DE2814467A1

DE2814467A1 - Ultraschall-oszillatorsystem

Info

Publication number: DE2814467A1
Application number: DE19782814467
Authority: DE
Inventors: Youichiro Akanuma; Kouichi Mishima; Akira Nishi; Shohachi Yamada
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1978-03-24
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2814467C2; CH629689A5; US4168916A

Description

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Meine Akte: o'j¹ ·>

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Stanley Electric Co., Ltd. Tokio, Japan

Ultraschall-Oszillatorsystein.

" Die Erfindung betrifft ein Ultrascnall-Oszillatorsys\;ein;

ι In bekannten Ultraschall-Bearbeitungsgeräten und Ultra-

; schall-Schweißgeräten ist ein Vibrator mit einem Horn ! bzw. Schalltrichter zur wirksamen Verstärkung einer [ Schwingungsamplitude unter Ausnutzung von Ultraschallwellen verbunden. In einem derartigen Schwingsystem vri.ro ι ein rückgekoppelter Schwing-Oszillator verwendet, dessen Schwingfrequenz automatisch der Resonanzfrequenz des Schv/in;"-systems folgt, um den Oszillator.anzusteuern. In einem derartigen schwingungsrückgekoppelten Oszillator ist eine starke Rückkopplung, d.h. ein großer Rückkopplun^sfaktor eingestellt und die Amplitude wird durch eine Ampli-

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tudenbegrenzungsschaltung begrenzt. Wenn jedoch, die Belastung groß ist, tritt häufig der Fall auf, daß die Schwingung angehalten wird, da sich, die Rückkopplungsgröße reduziert.

Bei einem derartigen System wird ein Bandpaßfilter benutzt, um zu vermeiden, daß eine Schwingung infolge von höheren Harmonischen des Oszillators auftritt. Das Filter hat die Hachteile, daß sich dessen frequenzabhängige Kapazität verringert, wenn die Frequenzselektivität verstärkt wird und daß die Schwingung aufgrund einer hohen Frequenz infolge des Vibrators hervorgerufen wird. Solche Fachteile machen sich insbesondere in dem Fall stark bemerkbar, wenn der Oszillator so eingestellt ist, daß er durch einen sehr kleinen Rückkopplungsgrad bzw. Rückkopplungsfaktor schwingt. Bei einem derartigen System ist ferner die Frequenzeinstellung sehr schwierig, da die Resonanzfrequenz des Bandpaßfilters zusammen mit der Resonanzfrequenz des Schwing- bzw. Vibratorsystems benützt wird. Darüber hinaus besteht der Nachteil, daß die Schwingung nicht unmittelbar danach auftritt, nachdem die Speisequelle eingeschaltet wird, und zwar in dem speziellen Zustand, in welchem bereits dann eine Belastung vorhanden ist, wenn die Speisequelle eingeschaltet wird. In einem schwingungsrückgekoppelten Oszillator in.Verbindung mit einem Ultraschall-Bearbeitungsgerät tritt auch die Schwierigkeit auf, daß die natürliche Schwingoder Vibratorfrequenz eines auszuwechselnden Werkzeuges so eingestellt werden muß, daß es mit der Resonanzfrequenz des Schwingsystems bzw. Vibratorsystems übereinstimmt. .

Bei einer Ultraschall-Werkzeugmaschine mit einem schxfingungsrückgekoppelten Oszillator sitzt der Vibrator vollständig in einem Kunststoffgehäuse zusammen mit dem ein Werkzeug,

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beispielsweise einen Schleifstein, einen Bohrer oder dergleichen an seiner Vorderseite aufnehmenden Horn_y die mittels Schrauben oder dergleichen in dem Gehäuse befestigt sind. Wegen der in einer derartigen Werkzeugmaschine oder einem Bearbeitungsgerät auftretenden hohen Temperatur während des Arbeitsvorganges infolge des Vibrators und des Werkzeugs kann somit kein Strom zu dem Vibrator fließen, der einen bestimmten Stromwert überschreitet. Daher kann die Werkzeugmaschine bzw. das Bearbeitungsgerät hinsichtlich der Leistung nicht erhöht werden und die kontinuierliche Arbeitszeit ist durch den Einfluß der erzeugten hohen Temperatur begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Oszillatorsystem zu schaffen, welches die vorstehend angegebenen Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Phasendetektor zur Erfassung der Phasendifferenz zwischen einer Lastspannung und sich ändernden Signalgrößen vorgesehen ist, wobei diese Signalgrößen jeweils einen Lastbetriebszustand anzeigen, und daß ein spannungssteuernder Oszillator angeordnet ist, der eine Schwingfrequenz durch einen in eine Spannung umgewandelten Gleichstrom steuert, wobei diese Spannung der Phasendifferenz entspricht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft einen Ultraschall-Oszillator, insbesondere zum Antrieb eines Schwingsystems eines Geräts unter Ausnutzung von Ultraschallwellen. Der Ultraschall-Oszillator kann zufriedenstellend durch

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die Resonanzfrequenz einer Last angesteuert v/erden und hat eine ausgezeichnete Eigenschaft, der Resonanzfrequenz zu folgen. Der Oszillationsbetrieb des Oszillators ist stabil und der Beginn des Betriebs ist sichergestellt. Insbesondere wird die Oszillation auch bei hoher Belastung nicht unterbrochen und die Oszillatorschaltung weist kein Element mit einer Resonanzcharakteristik mit Ausnahme der Last auf. Der Einsatz des Ultraschall-Oszillators bei einem Ultraschall-Bearbeitungsgerät stellt sicher, daß die Schaltung leicht betrieben werden kann, auch wenn die Resonanzfrequenz durch das Austauschen des Werkzeuges verändert wird. Bei einem Ultraschall-Bearbeitungsgerät oder einer Ultraschall-Werkzeugmaschine kann auch die Leistung erhöht werden und dieses Gerät eignet sich vorteilhafterweise für einen Gebrauch über eine lange Zeitdauer.

Der erfindungsgemäße Ultraschall-Oszillator weist einen Phasendetektor zur !Feststellung der Phasendifferenz zwischen einer Lastspannung und sich ändernden Signalgrößen auf, welche jeweils einen Betriebszustand der Last anzeigen. Ein spannungssteuernder Oszillator dient zur Steuerung der Schwingfrequenz des Oszillatorsystems über eine Gleichstrom-Spannung, d.h. eines in eine Gleichspannung umgewandelten Stromes,welcheder Phasendifferenz entspricht.

Das Ultraschall-Gerät xireist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Vibrators sowie eine Vielzahl von Lufteinlaßöffnungen an geeigneten Positionen des Gehäuses auf. In dem Gehäuse ist ein Motor kleiner Größe über dem Vibrator angeordnet, und trägt einen Ventilator auf seiner Antriebswelle.

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Die Erfindung schafft ein Ultraschall-Oszillatorsystem mit automat isolier Verstärkung, welches einen Phasendetektor zur Feststellung der Phasendifferenz zwischen einer Lastspannung und sich ändernden Signalgrößen enthält, welche einen Arbeitszustand der Last anzeigen. Ein spannungssteuernder Oszillator ist zur Steuerung der Schwingfrequenz über eine Gleichstrom-Spannung vorgesehen, die der Phasendifferenz entspricht. Das Ultraschall-Oszillatorsystem enthält einen Vibrator, der von dem Oszillatorsystem angesteuert wird, sowie einen Motor kleiner Größe mit einem Ventilator zur Kühlung des Vibrators. Der Vibrator und der Ventilator sind in einem Gehäuse angeordnet, dessen Größe klein ist, so daß das Gerät handlich ist und zum Polieren und zur Ausführung anderer Bearbeitungsvorgänge verwendet werden kann.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Oszillatorsystems anhand von Zeichnungen zur Beschreibung weiterer Merkmale erläutert. Es zeigen:

ilg. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des TJltraschall-Oszillatorsystems,

Fig. 2 die Schaltung eines Phasenkomparators,

Fig. 3a bis 3d Wellendiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Phasenkomparatorschaltung nach Fig. 2,

Fig. 4- die Schaltung eines Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad, und

Fig. 5 eine Teilschnittansicht eines Lagerabschnitts eines Vibrators und das Werkzeug eines Ultra-

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schall-Bearbeitungsgeräts.

In Fig. 1 ist ein Oszillatorsystem mit einem Vibrator 1 dargestellt, der mit einem Horn 2 zur Bildung eines Schwingsystems verbunden ist. In einem Teil des Schwingsystems, beispielsweise am Vibrator 1,ist ein Schwingungsdetektor 3 angeordnet, der ein Ausgangssignal (eine der Schwingbex^egung entsprechende Spannung) abgibt, das proportional der Schwinggeschwindigkeit ist. Dieses Ausgangssignal wird in einer Detektorschaltung 6 gleichgerichtet und anschließend mit einer Bezugsspannung verglichen. Die erhaltene Differenzspannung wird über eine Zwischeneinheit eines Verstärkers 7 und eine Zeitkonstantenschaltung 8 an einen Verstärker 17 mit variablem Verstärkungsgrad angelegt, wodurch eine Art gleichgerichtetes Gegenkopplung ssignal erzeugt wird. Eine solche Anordnung ist im \ie sent liehen ähnlich einem bekannten schwingungsrückgekoppelten Oszillator.

Der Ausgang des Schwingungsdetektors 3 wird an eine einen Mullpunkt erfassende Schaltung 11 angelegt, so daß eine Rechteckquelle erhalten wird. Das rechteckige oder ßägezahn-Signal wird einer Phasenkomparatorschaltung 13 zugeführt und dort mit einer Steuerspannung des Vibrators 1 verglichen, die bezüglich der Phase in einer Phaseneinstellschaltung 12 so eingestellt ist, daß eine dem Differenzsignal entsprechende Gleichstrom-Spannung erhalten wird. Die auf diese Weise erhaltene Spannung wird in einem Gleichstrom-Verstärker 14 verstärkt und zur Steuerung der Oszillationsfrequenz eines spannungssteuernden Oszillators 15 verwendet. Das rechteckförmige Ausgangssignal des Oszillators 15 wird in eine sinusförmige Welle durch eine Signalformschaltung umgeformt und dann an den Verstärker 17 ait variablem

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Verstärkungsfaktor angelegt und verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 17 wird in einem Leistungsverstärker 10 weiterverstärkt, so daß es als Steuerspannung für den Vibrator 1 verwendet werden kann.

Als Komparatorschaltung 13 kann gede Schaltung von Art eines Diskriminators, eines doppelsymmetrischen (double ■balanced-) Produkt-Detektors, eines doppelsymmetrischen (double balanced-) choppers, sowie digitaler Art oder dergleichen verwendet werden. Im folgenden wird die Schaltung eines doppelsymmetrischen Produkt-Diskriminators beschrieben. Gemäß E¹Ig. 2 wird eine sinusförmige Welle, die als Ausgangs signal der Phasen.justierschaltung 12 erhalten wird, an den Anschluß t. angelegt, der ein Signal an die Basen von. Transistoren CL und Qp. liefert, so daß die Balance eines Vorspannungsstroms Iq der Transistoren CL, Qp gesteuert wird; eine Recheckwelle, die als Ausgang vom Nullpunkt-Detektor erhalten wird, wird an den Anschluß tp angelegt, so daß ein Schaltkreis betrieben wird, der aus Transistoren Q^ bis Qg besteht. Wenn das sinusförmige Wellensignal die in den !Figuren 3b bis 3d gezeigten Phasenverhältnisse gegenüber dem Bechteckwellensignal nach Pig. 3a einnimmt, stellt die Differenzsignalspannung V, (ein Mittelwert der Ausgangswellenform) einen positiven maximalen Wert bei einer Phasendifferenz von O⁰ gemäß Pig..3b, einen Wert ITuIl bei der Phasendifferenz von 90° entsprechend Pig. 3c und einen negativen Maximalwert bei der Phasendifferenz von 180° gemäß Pig. 3d dar.

Der spannungssteuernde Oszillator 15, der die Schwingung des sinusförmigen Wellensignals oder Rechteckwellensignals liefert, weist einen Eingang für ein G-leichstromsignal auf, wodurch die Schwingfrequenz entsprechend

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einer Erhöhung oder Verringerung des Gleichstromsignals variierbar ist. Der Oszillator 15 kann durch jede Schaltung nach Art eines Schmitt-Triggers, nach Art eines Univibrators mit Emitter-Anschluß sowie durch eine Schaltung gebildet werden, die einen variablen Widerstand wie ein Feldeffekttransistor hat oder einen "Varaktor o.a. benützt.

Der Verstärker 17 mit variablem Verstärkungsgrad, der dahingehend wirkt, die Amplitude unabhängig von der Belastung konstant zu halten, hat den in Fig. 4 gezeigten Aufbau. Mach Fig. 4 ist ein Feldeffekttransistor Qr₇ mit einem Eingang eines Verstärkers ATL verbunden, während ein Eingangssignal von relativ niedriger Spannung zwischen den drainsource-Anschluß des Feldeffekttransistors Qr₇ angelegt ist· Die an die gate-Elektrode angelegte Spannung wird von einem Funktionsverstärker AIIp als Differenzspannung zwischen dem Detektorausgang der Detektorschaltung 6 und der Bezugsspannung erhalten. Diese Schaltung ist eine sogenannte variable Dämpfungsschaltung, welche eine variable Widerstandscharakteristik eines Feldeffekttransistors benützt. Wenn die Schaltung einen großen Steuerbereich bei einem, möglichst großen Signal hat, sollen die Widerstände E/, und Ep zur Verbindung mit dem drain-Anschluß des Feldeffekttransistors Q^ vorzugsweise die Werte E^ = 4-7 kn und E₂ = 2,2 IcQ. haben.

Gemäß Fig. 1 wird die Steuerspannung, die ein Eingangssignal des Phasenkomparators 13 darstellt, durch die Phasenjustierschaltung 12 geführt. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß eines der beiden Eingangssignale hinzugeführt werden muß, wobei es die Phasendifferenz

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von 90° gegenüber dem anderen Eingangssignal hat und wobei die Phasendifferenz von 90° (als Mitte des Steuerbereichs) in der Phasenkomparatorschaltung erfaßt bzw. berücksichtigt wird, weil die Phasen zwisehen der angelegten Spannung und dem Ausgang des Schwingungsdetektors 3 zueinander gleich sind, wenn der Vibrator 1 mit seiner natürlichen Schwingfrequenz betrieben wird. Da jedoch in der Praxis das Signal vom Eingang des Leistungsverstärkers 10 herausgeführt wird, tritt eine Phasenverzögerung zwischen dem Leistungsverstärker 10 und einem Ausgangswandler bzw. -übertrager auf. Diese Phasenverzögerung beträgt etwa 90 und es ist daher nicht notwendig, zusätzliche Mittel zur Phaseneinstellung bzw. Phasenjustierung vorzusehen. Die Erfassung der Schwingung im Vibrator 1 kann durch einen Widerstand, der mit dem Vibrator verbunden ist und zur Feststellung des Stromflusses im Vibrator anstelle eines elektrischen Spannungselements (Belastungselements) dient, ausgeführt werden. Da das Signal dem Einfluß des gedämpften Scheinleitwert s(Aämittanz) des Vibrators 1 ausgesetzt ist, muß in diesem lall die Schaltung solchen Aufbau haben, daß der äquivalente Scheinwiderstand des Vibrators nur die Komponente eines reinen Widerstands (ohmschen Widerstands) im lalle der Resonanz darstellt, in dem beispielsweise parallel zum Vibrator eine Induktivität geschaltet wird, die mit einem gedämpften Scheinleitwert bei der Resonanzfrequenz resoniert.

Im Betrieb des beschriebenen Oszillatorsystems schwingt der Vibrator durch Anlegen der Steuerspannung an den Vibrator 1. Die Vibration oder Schwingung des Vibrators 1 wird durch den Schwingungsdetektor 3 festgestellt. Das erfaßte Signal wird der Detektorschaltung

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sowie der Nullpunkt-Detektorschaltung 11 zugeführt und in der Schaltung 11 in eine Rechteckwelle umgewandelt. Das Eechteckwellensignal wird der Phasenkomparator schaltung 13 zusammen mit der Steuerspannung zugeführt. Die Phasen "beider Signale werden in der Schaltung 13 verglichen und demzufolge eine Gleichstrom-Spannung entsprechend der Differenz zwischen den beiden Phasen erzeugt. Gemäß dieser Arbeitsweise, wie sie in den Figuren 3a bis 3& dargestellt ist, wird die Differenz Signalspannung V-, bei der Phasendifferenz von 90° gleich lull und bildet die Mitte des Steuerbereichs; der Spannungswert wird entsprechend der Phasendifferenz im vorderen und hinteren Steuerbereich erhöht. Die Spannung V, wird durch den Gleichstrom-Verstärker 14- verstärkt und dem Spannungssteueroszillator 15 zugeführt. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators 15 ändert sich auf einen Wert, der durch den Gleichstromeingang bestimmt ist, so daß der Oszillator 15 ein rechteckförmiges Jrequenzausgangssignal erzeugt. Das rechteckförmige Ausgangssignal wird in einer Signalform- oder Wellenformschaltung 16 einer Signalformung ausgesetzt und als Eingangssignal an den "Verstärker 17 mit variablem Verstärkungsfaktor angelegt. Das Eingangssignal (Wechselstromsignal) ändert sich entsprechend der Gate-Spannung des Feldeffekttransistors Qr₇ in der variablen Dämpfungsschaltung, die aus Widerständen IL und R₂ eingangseitig des Verstärkers AM^ und des Transistors Qr₇ gebildet ist. Das Signal wird vom Verstärker AM_x, und dem Leistungsverstärker 10 verstärkt und anschließend an den Vibrator 1 angelegt. Dadurch schwingt der Vibrator mit seiner natürlichen Schwingfrequenz. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 6 wird dem Operationsver-

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stärker AMo zugeführt, so daß die Differenz
diesem Signal und der Bezugsspannung ermittelt wird,
die sich durch den variablen Widerstand VE ergibt;
die erhaltene Differenzspannung ist demzufolge die
Gate-Spannung. Da der Operationsverstärker AM₂ am(-i-;
Anschluß geerdet ist und die Bezugsspannung der (+J
Klemme über einen Widerstand R-, an die C-)Klemme angelegt wird, falls kein Detektor-Eingangssignal vorliegt, dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AM_? negativ (-) und der die Zenerspannung der Zenerdiode D überschreitende Abschnitt wird abgeschnitten, wodurch der Feldeffekttransistor Qr₇ einen nichtleitenden Zustand annimmt-, da die negative Spannung (-) an die Gate-Elektrode angelegt wird; das Wechselstromsignal wird dann abhängig vom Verstärkungsgrad des Verstärkers AÜL als Ausgang.abgegeben.

Wenn das Ausgangssignal des Schwingungsdetektors 3 groß wird, wird die Halbwelle des negativen Signals an den negativen Anschluß des Operationsverstärkers AMp über einen Widerstand B- angelegt. Da das Eingangssignal
einen Wert darstellt, der sich durch Addition der Bezugsspannung (positives Signal) und der Detektorspannung (-) ergibt, liegt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AMp nahe dem Massenpotentional, wenn das Detektor-Eingangssignal nicht vorliegt und daher
ändert sich der Widerstandswert des Feldeffekttransistors Q, infolgedessen auch der Verstärkungsgrad des Verstärkers verkleinert wird. Wenn demzufolge die Bezugsspannung geeignet eingestellt ist, schwingt der Vibrator 1 immer mit einer Amplitude, die der Bezugsspannung entspricht, und. zvar unabhängig von der Belastung.

Mit dem beschriebenen Ultraschall-Osziliatorsystem

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können die dem bekannten schwingungsrückgekoppelten Oszillator anhaftenden Nachteile vollständig beseitigt werden. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei Einsatz eines Oszillators in einer Ultraschall-Werkzeugmaschine ist es allerdings erforderlich, den Abschnitt zu verbessern, der den Vibrator, das Horn und das Werkzeug aufnimmt und lagert. Da wie erwähnt, der Vibrator und das Werkzeug während des Betriebs der Werkzeugmaschine eine hohe Temperatur erzeugen, darf der zugeführte Strom einen vorbestimmten festen Wert nicht überschreiten, so daß die Arbeitszeit des Vibrators begrenzt ist.

Die vorstehend angegebenen Nachteile, insbesondere die Begrenzung der Arbeitszeit der Ultraschall-Werkzeugmaschine _/werden durch die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebene Konstruktion beseitigt.

Gemäß Fig. 5 werden die Teile der Werkzeugmaschine von einem Gehäuse 20 aufgenommen. In dem Gehäuse 20 sind Lufteinlaßöffnungen 22a, 22b und Luftauslaßöffnungen bzw. Bohrungen 23a und 23b vorgesehen, die durch die äußere Umfangswand des Zylinders hindurchgehen und die seitlich in einer Richtung der Luftströmung geringfügig geneigt sind. Obgleich, nur vier derartige Öffnungen oder Bohrungen in Fig. 5 gezeigt sind, kann die Zahl der Bohrungen entsprechend den Erfordernissen erhöht oder verringert v/erden. Ein Motor 24 kleiner Größe sitzt im oberen Teil in dem Gehäuse 20 und an dem vorderen Ende der Antriebswel-Ie 25 des Motors ist ein Ventilator 26 befestigt. Ein Vibrator 27 ist in dem Gehäuse 20 aufgenommen und mittels Schraubstange»oder dgl. vollständig mit einem

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Horn 28 verbunden; das Horn erstreckt sich, dabei an der Unterseite des Gehäuses 20 nach außen. An dem vorderen Ende des Horns 28 ist ein Werkzeug, beispielsweise ein Schleifstein, ein Bohrer oder dgl. angeordnet. In Fig. 5 zeigen die Bezugszeichen 30 und 31 die Speiseleitungen für den Motor 24 und den Vibrator 27.

Da bei einer Ultraschall-Werkzeugmaschine mit dem beschriebenen Aufbau der Ventilator 26 während des Betriebs des Geräts vom Motor gedreht wird, wird eine Zwangsluftkühlung erreicht, wobei die Luft von den Lufteinlaßbohrungen 22a und 22b angesaugt und unter Zwang über die Luftauslaßbohrungen 23a und 23b und Abstände am unteren Gehäuseende herausgedrückt wird, wodurch der Vibrator 27 gekühlt wird. Auf diese Weise wird die Wärme nicht zu dem Werkzeug 29 geführt und es wird verhindert, daß eine hohe Temperatur vom Werkzeug hervorgerufen wird. Demzufolge hat dieser Aufbau die Wirkung, daß die Leistung der Werkzeugmaschine dadurch erhöht wird, daß ein hoher Strom dem Vibrator 27 zugeführt wird und daß darüber hinaus diese Werkzeugmaschine über eine lange Zeitdauer benützt werden kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform handelt es sich um eine Werkzeugmaschine, bei der ein Ultraschall-Vibrator angetrieben wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Vibrator begrenzt, sondern kann auch als Speisequelle für Induktionsöfen oder dgl. verwendet werden. Dies bedeuibet, daß der Induktionsofen so aufgebaut ist, daß das zu schmelzende Metall in den eine gewickelte Induktionsspule aufweisenden Ofen eingegeben wird und durch die Induktionsspule ein hochfrequenter Strom geführt wird, so daß das

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Metall durch den erzeugten Strom mit dem Induktionseffekt im Metall geschmolzen wird. Obgleich in diesem Pail eine Verbesserung des Leistungsfaktors durch Parallelschaltung eines Kondensators zur Induktionsspule erreicht wird, da die Induktanz der Spule sich vor und nach dem Schmelzen des Metalls ändert, ist es schwierig, immer einen hohen Leistungsgrad bzw. Leistungsfaktor aufrecht zu erhalten. Wenn in einem solchen IPaIl Mittel zur Erfassung der sich ändernden Induktanz, d.h. des induktiven Widerstandes, vorgesehen sind und der sich ändernde induktive Widerstand bezüglich der Phase mit der angelegten Spannung verglichen wird, kann der Ofen immer nur mit der optimalen Frequenz der Induktionsspule betrieben werden.

Das Ultraschall-Oszillatorsystem gemäß der Erfindung hat weiterhin die folgenden Merlanale. Da die variable Widerstandscharakteristik des Feldeffekttransistors für den variablen Verstärkungsgrad ausgenutzt wird, ist die Spannung auch dann klein, wenn der Verstärker mit variablem Verstärkungsgrad benutzt wird.

Die durch die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors gesetzte Vorspannung, d.h. der Vergleich mit der Bezugs spannung _/ kann einfach durch den Funktionsverstärker der vorangehenden Stufe ausgeführt werden.

Da durch die Widerstandsänderung, die sich durch die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors ergibt, eine variable Dämpfung erreicht wird, kann der Steuerbereich entsprechend der Auswahl des Widerstandswertes erweitert und die Spannung verringert werden.

Da die Schaltungskomponenten leicht als integrierte Schaltungen ausgeführt werden kann₉ läßt sieh die

Herstellung mit geringen Kosten und geringem Aufwand ermöglichen.

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-7fr-

Leerseite

Claims

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Si

4. April 197S S/lei

Meine Akte: ST 536-G

Stanley Electric Co., Ltd. Tokio, Japan

Pat entansprüche

1.)Ultraschall-Oszillatorsystem,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Riasendetektor (11) zur Erfassung der Phasendifferenz zwischen einer Lastspannung und sich ändernden Signalgrößen vorgesehen ist, xrobei diese Signalgrößen jeweils einen Lastfbetriebszustand'anzeigen, und daß ein spannungnsteuernder Oszillator (15) angeordnet ist, der eine Schwingfrequenz durch eine Gleichstrom-Spannung steuert, wobei die Spannung der Phasendifferenz entspricht.

2. Ultraschall-Oszillatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (APl₂) zum Vergleich eines Bezugswertes mit einer variierenden Größe vorgesehen ist, welche den Betriebszustand der Last anzeigt,

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INSPECTED

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daß die Vergleichseinrichtung ein Differenzsignal abgibt und daß ein Verstärker (17) mit variablem Verstärkungsgrad zur Verstärkung des Ausgangssignals des spannungssteuernden Oszillators (15) vorgesehen ist, wodurch das Differenzsignal als Steuersignal für den Verstärker (17) mit variablem Verstärkungsgrad benützt wird.

3· Ultraschall-Oszillatorsystern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (17) mit variablem Verstärkungsgrad einen Feldeffekttransistor (Q₇) mit variabler Widerstandscharakteristik zur Veränderung des Verstärkungsfaktors aufweist.

4. Ultraschall-Oszillatorsystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Ultraschall-Werkzeugmaschine angeordnet ist, daß ein in einem Gehäuse (20) angeordneter Vibrator (1) vorgesehen ist und die Last bildet, daß mehrere Luftöffnungen in dem Gehäuse ausgebildet sind, daß ein Motor (24) kleiner Größe in dem Gehäuse (20) angeordnet ist und daß auf der Antriebswelle des Motors ein Ventilator (26) befestigt ist.

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