Berechnung Kondensator einer Ultraschall Endstufe

[Adrian H. (tyzmon)]

Hallo allesamt,
ich habe hier im Moment einen älteren, defekten Ultraschallreiniger vor 
mir, bei dem sich ein Teil der Folienkondensatoren (vier Stück saßen im 
grünen Feld auf dem Bild) am Ausgang der ELMA-Platine verabschiedet hat 
und dabei effektiv seinen kompletten Inhalt ins innere verteilt hat.
Da offensichtlich schon jemand vor mir ein Mal an dem Gerät gelötet und 
hier vier verschiedene Kondensatoren eingebaut hatte, bin ich mir nicht 
mehr sicher, ob die angegebenen 10 nF der zwei überlebenden (ein WIMA 
FKP-1 und ein Vishay MKP) hiervon wirklich stimmen.
Verschaltet sind die Kondensatoren genau wie im Schaltplan des 
Threadstarters hier: Beitrag "Ultraschallgenerator schwingt nicht an" - zwei 
in Serie, zwei Parallel, der Rest der Schaltung scheint etwas 
abzuweichen. Ich werde noch versuchen ob ELMA mir eventuell einen 
Schaltplan geben kann, aber da habe ich ehrlich gesagt nicht sonderlich 
große Hoffnungen.

Meine Frage ist nun: Wie berechnet sich der Wert dieser Kondensatoren?
Folgende Rahmenbedingungen habe ich:

* 3 parallele Ultraschall Transducer mit je 40 Watt, gemessen mit 
De-5000 bei 10 kHz haben die zusammen ca 10,5 nF
* Resonanzfrequenz laut Gerät: 40 kHz
* Die rote Spule sitzt auf einem Kern mit Luftspalt. Gemessen "in der 
Hand ohne Kern" bei 10 kHz: ca 635 uH, gemessen mit Kern: ca 2,2 mH.

Mein Ansatz war nun dass ich für Resonanz annehme dass gelte: 2*pi*f = 
1/Sqrt(L*Cges),
wobei ich Cges als Summe der Transducer-Kapazität und der Kapazität der 
Kondensatoren (2S,2P) ansehe, da ja letztendlich parallel.

Wenn ich nun auflöse und für L die gemessenen 635 uH einsetze komme ich 
sogar auf ungefähr 40 kHz Resonanzfrequenz, bei eingesetzten 2,2 mH 
liege ich weit daneben.

Bin ich hier gänzlich auf dem Holzweg?

Vielen Dank für eure Hilfe.

[Helge (Gast)]

Die Resonanz ist mechanisch beeinflußt durch Piezos, Behälter und 
Flüssigkieit. Dazu schwingt die Schaltung bei Sättigung des Übertragers. 
Vermute, daß deine ermittelten L+C alleine eine andere Frequenz ergeben.

[Adrian H. (tyzmon)]

Vielen Dank für deine Antwort - weißt du dann, wie die übliche 
Herangehensweise bei der Bestimmung solcher Komponenten ist? Kann man 
das überhaupt noch berechnen, oder werden etwaige Werte dann wirklich 
experimentell bestimmt?

Mir geht es dabei sogar primär eher darum den Gedanken hinter den 
Ausgangskondensatoren zu verstehen, also warum die überhaupt da sind und 
warum sie dann eben zufällig 10 nF haben. Die Spannungsfestigkeit von 
2000V ist mir klar, da, wenn ich die Theorie richtig im Kopf habe, bei 
Resonanz gerne Mal bis zu der 8-fachen Spannung auftreten kann.

Ein anderer Gedanke der mir kam: Kann es sich bei den Kondensatoren um 
eine Maßnahme des Leistungsanpassung handeln, also um damit "Ri=Ra" zu 
erreichen?

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

>Mir geht es dabei sogar primär eher darum den Gedanken hinter den
>Ausgangskondensatoren zu verstehen, also warum die überhaupt da sind und
>warum sie dann eben zufällig 10 nF haben.

Hallo,

üblicherweise wird am Ausgang ein Resonanzkreis sein, der auch die hohe 
Leistung verkraften muß und damit die Kondensatoren bei 40 kHz nicht zu 
warm werden, teilen sich mehrere großvolumige Exemplare die Aufgabe, 
damit das Gerät dauerbetriebssicher ist.

Das Maß für die Spannungsüberhöhung wird nur begrenzt durch die Verluste 
in den Bauteilen.

Letztendlich sollten die eingesetzten Kondensatoren zur Resonanzfrequenz 
des Ultraschallwandlers führen. Ein Frequenzzähler oder mindestens ein 
Oszilloskop wäre dabei hilfreich. Andernfalls müßte man die Wirkung 
betrachten, also abgegebene und aufgenommende Leistung.

mFg