Von grob bis fein
Auf das Reinigen von Bauteilen und Oberflächen kann heute kaum ein Unternehmen noch verzichten. Bei zahlreichen Anwendungen in der Fertigung und im MRO-Bereich lässt sich dieser Arbeitsschritt mit Ultraschall ausgesprochen effektiv, wirtschaftlich und umweltgerecht erledigen. Unabhängig davon, ob grobe Verunreinigungen zu entfernen oder hochempfindliche und feinstrukturierte Teile zu reinigen sind.
Bei der Beschallung des Reinigungsbads mit Ultraschall kommt es durch die hohe Intensität des Schallwechseldrucks in der Zugphase der Schwingung zu einem Aufreißen der Flüssigkeit. Dadurch bilden sich Kavitationsblasen. Bildquelle: Bandelin
Bei der Beschallung des Reinigungsbads mit Ultraschall kommt es durch die hohe...
Mikro-Schrubben durch Strömung
Ihre reinigende Wirkung entfalten Ultraschallwellen in einem Flüssigkeitsbad. Sie basiert auf dem physikalischen Effekt der Kavitation: Bei der Beschallung einer Flüssigkeit mit Ultraschall kommt es durch die hohe Intensität des Schallwechseldrucks in der Zugphase der Schwingung zu einem Aufreißen der Flüssigkeit – die Kohäsionskräfte werden überwunden. Dadurch bilden sich Millionen mikroskopisch kleine Bläschen. In der anschließenden Druckphase werden die Kavitationsblasen instabil, fallen in sich zusammen (implodieren) und erzeugen hydraulische Stöße mit erheblichen Energiedichten, die in der Flüssigkeit Mikroströmungen auslösen. Treffen diese auf eine Oberfläche, sprengen sie dort die mit der richtigen Reinigungschemie angelösten Verunreinigungen ab und 
Mit der Ultraschallreinigung lassen sich sowohl grobe Verunreinigungen entfernen als auch hochempfindliche und feinstrukturierte Teile reinigen.
Bildquelle: Weber Ultrasonics
Mit der Ultraschallreinigung lassen sich sowohl grobe Verunreinigungen entfernen...
Effektiv ist Ultraschall dadurch, dass Kavitation an Grenzflächen auftritt – also dort, wo Verunreinigungen an der Oberfläche haften. Dieser Reinigungseffekt wird auch als „Mikro-Schrubben“ oder „Elektronisches Bürsten“ bezeichnet. Ultraschall ist dabei eine ebenso gründliche wie schonende Bürste, denn die Wirkung der Kavitation lässt – kurzfristig eingesetzt – selbst empfindliche Flächen unversehrt.
Die optimale Schwingung
Erzeugt werden die Schallwellen durch einen Generator, der die normale Netzfrequenz von 50 bis 60 Hz in hochfrequente Schwingungen umwandelt. Die elektromagnetischen Schwingungen werden dann durch so genannte Schallwandler in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgesetzt. Maßgebend für die Arbeitsfrequenz der Schwinger sind deren Abmessungen.
Im Reinigungsbad breiten sich die Schallwellen longitudinal (in Längsrichtung) aus. Dabei entstehen schalltote und schallaktive Zonen. Durch Frequenzmodulation – Sweep-Funktion genannt – werden die Ultraschallschwingungen 
Mit wässrigen Medien betriebene Ultraschallreinigungsanlagen kommen häufig für die Feinstreinigung empfindlicher Bauteile zum Einsatz. Durch eine modulare Bauweise können sie exakt auf die Reinigungsaufgabe abgestimmt werden.
Bildquelle: Amsonic
Mit wässrigen Medien betriebene Ultraschallreinigungsanlagen kommen häufig...
Entscheidendes Kriterium – die Frequenz
Wesentlichen Einfluss auf das Reinigungsergebnis hat die Ultraschallfrequenz. Generell gilt: Je niedriger die Frequenz, desto größer die Kavitationsblasen und die von ihnen freigesetzte Energie. Diese entfaltet große Reinigungskräfte an der Teileoberfläche, besitzt jedoch nur eine geringe Tiefenwirkung, um in Grenzflächen wie Poren und Strukturen einzudringen – und umgekehrt. Anhaltswerte für die Auswahl der Ultraschallfrequenz sind:
25 - 35 kHz Entfernen von Partikeln, Fetten, Ölen und anderen Verschmutzungen von harten, nicht polierten Oberflächen, zum Beispiel Motorreinigung
40 - 80 kHz Aufgaben in der Feinreinigung sowie die Reinigung von porösen und polierten Oberflächen
120 kHz und mehr Aufgaben in der Feinstreinigung sowie die Reinigung feinporöser und hochglanzpolierter Oberflächen
ab 500 kHz Reinigung fein strukturierter und empfindlicher Oberflächen, beispielsweise Wafer und Bauteile in der Mikro- und Nanotechnik, 
Die Arbeitsfrequenz der Schallwandler wird durch deren Abmessungen bestimmt.
Bildquelle: Bandelin
Die Arbeitsfrequenz der Schallwandler wird durch deren Abmessungen bestimmt....
Insbesondere bei Bauteilen mit sehr komplexen Geometrien werden immer häufiger auch Multi- oder Mischfrequenz-Ultraschallsysteme mit mehreren Frequenzen, beispielsweise 25 und 40 kHz, eingesetzt. Durch die gemischte Anzahl größerer und kleinerer Kavitationsblasen werden optimale Reinigungskräfte an der Oberfläche und in Grenzflächen erreicht.
Megaschall für empfindliche Oberflächen
Mit Fre Mit Frequenzen bis 400 kHz lassen sich Partikel bis zirka 4 µm entfernen. Für die Abreinigung kleinerer Partikel bis in den Nanobereich kommen hochfrequente Schallwellen (600 kHz bis 4 MHz) zum Einsatz. Megaschall bezeichnet Frequenzen ab einem Megahertz. Diese erzeugen eine gerichtete Mikroströmung, die Verschmutzungen rückstands- und zerstörungsfrei von empfindlichsten Substraten und aus Gräben von Mikrostrukturen holt.
Ultraschallsystem auf das Reinigungsgut abstimmen
Wesentlich für die Leistung eines Ultraschall-Reinigungssystems ist die Anzahl der Schwinger. In der Regel gilt, dass mit einer Leistung von acht bis zehn Watt pro Liter ein gutes Reinigungsergebnis erzielt wird. Dies bedeutet, dass bei einem Reinigungsbad mit 100 Litern eine Ausgangsleistung von 800 bis 1.000 Watt erforderlich ist, die sich über den Generator in Stufen oder 
In der Regel gewährleistet eine Ultraschallleistung von acht bis zehn Watt pro Liter Flüssigkeit im Reinigungsbad ein gutes Reinigungsergebnis.
Bildquelle: Fisa-Schall
In der Regel gewährleistet eine Ultraschallleistung von acht bis zehn Watt...
Durch die longitudinale Ausbreitung der Schallwellen von der schallabstrahlenden Fläche hat die Anordnung der Schwingelemente großen Einfluss auf das Reinigungsergebnis. Werden Schwinger beispielsweise nur am Boden der Arbeitskammer oder des Reinigungsbeckens angebracht, wirkt der Schall senkrecht nach oben zur Badoberfläche und reflektiert von hier wieder zurück zum Boden. Dies hat Auswirkungen bei der Reinigung von Teilen mit Hohlräumen und Sacklöchern: Haben sich darin Luftblasen gebildet, ist die Luft für den Schall ein Hindernis und es findet keine Reinigung statt. Daher ist sicherzustellen, dass alle Hohlräume mit Reinigungsflüssigkeit gefüllt sind, dazu sollten die Teile im Bad oszilliert oder gedreht werden. Durch die zunehmend komplexeren Geometrien der Bauteile, werden heute immer mehr Ultraschall-Reinigungsanlagen mit mehrseitiger Beschallung – Boden und Seitenwände – ausgestattet.
Eine zu kompakte Beladung, beispielsweise dicht übereinander gestapelte Teile und große Mengen Schüttgut, kann ebenfalls verhindern, dass der Ultraschall alle zu reinigenden Werkstückflächen erreicht. Als Faustregel gilt, dass die zu beschallenden Flächen nicht größer als 50 Prozent der schallabstrahlenden Fläche sein sollten. Gleichzeitig sollte die Masse des/r Teils/e nicht mehr als 50 Prozent des Badvolumens betragen, da sich der Ultraschall sonst nicht, wie für ein gutes Reinigungsergebnis erforderlich, ausbreiten kann.
Alle Reinigungsmedien einsetzbar
Die Ultraschallreinigung kann mit wässrigen Reinigungsmedien oder Lösemitteln erfolgen. Das Reinigungsmedium wird auf den Werkstoff und die Verschmutzung abgestimmt. Kommen wässrige Reinigungsmedien zum Einsatz, sind Spülvorgänge zum Entfernen der waschaktiven Substanzen von der Oberfläche sowie eine anschließende Trocknung erforderlich. Bei brennbaren Lösemitteln muss die Ultraschallanlage explosionsgeschützt sein oder unter Vollvakuum arbeiten. Hochsiedende Lösemittel erfordern entsprechend temperaturbeständige Ultraschallschwinger.
Effizient und umweltgerecht
Durch den Einsatz von Ultraschall in Kombination mit einem auf die Verschmutzung abgestimmten Reinigungsmedium lässt sich die Reinigungszeit um bis zu 90 Prozent reduzieren. Gleichzeitig kann der Verbrauch von Reinigungschemie verringert werden.
Bei der Beschallung des Reinigungsbads mit Ultraschall kommt es durch die hohe Intensität des Schallwechseldrucks in der Zugphase der Schwingung zu einem Aufreißen der Flüssigkeit. Dadurch bilden sich Kavitationsblasen. Bildquelle: Bandelin
Mit der Ultraschallreinigung lassen sich sowohl grobe Verunreinigungen entfernen als auch hochempfindliche und feinstrukturierte Teile reinigen.
Bildquelle: Weber Ultrasonics
Mit wässrigen Medien betriebene Ultraschallreinigungsanlagen kommen häufig für die Feinstreinigung empfindlicher Bauteile zum Einsatz. Durch eine modulare Bauweise können sie exakt auf die Reinigungsaufgabe abgestimmt werden.
Bildquelle: Amsonic
Die Arbeitsfrequenz der Schallwandler wird durch deren Abmessungen bestimmt.
Bildquelle: Bandelin
In der Regel gewährleistet eine Ultraschallleistung von acht bis zehn Watt pro Liter Flüssigkeit im Reinigungsbad ein gutes Reinigungsergebnis.
Bildquelle: Fisa-Schall
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