Prinzipien und Vorsichtsmaßnahmen für die Ultraschallreinigung

Der vom Menschen gehörte Schall besteht bekanntlich aus akustischen Signalen mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20.000 Hz. Schallwellen über 20.000 Hz werden Ultraschallwellen genannt. Die Übertragung von Schallwellen folgt einer longitudinalen Sinuskurve. Dies bedeutet, dass es sich durch abwechselnde Schichten mit hohem und niedrigem Druck ausbreitet.

Wenn ein schwaches akustisches Signal auf eine Flüssigkeit einwirkt, entsteht ein gewisser Unterdruck. Dies führt zur Bildung zahlreicher mikroskopischer Bläschen in der Flüssigkeit. Wenn umgekehrt ein starkes akustisches Signal auf die Flüssigkeit einwirkt, entsteht ein Überdruck, der diese winzigen Bläschen zerdrückt.

Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Einwirkung von Ultraschallwellen auf eine Flüssigkeit das Platzen jeder Blase eine extrem energiereiche Stoßwelle erzeugt. Dies entspricht einer augenblicklichen hohen Temperatur und einem hohen Druck von bis zu Tausenden von Atmosphären. Dieses Phänomen ist als „ Kavitationseffekt “ bekannt. Die Ultraschallreinigung nutzt die durch diese platzenden Blasen erzeugten Stoßwellen, um die Innen- und Außenflächen von Werkstücken zu reinigen und zu schrubben.

Klassifizierung von Schallwellen

Akustische Wellen können in drei Typen unterteilt werden: Infraschall, Schall und Ultraschall.

• Infraschallwellen: Frequenzen unter 20 Hz.

• Schallwellen: Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz.

• Ultraschallwellen: Frequenzen über 20 kHz.

Im Allgemeinen kann das menschliche Ohr keine Infraschall- oder Ultraschallwellen hören. Aufgrund ihrer hohen Frequenz und kurzen Wellenlänge verfügen Ultraschallwellen über eine hervorragende Richtwirkung und ein starkes Durchdringungsvermögen.

Das Prinzip von Ultraschall-Reinigungsmaschinen

Das Hauptprinzip einer Ultraschallreinigungsmaschine besteht aus einem Wandler. Dieses Gerät wandelt die akustische Energie einer leistungsstarken Ultraschallfrequenzquelle in mechanische Schwingungen um. Diese Schwingungen werden durch die Wände des Reinigungstanks in die Reinigungslösung abgestrahlt. Unter dem Einfluss dieser abgestrahlten Ultraschallwellen behalten die Mikrobläschen in der Flüssigkeit ihre Schwingung bei.

Wenn der Schalldruck oder die Schallintensität ein bestimmtes Niveau erreicht, dehnen sich die Blasen schnell aus und schließen sich dann plötzlich. Dabei erzeugt die Blase in dem Moment, in dem sie sich schließt, eine Stoßwelle. Dadurch entsteht um die Blase herum ein Druck von 10¹² Pa bis 10¹³ Pa. Dieser durch die Ultraschallverdampfung erzeugte enorme Druck kann unlösliche Verunreinigungen zerstören und in der Lösung verteilen.

Die Synergie zwischen physikalischer Schwingung und Chemie

Allerdings reichen physikalische Vibrationen allein oft nicht aus, um komplexe Industriefette aufzulösen. Bei der Ultraschallreinigung ist die Formulierung chemischer Reinigungsmittel von entscheidender Bedeutung.

Herkömmliche Ultraschall-Entfettungsformeln enthalten häufig NP-10 oder OP-10 ( Alkylphenolethoxylate ) als Kerntenside. Diese Rohstoffe reduzieren die Oberflächenspannung der Reinigungslösung deutlich. Dadurch können Kavitationsblasen leichter an der Öl-Schmutz-Grenzfläche erzeugt werden und sich in die Lücken der Bodenschicht „bohren“. Gleichzeitig verkapselt ihre starke Emulgierfähigkeit das durch den Ultraschall abgeschüttelte Öl schnell und verhindert so eine sekundäre Ablagerung.

Da weltweite Umweltvorschriften wie REACH immer strenger werden, werden herkömmliche NP/OP-10-Produkte aufgrund ihrer schlechten biologischen Abbaubarkeit und Toxizität für Wasserlebewesen aus dem Verkehr gezogen. Derzeit sind hochleistungsfähige isomerisierte Alkoholether-Serien (wie der von unserem Unternehmen hergestellte C18 ) zum Mainstream der Branche geworden. Diese Alternativen behalten die hervorragende Penetrations- und Entfettungskraft von NP-10 bei und bieten gleichzeitig eine hervorragende biologische Abbaubarkeit. Sie weisen außerdem eine stabilere Trübungspunktleistung unter Hochtemperatur-Ultraschallbedingungen (40 °C–60 °C) auf, was die Reinigungseffizienz erheblich steigert und die Anforderungen einer umweltfreundlichen Produktion erfüllt.

Analyse des Reinigungsmechanismus

Ultraschallwellen zerstören die Adsorption zwischen Schmutz und der Oberfläche des Reinigungsteils. Andererseits führen sie zu einer Ermüdungsschädigung der Schmutzschicht und ermöglichen deren Ablösung. Die Vibration gasartiger Blasen schrubbt die feste Oberfläche. Sobald eine Lücke in der Bodenschicht entsteht, „bohren“ sich die Blasen sofort hinein, wodurch die Schicht durch Vibration abfällt.

Aufgrund der Kavitation werden zwei nicht mischbare Flüssigkeiten an der Grenzfläche schnell dispergiert und emulgiert. Wenn feste Partikel in Öl eingewickelt sind und an der Oberfläche haften, wird das Öl emulgiert und die Partikel fallen von selbst ab. Während sich Ultraschall durch die Flüssigkeit ausbreitet, erzeugt er abwechselnd positive und negative Schalldrücke und bildet Strahlen, die auf die Reinigungsteile treffen. Gleichzeitig erzeugen nichtlineare Effekte akustische Strömungen und Mikroströme, während Ultraschallkavitation Hochgeschwindigkeits-Mikrostrahlen an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche erzeugt. Alle diese Maßnahmen zerstören Verunreinigungen, entfernen oder schwächen die Grenzschicht des Bodens, erhöhen die Rühr- und Diffusionsfähigkeit, beschleunigen die Auflösung löslicher Verschmutzungen und verstärken die Reinigungswirkung chemischer Reinigungsmittel.

Folglich findet die Reinigung überall dort statt, wo die Flüssigkeit hinkommen kann und das akustische Feld vorhanden ist. Diese Technologie eignet sich besonders für die Reinigung von Teilen mit sehr komplexen Oberflächenformen. Durch den Einsatz dieser Technologie wird vor allem der Verbrauch chemischer Lösungsmittel reduziert, wodurch die Umweltbelastung erheblich verringert wird.

Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung von Ultraschallreinigungsgeräten

1. Erdung: Die Stromversorgung des Ultraschallreinigungsgeräts und der Elektroheizung muss über eine zuverlässige Erdungsvorrichtung verfügen.

2. Kein Trockenlauf: Es ist strengstens verboten, die Maschine ohne Reinigungsflüssigkeit einzuschalten. Der Ultraschallschalter darf nur dann betätigt werden, wenn der Reinigungstank ausreichend mit Flüssigkeit gefüllt ist.

3. Heizungssicherheit: Bei Reinigungsgeräten mit Heizgeräten ist es strengstens verboten, den Heizschalter einzuschalten, wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist.

4. Schutz des Wandlers: Schlagen Sie nicht mit schweren Gegenständen (Eisenteilen) auf den Boden des Reinigungstanks, um eine Beschädigung der Energiewandlerchips zu vermeiden.

5. Spannungsstabilität: Die Stromversorgung des Ultraschallgenerators sollte über eine separate 220-V-/50-Hz-Leitung erfolgen und mit einem Spannungsstabilisator von 2000 W oder mehr ausgestattet sein.

6. Tankwartung: Der Boden des Reinigungstanks muss regelmäßig gespült werden. Es sollten keine übermäßigen Ablagerungen oder Schmutz vorhanden sein.

7. Neues Lösungsverfahren: Waschen Sie die Teile bei jedem Flüssigkeitswechsel erst, nachdem der Ultraschall gestartet wurde (zur Entgasung).