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Noch sauberer mit Ultraschall

Besonders interessant für:
  • Hersteller von Ultraschallgeräten
  • Prozess- und Verfahrenstechnik
  • Laborgeräte- und Medizintechnik

Wie gut ist mein Ultraschallbad? Wie viel Leistung ist nötig, ab wann nimmt das Reinigungsgut Schaden? Herstellern und Anwendern standen bisher keine objektiven Parameter zur Qualitätssicherung solcher Reinigungsbäder zur Verfügung, weil die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen schwer zu bestimmen sind. In der PTB wurden nun Testverfahren entwickelt, die in der Praxis leicht anwendbar sind. Mit ihnen können Reinigungs-und Reaktionswirkungen quantitativ abgeschätzt und die Betriebsparameter optimiert werden.

Messung von Schallfeldindikatoren an einem Werkstück

Ultraschallreinigungsbäder finden sich in nahezu allen Gewerbe- und Industriezweigen, da sie sehr vielseitig einsetzbar sind. Sie reinigen so unterschiedliche Dinge wie Motorenteile, Mikrochips, optische Gläser oder Chirurgenbesteck, dienen aber auch als Reaktionsbeschleuniger beispielsweise bei der Biodieselherstellung und werden zur Vorbehandlung von Klärschlämmen im Klärwerk eingesetzt. Selbst kompliziert geformte Werkstücke werden gründlich, ohne Bürsten und Pinsel gereinigt. Die Reinigungswirkung basiert auf Kavitation, der kurzfristigen Bildung kleinster schwingender Gasbläschen, die beim Zusammenfallen lokal sehr hohe Drücke und Temperaturen erzeugen können. Die dabei entstehenden Kräfte und Mikroströmungen bewirken eine intensive und schonende Ablösung von Schmutzpartikeln.

Doch Kavitationsvorgänge sind kompliziert und schwer vorhersagbar. In der PTB wurden nun einheitliche und objektive Messverfahren ermittelt, die sich zur Charakterisierung von Ultraschallbädern eignen. Die Untersuchungen fanden im Rahmen eines Projektes der AiF-Forschungsvereinigung DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e. V. statt und wurden über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Der neue Messplatz bietet die Möglichkeit, alle wesentlichen Umgebungsparameter wie beispielsweise Wassertemperatur und Gasgehalt zu steuern. Mithilfe von geeigneten Indikatoren können Hersteller und Anwender die Eigenschaften eines Bades objektiv ermitteln. Zu diesen Kavitationsindikatoren zählen die chemische Wirkung, die Erosion von Aluminiumfolie sowie die Sonolumineszenz, also die Entstehung ultrakurzer Lichtblitze in den implodierenden Bläschen. Für jeden Indikator gibt es ein entsprechendes von der PTB entwickeltes Messverfahren. Ein eigens entwickeltes Berechnungsverfahren sucht in den Messergebnissen mit Hilfe statistischer Methoden nach Zusammenhängen und identifiziert Größen, die als „Stellschraube“ genutzt werden können, um ein Ultraschallbad gezielt auf eine bestimmte Anwendung hin zu optimieren.

Diese Verfahren zur Charakterisierung von Ultraschall-Reinigungsbädern stehen der Industrie zur Verfügung.

Wissenschaftliche Veröffentlichungen:

Koch, C.; Jüschke, M.: Multivariate Datenanalyse zur objektiven Beschreibung von Kavitationsanwendungen. DAGA 2011, Düsseldorf

Jüschke, M.; Koch, C.: Messung und Vergleich verschiedener Effekte von Kavitation für eine quantitative Beurteilung von Anwendungsprozessen. DAGA 2011, Düsseldorf