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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 knúmero de publicación: kint. Cl. 6 : B06B 1/02 B23K / 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 knúmero de solicitud europea: k Fecha de presentación : k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Procedimiento y dispositivo para el funcionamiento de un generador para la alimentación con energía de alta frecuencia (HF) de un convertidor de ultrasonido. kprioridad: DE k Titular/es: BRANSON ULTRASCHALL Niederlassung der EMERSON TECHNOLOGIES GmbH & CO. Waldstrasse 3- D Dietzenbach, DE k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Kising, Jürgen; Reitmayer, Gerd y Modric, Mato k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Procedimiento y dispositivo para el funcionamiento de un generador para la alimentación con energía de alta frecuencia (HF) de un convertidor de ultrasonido. El invento se refiere a un procedimiento, según el preámbulo de la reivindicación 1, para el funcionamiento de un generador para la alimentación con energía de alta frecuencia (HF) de un convertidor de ultrasonido. El documentos US-PS 4,27,363, del que se parte en el preámbulo, describe un procedimiento para el funcionamiento de un generador para la alimentación con energía de alta frecuencia (HF) de un convertidor de ultrasonido en el que las oscilaciones de ultrasonido sólo son producidas en un margen de frecuencias relativamente estrecho en el que se halla un punto de resonancia. Antes de iniciarse el funcionamiento se eleva la frecuencia, partiendo de una frecuencia baja, hasta que se detecte el punto de resonancia. Una vez detectado este punto de resonancia, se sintoniza el convertidor de ultrasonido con esta frecuencia. El documento EP se refiere al ajuste de la frecuencia para un convertidor de ultrasonido en el que se determinan la frecuencia de resonancia en serie, respectivamente en paralelo del convertidor. El invento se basa en el problema de presentar un procedimiento con la finalidad de localizar y regular, incluso en los sistemas complejos, con mayor rapidez y mayor fiabilidad la frecuencia del generador para el estado de resonancia deseado, de mejorar y estabilizar la regulación y de una adaptación óptima al sistema de ultrasonido. El problema expuesto se soluciona con las características de la reivindicación 1. Los perfeccionamientos ventajosos y otros detalles con importancia esencial para el invento están contenidos en las reivindicaciones subordinadas. Según el invento, la medición de la curva de intensidad en función de la frecuencia en el funcionamiento en vacío del microcontrolador suministra la información de la situación de los puntos de resonancia y de las resonancias secundarias eventualmente existentes. Entonces puede configurar y definir el margen de sintonización de tal modo, que no sea necesario un ajuste manual. La localización del punto de trabajo correcto y la regulación final óptima son por ello un tema central del invento. De esta forma es posible localizar con mayor rapidez y fiabilidad el punto de resonancia correcto y el funcionamiento puede comenzar antes. Para la regulación de la frecuencia del generador no sólo se utiliza el ángulo de fase, sino también magnitudes de regulación adicionales, como la intensidad, la tensión, las potencias reactiva y activa. El procesamiento y la concatenación de estos valores se realizan de forma digital en un microcontrolador, que, debido a su potencia, es capaz de registrar y evaluar, además del ángulo de fase, varios parámetros y formar a partir de ello la magnitud de regulación correcta para la excitación del generador. Con ello, la elección de los parámetros adecuados y de los márgenes admisibles de los parámetros así como la adaptación de la resolución de las medidas a las condiciones acústicas del sistema tienen una importancia central para la regulación y la corrección óptimas de la frecuencia. Sólo la concatenación de varios valores de medida capacita a la regulación para localizar y regular de forma óptima el estado de resonancia deseado y evitar con ello la excitación de resonancias secundarias no deseadas. La regulación física correcta es por ello una regulación, que utiliza como magnitud de regulación la fase o combinaciones de la fase con otras magnitudes de regulación, como la potencia reactiva, la intensidad, etc. La regulación digital de la fase también es capaz de regular sistemas, que no poseen un paso por cero de la fase, con lo que se obtiene un campo de aplicación adicional en relación con la regulación analógica de la fase. En este caso se regula hasta el valor mínimo de la fase o se simula, por medio de un desplazamiento de fase, un paso por cero de la fase. En lo que sigue se describe con detalle por medio del dibujo un ejemplo de ejecución del invento. En el dibujo muestran: La figura 1, una vista general del generador digital. La figura 2, un esquema de bloques de la fuente de alimentación principal. La figura 3, un esquema de bloques de la etapa final. La figura 4, un esquema de bloques de la etapa de adaptación. La figura, un esquema de bloques del microcontrolador. La figura 6, la curva de la intensidad, la curva de la impedancia y la curva del ángulo de fase, en función de la frecuencia del generador. La figura 1 muestra una vista de conjunto del generador digital. Se compone esencialmente de cinco grupos de construcción: El filtro de red para proteger la red contra perturbaciones de alta frecuencia; la fuente de alimentación principal para la alimentación con tensión de los diferentes componentes; la etapa 0 final con vibrador (shifter) para generar una potencia de salida y una frecuencia de salida determinadas del microcontrolador; laetapadeadaptación para la adaptación a la impedancia del convertidor de ultrasonido; el microcontrolador 80 para el mando del proceso de soldadura y para la vigilancia de la electrónica del generador. La tensión de red es aplicada a través del filtro de red a la fuente de alimentación principal. La fuente de alimentación principal suministra la tensión de alimentación de 0 V al vibrador

3 3 ES T3 4 y transmite al microcontrolador 80 su estado de conexión, para que la etapa 0 final sólo sea activada por el microcontrolador 80, cuando todos los componentes hayan alcanzado su tensión de funcionamiento. Sólo entonces se alcanza un estado definido, que permite al microcontrolador el mando del generador. En el caso del vibrador se trata de un vibrador en el que la corriente continua aplicada por la fuente de alimentación principal es transformada en un secuencia de frecuencias de impulsos en la que el ancho del impulso determina la amplitud de salida. El vibrador prepara la tensión continua y con ello la potencia, que es conectada por la etapa 0 final. El valor de la potencia es determinado por el microcontrolador por medio de la modulación el ancho del impulso generado por el vibrador. Finalmente, la salida de la etapa final es adaptada por la etapa de adaptación, desde el punto de vista de la impedancia, al sistema convertidor. En el caso del sistema convertidor se trata de un convertidor de ultrasonido no representado combinado con un transformador de amplitudes, respectivamente un sonotrodo. La etapa 0 de salida devuelve nuevamente al microcontrolador 80 la información de la potencia generada y de la frecuencia de oscilación. El propio microcontrolador tiene la misión de hallar, a partir de la información de la intensidad y de la tensión de la salida de la etapa de adaptación, que le es suministrada, el punto de trabajo óptimo y de introducir la energía en el proceso de soldadura. Además, el microcontrolador controla el estado de conexión y la corrientes admisibles en los diferentes componentes. La figura 2 muestra la construcción esquemática de la fuente de alimentación principal. Un relé 21 maestro hace posible la separación total de la fuente de alimentación principal de la red. Esto tiene lugar, por ejemplo en el caso de un consumo de corriente demasiado grande de la fuente de alimentación. Para el registro y la vigilancia de funciones de protección se prevé un controlador 22 de conexión de la fuente de alimentación, que es alimentado con una tensión de funcionamiento de 24 V por una fuente 23 de alimentación de corriente continua. El controlador de conexión produce un retardo de la conexión de aproximadamente 1 s. El microcontrolador necesita este tiempo para la inicialización. Por lo tanto, sólo se alcanza la tensión de funcionamiento del vibrador, cuando el microcontrolador haya alcanzado un estado definido. Esto protege la etapa 0 final de condiciones extremas. Una vez que ha sido conectado el relé 21maestro, se aplica la tensión, a través de un rectificador 24, a un relé 2 conectado en paralelo con una resistencia de arranque. A través de la resistencia de arranque se cargan los condensadores 26 de filtro. La tensión de los condensadores 26 de filtroseaplicaalrelé2através de un divisor 27 de tensión. El relé 2 efectúa la conexión, cuando la tensión aplicada alcanza un determinado valor. Entonces, la resistencia de arranque es puenteada por el relé 2 y la tensión rectificada es aplicada así directamente a los condensadores 26 de filtro Esto garantiza un crecimiento lento de la tensión de alimentación para el vibrador, cuando se conecta el generador. La tensión U(NT) de conexión es comunicada al microcontrolador 80, de manera, que la excitación del vibrador sólo tiene lugar, cuando la tensión U(NT) haya alcanzado el valor nominal. Delante del rectificador 24 se mide la corriente alterna y se aplica al controlador 22 de conexión. Cuando la corriente es demasiado alta, el controlador 22 de conexión cierra el relé 21maestroy protege con ello el generador contra destrucción. Al mismo tiempo se cierra el relé 2dearranque suave, con lo que la resistencia interna de la fuente de alimentación principal pasa a un estado de alta resistencia. La tensión alterna en la entrada del rectificador 24 en puente se aplica a un segundo rectificador 28, que suministra una tensión de 12 V estabilizada para la etapa de excitación del vibrador, como también para los excitadores de los transistores 0 de la etapa final. El relé 21maestrotambién es desconectado por el controlador 22 de conexión, cuando la temperatura medida debajo de la platina rebasa los 7 C. La medición de la corriente hacia el convertidor de ultrasonido en la salida de la adaptación, suministra una protección adicional del generador contra sobrecargas. En este caso, el microcontrolador 80 puede atacar sin potencial el controlador 22 de conexión e inducirle a desconectar el relé 21 maestro. Igualmente, con cualquier avería del microcontrolador se activa el controlador 22 de conexión con una señal separada galvánicamente para la desconexión del relé 21 maestro. En cualquier caso, el controlador 22 de conexión también conectará la resistencia en paralelo del relé 2 de arranque suave para alcanzar una resistencia interna alta de la fuente de alimentación principal. Un convertidor 29 de corriente continua alimentado con una tensión de 12 V estabilizada integra los impulsos procedentes de la etapa 0 final y transmite al microcontrolador 80 una información sin potencial de la tensión. Por medio de esta información, el microcontrolador reconoce hasta qué punto ha aumentado la tensión en la salida del vibrador y puede reaccionar en caso necesario. Como se representa en la figura 3, la etapa de potencia se compone de tres secciones, es decir el vibrador, que transforma la tensión aplicada a el en impulsos y la integra nuevamente en condensadores no representados, los transistores 0 de conexión para generar la frecuencia de oscilación y la electrónica 41, 1 de excitación, que excita tanto los transistores de conexión del vibrador, como también el semipuente de la sección, que determina la frecuencia. El microcontrolador 80 determina el ancho de impulso de los impulsos del vibrador y con ello el potencial cedido detrás del filtro 42, que determina a su vez la potencia suministrada por el semipuente (etapa 0 final) a la adaptación. El potencial de tensión aplicado al semipuente puede ser aplicado a masa desde el microcontrola- 3

4 ES T3 6 dor a través de una resistencia 2 de drenaje. Con ello, en caso de necesidad, se puede dejar el semipuente de una forma muy rápida sin corriente. En la figura 4 se representa esquemáticamente la etapa de adaptación. Se compone del transformador 61 de salida para 1 adaptación de la impedancia al convertidor de ultrasonido, del filtro62depasobajoparalaconversión de los impulsos en una oscilación sinusoidal y del dispositivo 63, 64, 6 de medida de la intensidad y de la tensión en la salida del convertidor de ultrasonido. La intensidad del transformador 63 de intensidad es rectificada y es aplicada al microcontrolador 80. La corriente rectificada en función de la frecuencia es una curva característica, que pone de manifiesto las propiedades de oscilación del convertidor de ultrasonido. Esta información es necesaria para el ajuste de los parámetros de regulación. Además, a través de divisores 6 de tensión se aplica la tensión alterna al controlador 80, que necesita la diferencia de fases de las dos magnitudes de medida intensidad y tensión para la regulación del punto de trabajo óptimo durante el proceso de soldadura. La corriente de salida de la etapa de adaptación también puede ser generada por el transformador 64 de intensidad como señal de corriente alterna. Además, por medio de un rectificador y de un filtro 66 se puede vigilar el lado secundario del transformador 61. Todas las funciones esenciales del generador son gobernadas y vigiladas por un microcontrolador 80. Las diferentes funciones están representadas en la figura. El microcontrolador 80 se compone de una fuente 81 de alimentación con salidas de señal específicas del cliente, una platina 82 de controlador, que contiene el microprocesador, la pantalla 83 y el teclado 84. La fuente 81 de alimentación del controlador suministra la tensión de alimentación para la platina 82 de controlador y para la pantalla 84. Las señales de salida y de entrada del microprocesador pasan por la platina 81 de la fuente de alimentación. A ellas pertenecen por ejemplo la sobrecarga (Overload), el estado de preparado (Ready), ultrasonido conectado (USON), desconexión de emergencia (Emergencyoff) ylasseñales de tendencia, que indican la tendencia de una magnitud de medida en la dirección hacia un límite especificado. Las señales intensidad del transformador mayores que el valor nominal y la indicación de la alta frecuencia no son vigiladas por el microcontrolador, sino que se aplican directamente a una salida. Cuando se rebasa la intensidad nominal entra en acción la desconexión del relé 21 maestro en la fuente de alimentación principal. La indicación de alta frecuencia (HF) puede ser utilizada por un mando externo como magnitud de vigilancia. La platina 82 de controlador se compone de un controlador 8 de 8 Bit, que posee entradas analógicas para las siguientes informaciones: Una señal de tensión U(IW), que es proporcional a intensidad del convertidor en la salida de alta frecuencia (HF). Una tensión U(Phi), que es proporcional al valor de la fase Phi y que es generada por una platina, que mide la fase entre la corriente U(IW) ylatensión U(UW) en la salida hacia el convertidor. El detector 86 de fases suministra también una indicación del sentido del ángulo de fase, para que el procesador sepa en que sentido debe buscar el paso por cero de la fase. Una señal de tensión, que es proporcional a la intensidad alterna en la salida de alta frecuencia (HF). una señal de tensión, que es proporcional a la tensión alterna en la salida de alta frecuencia (HF). Dos señales de tensión, que son proporcionales a la potencia activa, respectivamente la potencia reactiva generadas. Estas señales proceden de un vatímetro. Aquí se manifiesta la ventaja propiamente dicha del generador digital. Las magnitudes de medida mencionadas más arriba pueden ser utilizadas individualmente, en grupos o todas ellas para la regulación del generador. La regulación se basa en un programa de Software, que utiliza a elección las diferentes magnitudes de regulación. Esta elección puede tener lugar automáticamente opormediodelaintroducción de datos por el usuario. Así por ejemplo, es posible una regulación recurriendo a la intensidad como magnitud de regulación. Los convertidores de ultrasonido trabajan generalmente en la resonancia en paralelo de la curva de impedancia en la que la intensidad, que fluye hacia el convertidor posee un mínimo. Por lo tanto, se ofrece una regulación basada en el mínimo de la intensidad. Sin embargo, se comprobó, que esta regulación basada en el mínimo de la intensidad no es precisa. La razón de ello reside en la curva plana de la intensidad en función de la frecuencia en el entorno del punto de resonancia. La figura 6 muestra una curva típica. La figura 6 muestra, además, la curva de la impedancia en función de la frecuencia. Es evidente, que la curva de la impedancia posee un mínimo y un máximo. El máximo corresponde a la resonancia en paralelo del sistema convertidor. El mínimo representa la resonancia en serie. La curva de la fase representada igualmente en la figura 6 es una magnitud de regulación considerablemente más exacta. Posee un paso pendiente de -90 a+90. Por lo tanto, una variación pequeña de la frecuencia representa una variación grande de la fase. La fase es muy pequeña, respectivamente igual a cero en la zona del punto de resonancia. Esto significa físicamente, que la componente de potencia activa y la de potencia reactiva se igualan. Ahora se hacen evidentes las ventajas esenciales de la regulación gobernada con un Software en combinación con la construcción especial del Hardware: 1. Para la regulación se pueden utilizar diferentes magnitudes de medida o combinaciones de estas magnitudes de medida. Como magnitud de regulación se presta en primer lugar la fase, debido a su gran exactitud. En cualquier caso, la fase puede ser combinada en todo momento con la intensidad,

5 7 ES T3 8 la tensión y la potencia activa o reactiva. Con ello se dota la regulación de la inteligencia para diferenciar la oscilación principal de las resonancias secundarias, que no deben ser excitadas. 2. El Software explora antes de la utilización del generador la curva de intensidad del convertidor en función de la frecuencia y en un margen seleccionable. La información de esta exploración se utiliza para el cálculo de la separación entre la resonancia en serie y la resonancia en paralelo, que determina el factor de acoplamiento del sistema. En función de esta separación se fija después la amplitud del paso de la variación de la frecuencia y el tiempo de medida para cada medición de la frecuencia en la búsqueda del paso por cero de la fase y con ello la velocidad de la regulación. En el caso de una transición muy pendiente entre la resonancia en serie y la resonancia en paralelo se elige la amplitud de paso más pequeña posible, para localizar con la mayor exactitud posible el paso por cero. Con transiciones muy planas se elige una amplitud mayor del paso para localizarlo más rápidamente posible el paso por cero de la fase. Esta adaptación dinámica de la resolución de la frecuencia adapta el tiempo de regulación a las condiciones acústicas del sistema de resonancia. Además, el Software extrae del espectro de intensidad el valor de la resonancia en paralelo y refiere a ella la frecuencia de arranque a partir de la que se determina el paso por cero de la fase. Esta frecuencia de arranque se halla con preferencia por encima de la resonancia en paralelo en un valor tal, que después de aplicar el sonotrodo y del desplazamiento de la frecuencia hacia valores más altos, debido a ello, la frecuencia de arranque se halle todavía por encima de la resonancia en paralelo. En el primer proceso de soldadura se arranca de esta frecuencia. En el segundo proceso de soldadura, el Software ya corrige la posición de la frecuencia de arranque, que, después ya sólo se halla algunos Hz por encima de la resonancia en paralelo, que se produce en el caso del contacto. Con ello se minimiza el tiempo para la localización del paso por cero de la fase. Otra ventaja esencial de este procedimiento es la determinación automática del margen de sintonización, con lo que, por un lado, se suprime el ajuste manual y, por otro, se pueden ampliar considerablemente los límites de las especificaciones para el margen de frecuencias admisible del sistema de convertidor. 3. La regulación diferencia dos fases, la fase de arranque y la fase de soldadura. La fase de arranque se diferencia de la fase de soldadura por el hecho de que la energía de soldadura es generada de forma escalonada hasta alcanzar el valor máximo en la fase de soldadura. La amplitud de los pasos y el intervalo de tiempo hasta el escalón siguiente pueden ser elegidos. Con ello se puede obtener cualquier flanco de crecimiento. El flanco de crecimiento es importante para la evitación de esfuerzos acústicos en el sonotrodo. La regulación en la fase de arranque se diferencia de la de la fase de soldadura por el hecho de que aquí se define para el ángulo de fase un valor umbral, que al ser rebasado hacia abajo interrumpe el proceso de regulación y conecta el paso de energía siguiente. Con ello se acelera el proceso de regulación, ya que no es necesario, que la fase pase por cero. Esta clase de la regulación aportó la estabilidad máxima en el proceso transitorio, ya que en el se desarrolla un proceso dinámico rápido, que exige un tiempo de reacción pequeño. Dado que el tiempo de reacción es determinado tanto por la velocidad del microcontrolador, como también por la resolución en el margen de frecuencias, se pudieron tener en cuenta con este método las variaciones rápidas de la frecuencia de la frecuencia de resonancia en el flanco de crecimiento del impulso de soldadura. Un aumento pequeño de la potencia reactiva, debido al ángulo de fase no regulado con relación a cero, carece de importancia, ya que el flanco de crecimiento representa generalmente menos que el % del tiempo de soldadura. 4. Después de alcanzar la energía de soldadura máxima, la regulación conmuta a regulación referida al paso por cero de la fase, para garantizar la potencia reactiva más pequeña, respectivamente la corriente reactiva más pequeña en la etapa de salida. El paso por cero de la fase es definido por la señal de dirección, que es suministrada por la platina de fase junto con el valor de la fase. Esta regulación dependiente de la fase de soldadura sólo es posible con una regulación gobernada por un Software.. También existen determinados sistemas de ultrasonido, que no poseen un paso por cero de la fase. Para simular en estos sistemas un paso por cero de la fase, el microcontrolador 80 define automáticamente un desplazamiento de fase (offset de fase) y comprueba si se sigue produciendo una señal dependiente de la dirección. Cuando se invierte el signo de la señal dependiente de la dirección, se ha simulado un paso por cero de la fase. Incluso cuando no se produce esta señal de dirección, el controlador 80 conecta automáticamente un desplazamiento de fase. Con ello, el procedimiento permite también el funcionamiento de sistemas acústicos, que no pueden ser gobernados ya con mandos analógicos de fase. 6. La amplitud de las oscilaciones forma parte de los parámetros significativos, que definen la resistencia a desgarramiento de la unión soldada. El generador brinda por ello la posibilidad de regular automáticamente la amplitud durante el proceso de soldadura o de prefijar un perfil de amplitudes. Este

6 9 ES T3 mando o regulación a través de la amplitud se realiza por medio de la excitación del vibrador. Con ello es posible la integración del generador en un mando con funcionamiento continuo del proceso, que correlacione la calidad de la unión soldada con los parámetros significativos. 7. Un generador gobernado con un Software permite, además, la adaptación óptimaala aplicación. En los sistemas Inline, como son las máquinas de envasado, el Software identifica de forma automáticalacadenciadela máquinayajustaelmandoaella. Estoes posible debido a la identificación del punto de apoyo del convertidor. El generador genera una frecuencia fija, la llamada frecuencia de contacto, que se halla por encima de la resonancia en paralelo. El generador determina el valor de esta frecuencia de contacto a partir del espectro de intensidades establecido con anterioridad. Se mantiene muy pequeña la amplitud, para proteger el convertidor de esfuerzos inútiles. En el momento del contacto, la frecuencia de resonancia se desplaza hacia valores más altos y rebasa este valor de frecuencia ajustado. Por ello, la medición de la fase indica durante un tiempo muy pequeño un salto de fase de 90 hacia cero. Este salto es detectado e indica el contacto. Después comienza a trabajar la regulación, como se describió más arriba. Una vez transcurrido el tiempo de soldadura, se genera nuevamente la frecuencia fija con una amplitud pequeña por encima de la resonancia en paralelo. Una vez transcurrido el tiempo de mantenimiento y de la separación del sonotrodo, la resonancia en paralelo retrocede nuevamente al punto de partida y rebasa nuevamente el valor fijo de la frecuencia, pero ahora desde arriba. El generador reconoce nuevamente, que el sonotrodo se ha separado y puede determinar y almacenar ahora la separación entre los impulsos de soldadura y la duración de los impulsos de soldadura. Para mantener lo más pequeña posible la carga del generador, sólo se activa la frecuencia de contacto por encima de la resonancia en paralelo durante unos milisegundos antes del punto de apoyo y se regula adicionalmente, ya que en los sistemas no gobernados por el SPS son posibles pequeñas oscilaciones de la tasa de ciclos. Con esta inteligencia se suprimen la alimentación y el ajuste de una señal de disparo. Además, este método garantiza, que sólo se aplique ultrasonido, cuando se establece el contacto con el material que se quiere soldar. Con ello se evitan esfuerzos inútiles en la etapa de salida y en el sonotrodo. 8. La separación entre la frecuencia de contacto y la resonancia en paralelo determina la fuerza con la que se aplica la energía de ultrasonido. La fuerza de apoyo depende de la separación entre la frecuencia de contacto y la resonancia en paralelo en el funciona miento en vacío. Con ello se pueden determinar, a través de la frecuencia de contacto, la fuerza de apoyo y con ello la fuerza de disparo con las que se debe producir la aplicación de la potencia. Con ello se suprime, según el invento, el montaje de un sensor de fuerza para medir la fuerza de disparo. Esto es importante para aquellas aplicaciones, que, debido a la forma geométrica de las piezas de construcción, exigen una determinada fuerza de disparo. 9. La separación entre la frecuencia de contacto y la resonancia en paralelo variará debido a la influencia de la temperatura. Para garantizar en este caso una separación constante y con ello condiciones de disparo constantes, se regula, según el invento, la frecuencia de contacto por medio de la medición de la intensidad del convertidor. La intensidad del convertidor es mínima en el punto de resonancia y varía de forma progresiva a medida que aumenta su distancia al punto de resonancia.. El sonotrodo es sometido a esfuerzos acústicos considerables en el contacto metálico con el yunque en el caso de que no exista, respectivamente se corte el material que debe ser soldado. Los generadores analógicos no poseen aquí ninguna posibilidad para identificar el contacto metálico y también generan energía de ultrasonido en este caso. El generador, según el invento, gobernado por medio de un Software puede identificar el considerable desplazamiento de frecuencia de varios cientos de Hz ligados a ello fijando un límite de frecuencia y evitar así la aplicación de la energía. 11. La regulación gobernada con un Software referida al paso por cero de la fase posee excursiones de regulación más pequeñas que la regulación convencional con realimentación positiva de la tensión. Las oscilaciones más pequeñas de la regulación representan por término medio una aportación mayor de energíaalaunión soldada, ya que la superficie total es mayor, a pesar de la misma magnitud del impulso de soldadura. 12. Las oscilaciones de la tensión de la red pueden ser compensadas por el generador por mediodelaexcitación. Si la red se desploma, por ejemplo en un %, el generador reconoce esta situación a través de la potencia reactiva generada y abre más el vibrador, es decir, que suministra más energía a la etapa de salida. 13. Otra ventaja de este mando con microcontrolador reside en la posibilidad de incluir en el proceso de soldadura durante el proceso de soldadura Online, condiciones externas de la prensa de soldadura, tales como presión, recorrido, etc, para optimar ya la calidad de la unión soldada durante el proceso de soldadura. Los procedimientos, que 6

7 11 ES T3 12 utilizan un controlador externo, sólo pueden gobernar o regular estos parámetros de una soldadura a la siguiente. 14. El mantenimiento de la constancia de la potencia cedida al convertidor de ultrasonido durante el proceso de soldadura es también posible por medio de la regulación del ancho del impulso generado por el vibrador. Con una presión constante, equivale esto a una amplitud de soldadura constante. 1. El Software hace posible la elección automática de las parámetros de regulación apropiados. Si la regulación por medio de la fase no fuera capaz de excitar, a pesar del desplazamiento de fase, el sistema acústico en cuestión, se puede conmutar el generador a una regulación por medio del mínimo de la intensidad introduciendo una bandera en el menú de entrada. Con ello se excitan re- 1 sonancias, que indican un valor mínimo de la intensidad con independencia de la clase de estas resonancias. Con ello, el generador no sólo se puede utilizar por principio como generador de soldadura, sino que también para la limpieza con ultrasonido. Los requerimientos especiales de la limpieza con ultrasonido, tales como un tiempo de conexión (ED) del 0 %, el barrido de la frecuencia, la localización del punto de resonancia adecuado y la modulación de la amplitud para la desgasificación del líquido de limpieza se pueden lograr a través de una modificación del Software y se pueden elegir desde el menú principal. Esta lista de ventajas pone de manifiesto, que el generador puede ser utilizado según el invento y debido a su construcción, de una forma universal. Las diferentes aplicaciones, incluida la limpieza, se obtienen por medio de variantes apropiadas

8 13 ES T3 14 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para el funcionamiento de un generador para la alimentación con energía de alta frecuencia (HF) de un convertidor de ultrasonido para el funcionamiento de este en un estado de resonancia determinado, en especial para la soldadura con ultrasonido, en el que se mide el ángulo de fase entre la intensidad y la tensión en la salida del generador y se utiliza este valor para la regulación de la frecuencia del generador por el hecho de que se genera una tensión proporcional al ángulo de fase entre la intensidad y la tensión y en el que, además del ángulo de fase, se procesan digitalmente como magnitudes de regulación adicionales la intensidad, la tensión y/o la potencia reactiva o la potencia activa en la salida de alta frecuencia (HF) del generador y se concatenan digitalmente con el ángulo de fase para determinar la frecuencia de resonancia deseada del generador, caracterizado porque para la determinación del estado de resonancia del sistema de convertidor se determina la curva de la intensidad en el convertidor de ultrasonido en función de la frecuencia en un margen seleccionable, porque a partir de la separación entre el máximo de la intensidad y el mínimo de la intensidad se determina la frecuencia para la resonancia en serie y para la resonancia en paralelo del sistema y porque, en función de esta separación de frecuencias, se determina la amplitud del paso de la variación de la frecuencia y con ello la velocidad de regulación para la localización del paso por cero de la fase, respectivamente del ángulo de fase, que se aproxima a cero. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se determina la dirección de la curva del ángulo de fase con relación al paso por cero del ángulo de fase. 3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para el generador se ajusta, en función de la curva de intensidad determinada, una frecuencia de arranque, que, tanto en el funcionamiento en vacío del generador, como también al comienzo de la transmisión de la potencia (después del apoyo del sonotrodo), se halla por encima de la frecuencia de resonancia en paralelo. 4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque en el transcurso de varios arranques del generador la frecuencia de arranque se aproxima tanto a la frecuencia de resonancia en paralelo, que el tiempo para la localización del pasoporcerodelafaseesmínimo.. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en una fase de arranque del generador se genera la energía de alta frecuencia (HF) de forma escalonada hasta alcanzar el valor máximo de la fase de potencia, al mismo tiempo, que en la fase de arranque se determina un valor umbral para el ángulo de fase, que, si es rebasado hacia abajo, da lugar a la conexión del escalón de energía superior siguiente. 6. Procedimiento según la reivindicación, caracterizado porque la amplitud del paso y la duración de los diferentes escalones de energía son seleccionables. 7. Procedimiento según la reivindicación ó 6, caracterizado porque, después de alcanzar la potencia máxima, la regulación es conmutada a una regulación referida al paso por cero de la fase, en la que la regulación es determinada por el ángulo de fase y por la señal de dirección correspondiente del ángulo de fase. 8. Procedimiento según la reivindicación ó 6 caracterizado porque, en el caso de carecer el sistema de un paso por cero de la fase, se superpone a la señal del ángulo de fase un desplazamiento de fase prefijado para simular un paso por cero de la fase y porque en combinación con la señal de dirección del ángulo de fase se determina si se ha producido un paso por cero de la fase. 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la amplitud de la tensión, proporcional a la amplitud de la oscilación del sonotrodo, se regula automáticamente en la salida de alta frecuencia (HF) del generador.. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la regulación tiene lugar de acuerdo con un perfil de amplitudes prefijado. 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a, caracterizado porque para la identificación del apoyo del convertidor de ultrasonido, respectivamente del sonotrodo en la pieza se ajusta en el generador una frecuencia de contacto, que se elige tan alta, que en el momento del apoyo la frecuencia de resonancia sea más alta que la frecuencia de contacto ajustada y porque se determina el salto de fase, que se produce y que indica entonces el punto de apoyo. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque para la identificación de la separación del convertidor de ultrasonido, respectivamente del sonotrodo se determina el salto de fase, que se produce, cuando la frecuencia de resonancia cae por debajo de la frecuencia de contacto. 13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque de los saltos de fase, que se producen en el apoyo o en la separación, se determina y eventualmente almacena la duración de la fase de potencia. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la fuerza con la que la energía de ultrasonido es aplicada a la pieza depende de la separación entre la frecuencia de contacto en el funcionamiento en vacío del generador y la frecuencia de la resonancia en paralelo, de manera, que esta separación es una medida de la fuerza. 1. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque para mantener constante la separación, dependiente de la temperatura, entre la frecuencia de contacto y la frecuencia de resonancia en paralelo, se regula la frecuencia de contacto por medio de la medición de la intensidad del convertidor. 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado porque en el caso de un aumento de la frecuencia de resonancia por encima de un valor prefijado (contacto metálico del sonotrodo) se desconecta la energía de ultrasonido. 17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque durante la fase de potencia del generador se utilizan otras

9 1 ES T3 16 magnitudes de regulación, como la presión y el recorrido para la regulación de la potencia con lo que cada proceso de mecanización es optimado individualmente. 18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque la potencia cedida en el convertidor de ultrasonido es mantenida constante por medio de la regulación del ancho del impulso de los impulsos generados por el generador. 19. Procedimiento según una de las reivindi- caciones 1 a 18, caracterizado porque el generador es conmutado a regulación referida al mínimo de la intensidad, cuando el sistema de ultrasonido no puede ser excitado por la regulación del ángulo de fase, respectivamente la regulación referida al paso por cero de la fase o por la regulación referida al desplazamiento de fase.. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la regulación es realizada por un microcontrolador NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva. 9

10 ES T3

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