entsteht Die Zerstäuberresonanz des piezokeramischen Zerstäuberelement 15 wird durch die abgleichbare Induktivität des über Resonanzübertrager angekoppelten Parallelschwingkreises 18 eingestellt.

In Fig.2 wird ein Schwingungserzeuger für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber mit einer Verstärkerschaltung dargestellt die aus zwei npn-Si-Transistoren 21, 22 in Differenzverstärkeranordnungen besteht,

s deren Kollektoren über eine mittenangezapte Primärwicklung des Mitkopplungstransformators 23 mit der positiven Versorgungsspannung 24 verbunden ist. Sekundärseitig ist der Mitkopplungstransformator 23 durch die Parallelschaltung aus Zerstäuberelement 25

ίο mit seiner Anpassungsdrossel 26 und dem hierzu in Serie liegenden über den Resonanzübertrager 27 angeschlossenen Prallelschwingkreis 28 belastet Über der Primärwicklung des Resonanzübertragers 27 wird die Mitkopplungsspannung abgegriffen und auf die Basen der Differenzverstärkertransistoren 21, 22 gegeben. Die Phase dieser Mitkopplungsspannung wird durch den Wicklungssinn der Sekundärwicklung des Mitkopplungstransformators erreicht Der Widerstand 29 zwischen der positiven Versorgungsspannungsklemme und der Basis des Transistors 21 Hefen den für den Schaltungsanlauf nötigen Basisstro« ^ des Differenzverstärker, der sich im Betriebsfalle selbst fsber die Dioden 30, 31 durch Gleichrichtung eines Teiles der Mitkopplungsspannung sein Basispotential herstellt Gleichzeitig wird die Ansteuerung der Basen bezüglich dem gemeinsamen Emitterpunkt durch die jeweils leitende Diode Symmetrien. Der gemeinsame Emitterpunkt des Differenzverstärkers, der mit den beiden Anoden der zwischen Emitter und Basis der Transistoren jeweils in Sperr-Richtung gepolten Dioden 30 und 31 verbunden ist, liegt an der negativen Klemme der Versorgungsspannung 24, die als Minimalwert etwa 1 Volt betragen kann. Statt der Ankopplung des Parallelresonanzkreises 28 durch den Resonanzübertrager 27 sind auch andere Anordnungen denkbar; so kann statt des mit zwei getrennten Wicklungen, ausgeführten Transformators auch ein Spartransformator Verwendung finden. Ebenso denkbar ist eine Anordnung, die statt dieses induktiven Spannungsteilers eine Ausführung mH einem

•to kapazitiven Spannungsteiler verwendet Des weiteren sind für den Anlaufwiderstand 29 Varianten möglich, die denselben Zweck wie den im dargestellter. Beispiel erzielen. So kann der Anlaufwiderstand in zwei symmetrische Widerstände, die den jeweiligen Basen zugeordnet sind, aufgeteilt sein, weiterhin kann er als ein einzelner Widerstand 29 an jedem Punkt der Schaltung, die sekundärseitig am Mitkopplungstransformator angeschlossen ist und mit den Basen des Differenzverstärkers in galvanischer Verbindung steht, angreifen.

Vereinfachte Fertigungsbedingungen lassen sich aus der Fortbildung des Resonanzübertragers des Parallelschwingkreises durch Anwendung eines leichter zu fertigenden Spartransformators erreichen.
Bei Betriebsbedingungen mit größeren Spannungen und damit vielfach zusammenhängend, mit höherem Innenwiderstand genügt als selektiver STomfühter ein aus einer unangezapften Spule und einer Kapazität gebildeter Parallelschwingkreis im Strompfad.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungserzeuger für kleine Betriebsspannungen für Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber, bestehend aus einer Oszillatorschaltung mit einem Gegentaktverstärker und einer induktiven Mitkopplung, einem piezokeramischen Zerstäuberelement und einer lastabhängigen Rückkopplung, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Rückkopplungssginals ein abstimmbar frequenzselektiver und Parallelresonanzcharakter aufweisender Stromfühler im Lastkreis vorgesehen ist

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler ein mittels Resonanzübertrager angekoppelter Parallelresonanzkreis ist

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für kleinste Betriebsspannungen eine Anpassungsdrossel zum piezokeramischen Wandler parallel geschaltet ist