Brevet FR2708487A1 — publié le 19950210

Procédé et disposition de montage pour l'amorçage sur de désintégrateurs d'ultrasons L'invention a pour objet un procédé pour l'amorçage sûr de désintégrateurs d'ultrasons et une disposition de mon- tage pour la réalisation du procédé selon le préambule de la revendication 1. Des montages de commande connus de désintégrateurs d'ultra- sons fonctionnent avec une fréquence effective constante, syntonisée avec le système d'oscillation du transducteur ultrasonore et ne pouvant fonctionner que dans une gamme de fréquences restreinte. pans ce cas un désintégrateur d'ultrasons comprend un oscillateur haute fréquence, transformamt la puissance du réseau en puissance HF, et un transducteur acoustique qui, en liaison avec un amp- lificateur d'amplitudes réalisé comme oscillateur 2/2 et avec une sonotrode, génère des oscillations mécaniques longitudinales de haute puissance et de grande amplitude. Contrairement aux appareils de nettoyage par ultrasons, les désintégrateurs à ultrasons peuvent, surtout dans la technique des appareils de laboratoire, être utilisés pour le broyage ou le fragmentage de composants solides minimes dans les milieux liquides, pour par exemple homo- généiser ou réaliser des émulsions ultrafines à partir de substances difficilement miscibles. -2- - 2 - 2708487 Dans le brevet DE 32 22 425 Al est décrit une généra- trice pour la commande d'un résonateur piézoélectrique. Un amorçage sûr de la génératrice doit également être assuré si la fréquence d'oscillation du résonateur est diminuée. Pour l'amorçage sûr de la fénératrice, la fré- quence des signaux amenés sur le transducteur acoustique est modifiée périodiquement autour du transducteur jusqu'à ce que l'amplitude rétroactive dépasse une certaine valeur. Un désavantage est entre autres que le montage doit être syntonisé sur la fréquence nominale de résonance de l'os- cillateur ultrasonore, de sorte que l'exploitation de l'oscillateur ne peut pas être asservie aux modifications de paramètres. Dans le EP O 340 470 Al est décrit un montage pour l'ex- citation d'un oscillateur ultrasonore asservissant la fréquence d'excitation en fonction de modifications de paramètres de l'oscillateur ultrasonore. A cet effet est formée une grandeur à mesurer correspondant à l'amortis- semenr de l'oscillateur ultrasonore et comparée à une valeur seuil prédéfinie correspondant à un amortissement maximal admissible prédéfini. Si l'amortissement de l'oscillateur ultrasonore est inférieur à l'amortissement maximal admissible, la tension de commande est en outre réglée en fonction de la grandeur à mesurer. Du DE-Z "radio mentor" 4/1965, p. 280/281 on connaît en outre une soudeuse à ultrasons comprenant une génératrice équipée d'un réglage des fréquences automatique. A cet effet une tension proportionelle à l'amplitude de l'oscil- lateur est prélevée de l'oscillateur à travers un déviateur piézoélectrique. La puissance transmise sur le métal déposé peut ainsi être maintenue constante pendant la durée du soudage. Du fait que la gamme de fréquences dans laquelle les transducteurs ultrasonore sont capables de fonctionner est restreinte, différents types de sonotrodes avec des dimensions géométriques très variées ne peuvenat pas bien - 3 - -3- - 3- 2708487 être exploitées avec une seule génératrice, les sonotrodes usés doivent être très vite échangées et une haute pré- cision doit être exigée dans la fabrication des sonotrodes. Les désavantages de l'état de la technique consistent également dans le fait que de grandes modifications de la fréquence de résonance mécanique, telles qu'elles se pro- duisent par les tolérances de fabrication, lors d'usure par cavitation des sonotrodes, lors de modification ther- mique de la longueur des sonotrodes ou lors d'erreurs de montage, peuvent entraîner un non-amorçage des trans- ducteurs, ce qui surchargerait ou démolirait même l'étage de sortie de la puissance pour l'activation des transduc- teurs ultrasonores. Aussi, l'objet de l'invention est-il d'éliminer ces imper- fections et de réaliser un procédé et une disposition de montage assurant un amorçage de désintégrateurs d'ultra- sons, indépendamment de déviations de la fréquence de résonance mécanique du transducteur ultrasonore de la fréquence nominale, par exemple par abrasion par cavitation sur les sonotrodes ou par allongement thermique ou autres paramètres. La solution de ce problème est fournie par les caracté- ristiques des revendications 1 et 8. Le balayage selon l'invention d'une large bande de fréquences de la généra- trice HF, par exemple entre 22kHz et 26 kHz, et la sur- veillance simultanée de l'amplitude rétroactive et des signaux en dérivés pour l'exploitation ultérieure de la génératrice HF en liaison avec un générateur démarrage/ arrêt qui bloque périodiquement la sortie de la généra- trice HF assurent que des types variés de sonotrodes peuvent être exploités plus longtemps que jusque là avec une génératrice HF et les exigences posées aux tolérances de fabrication pour les sonotrodes peuvent être moins serrées. Même lors d'importantes modifications de la fréquence de résonance mécanique du transducteur ultra- sonore dues à différentes causes, telles quedtolérances - 4 - - 4 - de fabrication, usure, modifications d'origine thermique, un amorçage fiable du transducteur ultrasonore est assuré et une surcharge ou desctruction de l'étage final de puis- sance pour l'activation des transducteurs ultrasonore est sûrement évitée. De même un accouplement erroné d'une sonotrode ou le manque de la sonotrode ne mènent pas à une destruction ou surcharge du montage électronique utilisé. D'autres réalisations avantageuses de l'objet de l'inven- tion sont fournies par les caractéristiques des sous-reven- dications. L'invention est décrite plus en détail ci-après au moyen d'un exemple de réalisation représenté par le dessin. La figure unique 1 montre le schéma fonctionnel de la disposition de montage selon l'invention. La génératrice HF 1 représentée sur la fig. 1 génère des impulsions électriques amplifiées par un sectionneur de puissance 2, tel que par exemple un étage d'attaque ou un transformateur de commande, et qui excite un trans- ducteur ultrasonore 3 à produire des oscillations méca- niques. Si la fréquence de la génératrice HF 1 coincide avec la fréquence d'oscillation de la sonotrode du trans- ducteur ultrasonore 3, il existe une résonance et le transducteur ultrasonore 3 fonctionne en marche normale. Un disque piézoélectrique 4 est relié mécaniquement avec le transducteur ultrasonore 3 et convertit les oscilla- tions mécaniques en une tension proportionnelle électri- que. Cette tension sert de signal rétroactif et agit d'une part sur le réglage des fréquences de la génératrice HF 1 et est d'autre part utilisée pour l'évaluation de l'amor- çage du transducteur ultrasonore 3. La valeur de crête de la tension rétroactive délivrée par l'élément à rétroaction, dans ce cas le disque piézo- électrique 4, est redressée au moyen d'une première diode 5 et d'un premier condensateur 6 et transmise au comparateur 7 comme signal d'entrée. Si la tension sur le premier con- densateur 6 est trop faible, le comparateur 7 commute un - $5 - 2708487 générateur démarrage/arrêt 8. Ce dernier délivre pendant environ 1 seconde des impulsions de fréquence faible à la génératrice HF 1 et met cette dernière hors service ou la remet en service. Un signal High sur l'entrée E de la génératrice HF 1 empêche la transmission d'impulsions HF sur le sectionneur de puissance 2 et du fait le transduc- teur ultrasonore 3 n'est pas excité. La fréquence de la génératrice HF 1 est influencée par un courant de commande IS. Si le courant de commande IS aug- mente, la fréquence de la génératrice HF 1 baisse et vice- versa. Un potentiel élevé sur -la sortie du générateur démarrage/ arrêt 8 charge un deuxième condensateur 10 à travers une deuxième diode 9. Le courant de commande IS circule à travers une résistance 11 et une deuxième diode 12 et la fréquence de la génératrice HF 1 est abaissée. Si le potentiel sur la sortie du générateur démarrage/ arrêt 8 a un potentiel plus faible, les impulsions haute fréquence de la génératrice HF 1 sont commutées sur le commutateur de puissance 2 et le transducteur ultrasonore 3 est excité avec une fréquence plus faible. La deuxième diode 9 est bloquée et le deuxième condensateur 10 se décharge à travers la résistance 11 et la troisième diode 12 par le courant de commande IS selon une fonction e. Le courant de commande IS produit en baissant une augmentation de la fréquence de la génératrice HF 1. Si la fréquence d'oscillation de la génératrice HF 1 et la fréquence du transducteur ultrasonore 3 coincident, l'amplitude de la tension rétroactive augmente de façon importante. Le comparateur 7 met le générateur démarrage/ arrêt 8 hors service et la génératrice HF 1 règle de façon interne la fréquence du transducteur ultrasonore 3. Si la fréquence d'oscillation du transducteur ultrasonore 3 dévie de façon trop importante de la fréquence de la géné- ratrice HF 1, le générateur démarrage/arrêt 8 referme et les impulsions de la génératrice HF 1 ne parviennt plus sur le commutateur de puissance 2 et le transducteur ultra- sonore 3 n'est pas activé. Dr. Hielscher GmbH 10 juin 1994 14532 Stahnsdorf (18116) LISTE DES SIGNES DE REFERENCE ai Gén&ratrice HF 02 Commutateur de puissance 03 Transducteur untrasonore 04 Disque piézoélectrique Première diode 06 Premier condensateur 07 Comparateur 08 Générateur démarrage/arrêt 09 Deuxième diode Deuxième condensateur 11 Résistance 12 Troisième diode !S Courant de commande E Entrée ! REVENDICATIONS DE BREVET 1. Procédé pour l'amorçage sûr de désintégrateurs d'ultrasons avec une génératrice HF avec montage de réglage de fré- quences et avec un commutateur de puissance pour l'acti- vation de transducteurs ultrasonores avec une sonotrode accouplée et avec un disque piézoélectrique comme source de tension pour un signal rétroactif, c a r a c t é r i s é en ce que un générateur démarrage / arrêt (8) bloque périodiquement la sortie de la génératrice HF (1), maintient le blocage pendant un temps mort déterminé et répète cette opération périodiquement si, lors du balayage d'une large bande de fréquence de la génératrice HF /1), l'amplitude rétro- active, nécessaire à un amorçage sur, du disque piézoélec- trique (4) disposé sur le transducteur ultrasonore (3) n'est pas atteinte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que un comparateur (7) évalu la valeur de crête de l'ampli- tude rétroactive et émet un signal de commande si une valeur seuil prédéfinie n'est pas atteinte. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le générateur démarrage/arrêt (8) génère automa- tiquement des impulsions de démarrage et d'arrêt et est déconnectable. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le comparateur (7) libère le générateur démarrage/ arrêt (8) si l'amplitude rétroactive est trDp faible. - 2 - - 8 - 2708487 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur démarrage/arrêt (8) peut mettre la génératrice HF (1) en et hors service. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que à chaque signal de mise en service la fréquence de cycles de la génératrice HF (1) augmente à partir d'une fréquence basse et le réglage de la fréquence effective n'est amorcé que si la fréquence de résonance du trans- lateur ultrasonore (3) est atteinte. 7. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que à chaque signal de mise en service la fréquence de cycles de la génératrice HF (1) baisse à partir d'une fréquence- élevée et le réglage de la fréquence effective n'est amorcé que si la fréquence de résonance du trans- ducteur ultrasonore (3) est atteinte. 8. Disposition de montage pour la réalisation du procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la génératrice HF (1) est reliée du côté sortie avec le commutateur de puissance (2) et du côté entrée avec le générateur démarrage/arrêt (8), le commutateur de puis- sance (2) étant mené sur le transducteur ultrasonore (3) présentant une rétroaction à travers le dique piézo- électrique (4) mené sur une entrée (R) de la génératrice HF (1) et/ou à travers une première diode (5) et un premier condensateur (6) sur l'entrée du comparateur (7) reliée avec l'entrée du générateur démarrage/arrêt (8) et que sur une entrée de la génératrice HF (1) est appliqué un courant de commande (IS) formé, à travers une deuxième diode (9), un deuxième condensateur (10) et un couplage en série d'une résistance (11il) et une troisième diode (12), du signal de sortie du générateur démarrage/arrêt (8).