EP2900392A2 - Kommunikationseinrichtung für ein ultraschallgerät und verfahren zum betreiben eines solchen - Google Patents

Kommunikationseinrichtung für ein ultraschallgerät und verfahren zum betreiben eines solchen

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Publication number
EP2900392A2
EP2900392A2 EP13759229.1A EP13759229A EP2900392A2 EP 2900392 A2 EP2900392 A2 EP 2900392A2 EP 13759229 A EP13759229 A EP 13759229A EP 2900392 A2 EP2900392 A2 EP 2900392A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasound
ultrasonic
generator
communication
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13759229.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Broszeit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weber Ultrasonics AG
Original Assignee
Weber Ultrasonics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weber Ultrasonics GmbH filed Critical Weber Ultrasonics GmbH
Publication of EP2900392A2 publication Critical patent/EP2900392A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/02—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using infrasonic, sonic or ultrasonic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for operating an ultrasound device.
  • the invention relates to a communication device according to the preamble of claim 9 for an ultrasound device and an ultrasound device according to the preamble of claim 15.
  • Ultrasound devices of the type in question here regularly comprise an ultrasound generator and an ultrasound oscillating structure in electrical operative connection with the ultrasound generator.
  • the ultrasonic generator provides a high-frequency electrical pick-up signal (RF pick-up signal or RF signal), with which a present in the ultrasonic vibration structure
  • the problem here is that it is usually readily possible to connect any ultrasonic vibratory structure to an ultrasonic generator, even if the ultrasonic vibrating structure is not intended for use with the relevant ultrasonic generator.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with which can be avoided in particular that an ultrasonic vibrating structure, for example, for a sonotrode or a radiator, is operated on an unsuitable for this purpose ultrasonic generator, and vice versa.
  • a method for operating a Uitraschall réelles which ultrasonic device comprises an ultrasonic generator and standing with the ultrasonic generator in electrically operative connection ultrasonic vibration structure, wherein the ultrasonic generator supplies an ultrasonic transducer contained in the ultrasonic vibrating cuvettes with electrical energy and excites to generate ultrasound , characterized in that ultrasound oscillating structures and ultrasound generator communicate with each other via a data-technological and / or signaling active connection, preferably digital, wherein the ultrasound oscillating structure transmits identification data to the ultrasound generator, through which identification data the ultrasound generator is enabled to recognize the ultrasound vibrating structure.
  • a communication device for an ultrasound device, which ultrasound device has an ultrasound generator and an ultrasound generator operatively connected to the ultrasound generator.
  • Oscillating structure wherein the ultrasonic generator is adapted to supply an ultrasound transducer contained in the ultrasound oscillating structure with electrical energy and to stimulate the generation of ultrasound, is characterized in that between ultrasound Schwinggebiide and ultrasound generator kations a data technology and / or signaling Is formed, wherein the ultrasonic Schwinggebiide is adapted to transmit data in the form of identification data and / or property data via the communication operative connection to the ultrasound generator, preferably digitally, and wherein the ultrasound generator is adapted to at least one based on the data Performing detection of the ultrasonic vibrating structure, preferably also a determination of physical properties or conditions of the ultrasonic vibrating structure, in particular for carrying out the method according to one of the preceding en method claims.
  • An ultrasound device having an ultrasound generator and having an ultrasound vibration device in electrical operative connection with the ultrasound generator is characterized by a communication device according to one of the preceding device claims.
  • the solution according to the invention thus provides that a communication takes place between the ultrasonic generator and the ultrasound oscillating bodies.
  • This communication takes place via the mentioned data-technological and / or signaling active connection, preferably digitally.
  • the ultrasound vibration source transmits unambiguous identification data to the ultrasound generator, which identification data may include, for example, a serial number or the like, but the invention would not be limited thereto.
  • the identification data mentioned makes it possible for the ultrasound generator to carry out detection of the ultrasound image. In this way, the ultrasound generator can in particular detect whether a connected ultrasound vibration generator is at all suitable for operation with the present generator type. In this way, damage or destruction of components, as could occur in the prior art, safely avoid.
  • the ultrasound generator transmits further properties of the ultrasound oscillatory structure to the ultrasound generator, for example information about resonant frequencies, rated power, power loss or the like.
  • other data such as an accumulated previous operating time of the ultrasonic vibrating structure (sound output time) and / or information on start and stop frequencies for a frequency scan to determine an optimal working range of UltraschallaH-vibrating structure, can be transferred. It is even possible to transmit the entire frequency-dependent impedance curve of the ultrasound oscillating structure for optimum regulation of the excitation signal.
  • a corresponding development of the method according to the invention therefore provides that certain pre-stored or dynamically or sensorially determined characteristic data of the ultrasound oscillating structure are transmitted to the ultrasound generator by the ultrasound oscillating structure.
  • This property data may include at least one of nominal performance, power dissipation, resonant frequencies, serial number, production date, time to ship, impedance history, start and stop frequencies for determining a range of operation, temperature, humidity, or the like, without this enumeration being exhaustive.
  • a particular weather formation of the method according to the invention provides that, depending on a result of the recognition and / or the property data, an operating state of the ultrasound generator is automatically terminated. is chosen.
  • This may mean that an adaptation of the excitation signal for the ultrasound oscillating structure takes place as a function of the property data of the ultrasound vibratory structure after this property data have been transmitted to the ultrasound generator.
  • This may mean, for example, that the excitation frequency is set to a value which lies between the transmitted values for the start and stop frequency, which frequencies may coincide with the resonant frequencies (series resonance and parallel resonance) of the Uitraschall oscillatory structure.
  • the ultrasound generator does not apply any excitation signal to the ultrasound vibrating structure if it follows from the identification data or the characteristic data that the connected ultrasound vibration device may not be used with the present generator type.
  • a similar behavior is possible even if stored in the Uitraschall-vibration structure and transmitted to the ultrasonic generator Schaflabgabezeit indicates that the relevant ultrasound oscillating structure already has too long operating life and therefore could be faulty. Accordingly, it is also possible to proceed if moisture has penetrated into the ultrasound oscillating structure, without the invention being restricted to these operating modes.
  • the communication in the further development of the method according to the invention is bidirectional, whereby the ultrasonic generator also transmits data to the ultrasonic oscillating structure.
  • these data can be stored there, for soft purpose, the Uitraschall-vibration structure may have a suitable memory element. In this way, it is possible in particular to continuously update the sound output time of a connected Uitraschall oscillating structure, which has already been discussed above. In addition, can be stored in this way in the Uitraschall-vibration structure, with which generator or generator type it was already operated.
  • the communication between ultrasound generator and ultrasound vibrating structure via a high-frequency supply line between the ultrasonic generator and ultrasound oscillating structure, via which high-frequency supply line otherwise the high-frequency excitation signal for the ultrasound oscillating structure for generating transmitted by ultrasound is particularly advantageous because no additional communication links or communication lines are needed.
  • the corresponding method is essentially identical to the already existing components of a conventional ultrasound device.
  • the invention is by no means limited to the embodiment described above. Of course, it is within the scope of the present invention if the communication takes place via an additional communication line or wirelessly via a corresponding wireless communication connection between the ultrasonic generator and ultrasound oscillating structures.
  • the elements of the ultrasound generator and / or the ultrasound oscillating structure involved in the communication can be contactless, preferably capacitive and / or inductive, or galvanic to the radio frequency power line or to a separate, wireless or wired communication link be coupled between the ultrasonic generator and ultrasonic vibration structures.
  • a signal is suitably used in a corresponding development of the method according to the invention, which signal is modulated at a modulation frequency, which modulation frequency is different from an excitation frequency for the ultrasonic oscillatory structure.
  • said modulation frequency is higher than the excitation frequency for the ultrasonic vibration device.
  • elements of the ultrasound oscillating structure involved in the communication are supplied with electrical energy by means of their own energy supply.
  • said elements may be in the form of a transponder, which according to the above is an active transponder.
  • Such a configuration is particularly useful when dynamically certain property data of the ultrasonic vibration system are transmitted to the ultrasonic generator, for which purpose regularly corresponding sensors are present in operative connection with the ultrasonic vibration structure.
  • the said own energy supply can be, for example, an energy cell in the form of one or more accumulators.
  • elements of the ultrasonic oscillatory structure involved in the communication are passively, i. H. be supplied with electrical energy without its own energy supply.
  • the energy supply can be effected in particular "parasitically" by means of the RF excitation signal
  • Such a configuration is particularly useful if only pre-stored characteristic data of the ultrasound oscillating structure is transmitted to the ultrasound generator be provided passive transponder.
  • an active or passive transponder is provided in operative connection with the ultrasound oscillating structure.
  • This transponder has or stores the identification data and / or property data or has access to the identification data and / or property data for transmission to the ultrasound generator.
  • at least one sensor may be provided in operative connection with the ultrasound oscillating body, for example a temperature or humidity sensor whose sensor data (measured values) form part or the basis of at least the property data.
  • This formulation implies that either the sensor data is readily available as Property data are transmitted to the ultrasonic generator, whereupon then an "intelligent unit" (control unit) of the ultrasonic generator takes over the evaluation of the sensor data for control purposes.
  • the Uitraschali oscillating structure already has a corresponding "intelligent unit", for example a microprocessor or the like, which appropriately processes the sensor data prior to transmission to the ultrasonic generator.
  • a corresponding "intelligent unit" for example a microprocessor or the like, which appropriately processes the sensor data prior to transmission to the ultrasonic generator.
  • the ultrasound generator in development of the communication device according to the invention can have a control unit, which control unit is designed to carry out the communication with the ultrasound vibration structure and to evaluate the data received from the ultrasound vibration structure.
  • control unit is designed to carry out the communication with the ultrasound vibration structure and to evaluate the data received from the ultrasound vibration structure.
  • an operating state of the ultrasonic generator depending on the result of the recognition and / or the property data.
  • Such a selection or adaptation of the operating state can in particular include an adaptation of the excitation signal for the ultrasound vibration structure to the transmitted characteristic data of the ultrasound vibration structure. In extreme cases, no excitation of the ultrasound vibrating structure takes place at all, if this is for example unsuitable or defective.
  • an adaptation of the excitation signal to the physical properties of the ultrasound oscillating device will take place, for example by specifying an optimally suitable excitation frequency in the region between series resonance and parallel resonance of the ultrasound oscillating structure.
  • the communication device is characterized in that a memory element is provided in operative connection with the ultrasound oscillating element, in which memory element data can be stored, which from the ultrasound generator to the Ultrasonic Schwinggebiide be transmitted, for example, a sound output time (operating time).
  • a particularly advantageous embodiment of the invention includes a digital communication via the HF connection line (supply line) between see ultrasound generator and ultrasonic vibration structures, which communication is achieved by means of a high-frequency coupling.
  • the actual communication takes place by means of a modulation at a higher frequency than the ultrasonic frequency to be delivered via the said RF line.
  • the coupling itself can be capacitive, inductive or mixed.
  • the communication takes place for the first time before the actual ultrasound delivery and in this way provides the ultrasound generator with information as to whether an ultrasound oscillating structure is connected at all or whether a connected ultrasound oscillating structure is suitable for operation. If a connected ultrasound oscillating structure is faulty or unsuitable, the ultrasonic generator can detect this and, for example, output an error message and the
  • the ultrasound generator can start dispensing and set the excitation frequency on the basis of optimal specifications as to which specifications result from the transmitted characteristic data of the ultrasound oscillating structure.
  • a so-called transponder is present in the ultrasound oscillating structure.
  • the transponder can be passive or active. In the case of a passive transponder, its power supply can be "parasitic" using the RF excitation signal.
  • An actively constructed transponder permits measurements of physical properties of the ultrasound oscillating structure via corresponding sensors and an evaluation of the supplied sensor data.
  • the required energy supply can be realized in the form of rechargeable energy cells.
  • the coupling of the modulated RF communication signals ie those signals which are used for carrying out the communication between ultrasound oscillating structures and ultrasonic generators, can be realized capacitively, inductively or as a mixed form of the two become.
  • the reaction on the part of the ultrasonic generator is independent of the reaction on the part of the ultrasonic oscillating body.
  • the communication is possible not only before the first sound emission but also during the output or sound output in order to be able to react dynamically to physical properties of the ultrasound vibration structure, for example its temperature development. At elevated temperature, a reduction of the sound energy and / or the sound power is regularly sought.
  • measurement data of physical properties of the ultrasound oscillating structure are preferably transmitted to the ultrasound generator in real time, as it were.
  • the ultrasound generator can create a history in an existing memory element, which includes, for example, which ultrasound oscillating element with a soft serial number has already been connected to the relevant ultrasound generator.
  • Another development of the invention provides that the coupling of the communication to the RF supply line via a transformer or a transformer-like coil takes place.
  • This type of coupling is independent of whether it takes place on the side of the ultrasonic generator or on the side of the ultrasonic vibrating structure. Additionally or alternatively, it is possible that the coupling takes place in the (electromagnetic) resonant circuit or in the so-called matching network of the ultrasonic generator.
  • the energy cells that are available for its supply can be automatically charged when the power is switched on, for example when the power is switched off. B. via the RF supply line.
  • the transponder of the ultrasound oscillating element can consist of a digital arithmetic unit or comprise such a computation unit.
  • the transponder of the ultrasound oscillating element can consist of a digital arithmetic unit or comprise such a computation unit.
  • ponder can record sensor data from corresponding sensors and, if necessary, process it before transmitting it to the ultrasound generator. If the ultrasound vibrating structure identifies the ultrasound generator in the proposed communication, what kind of ultrasound vibrating structure it is, and what specific key data or characteristic data it has, the ultrasound generator is allowed to have optimal (frequency) control of the connected Uitraschall- Schwinggebiides make, especially if a start and stop frequency are known, which limit the preferred working range of the ultrasonic vibrating structure, see. DE 10 2012 215 993.2.
  • a kind of logbook can be realized in the ultrasound oscillating structure in which errors can be logged and recalled at a later time (by the ultrasound generator).
  • the transmission of said identification / characteristic data of the ultrasound oscillating structure further makes it possible to activate a (pre-stored) program or a specific event in the course of a tool change in the ultrasound generator.
  • a program / event may include or cause one or more changes in physical properties of the RF excitation signal.
  • Corresponding programs or events can be stored in the Uitraschailgenerator and are activated when detected tool change accordingly.
  • the ultrasound oscillating structure may additionally or alternatively transmit sensor data in the form of a vibration amplitude, RF current, RF voltage or the like or corresponding desired or limit values to the ultrasound generator.
  • the ultrasonic generator can react directly to the transmitted sensor data, for example, by reducing the sound energy to be delivered and / or sound power is effected with increasing temperature of the ultrasonic vibrating structure.
  • any data known in the production of the ultrasonic vibratory structure can be stored in its memory, for example the serial number, the material, the number of elements and / or PT disks, the piezotype used, the production date, the responsible inspector , the capacity, power dissipation, insulation resistance, tightening torque, tightening tension, or the like without the above enumeration claiming to be exhaustive.
  • the ultrasonic generator transmits data to the Uitraschall-vibration structure, which he himself with his own measurements, eg. B. a frequency scan, see. DE 10 2012 215 994.0, verified. In this way, it is possible under certain circumstances to diagnose a defect in the ultrasound vibrating structure if the generator measurements do not match the stored data of the ultrasound vibrating structure.
  • Figure 1 shows schematically a first embodiment of an ultrasonic device according to the invention with a communication device according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically a further embodiment of an ultrasound device according to the invention with a communication device according to the invention for carrying out the method according to the invention;
  • FIG. 3 schematically shows a further embodiment of an ultrasound device according to the invention with an inventive device
  • Figure 4 shows schematically a coupling of a transponder in / on the
  • Figure 5 shows schematically a coupling of a transponder to a
  • Figure 6 shows schematically the coupling of a transponder in / on the
  • Figure 7 shows schematically the coupling of a transponder in / on the
  • Figure 8 shows schematically the coupling of a transponder in / on the
  • Figure 9 shows schematically a modification of the embodiment of Figure 1;
  • FIG. 10 shows schematically a further modification of the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows, by means of a block diagram, an ultrasound device which is denoted by the reference numeral 1 in its entirety.
  • the ultrasound device 1 comprises an ultrasound generator 2 to which an ultrasound oscillating structure 4 is connected by means of a cable 3.
  • the cable 3 functions as a supply line for a high-frequency excitation signal (RF signal), with which the ultrasonic generator 2, the ultrasonic vibration structure 4 for Swing and thus stimulate the generation of ultrasound.
  • the ultrasonic oscillator comprises an ultrasonic transducer (tail converter) 4a which transmits the said RF signal in ultrasound! converts.
  • the Uitraschali-vibrating structure 4 also regularly includes a so-called spotlight, which provides specific application specific for the targeted delivery or radiation of ultrasound generated due to its special geometry. This radiator is not explicitly shown in the figures.
  • the ultrasonic generator 2 has, in a manner known per se, an output stage 2a, which ensures the adequate amplification of the RF signal to be output.
  • the ultrasonic generator 2 also has a so-called matching network 2b, which is a circuit for adjusting the impedance between a source for high-frequency signals, here the ultrasonic generator 2, and a consumer, here the ultrasonic vibrating structure 4.
  • a matching network 2b Possible embodiments and the function of such a matching network 2b are known to the person skilled in the art, so that it is not necessary to discuss this further in the present case.
  • the RF supply line 3 can be used or used for preferably bidirectional communication of data between the ultrasound generator 2 and the ultrasound oscillating structure 4.
  • K1 and K2 denotes the communication from the ultrasonic vibrating structure 4 to the ultrasonic generator 2
  • K1 denotes the reverse communication direction.
  • the communication takes place, as already mentioned, via the RF supply line 3.
  • both the ultrasonic generator 2 and the ultrasound oscillating structure 4 each comprise a coupling element 2c and 4c, which for coupling / decoupling the respective communication signals to the or from the RFeasesieitung 3 provides.
  • the coupling itself can be made inductively, capacitively or in the manner of a mixed form, it can be designed differently for the ultrasonic generator 2 and the Uitraschali-vibrating structure 4. Concrete examples of such a coupling will be explained in more detail below with reference to FIGS. 4 to 8. It should be noted at this point that the invention is not limited to bidirectional communication K1, K2. Furthermore, the invention is not restricted to the fact that the communication K1, K2 takes place via the RF supply line 3. In principle, it is alternatively possible to provide a separate wireless or wired communication connection between ultrasound generator 2 and ultrasound oscillating structures 4.
  • the coupling can also take place within the matching network 2b, so that basically no completely separate coupling element 2c is required.
  • the actual subscribers of the communication K1, K2 are a control card 2d contained in the ultrasound generator 2, which functions as an intelligent unit and in particular can store and evaluate communication data transmitted by the ultrasound oscillating structure 4 and use it to control the ultrasound generator 2.
  • the control card 2d in particular has a memory unit 2e, which is designed in particular for storing data transmitted by the ultrasound oscillating structure 4.
  • certain control programs or the like for the operation of the ultrasonic generator 2 can be swept behind, which can be used in response to transmitted by the ultrasound vibration structure 4 data or their evaluation in the control board 2d for controlling the ultrasonic generator 2.
  • the communication stage according to the embodiment in FIG.
  • transponder 4d which in turn also has or can access a memory unit 4e; data stored in the memory unit 4e is stored in the memory unit 4e Transponder 4d when connecting to the ultrasonic generator 2 or in operation via the RF supply line 3 to the ultrasonic generator 2 and its control card 2d transmits.
  • data identification data and / or property data
  • transponder In the transponder according to the embodiment in Figure 1 is a so-called passive transponder, which has no own power supply and therefore "parasitic" via the RF supply line. 3 or the coupling element 4c is supplied with electrical energy.
  • passive transponder which has no own power supply and therefore "parasitic" via the RF supply line. 3 or the coupling element 4c is supplied with electrical energy.
  • Such transponders are known to the expert in many ways.
  • FIG. 2 schematically shows an alternative embodiment of the ultrasound apparatus 1 on the basis of a block diagram, with only the essential differences from the representation according to FIG. 1 being discussed in detail in the present case in order to avoid repetitions.
  • the transponder 4d in the Uitraschall- vibration structure 4 is formed as an active transponder, which has its own power supply, which is exemplified in the form of an energy line 4f.
  • the energy cell 4f can be a rechargeable accumulator, which, as shown in FIG. 2, is connected to the ultrasonic generator 2 when the ultrasound oscillating structure 4 is connected to the ultrasound generator 2 or to the ultrasound generator 4 during operation of the ultrasound vibrating structure 4 Energy is supplied and charged accordingly.
  • the energy cell 4f then supplies the transponder 4d with electrical energy.
  • the coupling element 4c accordingly serves only for communication purposes, not for the power supply of the transponder 4d.
  • FIG. 3 schematically shows, by means of a block diagram, a further embodiment of the ultrasound apparatus 1, wherein in turn only the particularities with respect to FIG. 1 and FIG. 2 are discussed in greater detail.
  • the ultrasound device 1 according to FIG. 3 essentially corresponds to the configuration in FIG. 2.
  • the transponder 4d is an active transponder, which is supplied with electrical energy via an energy cell 4f.
  • the ultrasound apparatus 1 according to FIG. 3 has a number of sensors on the sides of the ultrasound vibrating structure 4, which are designated by the reference numeral 4g in summary.
  • the aforementioned sensors 4g may in particular be temperature or humidity sensors, without the invention being restricted to such sensor types.
  • the sensors 4 g record physical measured values which are related to the ultrasound oscillating structure 4.
  • the arrow M1 symbolizes a temperature monitoring of the sound transducer 4a
  • reference symbol M2 symbolizes a moisture measurement in the interior of the ultrasonic vibration structure 4, for example when the ultrasonic vibration structure dips into a liquid cleaning medium.
  • the measured values or measured data recorded by the sensors 4g are supplied to the transponder 4d, which - depending on their own data processing capabilities - processes them or communicates directly with the ultrasonic generator 2 via the HF supply line 3.
  • dynamically determined property data of the Uitraschall Schwinggebüdes for controlling the operation of the ultrasonic device 1 can be used.
  • the actual control is again preferably by the ultrasonic generator 2 and its control card 2d, which has already been discussed above.
  • FIG. 4 schematically shows, on the basis of a block diagram, the capacitive coupling of the transponder 4d in the ultrasound oscillating element 4 to the HF supply line 3, which is shown in FIG. 4 and in the following figures as a forward and return line.
  • the block arrow HF symbolizes the RF supply of the Uitraschall Schwinggebüdes 4.
  • the ultrasonic generator is not shown in Figure 4 and the following figures. Otherwise, the same shieldszetchen in all figures the same or equivalent elements.
  • a capacitor 4h is connected between the HF supply line 3 coming from the ultrasound generator and the transponder 4d, which ensures a capacitive coupling of the transponder 4d.
  • the electrical properties of the capacitor 4d and the in Form of an equivalent circuit diagram shown Ultraschallaliwandiers 4a are chosen so that the actual RF excitation signal essentially acts only on the ultrasonic transducer 4a, while the Kirunikationssigna! ⁇ Reference symbol K1), which is preferably in the form of a higher-frequency modulation with respect to the RF power supply signal, via the coupling by means of the capacitor 4h, which acts as the coupling element 4c according to FIGS. 1 to 3, essentially only to the transponder 4d acts.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the coupling of the transponder 4d in the ultrasound oscillating structure 4.
  • the coupling takes place capacitively and inductively via a capacitor 4h and a transformer 4 ⁇ , wherein the transformer 4i has a primary-side inductance 4i 'and a secondary-side
  • the transponder 4d is connected to the secondary-side inductance 4i ", as shown in FIG.
  • the capacitor 4h and the transformer 4i act according to Figure 5 as a coupling element 4c (see Figures 1 to 3).
  • FIG. 6 shows, schematically with reference to a block diagram, the extension of the embodiment according to FIG. 5 by an energy cell 4f for supplying the (active) transponder 4d.
  • the power cell 4f is connected in parallel to the transponder 4d on the secondary side of the transformer 4i and is in electrical communication with the latter in order to supply the transponder 4d with electrical energy.
  • the operative connection of the transponder 4d with the coupling element 4c thus serves exclusively for communication purposes.
  • the electrical properties of the coupling element 4c, i. H. of the capacitor 4h and of the transformer 4i are selected such that the actual RF excitation signal is essentially "seen” only by the ultrasound transducer 4a, while the transponder 4d essentially “sees” only one communication component (high-frequency modulation) of the RF excitation signal.
  • FIG. 7 is a development of the embodiment, as shown in Figure 6, in which additionally the already mentioned sensors 4g are used.
  • the sensors 4g are on the one hand with the power cell 4f and on the other hand with the Transponder 4d in operative connection.
  • FIG. 8 shows an alternative coupling of the transponder 4d to FIG.
  • the essential difference between the embodiments according to Figure 5 and Figure 8 lies in the design and wiring of the transformer 4i, which may also be referred to as "autotransformer” in the embodiment according to Figure 8.
  • the capacitance 4h used for the capacitive coupling of the transponder 4d is between the transponder 4d and a node Kn1 connected, which node Kn1 between the two windings 4i ⁇ 4i "of the transformer 4i is arranged.
  • a further connection of the transformer 4d to the RF supply line 3 takes place before the transformer 4i in a node Kn2.
  • the transponder 4d as in FIG. 4 and FIG. 5, is designed as a passive transponder, which is supplied with electrical energy in a "parasitic" manner via the RF supply line 3.
  • FIG. 9 shows schematically a modification of the first embodiment according to FIG. 1.
  • the coupling of the communication signal in or on the matching network takes place, which is symbolized in FIG. 9 by means of a dashed rectangle 2 b.
  • this type of coupling can also be readily transferred to the object of FIG. 2 and to the object according to FIG.
  • the coupling takes place by means of the coupling element 2c behind the matching network 2b, while according to FIGS. 1 to 3 it takes place before the matching network 2b.
  • the coupling according to FIG. 10 can be readily transferred to the objects of FIGS. 2 and 3.
  • the invention is therefore not limited to a particular localization of the coupling in the ultrasonic generator 2.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts (1), welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren (K1, K2), vorzugsweise digital, wobei das Ultra-schall-Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird. Außerdem werden ein zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignete Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät und ein Ultraschaligerät mit einer solchen Kommunikationseinrichtung vorgeschlagen.

Description

Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät und Verfahren zum Betreiben eines solchen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Betreiben eines Ultraschallgeräts.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kommunikationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 für ein Ultraschallgerät und ein Ultraschallgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Ultraschallgeräte der hier in Rede stehenden Art umfassen regelmäßig einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde. Der Ultraschallgenerator liefert ein hochfrequentes elektrisches Anregesignal (HF-Anregesignal oder HF- Signal), mit welchem ein in dem Ultraschall-Schwinggebilde vorhandener
(Ultra-)Schal!wandler zu Schwingungen angeregt wird, um den eigentlichen Ultraschall zu erzeugen.
Problematisch ist hierbei, dass es in der Regel ohne Weiteres möglich ist, ein beliebiges Ultraschall-Schwinggebilde an einem Ultraschallgenerator anzuschließen, auch wenn das Ultraschall-Schwinggebilde nicht zur Verwendung mit dem betreffenden Ultraschallgenerator vorgesehen ist. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang möglich, das Ultraschall-Schwinggebilde mit einer falschen Anregefrequenz und/oder bei zu starker Leistung zu betreiben, was im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung beider Komponenten, d. h. des Ultraschall- Schwinggebildes und des Ultraschallgenerators führen kann. Bei zu schwacher Leistung wird regelmäßig das Ergebnis der Ultraschallbearbeitung nicht die angestrebte Qualität aufweisen. Aus der DE 43 22 388 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum sicheren Anschwingen von Ultraschall-Desintegratoren bekannt, bei der zum sicheren An- schwingen des Schallwandlers mit einer angekoppelten Sonotrode ein weites Frequenzband des Ultraschallgenerators (HF-Generators) durchfahren und dabei die Amplitude eines Rückkopplungssignals einer Piezo-Keramikscheibe überwacht wird. Bei Unterschreiten der für ein Anschwingen notwendigen Rückkopplungsamplitude wird das Durchfahren des Frequenzbandes wiederholt. Auf diese Weise lassen sich Abnutzungserscheinungen von Sonotroden ausgleichen, und eine Überlastung der in dem HF-Generator enthaltenen Leistungsendstufe für die Ansteuerung des Ultraschallwandlers wird vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich insbesondere vermeiden lässt, dass ein Ultraschall- Schwinggebilde, beispielsweise für eine Sonotrode oder einen Strahler, an einem hierfür ungeeigneten Ultraschallgenerator betrieben wird, und umgekehrt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch eine Kommunikationseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Ultraschallgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um Textwiederholungen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben eines Uitraschallgeräts, welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Ultraschall-Schwing- gebüde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschall- Schwinggebilde und Ultraschallgenerator miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren, vorzugsweise digital, wobei das Ultraschall-Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird.
Eine erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät, welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Uitraschail- Schwinggebilde aufweist, wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde enthaltenen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie zu versorgen und zur Erzeugung von Ultraschall anzuregen, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ultraschall-Schwinggebiide und Ultraschallgenerator eine datentechnische und/oder signaltechnische Kommuni- kations-Wirkverbindung ausgebildet ist, wobei das Ultraschall-Schwinggebiide dazu ausgebildet ist, Daten in Form von Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten über die Kommunikations-Wirkverbindung an den Ultraschallgenerator zu übermitteln, vorzugsweise digital, und wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, anhand der Daten zumindest eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes durchzuführen, vorzugsweise außerdem eine Bestimmung von physikalischen Eigenschaften bzw. Zuständen des Ultraschall- Schwinggebildes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Ultraschallgerät mit einem Ultraschallgenerator und mit einem mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehenden Ultraschall-Schwinggebiide ist gekennzeichnet durch eine Kommunikationseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht also vor, dass eine Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebiide stattfindet. Diese Kommunikation findet über die genannte datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung statt, vorzugsweise digital. Dabei übermittelt das Ultraschall-Schwinggebiide eindeutige Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator, welche Identifizierungsdaten beispielsweise eine Seriennummer oder dergleichen beinhalten können, ohne dass die Erfindung jedoch hierauf beschränkt wäre. Durch die genannten Identifizierungsdaten wird es dem Ultraschallgenerator ermöglicht, eine Erkennung des Ultraschallgebildes durchzuführen. Auf diese Weise kann der Ultraschallgenerator insbesondere erkennen, ob ein angeschlossenes Ultraschall-Schwinggebiide für einen Betrieb mit dem vorliegenden Generatortyp überhaupt geeignet ist. Auf diese Weise lässt sich eine Beschädigung oder Zerstörung von Komponenten, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten konnte, sicher vermeiden. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, weitere Eigenschaften des UltraschaH-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator zu übermitteln, beispielsweise Angaben zu Resonanzfrequenzen, Nennleistung, Verlustleistung oder dergleichen. Auch weitere Daten, wie eine aufsummierte bisherige Betriebsdauer des Ultraschall-Schwinggebildes (Schallabgabezeit) und/oder Angaben zu Start- und Stopp-Frequenzen für einen Frequenzscan zur Ermittlung eines optimalen Arbeitsbereiches des UltraschaH-Schwinggebildes, können übertragen werden. Möglich ist sogar eine Übertragung des gesamten frequenzabhängigen Impedanzverlaufs des Ultraschall-Schwinggebildes für eine optimale Ausregelung des Anregungssignais. Entsprechende Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts sind in bereits anhängigen Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben, nämlich der DE 10 2012 215 993.2 und der DE 10 2012 215 994.0, auf welche vollinhaltlich Bezug genommen wird. Bei entsprechender Ausgestaltung des UltraschaH-Schwinggebildes, insbesondere durch das Vorsehen geeigneter Sensoren, sind nicht nur fest hinterlegte Identifizierungs- oder Eigenschaftsdaten abruf- bzw. speicherbar, sondern es können auch dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall- Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator übertragen werden, beispielsweise durch Messung physikalischer Eigenschaften und Parameter, insbesondere einer aktuellen Temperatur des Uitraschail-Schwinggebildes oder Feuchtigkeitswerten am bzw. im Inneren des UltraschaH-Schwinggebildes.
Eine entsprechende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht demnach vor, dass weiterhin von dem Ultraschall-Schwinggebilde bestimmte vorgespeicherte oder dynamisch bzw. sensorisch bestimmte Eigenschaftsdaten des UltraschaH-Schwinggebildes an den Ultraschall-Generator übermittelt werden. Diese Eigenschaftsdaten können, ohne dass diese Aufzählung abschließend wäre, zumindest eine der Eigenschaften Nennleistung, Verlustleistung, Resonanzfrequenzen, Seriennummer, Produktionsdatum, Schailabgabezeit, Impedanzverlauf, Start- und Stopp-Frequenzen zur Ermittlung eines Arbeitsbereichs, Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen umfassen.
Eine besondere Wetterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten ein Betriebszustand des Ultraschallgenerators automatisch ausge- wählt wird. Dies kann bedeuten, dass eine Anpassung des Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde in Abhängigkeit von den Eigenschaftsdaten des Uitraschall-Schwinggebildes erfolgt, nachdem diese Eigenschaftsdaten an den Ultraschallgenerator übertragen wurden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Anregungsfrequenz auf einen Wert eingestellt wird, welcher zwischen den übertragenen Werten für die Start- und Stopp-Frequenz liegt, welche Frequenzen mit den Resonanzfrequenzen (Serienresonanz und Parallelresonanz) des Uitraschall-Schwinggebildes zusammenfallen können. Im Extremfall kann jedoch auch umfasst sein, dass der Ultraschallgenerator keinerlei Anregungs- signai an das Uitraschall-Schwinggebilde anlegt, wenn aus den identifizierungs- daten bzw. den Eigenschaftsdaten folgt, dass das angeschlossene Ultraschall- Schwinggebiide nicht mit dem vorliegenden Generatortyp verwendet werden darf. Ein ähnliches Verhalten ist auch dann möglich, wenn eine in dem Uitraschall-Schwinggebilde gespeicherte und an den Ultraschallgenerator übertragene Schaflabgabezeit anzeigt, dass das betreffende Ultraschall-Schwinggebilde bereits eine zu lange Betriebsdauer aufweist und deshalb fehlerhaft sein könnte. Entsprechend kann auch verfahren werden, falls Feuchtigkeit in das Ultraschall- Schwinggebilde eingedrungen ist, ohne dass die Erfindung auf diese Betriebsarten beschränkt wäre.
Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bidirektional, wobei auch der Ultraschallgenerator Daten an das Ultraschall-Schwinggebilde überträgt. Bei entsprechender Ausgestaltung des Uitraschall-Schwinggebildes können diese Daten dort gespeichert werden, zu weichem Zweck das Uitraschall-Schwinggebilde ein geeignetes Speicherelement aufweisen kann. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die Schallabgabezeit eines angeschlossenen Uitraschall-Schwinggebildes fortlaufend zu aktualisieren, worauf weiter oben schon eingegangen wurde. Darüber hinaus kann auf diese Weise in dem Uitraschall-Schwinggebilde gespeichert werden, mit welchem Generator bzw. Generatortyp es bereits betrieben wurde.
Wenn vorgesehen ist, dass ein gegebener Ultraschallgenerator nur mit einem Uitraschall-Schwinggebilde funktioniert, dessen Identifizierungsdaten er akzeptiert, lässt sich darüber hinaus auch vermeiden, dass Schäden oder Gefährdungen durch den Einsatz gefälschter und möglicherweise minderwertiger Uitraschall-Schwinggebilde auftreten. !m Zuge einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultra- schail-Schwinggebilde über eine Hochfrequenz-Versorgungsleitung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde, über welche Hochfrequenz-Versorgungsleitung ansonsten das Hochfrequenz-Anregungssignal für das Ultraschall-Schwinggebilde zur Erzeugung von Ultraschall übertragen wird. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, weil keine zusätzlichen Kommunikationsverbindungen bzw. Kommunikationsleitungen benötigt werden. Hardwaretechnisch kommt das entsprechende Verfahren im Wesentlichen mit den bereits vorhandenen Komponenten eines herkömmlichen Ultraschaligeräts aus.
Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Kommunikation über eine zusätzliche Kommunikationsleitung oder drahtlos über eine entsprechende drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde erfolgt.
Im Zuge einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die an der Kommunikation beteiligten Elemente des Ultraschallgenerators und/oder des Ultraschall-Schwinggebildes kontaktlos, vorzugsweise kapazitiv und/oder induktiv, oder galvanisch an die Hochfrequenz- Versorgungsleitung oder an eine gesonderte, drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall- Schwinggebilde angekoppelt sein.
Für die eigentliche Kommunikation wird bei entsprechender Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßiger Weise ein Signal verwendet, welches Signal bei einer Modulationsfrequenz moduliert ist, welche Modulationsfrequenz von einer Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde verschieden ist. Vorzugsweise ist die genannte Modulationsfrequenz höher als die Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde. Auf diese Weise lässt sich insbesondere die weiter oben beschriebene kapazitive und/oder induktive Ankopplung der an der Kommunikation beteiligten Elemente in einfacher Weise bewerkstelligen. Die genannten Elemente lassen sich entsprechend elektrisch so auslegen, dass sie auf das HF-Anregungssignal für das U!tra- schall-Schwinggebilde im Wesentlichen nicht ansprechen, während sie für die genannte Modulationsfrequenz des eigentlichen Kommunikationssignals eine ausreichende Empfindlichkeit aufweisen. Wieder eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente des Ultraschall-Schwinggebildes mittels einer eigenen Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere können die genannten Elemente in Form eines Transponders ausgebildet sein, bei welchem es sich gemäß dem Vorstehenden um einen aktiven Transponder handelt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwingsystems an den Ultraschallgenerator übermittelt werden, zu welchem Zweck regelmäßig entsprechende Sensoren in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde vorhanden sind. Bei der genannten eigenen Ener- gieversorgung kann es sich beispielsweise um eine Energiezelle in Form eines oder mehrerer Akkumulatoren handeln.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der Kommunikation beteiligte Elemente des Ultraschall-Schwinggebildes passiv, d. h. ohne eine eigene Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Energieversorgung kann insbesondere„parasitär" mittels des HF-Anregungssignais erfolgen. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn nur vorgespeicherte Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator übermittelt werden. In oder an dem Ultraschall-Schwinggebilde kann zu diesem Zweck ein so genannter passiver Transponder vorgesehen sein.
Entsprechende Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sehen vor, dass in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde ein aktiver oder passiver Transponder vorgesehen ist. Dieser Transponder weist die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten auf bzw. speichert diese oder hat zwecks Übertragung an den Ultraschallgenerator Zugriff auf die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten. Dabei kann in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebiide wenigstens ein Sensor vorgesehen sein, beispielsweise ein Temperatur- oder Feuchtigkeitssensor, dessen Sensordaten (Messwerte) Teil oder Grundlage zumindest der Eigenschaftsdaten sind. Diese Formulierung umfasst, dass entweder die Sensordaten ohne Weiteres als Eigenschaftsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt werden, woraufhin anschließend eine„intelligente Einheit" (Steuereinheit) des Ultraschallgenerators die Auswertung der Sensordaten zu Steuerungszwecken übernimmt.
Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, dass bereits das Uitraschali-Schwing- gebilde eine entsprechende„intelligente Einheit", beispielsweise einen Mikroprozessor oder dergleichen aufweist, welche die Sensordaten vor einer Übertragung an den Ultraschallgenerator entsprechend aufbereitet.
Wie bereits angesprochen, kann der Ultraschallgenerator in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung eine Steuereinheit aufweisen, welche Steuereinheit zum Durchführen der Kommunikation mit dem Ultraschall- Schwinggebilde und zur Auswertung der von dem Ultraschall-Schwinggebilde empfangenen Daten ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist es möglich, in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten einen Betriebszustand des Ultraschallgenerators automatisch auszuwählen bzw. anzupassen. Hierauf wurde weiter oben bereits hingewiesen. Eine solche Auswahl oder Anpassung des Betriebszustandes kann insbesondere eine Anpassung des Anregungssignals für das Ultrascha!l-Schwinggebilde an die übermittelten Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes beinhalten. Im Extremfall findet überhaupt keine Anregung des Ultraschall-Schwinggebildes statt, wenn dieses beispielsweise ungeeignet oder fehlerhaft ist. Im Regelfall wird eine Anpassung des Anregungssignals an die physikalischen Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebiides erfolgen, beispielsweise durch Vorgabe einer optimal geeigneten Anregungsfrequenz im Bereich zwischen Serienresonanz und Parallelresonanz des Ultraschall-Schwinggebildes.
Wenn eine bidirektionale Kommunikation zwischen Ultraschallgenerator und Ultraschall-Schwinggebiide stattfindet, zeichnet sich die erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung bei entsprechender Weiterbildung dadurch aus, dass in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwingelement ein Speicherelement vorgesehen ist, in welchem Speicherelement Daten gespeichert werden können, die von dem Ultraschallgenerator an das Ultraschall-Schwinggebiide übertragen werden, beispielsweise eine Schallabgabezeit (Betriebsdauer).
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet eine digitale Kommunikation über die HF-Anschlussleitung (Versorgungsleitung) zwi- sehen Ultraschailgenerator und Ultraschall-Schwinggebilde, welche Kommunikation mittels einer hochfrequenten Ankopplung erreicht wird. Die eigentliche Kommunikation erfolgt mittels einer Modulation bei höherer Frequenz als die abzugebende Ultraschallfrequenz über die genannte HF-Leitung. Dabei existie- ren vorzugsweise zwei Ankoppeisteilen, von denen sich eine im oder am Ultraschallgenerator und die andere im bzw. am Ultraschall-Schwinggebilde befindet. Wie bereits erwähnt wurde, kann die Ankopplung selbst kapazitiv, induktiv oder als Mischform erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation erstmalig vor der eigentlichen Ultraschallabgabe und liefert auf diese Weise dem Ultraschall- generator Informationen dahingehend, ob überhaupt ein Ultraschall-Schwinggebilde angeschlossen ist bzw. ob ein angeschlossenes Ultraschall-Schwinggebilde für einen Betrieb geeignet ist. Sollte ein angeschlossenes Ultraschall- Schwinggebilde fehlerhaft oder ungeeignet sein, kann der Ultraschallgenerator dies erkennen und beispielsweise eine Fehlermeldung ausgeben und die
Schallabgabe verweigern. Wenn dagegen das Ultraschall-Schwinggebilde bauartbedingt bzw. aufgrund seiner Resonanzfrequenzen und (Nenn-)Leistung passend sein, kann der Ultraschallgenerator die Abgabe starten und die Anregungsfrequenz anhand optimaler Vorgaben einstellen, welche Vorgaben es sich aus den übertragenen Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes ergeben.
Entsprechende Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sehen vor, dass in dem Ultraschall-Schwinggebilde ein so genannter Transponder vorhanden ist. Der Transponder kann passiv oder aktiv aufgebaut sein. Bei einem passiven Transponder kann dessen Energieversorgung„parasi- tär" unter Verwendung des HF-Anregungssignals erfolgen.
Ein aktiv aufgebauter Transponder lässt Messungen von physikalischen Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes über entsprechende Sensoren und eine Auswertung der gelieferten Sensordaten zu. Die hierfür erforderliche Ener- gieversorgung kann in Form von wiederaufladbaren Energiezellen realisiert werden.
Wie bereits mehrfach erwähnt wurde, kann die Ankopplung der modulierten HF- Kommunikationssignale, d. h. derjenigen Signale, welche zum Durchführen der Kommunikation zwischen Ultraschall-Schwinggebilde und Ultraschallgenerator verwendet werden, kapazitiv, induktiv oder als Mischform aus beiden realisiert werden. Dabei ist die Reaiisierung auf Seiten des Ultraschallgenerators unabhängig von der Reaiisierung seitens des Ultraschall-Schwinggebüdes.
Die Kommunikation ist nicht nur vor der ersten Schallabgabe sondern auch wäh- rend der Leistungs- bzw. Schallabgabe möglich, um dynamisch auf physikalische Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes reagieren zu können, beispielsweise dessen Temperaturentwickiung. Bei erhöhter Temperaturist regelmäßig eine Verringerung der Schallenergie und/oder der Schallleistung anzustreben.
Vorzugsweise werden in diesem Zusammenhang Messdaten physikalischer Eigenschaften des Ultraschall-Schwinggebildes quasi in Echtzeit an den Ultraschallgenerator übermittelt. Anhand der übertragenen (Eigenschafts-)Daten des Ultraschall-Schwinggebildes kann der Ultraschallgenerator in einem vorhandenen Speicherelement eine Historie erstellen, welche beispielsweise beinhaltet, welches Ultraschall-Schwingelement mit weicher Seriennummer bereits an dem betreffenden Ultraschallgenerator angeschlossen wurde.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ankopplung der Kommunikation an die HF-Versorgungsleitung über einen Transformator oder eine transformatorähnliche Spule erfolgt. Diese Art der Ankopplung ist unabhängig davon, ob sie auf Seiten des Ultraschallgenerators oder auf Seiten des Ultraschall-Schwinggebildes erfolgt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Ankopplung in den (elektromagnetischen) Schwingkreis bzw. in das so genannte Anpassnetzwerk des Ultraschallgenerators erfolgt.
Wenn das Ultraschail-Schwingelement einen aktiven Transponder besitzt, kön- nen die zu dessen Versorgung vorhandenen Energiezellen bei Leistungs- bzw. Schailabgabe automatisch aufgeiaden werden, z. B. über die HF-Versorgungsleitung.
Im Zuge einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Transponder des Ultraschail-Schwingelements aus einer digitalen Recheneinheit bestehen oder eine solche Recheneinheit umfassen. In diesem Zusammenhang ist der Trans
i t) ponder insbesondere in der Lage, Sensordaten von entsprechenden Sensoren aufzunehmen und bei Bedarf vor einer Übertragung an den Ultraschallgenerator zu bearbeiten. Wenn das Ultraschail-Schwinggebilde dem Ultraschallgenerator im Rahmen der vorgeschlagenen Kommunikation zu erkennen gibt, um weiche Art von Ultraschall-Schwinggebilde es sich handelt und welche spezifischen Eckdaten oder Eigenschaftsdaten es aufweist, wird es dem Ultraschallgenerator ermöglicht, eine optimale (Frequenz-)Regelung des angeschlossenen Uitraschall- Schwinggebiides vorzunehmen, insbesondere wenn eine Start- und Stoppfrequenz bekannt sind, welche den bevorzugten Arbeitsbereich des Ultraschall- Schwinggebildes begrenzen, vgl. DE 10 2012 215 993.2.
Bei Vorhandensein eines entsprechenden Speicherelements lässt sich in dem Ultraschall-Schwinggebilde eine Art Logbuch realisieren, in dem Fehler protokolliert und zu einem späteren Zeitpunkt (durch den Ultraschallgenerator) wieder abgerufen werden können.
Es ist dem Ultraschall-Schwingsystem auf diese Weise auch möglich, eine Historie in seinem Speicherelement abzulegen, aus welcher hervorgeht, mit weichen Ultraschallgeneratoren (identifizierbar über die Seriennummer) das Ultraschall-Schwinggebilde schon in Betrieb genommen wurde.
Die Übertragung der genannten Identifizierungs-/Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht es des Weiteren, im Zuge eines Werkzeugwechseis in dem Ultraschallgenerator ein (vorgespeichertes) Programm oder ein bestimmtes Ereignis zu aktivieren. Insbesondere kann ein solches Programm/ Ereignis eine oder mehrere Änderungen physikalischer Eigenschaften des HF- Anregungssignals umfassen oder bewirken.
Entsprechende Programme oder Ereignisse können in dem Uitraschailgenerator gespeichert sein und werden bei erkanntem Werkzeugwechsel entsprechend aktiviert. Alternativ ist es jedoch auch möglich, entsprechend prozessrelevante Daten in dem Ultraschail-Schwinggebilde zu speichern und bei einem Werkzeugwechsel automatisch an den Ultraschallgenerator zu übertragen, so dass dieser seinen Betrieb entsprechend anpassen kann. Neben den bereits angesprochenen Sensordaten für Temperatur und Feuchtigkeit kann das Ultraschall-Schwinggebilde zusätzlich oder alternativ Sensordaten in Form einer Schwingungsamplitude, HF-Strom, HF-Spannung oder dergleichen bzw. entsprechende Soll- oder Grenzwerte an den Ultraschallgenerator übermitteln. Der Ultraschallgenerator kann auf die übermittelten Sensordaten unmittelbar reagieren, indem beispielsweise eine Verminderung der abzugebenden Schallenergie und/oder Schallleistung bei steigender Temperatur des Ultraschall-Schwinggebildes bewirkt wird.
Ebenfalls bereits angesprochen wurde die Möglichkeit, dem Ultraschallgenerator den (vollständigen) Impedanzverlauf eines angeschlossenen Ultraschall- Schwinggebildes mitzuteilen, welcher bei der Produktion des Ultraschall- Schwinggebildes in dessen Transponder hinterlegt wurde. Der Ultraschallgenerator kann hierauf reagieren und seine Betriebsparameter entsprechend anpassen.
Grundsätzlich können jegliche Daten, die bei der Herstellung des Ultraschall- Schwinggebildes bekannt sind, in dessen Speicher hinterlegt werden, beispielsweise die Seriennummer, das Material, die Anzahl der Elemente und/oder PT- Scheiben, der verwendete Piezotyp, das Produktionsdatum, der verantwortliche Prüfer, die Kapazität, Verlustleistung, der isolationswiderstand, ein Anzugsdrehmoment, eine Anzugsspannung oder dergleichen, ohne dass die vorstehende Aufzählung Anspruch auf Vollständigkeit erheben würde. Im Zuge einer bidirektionalen Kommunikation ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Ultraschallgenerator an das Uitraschall-Schwinggebilde Daten übermittelt, die er selbst mit eigenen Messungen, z. B. einem Frequenz-Scan, vgl. DE 10 2012 215 994.0, verifiziert hat. Auf diese Weise lässt sich unter Umständen ein Defekt des Ultraschall-Schwinggebildes diagnostizieren, wenn die Generatormessungen nicht mit den gespeicherten Daten des Ultraschall-Schwinggebildes übereinstimmen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallgeräts mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 zeigt schematisch noch eine weitere Ausgestaltung eines erfin- dungsgemäßen Ultraschallgeräts mit einer erfindungsgemäßen
Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 4 zeigt schematisch eine Ankopplung eines Transponders in/an dem
Ultraschall-Schwinggebilde;
Figur 5 zeigt schematisch eine Ankopplung eines Transponders an einem
Transformator innerhalb des Ultraschall-Schwinggebüdes;
Figur 6 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponder in/an dem
Ultraschall-Schwinggebilde mit einem Transformator und einer
Energiezelle;
Figur 7 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponders in/an dem
Ultraschall-Schwinggebilde mit Transformator, Energiezelie und Sensoren;
Figur 8 zeigt schematisch die Ankopplung eines Transponders in/an dem
Ultraschall-Schwinggebilde als Alternative zu der Darstellung in Fi- gur 5;
Figur 9 zeigt schematisch eine Abwandlung der Ausgestaltung gemäß Figur 1 ; und
Figur 10 zeigt schematisch eine weitere Abwandlung der Ausgestaltung gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds ein Ultraschallgerät, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das Ultraschallgerät 1 umfasst einen Ultraschallgenerator 2, an den mittels eines Kabels 3 ein Ultraschall-Schwinggebilde 4 angeschlossen ist. Das Kabel 3 fun- giert als Versorgungsleitung für ein Hochfrequenz-Anregungssignal (HF-Signal), mit dem der Ultraschallgenerator 2 das Ultraschall-Schwinggebilde 4 zum Schwingen und damit zur Erzeugung von Ultraschall anregt. Diesem Zweck um- fasst das Ultraschallschwinggebilde einen Ultraschallwandler (Schailwandler) 4a, welcher das genannte HF-Signal in Ultraschal! wandelt. Wie dem Fachmann geläufig ist, umfasst das Uitraschali-Schwinggebilde 4 außerdem regelmäßig noch einen so genannten Strahler, der aufgrund seiner speziellen Geometrie anwendungsspezifisch für die gezielte Abgabe oder Abstrahlung des erzeugten Ultraschalls sorgt. Dieser Strahler ist in den Figuren nicht explizit dargestellt.
Der Ultraschallgenerator 2 weist in an sich bekannter Weise eine Endstufe 2a auf, welche für die angemessene Verstärkung des abzugebenden HF-Signals sorgt. Ausgangsseitig weist der Ultraschallgenerator 2 weiterhin noch ein so genanntes Anpassnetzwerk 2b auf, wobei es sich um eine Schaltung zum Anpassen der Impedanz zwischen einer Quelle für hochfrequente Signale, hier dem Ultraschallgenerator 2, und einem Verbraucher, hier dem Ultraschall- Schwinggebilde 4 handelt. Mögliche Ausgestaltungen und die Funktion eines solchen Anpassnetzwerks 2b sind dem Fachmann bekannt, so dass hierauf vorliegend nicht weiter einzugehen ist.
Wesentlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun, dass die HF- Versorgungsleitung 3 für eine vorzugsweise bidirektionale Kommunikation von Daten zwischen dem Ultraschallgenerator 2 und dem Ultraschall-Schwinggebilde 4 benutzt werden kann bzw. benutzt wird. Dies ist in den Figuren durch Pfeile K1 und K2 symbolisch dargestellt. K2 bezeichnet die Kommunikation vom Ultraschall-Schwinggebilde 4 zum Ultraschallgenerator 2, während K1 die umgekehrte Kommunikationsrichtung bezeichnet. Die Kommunikation erfolgt, wie bereits erwähnt, über die HF-Versorgungsleitung 3. Zu diesem Zweck umfasst sowohl der Ultraschallgenerator 2 als auch das Ultraschall-Schwinggebilde 4 jeweils ein Kopplungselement 2c bzw. 4c, welches für eine An-/Auskopplung der betreffenden Kommunikationssignale an die bzw. aus der HF-Versorgungsieitung 3 sorgt. Die Ankopplung selbst kann induktiv, kapazitiv oder nach Art einer Mischform erfolgen, Sie kann für den Ultraschallgenerator 2 und das Uitraschali-Schwinggebilde 4 jeweils unterschiedlich ausgebildet sein. Konkrete Beispiele für eine solche Ankopplung werden weiter unten anhand der Figuren 4 bis 8 noch genauer dargestellt. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Erfindung nicht auf eine bidirektionale Kommunikation K1 , K2 beschränkt ist. Des Weiteren ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die Kommunikation K1 , K2 über die HF-Versorgungsleitung 3 stattfindet. Grundsätzlich ist es alternativ möglich, eine separate drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator 2 und Ultraschall-Schwinggebilde 4 vorzusehen.
Darüber hinaus kann auf Seiten des Ultraschallgenerators 2 die Ankopplung auch innerhalb des Anpassnetzwerks 2b erfolgen, so dass grundsätzlich kein vollständig separates Koppiungselement 2c erforderlich ist.
Die eigentlichen Teilnehmer der Kommunikation K1 , K2 sind eine in dem Ultraschallgenerator 2 enthaltene Steuerkarte 2d, welche als intelligente Einheit fungiert und insbesondere von dem Ultraschail-Schwinggebilde 4 übermittelte Kommunikationsdaten speichern, auswerten und zur Steuerung des Ultraschallgenerators 2 verwenden kann. Zu diesem Zweck weist die Steuerkarte 2d insbesondere eine Speichereinheit 2e auf, welche insbesondere zum Speichern von durch das Ultraschail-Schwinggebilde 4 übertragenen Daten ausgebildet ist. In dem Speicherelement 2e können jedoch auch bestimmte Steuerprogramme oder dergleichen für den Betrieb des Ultraschallgenerators 2 hinterfegt sein, welche in Abhängigkeit von durch das Ultraschail-Schwinggebilde 4 übertragenen Daten bzw. deren Auswertung in der Steuerkarte 2d zum Steuern des Ultraschallgenerators 2 verwendet werden können. Auf Seiten des Ultraschali-Schwinggebildes 4 handelt es sich bei dem Kommunikationsteiinehmer gemäß der Ausgestaltung in Figur 1 um einen Transponder 4d, welcher seinerseits ebenfalls über eine Speichereinheit 4e verfügt bzw. auf eine solche zugreifen kann, in der Speichereinheit 4e sind Daten gespeichert, welche der Transponder 4d beim Anschließen an den Ultraschallgenerator 2 oder im Betrieb über die HF-Versorgungsleitung 3 an den Ultraschallgenerator 2 bzw. dessen Steuerkarte 2d überträgt. Um welche Daten (Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten) es sich hierbei handeln kann, wurde im einleitenden Teil der Beschreibung ausführlich dargelegt.
Bei dem Transponder gemäß der Ausgestaltung in Figur 1 handelt es sich um einen so genannten passiven Transponder, welcher über keine eigene Energieversorgung verfügt und deshalb„parasitär" über die HF-Versorgungsleitung 3 bzw. das Kopplungselement 4c mit elektrischer Energie versorgt wird. Derartige Transponder sind dem Fachmann in vielfältiger weise bekannt.
Im Hinblick darauf, auf welche Weise die zwischen Ultraschallgenerator 2 und Uitraschall-Schwinggebilde 4 ausgetauschten Daten zum Steuern eines Betriebs des Ultraschallgeräts 1 verwendet werden können, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen.
Figur 2 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds eine alternative Ausgestaltung des Ultraschallgeräts 1 , wobei zur Vermeidung von Wiederholungen vorliegend nur auf die wesentlichen Unterschiede zu der Darstellung gemäß Figur 1 näher eingegangen wird.
Gemäß der Ausgestaltung in Figur 2 ist der Transponder 4d in dem Uitraschall- Schwinggebilde 4 als aktiver Transponder ausgebildet, welcher über eine eigene Energieversorgung verfügt, die beispielhaft in Form einer Energiezeile 4f dargestellt ist. Bei der Energiezelie 4f kann es sich um einen wieder aufladbaren Akkumulator handeln, welcher gemäß der Darstellung in Figur 2 beim Anschließen des Ultraschall-Schwinggebildes 4 an den Ultraschallgenerator 2 bzw. im Betrieb des Uitraschali-Schwinggebildes 4 ausgehend von der HF-Versorgungsleitung 3 mit elektrischer Energie versorgt und entsprechend geladen wird. Die Energiezelle 4f versorgt anschließend den Transponder 4d mit elektrischer Energie. Das Kopplungse!ement 4c dient demgemäß nur zu Kommunikationszwecken, nicht zur Energieversorgung des Transponders 4d.
Für die weiteren Einzelheiten in Figur 2 sei auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen.
Figur 3 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds noch eine weitere Ausgestaltung des Ultraschallgeräts 1 , wobei wiederum nur auf die Besonderheiten gegenüber Figur 1 und Figur 2 näher eingegangen wird.
Das Ultraschaltgerät 1 gemäß Figur 3 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung in der Figur 2. Auch hier handelt es sich beim dem Transponder 4d um einen aktiven Transponder, welcher über eine Energiezelle 4f mit elektrischer Energie versorgt wird. Abweichend von der Darstellung in Figur 2 enthält das Ultraschallgerät 1 gemäß Figur 3 auf Seiten des Ultraschall-Schwinggebildes 4 eine Anzahl von Sensoren, die zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 4g bezeichnet sind. Bei den genannten Sensoren 4g kann es sich insbesondere um Temperatur- oder Feuchtigkeits-Sensoren handeln, ohne dass die Erfindung auf derartige Sensorentypen beschränkt wäre. Für weitere Einzelheiten sei auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Wie in Figur 3 anhand der Pfeile M 1 , M2 dargestellt ist, nehmen die Sensoren 4g physikalische Messwerte auf, welche mit dem Ultraschall- Schwinggebilde 4 im Zusammenhang stehen. Beispielhaft symbolisiert der Pfeil M1 eine Temperaturüberwachung des Schallwandlers 4a, während Bezugszeichen M2 eine Feuchtigkeitsmessung im Inneren des Ultraschall-Schwinggebildes 4 symbolisiert, beispielsweise wenn das Ultraschall-Schwinggebilde in ein flüssiges Reinigungsmedium eintaucht. Die von den Sensoren 4g aufgenommenen Messwerte oder Messdaten werden an den Transponder 4d geliefert, welcher sie— je nach eigenen Datenverarbeitungsfähigkeiten— aufbereitet oder unmittelbar über die HF-Versorgungsleitung 3 an den Ultraschallgenerator 2 kommuniziert. Auf diese Weise können auch dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Uitraschall-Schwinggebüdes zum Steuern des Betriebs des Ultraschallgeräts 1 verwendet werden. Die eigentliche Steuerung geschieht wieder vorzugsweise durch den Ultraschallgenerator 2 bzw. dessen Steuerkarte 2d, worauf bereits weiter oben eingegangen wurde.
Figur 4 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds die kapazitive Ankopp- lung des Transponders 4d in dem Ultraschall-Schwinggebiide 4 an die HF- Versorgungsleitung 3, welche in Figur 4 und in den nachfolgenden Figuren als Hin- und Rückleitung dargestellt ist. Der Blockpfeil HF symbolisiert die HF- Versorgung des Uitraschall-Schwinggebüdes 4. Der Ultraschallgenerator ist in Figur 4 und den nachfolgenden Figuren nicht dargestellt. Ansonsten entsprechen gleiche Bezugszetchen in allen Figuren gleichen oder gleichwirkenden Elementen.
Wie der Figur 4 explizit zu entnehmen ist, ist zwischen der vom Ultraschallgenerator kommenden HF-Versorgungsleitung 3 und dem Transponder 4d ein Kondensator 4h geschaltet, welcher für eine kapazitive Ankopplung des Transponders 4d sorgt. Die elektrischen Eigenschaften des Kondensators 4d und des in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellten Ultraschaliwandiers 4a sind so gewählt, dass das eigentliche HF-Anregungssignal im Wesentlichen nur auf den Ultraschallwandler 4a wirkt, während das Kommunikationssigna! {Bezugszeichen K1 ), welches vorzugsweise in Form einer bezogen auf das HF-Versor- gungssignal höherfrequenten Modulation vorliegt, über die Ankopplung mittels des Kondensators 4h, welcher als das Kopplungselement 4c gemäß den Figuren 1 bis 3 fungiert, im Wesentlichen nur auf den Transponder 4d wirkt.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Ankopplung des Transponders 4d in dem Ultraschall-Schwinggebilde 4. Gemäß Figur 5 erfolgt die Ankopplung kapazitiv und induktiv mitteis eines Kondensators 4h und eines Transformators 4Ϊ, wobei der Transformator 4i eine primärseitige Induktivität 4i' und eine sekun- därseitige Induktivität 4i" aufweist. Der Transponder 4d ist an die sekundärseiti- ge Induktivität 4i" angeschlossen, wie in Figur 5 dargestellt. Der Kondensator 4h und der Transformator 4i fungieren gemäß Figur 5 als Kopplungselement 4c (vgl. Figuren 1 bis 3).
Figur 6 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds die Erweiterung des Ausgestaltung gemäß Figur 5 um eine Energiezelle 4f zur Versorgung des (akti- ven) Transponders 4d. Die Energiezelle 4f ist auf der Sekundärseite des Transformators 4i parallel zu dem Transponder 4d geschaltet und steht mit letzteren in elektrischer Wirkverbindung, um den Transponder 4d mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Wirkverbindung des Transponders 4d mit dem Kopplungselement 4c (Kondensator 4h und Transformator 4i) dient somit ausschließlich zu Kommunikationszwecken.
Gemäß den Figuren 5 bis 8 sind die elektrischen Eigenschaften des Koppiungs- elements 4c, d. h. des Kondensators 4h und des Transformators 4i derart gewählt, dass das eigentliche HF-Anregungssignal im Wesentlichen nur von dem Ultraschailwandler 4a„gesehen" wird, während der Transponder 4d im Wesentlichen nur einen Kommunikationsanteil (hochfrequente Modulation) des HF- Anregungssignals„sieht".
Figur 7 ist eine Weiterbildung der Ausgestaltung, wie in Figur 6 gezeigt, bei der zusätzlich die bereits erwähnten Sensoren 4g zum Einsatz kommen. Die Sensoren 4g stehen einerseits mit der Energiezelle 4f und andererseits mit dem Transponder 4d in Wirkverbindung. Für weitere Einzelheiten sei auf die Darstellung in Figur 7 und auf die vorstehende Beschreibung der Figur 3 verwiesen.
Schließlich zeigt die Figur 8 eine zu der Figur 5 alternative Ankopplung des Transponders 4d. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausgestaltungen gemäß Figur 5 und Figur 8 liegt in der Ausgestaltung und Beschaltung des Transformators 4i, weicher in der Ausgestaltung gemäß Figur 8 auch als„Spartransformator" bezeichnet werden kann. Die zur kapazitiven Ankopplung des Transponders 4d eingesetzte Kapazität 4h ist zwischen den Transponder 4d und einen Knoten Kn1 geschaltet, welcher Knoten Kn1 zwischen den beiden Wicklungen 4i\ 4i" des Transformators 4i angeordnet ist. Eine weitere Anbindung des Transformators 4d an die HF-Versorgungsleitung 3 erfolgt vor dem Transformator 4i in einem Knoten Kn2. Auch im Falle der Figur 8 ist der Transponder 4d, wie auch in Figur 4 und Figur 5, als passiver Transponder ausgebildet, wel- eher in„parasitärer" Weise über die HF-Versorgungsleitung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Figur 9 zeigt schematisch eine Abwandlung der ersten Ausgestaltung gemäß Figur 1. Wie der Darstellung in Figur 9 zu entnehmen ist, erfolgt hier die An- kopplung des Kommunikationssignals im bzw. am Anpassnetzwerk, welches in Figur 9 mittels eines gestrichelten Rechtecks 2b symbolisiert ist. Wie der Fachmann erkennt, lässt sich diese Art der Ankopplung ohne Weiteres auch auf den Gegenstand von Figur 2 und auf den Gegenstand gemäß Figur 3 übertragen. Gemäß der Ausgestaltung in Figur 10 erfolgt die Ankopplung mittels des Kopplungselements 2c hinter dem Anpassnetzwerk 2b, während sie gemäß Figur 1 bis 3 vor dem Anpassnetzwerk 2b erfolgte. Auch diesbezüglich gilt, dass die Ankopplung gemäß Figur 10 ohne Weiteres auch auf die Gegenstände der Figuren 2 und 3 übertragbar ist. Die Erfindung ist also keinesfalls auf eine bestimmte Lokalisierung der Ankopplung in dem Ultraschallgenerator 2 beschränkt.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgeräts (1 ), welches Ultraschallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Uitraschali-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator einen in dem Uitraschali- Schwinggebilde enthaltenen Uitraschallwandler (4a) mit elektrischer Energie versorgt und zur Erzeugung von Ultraschall anregt,
dadurch gekennzeichnet, dass
Uitraschali-Schwinggebilde (4) und Ultraschallgenerator (2) miteinander über eine datentechnische und/oder signaltechnische Wirkverbindung kommunizieren (K1 , K2), vorzugsweise digital, wobei das Ultraschall- Schwinggebilde Identifizierungsdaten an den Ultraschallgenerator übermittelt, durch welche Identifizierungsdaten dem Ultraschallgenerator eine Erkennung des Ultraschall-Schwinggebildes ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
weiterhin von dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) bestimmte vorgespeicherte oder dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten des Ultraschall- Schwinggebildes an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden, insbesondere zumindest eine der Eigenschaften Nennleistung, Verlustleistung, Resonanzfrequenzen, Seriennummer, Produktionsdatum, Schallabgabezeit, Impedanzveriauf, Start- und/oder Stoppfrequenzen zur Ermittlung eines Arbeitsbereichs, Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten ein Betriebszustand des Ultraschallgeräts (1 ) und/oder des Ultraschallgenerators (2) automatisch ausgewählt wird, insbesondere eine Anpassung eines Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde (4) an durch die Eigenschaftsdaten bestimmte Eigenschaften des Uitrascha!l-Schwinggebildes.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikation (K1 , K2) bidirektional erfolgt, wobei der Ultraschallgenerator (2) Daten an das Ultraschall-Schwinggebüde (4) überträgt, weiche Daten vorzugsweise in dem Ultraschall-Schwinggebüde gespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikation (K1 , K2) über eine Hochfrequenz-Versorgungsleitung
(3) zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Kommunikation beteiligte Elemente (2d, 2e; 4d, 4e) des Ultraschallgenerators (2) und/oder des Ultraschali-Schwinggebildes (4) kontaktlos, vorzugsweise kapazitiv und/oder induktiv, oder galvanisch an die Hochfrequenz-Versorgungsleitung (3) oder an eine gesonderte, drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) angekoppelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Kommunikation (K1 , K2) ein Signal verwendet wird, welches Signal bei einer Modulationsfrequenz moduliert ist, welche Modulationsfrequenz von einer Anregungsfrequenz für das Ultraschall-Schwinggebilde
(4) verschieden ist, vorzugsweise höher.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Kommunikation beteiligte Elemente (4d, 4e) des Ultraschall- Schwinggebildes (4) mittels einer eigenen Energieversorgung (4f) des Uitraschali-Schwinggebiides (4) mit elektrischer Energie versorgt werden, insbesondere wenn dynamisch bestimmte Eigenschaftsdaten (M1 , M2) des Ultraschali-Schwinggebüdes (4) an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden,
oder dass
an der Kommunikation beteiligte Elemente (4d, 4e) des Ultraschall- Schwinggebildes (4) passiv, ohne eine eigene Energieversorgung des Ultraschali-Schwinggebüdes mit elektrischer Energie versorgt werden, insbesondere wenn vorgespeicherte Eigenschaftsdaten des Ultraschali- Schwinggebüdes (4) an den Ultraschallgenerator (2) übermittelt werden. , Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät (1 ), welches Ultra- schallgerät einen Ultraschallgenerator (2) und ein mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehendes Ultraschall-Schwinggebilde (4) aufweist, wobei der Ultraschallgenerator (2) dazu ausgebildet ist, einen in dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) enthaltenen Ultraschallwandler (4a) mit elektrischer Energie zu versorgen und zur Erzeugung von Ultraschall anzuregen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Ultraschall-Schwinggebilde (4) und Ultraschallgenerator (2) eine datentechnische und/oder signaltechnische Kommunikations-Wirk- verbindung ausgebildet ist, wobei das Uitraschall-Schwinggebilde (4) dazu ausgebildet ist, Daten in Form von Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten über die Kommunikations-Wirkverbindung an den Ultraschallgenerator (2) zu übermitteln, vorzugsweise digital, und wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, anhand der Daten eine Erkennung des Ultraschali-Schwinggebüdes (4) durchzuführen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.
10. Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) ein aktiver o- der passiver Transponder (4d) vorgesehen ist, welcher Transponder (4d) die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten aufweist oder zwecks Übertragung an den Ultraschallgenerator auf die Identifizierungsdaten und/oder Eigenschaftsdaten Zugriff hat, wobei vorzugsweise in Wirkverbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) wenigstens ein Sensor (4g) vorgesehen ist, dessen Sensordaten (M1 , M2) Teil oder Grundlage zumindest der Eigenschaftsdaten sind.
1 1. Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ultraschallgenerator (2) eine Steuereinheit (2e) aufweist, welche Steuereinheit (2e) zum Durchführen der Kommunikation mit dem Ultra- schail-Schwinggebilde (4) und zur Auswertung der von dem Ultraschall- Schwinggebilde (4) empfangenen Daten ausgebildet ist, um vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Erkennung und/oder den Eigenschaftsdaten einen Betriebszustand des Ultraschallgenerators (2) automatisch auszuwählen, insbesondere eine Anpassung eines Anregungssignals für das Ultraschall-Schwinggebilde (4) an die Eigenschaftsdaten des Ultraschall-Schwinggebildes (4).
12. Kommunikattonseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikations-Wirkverbindung in Form einer kapazitiven und/oder induktiven und/oder galvanischen Ankopplung an eine Hochfrequenz- Versorgungsleitung (3) zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschail- Schwinggebilde (4) ausgebildet ist.
13. Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikations-Wirkverbindung in Form einer separaten drahtlosen oder kabelgebundenen Kommunikationsverbindung zwischen Ultraschallgenerator (2) und Ultraschall-Schwinggebilde (4) ausgebildet ist,
14. Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikations-Wirkverbindung für eine bidirektionale Kommunikation (K1 , K2) zwischen Ultraschallgenerator (2) und dem Ultraschall- Schwinggebilde (4) ausgebildet ist, wobei der Ultraschallgenerator dazu ausgebildet ist, Daten an das Uitraschail-Schwinggebilde (4) zu übertragen, welche Daten vorzugsweise in einem Speicherelement (4e) in Wirk- Verbindung mit dem Ultraschall-Schwinggebilde (4) speicherbar sind.
Ultraschallgerät (1), mit einem Ultraschallgenerator (2) und mit einem mit dem Ultraschallgenerator in elektrischer Wirkverbindung stehenden Ultra- schall-Schwinggebilde (4),
gekennzeichnet durch
eine Kommunikationseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche.
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