Procedimiento y dispositivo para la excitación por ultrasonidos de estructuras con cualquier geometría para la reducción de la fricción.

Procedimiento para la excitación por ultrasonidos de estructuras con cualquier geometría,

que comprende las etapasde:

a) establecer una unión entre un generador, un convertidor (4) de ultrasonidos y al menos un sistema mecánico quedebe excitarse

b) pasar por un intervalo de frecuencias para determinar un punto de trabajo, en el que con cada frecuencia alcanzadala potencia absorbida del sistema que debe excitarse determina una corriente o una tensión, que emite el generador,que se mide con un sensor, de modo que un valor de medición del sensor representa la potencia emitida al sistema quedebe excitarse

c) realizar una excitación por ultrasonidos en el punto de trabajo determinado o en un entorno alrededor del punto detrabajo determinado, no modificándose más el punto de trabajo una vez fijado o el entorno alrededor del punto detrabajo una vez seleccionado.

Procedimiento y dispositivo para la excitación por ultrasonidos de estructuras con cualquier geometría para la reducción de la fricción.

La invención se refiere a un procedimiento para la excitación por ultrasonidos según algunas características de la reivindicación 1 y a un dispositivo para la excitación por ultrasonidos según el preámbulo de la reivindicación 13.

En la industria existen una pluralidad de aplicaciones en las que se desea reducir la fricción entre las partículas y/o las partículas y un sistema en contacto con las mismas. Algunos ejemplos de tales aplicaciones son:

• El filtrado por ultrasonidos, en el que mediante excitación por ultrasonidos del tejido filtrante puede aumentarse considerablemente el rendimiento. El rendimiento en el filtrado por ultrasonidos depende de la tendencia a la obstrucción de los tejidos filtrantes. Mediante la utilización de ultrasonidos las aberturas del tejido se mantienen libres, porque la fricción de adhesión se convierte por el movimiento de ultrasonidos en una fricción de deslizamiento inferior y se rompen los puentes de polvo.

• El transporte de productos a granel y pinturas en polvo en tubos o sobre plataformas. Se reduce la fricción reducida mediante la oscilación de ultrasonidos entre el producto a granel y la plataforma o el tubo de conducción. De este modo puede dosificarse mejor el caudal y aumentarse el rendimiento.

• La excitación de superficies límite entre partículas en movimiento o entre superficies fijas y en movimiento. En general el paso debido a la utilización de ultrasonidos de la fricción de adhesión a la fricción de deslizamiento lleva a una reducción de la resistencia mecánica y así puede reducir el desgaste o el consumo de energía en los procesos de movimiento mecánicos.

Según el estado de la técnica hasta ahora era habitual para la excitación por ultrasonidos adaptar la frecuencia de oscilación natural del cuerpo mecánico que debe hacerse oscilar a la frecuencia del convertidor. Un sistema de filtrado de este tipo se deduce por ejemplo por el documento DE 4418175.

Sin embargo, cuando se usa este enfoque es problemático que el ajuste del cuerpo mecánico que debe hacerse oscilar a la frecuencia del convertidor es complejo y está asociado a un gran esfuerzo. Las tolerancias según la técnica de fabricación ya habituales, en particular en puntos de soldadura u otros puntos de unión, o las fluctuaciones de los parámetros acústicos como el módulo de Young, velocidad del sonido y densidad llevan a cuerpos mecánicos con frecuencias naturales ligeramente diferentes, que ya son tan diferentes entre sí, que por ejemplo no es posible el funcionamiento de varios filtros con un convertidor de ultrasonidos según el estado de la técnica.

En el caso de cuerpos mecánicos más complejos, sus resonancias individuales en la mayoría de los casos ya no están marcadas de manera clara o se produce una acumulación de resonancias, tal como se muestra a continuación. Este comportamiento de oscilación no interfiere en principio con una excitación por ultrasonidos que debe favorecer el rendimiento. Por ejemplo por el documento EP 0 567 551 B1 se conoce excitar los marcos de sistemas de filtrado a una oscilación provocada fuera de la frecuencia de resonancia.

Cuando a pesar de ello aparecen con frecuencia problemas durante el funcionamiento de sistemas excitados por ultrasonidos, que no están ajustados a la frecuencia del convertidor de ultrasonidos, esto es una consecuencia de la tecnología del generador de ultrasonidos usada hasta ahora, en la que se recurre al ángulo de fase para la regulación del generador.

Este principio de regulación funciona mejor cuanto mayor sea la claridad con la que puede determinarse el paso por cero en el cambio de signo de la fase, es decir, en particular en sistemas de resonancia con una calidad alta, que a su vez sólo puede conseguirse con resonadores ajustados de manera exacta sin un efecto de amortiguación intenso.

A la inversa, las resonancias que no muestran un paso por cero claro de la fase no se reconocen y la regulación falla. En caso de producirse un empeoramiento de la calidad o de la información de fase durante el funcionamiento, también puede producirse una supresión completa de la regulación de fase y el generador se sobrecarga.

Aunque una aplicación de la regulación de fase por tanto en sistemas con una calidad muy alta, tal como tienen que usarse por ejemplo en la soldadura por ultrasonidos, es muy ventajosa, este modo de proceder es muy propenso a los fallos e inestable, cuando la calidad del sistema oscilante no es suficiente. De manera correspondiente mediante la adaptación compleja, individual del sistema oscilante a la frecuencia de resonancia pretendida debe garantizarse que éste no sea el caso.

Un problema adicional en el caso de una excitación de resonancia consiste en que en particular en el caso de sistemas de resonancia complejos la amplitud de resonancia resultante no se determina de manera controlable. Esto es problemático porque esta magnitud determina la potencia perdida, que a su vez lleva al calentamiento del sistema. Un

calentamiento no controlado como tal ya es desventajoso en muchos casos, porque se fomenta que se cueza el polvo o el producto a granel. Este problema se intensifica en el caso de materiales que ya a temperaturas bajas se ablandan o empiezan a fundirse.

Además, la calidad del sistema excitado depende de la temperatura. Por tanto, en el caso de la excitación de resonancia es posible que el calentamiento del sistema mejore la calidad, lo que a su vez lleva a una amplitud de resonancia superior y así a un calentamiento adicional, que mejora adicionalmente la calidad.

Por el documento US 2002/0060230 A1 se conoce un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 13 y un procedimiento para la excitación por ultrasonidos de estructuras. Este documento da a conocer un sistema de filtrado con un generador, un convertidor de ultrasonidos activado por el generador y una estructura mecánica, en el que un transductor está dispuesto en el sistema de filtrado, cuya señal se usa como medida para las oscilaciones mecánicas del sistema para la adaptación de la tensión de control emitida por el generador, para controlar la tasa de flujo del material a través del sistema de filtrado.

Partiendo de este estado de la técnica surge el problema de proporcionar un procedimiento y un dispositivo para la excitación por ultrasonidos, con los que con un calentamiento mínimo del sistema se posibilite la excitación de estructuras de cualquier complejidad y en particular también de varios filtros.

Este problema se soluciona mediante un procedimiento para la excitación por ultrasonidos con las características de la reivindicación 1 y un dispositivo para la excitación por ultrasonidos con las características de la reivindicación 13.

Configuraciones ventajosas de la invención deben deducirse en cada caso en relación con las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en el conocimiento de que es ventajoso adaptar la frecuencia y amplitud de oscilación del convertidor de ultrasonidos con ayuda de la regulación de generador al comportamiento de oscilación del sistema general en lugar de intentar adaptar el comportamiento de oscilación de conductores de sonido resonantes a una frecuencia natural del convertidor de ultrasonidos.

Según el procedimiento según la invención según la reivindicación 1, de manera correspondiente tras una primera etapa del establecimiento de la unión entre el generador, el convertidor de ultrasonidos y los sistemas que deben excitarse con ultrasonidos en una segunda etapa se busca y se fija el punto de trabajo del sistema mediante la variación del parámetro (del generador) de frecuencia del generador por un intervalo específico y mediante la medición de la corriente y/o de la tensión, que se determina mediante la potencia absorbida en el valor de frecuencia actual. La excitación por ultrasonidos se produce entonces en una tercera etapa de procedimiento en el punto de trabajo o en su entorno, no controlándose posteriormente el punto de trabajo una vez fijado o el entorno fijado, pero pudiéndose variar la frecuencia dentro del entorno fijado del punto de trabajo.

Incluso en el caso en el que se trata de una excitación fija en un punto de trabajo, en este caso,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la excitación por ultrasonidos de estructuras con cualquier geometría, que comprende las etapas de:

a) establecer una unión entre un generador, un convertidor (4) de ultrasonidos y al menos un sistema mecánico que debe excitarse

b) pasar por un intervalo de frecuencias para determinar un punto de trabajo, en el que con cada frecuencia alcanzada la potencia absorbida del sistema que debe excitarse determina una corriente o una tensión, que emite el generador, que se mide con un sensor, de modo que un valor de medición del sensor representa la potencia emitida al sistema que debe excitarse

c) realizar una excitación por ultrasonidos en el punto de trabajo determinado o en un entorno alrededor del punto de trabajo determinado, no modificándose más el punto de trabajo una vez fijado o el entorno alrededor del punto de trabajo una vez seleccionado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como criterio para la selección del punto de trabajo en la etapa b) de procedimiento se usa la potencia emitida al sistema que debe excitarse.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el punto de trabajo determinado en la etapa b) de procedimiento es aquél en el que se alcanza la potencia máxima emitida al sistema que debe excitarse.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque en la etapa b) al pasar por el intervalo de frecuencias se determina en cada caso un valor actual de la potencia emitida al sistema que debe excitarse, se compara con un valor hasta el momento máximo almacenado y a continuación se almacena junto con sus valores de tensión o corriente y frecuencia que permiten alcanzarlo.

5. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el punto de trabajo determinado en la etapa b) de procedimiento es aquél en el que se alcanza un valor de la potencia emitida al sistema que debe excitarse, que más se aproxima a un valor teórico predeterminado.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque al pasar por el intervalo de frecuencias se resta el valor teórico de la potencia emitida al sistema que debe excitarse y a continuación se almacena el valor obtenido de este modo junto con el valor de tensión o corriente y frecuencia, en el que se alcanza, como nuevo mejor valor, cuando el valor obtenido mediante la resta es menor que el mejor valor almacenado hasta el momento.

7. Procedimiento según una reivindicación anterior, caracterizado porque en la etapa c) de procedimiento se excitan simultáneamente varios sistemas mecánicos.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque durante la etapa c) de procedimiento se varía la frecuencia del generador en un intervalo predeterminado alrededor del punto de trabajo fijado.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la fijación del intervalo de la variación de frecuencia se produce usando valores umbral, referidos a una determinada salida de potencia o una determinada corriente o una determinada tensión en relación con la potencia absorbida máxima o una determinada corriente o una determinada tensión, fijándose los valores de frecuencia más próximos al punto de trabajo como límites del intervalo de variación, en los que no se llega a los valores umbral, o la posición de frecuencia mínima y la máxima, en la que se alcanza un valor predeterminado de la potencia emitida o de la tensión o de la corriente, en los que no se llega a los valores umbral.

10.Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la dependencia determinada mediante el generador entre la potencia recibida del sistema o la corriente o los valores de tensión y la frecuencia de excitación se representa gráficamente y los límites del intervalo de variación se definen manualmente por el usuario.

11. Procedimiento según una reivindicación anterior, caracterizado porque el generador durante la etapa c) de procedimiento se hace funcionar por debajo de su potencia nominal.

12.Procedimiento según una reivindicación anterior, caracterizado porque el generador durante la etapa b) de procedimiento en cada punto, en particular también en el punto de trabajo, se hace funcionar con una potencia emitida menor que durante la etapa c) de procedimiento.

13. Dispositivo para la excitación por ultrasonidos de estructuras con cualquier geometría por medio de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12 con un generador, al menos un convertidor (4) de ultrasonidos y al menos una estructura mecánica, caracterizado porque el generador presenta medios de control para tensión, corriente y frecuencia, por medio de los que pueden variarse estas magnitudes por un determinado intervalo para determinar un punto de trabajo y al menos un sensor para la determinación de una corriente o una tensión, que emite el generador, de modo que un valor de medición del sensor representa la potencia emitida al sistema que va a excitarse con cada frecuencia alcanzada y dispone de una memoria para almacenar por un lado los valores teóricos introducidos por un usuario para la potencia emitida al sistema general y por otro lado valores de parámetro para tensión, corriente y frecuencia, en los que se alcanzan o en el mejor de los casos se produce una aproximación a los valores teóricos buscados.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos un conductor (6) de sonido de alimentación está dispuesto entre el convertidor (4) de ultrasonidos y un conductor (2) de sonido o marco (3) filtrante.

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque la disposición del conductor (6) de sonido de alimentación es adecuado para la excitación de oscilaciones de flexión o para la excitación de oscilaciones longitudinales.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque está previsto un conductor (6) de sonido de alimentación, que es adecuado para el ajuste a escala de la amplitud de excitación.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque están previstos varios conductores (6) de sonido de alimentación.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque están previstos varios conductores (2) de sonido unidos con conducción de sonido entre sí, de los que sólo uno está previsto para la excitación.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque en un marco (3) filtrante circular, dividido mediante una cruz (8) portante en cuatro segmentos parciales, en cada segmento parcial está previsto un conductor (2) de sonido circular, de los que uno se excita directamente, estando unido cada conductor (2) de sonido mediante puentes (7) de sonido con los conductores (2) de sonido dispuestos en segmentos parciales adyacentes, estando unido cada conductor (2) de sonido por medio de elementos de unión con la cruz (8) portante y el marco (3) filtrante.

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 19, caracterizado porque entre la superficie (1) filtrante y el conductor (2) de sonido en el conductor (2) de sonido están colocadas de manera fija varias placas de resonancia.