Ultraschall-Reinigung.at - Funktion

Funktion der Ultraschall-Reinigung
Glasklare Reinigungsergebnisse durch Ultraschall-Reinigung.
Ultraschall-Reinigungsgeräte werden zur Reinigung von kleinen, komplexen und fein strukturierten Teilen eingesetzt. Goldschmiede, Juweliere, Zahntechniker, Uhrmacher und Augenoptiker verwenden Ultraschallreinigungsbäder zum Reinigen ihrer Erzeugnisse. Im Heimanwenderbereich kommt die Ultraschall-Reinigung vermehrt zur Reinigung von Brillen, Zahnspangen, Schmuck, … zum Einsatz. In der Medizinbranche werden Hochleistungs-Ultraschallbäder zur Aufbereitung von chirurgischen Instrumenten eingesetzt. Dabei können Rückstände aus den Gelenken der Instrumente effektiv gelöst werden. Die notwendige Einwirkzeit der Desinfektionspräparate verkürzt sich dadurch. In der Automobilindustrie werden Ultraschallbäder zur Reinigung von Zündkerzen, Vergasern und Einspritzdüsen genutzt. Industrielle Ultraschall­reinigungs-Anlagen werden zur Reinigung von Rohteilen z.B. für die Oberflächenveredelung (Galvanik) eingesetzt.



Ultraschall-Reinigung - Aufbau:
Die Ultraschall-Reinigungs-Anlage besteht aus einer mit Flüssigkeit gefüllten, eventuell beheizbaren Wanne, Ultraschallwandlern beziehungsweise Ultraschallschwingern und einem Generator, der den oder die Wandler mit hochfrequenter elektrischer Energie versorgt. Ist die Materialstärke der Wanne nicht zu stark, können an den Außenwänden und unter dem Boden Schallschwinger angebracht werden. Bei dieser Bauweise wird der Ultraschall dann direkt über Wände und Boden in die Flüssigkeit eingeleitet. Eine weitere Variante sind sogenannte Tauchschwinger, die in die Flüssigkeit gehängt oder gestellt werden. Schließlich gibt es noch Plattenschwinger, die an einer Öffnung in der Beckenwand angebracht sind.

Die Geräte werden üblicherweise in nichtrostender Ausführung hergestellt. Die Anordnung und Verteilung der Schall­schwinger erfolgt so, dass ein gleichmäßig starkes, nicht statisches Schallfeld entsteht. Manche Hersteller modulieren die Frequenz, um stehenden Schwingungswellen vorzubeugen. Auch eine Funktion zum Entgasen der Reinigungsflüssigkeit ist nicht unüblich. Hierbei wird die Abgabeleistung des Gerätes gepulst, um eventuellen Gasblasen den Aufstieg zur Oberfläche zu ermöglichen. Hintergrund ist die schlechte Ausbildung von Kavitationsblasen bei Anwesenheit von Gasblasen, da diese die Leistung absorbieren würden. Die für ein gutes Reinigungsergebnis mindestens erforderliche Schallleistung liegt bei etwa 35-40 W pro Liter Reinigungsflüssigkeit. Die Schallerzeuger benötigen einen Mindestabstand von 1-2 cm, um ein homogenes Schallfeld auszubilden.

Ultraschall-Reinigung - Technik:
Zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen kommen piezokeramische Wandlersysteme zum Einsatz. Diese werden an die Schwingwanne geklebt und enthalten eine piezokeramische Scheibe, die sich beim Anlegen einer Spannung ausdehnt bzw. zusammenzieht. Zur Erzeugung von Ultraschall wird ein Hochfrequenz-Generator eingesetzt, der die Netzfrequenz von 50 Hz auf mindestens 20 kHz wandelt. Die Resonanzfrequenz eines Ultraschallschwingsystems wird durch die Baugröße definiert und ist nach der Herstellung nicht veränderbar.

Ultraschall-Reinigung - Frequenz:
Verwendet werden Frequenzen von 20 kHz bis 400 KHz. Frequenzen um 20 kHz erzeugen Bläschen größeren Durchmessers mit kräftigen Druckstößen, demgegenüber Frequenzen um 35 kHz besser zur intensiven und schonenden Reinigung von Oberflächen geeignet. Die aktuell übliche Frequenz beträgt für Partikel mit einem Durchmesser größer als 1 µm etwa 200 kHz (Ultraschall). Der Frequenzbereich oberhalb 400 kHz bis 1–2 MHz wird in der Fachliteratur auch als Megaschall (MS) bezeichnet. Hier werden Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 1 µm optimal abgelöst. Die kleinste Öffnung oder Struktur bestimmt die benötigte Frequenz, die durch den Schall gereinigt werden kann. Die Wellenlänge im Wasser soll kleiner als die Hälfte des Öffnungsdurchmessers sein. Der Schall kann sonst nicht eindringen und die Oberfläche wäre für die Schallwirkung geschlossen.

Ultraschall-Reinigung - Anwendung:
Der Einsatz von Lösungsmitteln, Säuren oder Laugen unterstützt wesentlich den Reinigungseffekt von Ultraschallbädern. Die Oberflächenspannung des Wassers sollte mit einem geeigneten Reinigungspräparat für eine effektive Ultraschallreinigung reduziert werden. Keine brennbaren Flüssigkeiten verwenden! Ultraschallbäder werden auch in der Probenvorbereitung benutzt, um biologische Substanzen im analytischen Labor zu  fragmentieren. Man benutzt Ultraschallbäder zum Zellaufschluss oder um DNA zu scheren.