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Funktionsweise von Ultraschallreiniger

Ultraschallreiniger

Die absolut rückstandsfreie Reinigung von Objekten ist in vielen Bereichen höchst relevant. Ob bei der Produktion von Mikrochips und Bauteilen für die optische Industrie oder bei lebensrettenden Instrumenten im OP. Ultraschallreinigungsgeräte sorgen für absolute Sauberkeit. Auch im privaten Umfeld leisten sie hervorragende Dienste: Zur Reinigung von Schmuck und Münzen, CDs und DVDs, Zahnprothesen und –Spangen, Brillen, Tuschezeichengeräten ist Ultraschall bestens geeignet. 


Die Geräte arbeiten nach dem Prinzip der Kavitation. Der Begriff beschreibt die Bildung und Auflösung von Hohlräumen in Flüssigkeiten durch Druckschwankungen. Ultraschallwellen werden durch die Flüssigkeit geleitet und erzeugen Phasen mit Über- und Unterdruck. Trifft eine Unterdruckwelle auf das Reinigungsgut, entstehen am Übergang zur Flüssigkeit mikroskopisch kleine Dampfblasen. Die darauffolgende Überdruckwelle erzeugt einen schnell ansteigenden statischen Druck innerhalb der Dampfblasen. Als Folge kondensieren diese in Schallgeschwindigkeit. So entstehen Druckspitzen von bis zu 100.000 bar. Die zyklisch wiederkehrenden Hohlräume arbeiten sich an der Verschmutzung ab und sorgen so für eine rückstandsfreie Reinigung der Objekte, bei der auch Keime abgetötet werden.

Zusammenspiel von Gas- und Dampfkavitation

Der Vorgang der Kavitation lässt sich in zwei Phasen teilen. Die so genannte Gaskavitation, auch als stabile Kavitation bezeichnet, dient bei Ultraschallreinigungsgeräten zur Vorbereitung des eigentlichen Reinigungsprozesses. Die in der Flüssigkeit gebundenen Gase (z. B. Luft) werden hierbei gelöst und entweichen in die Umgebungsluft (Entgasung). Damit wird eine homogene Reinigungsflüssigkeit erzeugt, um im zweiten Schritt eine präzisere Steuerung der so genannten Dampf- oder transienten Kavitation zu ermöglichen. Hierbei entstehen dann die bereits beschriebenen Dampfblasen, die im Verlauf des Reinigungsprozesses implodieren.

Der Aufbau von Ultraschallreinigungsgeräten

Typischerweise besteht die Reinigungsanlage aus einer beheizbaren Wanne mit einem oder mehreren Ultraschallwandler(n) sowie einem Generator zur Energieversorgung der Wandler. An den Seiten oder am Boden der Wanne sind die Schallschwinger zur Übertragung der Wellen in die Flüssigkeit angebracht. Andere Schwingervarianten arbeiten dagegen direkt im Reinigungsbad. Ultraschallreinigungsgeräte modulieren ihre Frequenz, um stehende Wellen zu vermeiden. Diese räumlich konstanten Schwingungsmuster würden den Reinigungseffekt deutlich abschwächen. Für die Phase der Gaskavitation wird die Frequenz zudem gepulst. Die Wirkung der Reinigungsflüssigkeit kann zudem durch Zusätze erhöht werden. Je nach Einsatzzweck variieren die Leistungs- und Frequenzwerte der Geräte. Große und robuste Reinigungsgüter im industriellen Umfeld werden zumeist bei niedrigen Frequenzen unter 80 kHz gereinigt. Hierbei entstehen verhältnismäßig große Kavitationsblasen und harte Implosionen.
Je höher die Frequenzen, desto kleiner und zahlreicher werden die Kavitationsblasen: Feinste Strukturen werden so materialschonend gereinigt. Auch der Einsatz unterschiedlicher Frequenzen zur Entfernung verschiedener Verunreinigungen ist üblich. In der Praxis werden Frequenzbereiche von 20 kHz bis 20 MHz genutzt.