Funktionsweise von Ultraschallgeneratoren

Grundlagen
Ultraschallgeneratoren erzeugen Frequenzen die oberhalb des Hörbereiches des menschlichen Gehörs liegen. Der industriell genutzte Frequenzbereich liegt im Bereich 15 KHz bis ca. 3MHz. Wobei der Bereich 15 KHz bis ca. 100 KHz für Anwendungen wie z.B. US-Reinigen, -Schweißen , - Dispergieren, - Emulgieren usw. genutzt wird. Die verwendete Leistung bewegt sich im Bereich von ca. 10 Watt – ca. 20 KW. Hohe Leistungen > 1KW werden hauptsächlich im Bereich um 20 KHz für Anwendungen wie US-Schweißen und – Reinigen eingesetzt. Oberhalb von 100 KHz bis ca. 3 MHz wird von hochfrequentem Ultraschall gesprochen. In diesem Bereich gibt es Anwendungen z.B. im Feinstreinigen. Hier werden Generatoren beschrieben die hauptsächlich für die Anwendungen US-Schweißen und – Reinigen im Bereich 15 – 100 KHz genutzt werden.

Historie
Bis zum Anfang der 60er Jahre wurden US–Generatoren mit Vacuumröhren gebaut. Die Verfügbarkeit von entsprechenden Leistungshalbleitern (Transistoren und Thyristoren) führte zu neuen Entwicklungen und löste die bis dahin verwendete Röhrentechnik ab. Die ersten mit Halbleitern ausgerüsteten US-Generatoren wurden Anfang der 60er Jahre entwickelt.

Ein US-Generator für Leistungsanwendung besteht im wesentlichen aus folgenden Baugruppen:

Blockschaltbild UltraschallgeneratorenNetzfilter (1) , Gleichrichter (2) , alternativ Powerfactor Korrektur-Schaltung (3), für die Netzspannung, Siebung der Netzspannung (4), Leistungsverstärker (5), Filter und Anpass-Schaltung (6), Frequenzerzeugung und Regelung (7)

Funktion
Die Netzspannung von 230 Volt bzw. 380 Volt für Generatoren höherer Leistung (> = 3KW), wird zur Einhaltung der einschlägigen EMV Vorschriften zunächst über ein Filter geführt und wird in der Regel durch einen Brückengleichrichter geleichgerichtet. Es entsteht eine Gleichspannung, die normalerweise mit Elektrolytkondensatoren gesiebt wird. Alternativ werden auch Powerfaktor Korrekturschaltungen eingesetzt. Diese stabilisieren die Gleichspannung und vermeiden eine hohe Blindleistungsaufnahme, die durch den Stromflusswinkel der Gleichrichtung verursacht wird.

Diese Gleichspannung wird nun durch eine Leistungs-Transistor Endstufe auf die gewünschte Ausgangsfrequenz umgewandelt. Es entsteht eine rechteckförmige Spannung mit der gewünschten US-Frequenz. Diese Rechteckspannung wird auf einen Transformator geschaltet, der zum einen die galvanische Trennung der Ausgangsspannung die am US-Schwinger anliegt vom Netzpotential gewährleistet, sowie eine Anpassung der Schwingerimpedanz an den Innenwiderstand des Generators vornimmt.

Durch ein nachgeschaltetes Filter (normalerweise ein Schwingkreis) wird die Rechteck-Spannung in eine sinusförmige Spannung umgeformt und auf den Schwinger geschaltet. Durch Rückführung entsprechender Signale wie Schwingerstrom - Spannung und Phasensignalen wird der Generator geregelt. Die Regelung wird so ausgeführt, daß bei Reinigungsanwendung eine konstante Leistung -, bei Schweißanwendungen und ähnliche Anwendungen, eine konstante Amplitude der US-Schwingung am Schwingsystem erzielt wird. Zusätzliche elektronische Sicherungen für Kurzschluss am Schwinger, Übertemperatur und Überlast sichern den Generator ab.

soniKKs Ultrasonics Technology GmbH

Neuenbürger Strasse 72
75335 Dobel
Deutschland

Tel: +49 (0)7083 - 92 483 - 60
Fax: +49 (0)7083 - 92 483 - 70
E-Mail: sales@sonikks.de