Ultraschallreinigungsgerät

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Ultraschallreinigungsgerät für den Haushalt

Ultraschallreinigungsgeräte werden meist zur Reinigung von kleinen, komplexen und feinstrukturierten Bauteilen eingesetzt. Zum Beispiel verwenden Goldschmiede, Zahntechniker, Uhrmacher und Augenoptiker Ultraschallreinigungsbäder zum Reinigen ihrer Erzeugnisse. Mittlerweile gibt es aber auch größere, industrielle Ultraschallreinigungsanlagen, die zum Beispiel in der Automobilbranche zum Reinigen von Oberflächen vor der Lackierung genutzt werden.

Aufbau[Bearbeiten]

Die Anlage besteht aus einer mit Flüssigkeit gefüllten, eventuell beheizbaren Wanne, einem oder mehreren Ultraschallwandlern beziehungsweise Ultraschallschwingern und einem Generator, der den oder die Wandler mit hochfrequenter elektrischer Energie versorgt. Sowohl direkt außen an den Wänden und unter dem Boden der Wanne können Schallschwinger angeflanscht werden, allerdings nur wenn die Materialstärke von Wand beziehungsweise Boden nicht zu stark ist. Bei dieser Bauweise wird der Ultraschall dann direkt über Wände und/oder Boden in die Flüssigkeit eingeleitet. Eine andere Variante sind so genannte Tauchschwinger, die in die Flüssigkeit gehängt beziehungsweise an Gestellen im Becken befestigt werden. Schließlich gibt es noch Plattenschwinger, die an eine entsprechende Öffnung in der Beckenwand angeflanscht werden.

Die Geräte werden üblicherweise in nichtrostender Ausführung hergestellt. Die Anordnung und Verteilung der Schallschwinger muss so erfolgen, dass ein gleichmäßig starkes, nicht statisches Schallfeld entsteht. Einige Hersteller modulieren daher die Frequenz um stehenden Wellen 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 schlucken würden. Ein guter Einstiegswert für die Schallleistung sind etwa 10 W pro Liter Reinigungsflüssigkeit. Die Schallerzeuger benötigen einen Mindestabstand um ein homogenes Schallfeld auszubilden. Die Gehäuse der Maschine müssen gegen austretende Schallschwingungen isoliert werden. Ein Berühren von schwingenden Teilen muss verhindert werden.

Frequenzen[Bearbeiten]

Verwendet werden üblicherweise Frequenzen von 20 kHz bis 2 MHz. Niedrige Frequenzen um 20 kHz erzeugen Bläschen größeren Durchmessers mit kräftigen Druckstößen, demgegenüber sind höhere 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 („US“). 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 benötigte Frequenz wird durch die kleinste Öffnung oder Struktur bestimmt, die durch den Schall gereinigt werden kann. Die Wellenlänge im Wasser muss kleiner als halb so groß sein wie der Öffnungsdurchmesser. Ansonsten kann der Schall nicht eindringen und die Oberfläche wäre für die Schallwirkung glatt und geschlossen.

Anwendung[Bearbeiten]

Der Einsatz von Lösungsmitteln, Säuren oder Laugen unterstützt wesentlich den Reinigungseffekt von Ultraschallbädern. Allerdings treten auch immer entgegengesetzte Effekte auf. So findet bei zu starker Verschmutzung der Waschlösung auch wieder eine Anlagerung statt. Es werden keine brennbaren Flüssigkeiten als Reinigungsmittel eingesetzt, da durch den Ultraschall immer auch ein Wärmeeintrag in die Flüssigkeit erfolgt.

Ultraschallbäder werden auch in der Probenvorbereitung benutzt, um biologische Substanzen im analytischen Labor zu zerreißen, also zu fragmentieren. Man benutzt Ultraschallbäder zum Zellaufschluss oder um DNA zu scheren.[1]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Kathy Barker: Cold-Spring-Harbor-Laborhandbuch für Einsteiger. Elsevier, München 2006, ISBN 978-3-8274-1656-8, S. 34.