Ultraschall-Gerät reparieren

[Matthias D. (marvin42)]

wir haben hier ein Ultraschall-Reinigungsgerät, EMAG Emmi 12HC. Das 
Gerät hatten wir neu gekauft, nach ca 12 Monaten war es plötzlich tot. 
Emag hat es dann (etwas widerwillig) umgetauscht. Das neue war nun 
wieder, nach ca 15 Monaten plötzlich defekt, Emag kann/will keine 
Ersatzteile liefern, also Selbsthilfe.

Relativ schnell war klar, dass einer der MosFets in der Endstufe 
komplett durch ist. Denselben Typ bestellt, vorsichtshalber beide 
getauscht: prima es läuft wieder ... aber nur ca 2 Wochen, dann war es 
wieder durch, dasselbe Fehlerbild.
(Anm. das Gerät wird immer nur für wenige Minuten betrieben und die 
Wanne ist immer korrekt mit Mindest-Wasser befüllt - einen Bedienfehler 
würde ich mal ausschliessen).
Also wieder die MosFets getauscht und kurz darauf wieder defekt.
Das ist in den letzten 5 Jahren das dritte US-Gerät, welches irgendwann 
den Geist aufgibt - und das waren alles unterschiedliche Geräte der 
nicht allerbilligsten Preisklasse - wobei die Schaltungsdesigns offenbar 
ziemlich ähnlich sind. Im Prinzip gibt es einen ca 37 kHz Oszillator der 
entweder per Trafo oder Optokoppler eine MosFet Endstufe betreibt, die 
dann die Piezos ansteuert.

Offensichtlich ist wohl der kaputte MosFet nicht die Ursache. Hat 
irgendwer Erfahrung mit der Reparatur von solchen Geräten und könnte mir 
helfen ?

Wenn ich die Technik hier recht verstehe, dann liegt der optimale 
Arbeitspunkt (hohe Impedanz Z) von einem solchen Piezo in einem sehr 
schmalen Band. Dh. wenn sich entweder die Anregungsfrequenz ändert oder 
der Piezo sich verändert (Alterung, mechanische Verspannung etc), dann 
rutscht man in einen Bereich niedriger Impedanz, dh die MosFets müssen 
deutlich mehr Strom treiben ... und tschüß. Ist diese Annahme korrekt ?

Der Aufbau dieser Piezo-Elemente (Sandwich aus Alublock, 
Kristallscheibe, Alublock) ist so, dass die Arbeitsfrequenz durch 
mechanische Spannung eingestellt, also durch diese sichtbare 
Verschraubung. Vermute ich richtig, dass dies der "schwächste" Punkt ist 
und sich im Lauf der Zeit ändert ?

Wenn dies das Problem ist: dann sollte man entweder ganz tolle 
Piezo-Elemente verwenden, die sich nicht verändern (gibts das?) - oder 
die Elektronik müsste sich bzgl Frequenz auf den Punkt mit der höchsten 
Impedanz Z selbst einregeln ... ok das würde erklären warum die 
"professionellen" Geräte (bei zB meinem Zahnarzt) die über Jahre 
funktionieren, deutlich über 1000 Euro kosten.

Als "Reparatur" könnte ich also evt herausfinden wie sich die Piezos 
verändert haben und dann (wenn möglich) die Ansteuerfrequenz passend 
einstellen - ist das realistisch?

Die bisherigen Geräte haben immer ca 200-400 Euro gekostet, dh es ist 
einerseits monetär von Interesse, dass die mal länger als 2-3 Jahre 
laufen, aber es nervt auch, wenn so etwas ständig wieder kaputt geht und 
Sondermüll produziert.

Falls jemand sinnvoll helfen kann wäre es toll. Danke

[Frank O. (frank_o)]

Bilder, Bauteile und Schaltpläne wären wie immer sehr nützlich.

[Michael B. (laberkopp)]

Matthias D. schrieb:
> Falls jemand sinnvoll helfen kann wäre es toll.

Solche Platinen gibt es recht günstig

https://de.aliexpress.com/item/1005006129111954.html

Das Hauptproblem dieser Ansteuerungstechnik ist, dass sie nicht 
unbedingt in Resonanz schalten, und dann die Verluste zu hoch werden. 
Die Resonanz verändert sich je nach Umgebungsbedingungen.

Bessere Platinen verwenden einen variablen Oszillator (PLL oder uC) der 
die Frequenz nachregelt um in Resonanz zu bleiben.

Die habe ich als Ersatzteil aber noch nicht gefunden.

Die einfachen Platinen muss man anpassen durch Ändern der Kondensatoren 
bis sie wenigstens bei korrekt gefülltem Bad in Resonanz sind.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/655800/Elma.pdf

Beitrag "Emag Emmi 40HC Ultraschallreiniger liefert zu wenig Leistung"

Beitrag "Re: Bandelin RK 1028 BH"

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> Die einfachen Platinen muss man anpassen durch Ändern der Kondensatoren
> bis sie wenigstens bei korrekt gefülltem Bad in Resonanz sind.

Wenn das so wichtig ist dann sollte man vielleicht nicht immer die 
Mindestmenge einfuellen, sondern "Normalvoll" machen?

Allerdings wundert es mich das es keine Schutzschaltung irgendwelcher 
Art gibt wenn das Einhalten der Resonanzbedingung so wichtig ist. Grob 
falsche Fuellmengen koennen doch bei Kunden ein haeufiger Fehler sein 
der innerhalb der Garantiezeit immer zum Umtausch fuehrt weil die 
natuerlich nie ihren Fehler zugeben. Da muss ich doch als Hersteller was 
gegen machen.

Noch ein Nachtrag, wenn man das Geraet sowieso schon offen hat, dann 
wuerde ich mal schauen ob man die Stromaufnahme nicht messen kann, wobei 
das ging ja sogar direkt an 230V und dann mit verschiedenen 
Wasserstaenden zwischen min und max pruefen ob es da ein Minimum gibt.

Vanye

[Peter G. (metalfranke)]

Hallo,

bei meinem um die 25 Jahre alten Emmi 05 waren die Fets auch schon 
durch. Ich tippe auf Hitzetod durch schlechte Montage. Die Schrauben 
waren locker und keine Wärmeleitpaste o.ä. dazwischen.
Glaube ich hab dann auch IRF840 statt IRF830 verwendet, ist schon ne 
Weile her. Auf jeden Fall läuft das Gerät seitdem.

Gruß Peter

[H. H. (hhinz)]

Peter G. schrieb:
> bei meinem um die 25 Jahre alten Emmi 05 waren die Fets auch schon
> durch. Ich tippe auf Hitzetod durch schlechte Montage. Die Schrauben
> waren locker und keine Wärmeleitpaste o.ä. dazwischen.

Bei dem könnte man ja sogar einen Kühlkörper ergänzen.

[Matthias D. (marvin42)]

Michael B. schrieb:
> Solche Platinen gibt es recht günstig
> https://de.aliexpress.com/item/1005006129111954.html

Danke, das wusste ich auch noch nicht - aber auch hier müsste ich doch 
die Frequenz abstimmen, und bei vermutlich knapp 1000V an den Piezos 
kommt bei mir ein bisschen Weichei durch, das im lfd Betrieb zu machen.

[Matthias D. (marvin42)]

Peter G. schrieb:
> Ich tippe auf Hitzetod durch schlechte Montage. Die Schrauben
> waren locker und keine Wärmeleitpaste o.ä. dazwischen.

Danke Peter, aber Hitzetod sehe ich nur bedingt: in 3 der Geräte waren 
beide MosFets (zB FHA20N50) ordentlich auf Kühlkörper, mit 
Glimmerscheibe und Paste verbaut.

[Matthias D. (marvin42)]

Danke an alle, das bestätigt meine Vermutung dass die "guten" Geräte mit 
PLL oder dergl sich auf Veränderungen einstellen und damit wohl auch 
länger leben.

Ich werde mal versuchen ob ich für die Piezos einen Frequenzgang 
aufnehmen kann und vielleicht kann ich dann auch die Frequenz anpassen. 
Ewig Zeit/Geld wollte ich da aber nicht reinstecke.

Vorhin habe ich das hier gefunden
https://de.ifixit.com/Document/iWm6Aba1UKxgnoQ3/EMMI-12HC.pdf?referrer=wiki%3A632829
Interessant ist: mein 12HC hat definiv eine andere Platine bzw 
Bestückung.

[Frank O. (frank_o)]

Vanye R. schrieb:
> Wenn das so wichtig ist

Dass das auf die Haltbarkeit der Bauteile so einen immensen Einfluss 
haben soll, kann ich mir auch nicht vorstellen.
Da ist ja nicht nur das Wasser,  auch die zu reinigenden Teile würden 
das beeinflussen. Das würden die Hersteller doch sicher berücksichtigen 
und so bauen, dass das hält.
Ich lasse mich aber gerne eines Besseren belehren und würde mich über 
eine entsprechende Erklärung freuen.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Matthias D. schrieb:
> aber nur ca 2 Wochen, dann war es wieder durch, dasselbe Fehlerbild

Das Oszi-Bild wuerde zeigen, dass Kondensatoten gealtert sind, daher die 
Überschwinger hoeher wurden und die Halbleiter herunterreisst.

[Frank O. (frank_o)]

Dieter sagt dir das deine unendliche Erfahrungen oder wie kommst du ohne 
jegliche Messung dazu?

[Matthias D. (marvin42)]

Noch eine Frage zum Verständnis: die Schallwandler werden hier (so lese 
ich das in allen Artikeln) im Resonanzfall betrieben, dh. bei minimaler 
Impedanz Z.
Wenn ich also vermute dass die MosFets durchgehen, weil eine 
"Frequenzverschiebung" stattfindet, wie kann das sein, wenn mutmasslich 
die Impedanz im Fehlerfall höher wird ?
Ich finde keine Hinweise, dass die Geräte im Antiresonanzpunkt arbeiten.

Was diese "Kondensatoren" angeht: ja, den Verdacht hatte ich natürlich 
auch (der Kondensator ist immer Schuld) und habe die/den (mehrfach) 
gegen neue getauscht, hatte aber bisher nicht den gewünschten Effekt.
Wobei ein defekter Kondensator kaum erklärt, warum das Gerät zunächst 
normal funktioniert und erst nach einigen 10...60 Minuten Betriebszeit 
wieder die MosFets durchschiesst. Eine ansteigende Erwärmung => Hitzetod 
der MosFets konnte ich nämlich nicht feststellen.

[Michael B. (laberkopp)]

Guck dir das verlinkte Service Manual an und die Kurven für die 
Spannungen/Ströme.

Der Oszillator versucht im Nulldurchgang zu schalten, wenn aber Strom 
und Spannung nicht zum selben Zeitpunkt Nulldurchgang haben, steigen die 
Schaltverluste im Transistor.