01.12.2008

Das Wirkprinzip der Reinigung ist Kavitation. Kavitation ist die Bildung und Auflösung von Hohlräumen in Flüssigkeiten durch Druckschwankungen.
Das Ultraschallfeld in der Flüssigkeit erzeugt Wellen mit Über- und Unterdruck. Trifft eine Unterdruckwelle auf einen Gegenstand, bilden sich an kleinen Luftbläschen Hohlräume die mit Dampf gefüllt sind. Trifft die darauf folgende Hochdruckwelle auf den Hohlraum, steigt der statische Druck im Hohlraum durch dessen Kompression wieder über den Sättigungsdampfdruck. Dadurch kondensieren die Dampfblasen schlagartig mit Schallgeschwindigkeit. Dabei entstehen Druckspitzen bis 100.000 bar. Diese zyklisch entstehenden und verschwindenden Hohlräume bearbeiten die Oberfläche. Schmutz und andere Anhaftungen werden dadurch mechanisch gelöst.

Die Anlage besteht aus einer mit Flüssigkeit gefüllten, eventuell beheizbaren Wanne, einem oder mehreren Ultraschallwandlern bzw. Ultraschallschwingern und einem Generator, der den oder die Wandler mit hochfrequenter elektrischer Energie versorgt. Die Schallschwinger können direkt außen an den Wänden und unter dem Boden der Wanne angeflanscht werden wenn die Wandstärke von Wand beziehungsweise Boden nicht zu stark ist. Bei dieser Bauweise wird der Ultraschall dann direkt über Wände und/oder Boden in die Flüssigkeit abgegeben. 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 einer entsprechenden Öffnung in der Beckenwand angebracht werden.

Die Geräte rosten üblicherweise nicht. 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 mindern würden.

Lösungsmittel, Säuren oder Laugen unterstützen wesentlich den Reinigungseffekt von Ultraschallbädern. Allerdings treten auch immer entgegengesetzte Effekte auf. Bei zu starker Verschmutzung der Waschlösung findet auch wieder eine Anlagerung statt. Als Reinigungsmittel werden keinen brennbaren Flüssigkeiten eingesetzt, da durch den Ultraschall immer auch ein Wärmeeintrag in die Flüssigkeit erfolgt.

Ein guter Einstiegswert für die Schallleistung sind etwa 10 W pro Liter Reinigungsflüssigkeit. Um ein homogenes Schallfeld auszubilden benötigen die Schallerzeuger einen Mindestabstand. Die Gehäuse der Maschine müssen gegen austretende Schallschwingungen isoliert werden. Ein Berühren von schwingenden Teilen muss verhindert werden.

Verwendet werden üblicherweise Frequenzen von 20 kHz bis 2 MHz. Niedrige Frequenzen um 20 kHz erzeugen größere Bläschen mit kräftigen Druckstößen. Höhere Frequenzen um 35 kHz sind besser zur intensiven und schonenden Reinigung von Oberflächen geeignet. Der Frequenzbereich über 400 kHz bis 1–2 MHz wird auch als Megaschall bezeichnet. Hier werden Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 1 µm optimal abgereinigt.

Die kleinste Öffnung oder Struktur, die durch den Schall gereinigt werden kann, bestimmt die benötigte Frequenz. Die Wellenlänge muss kleiner als die Hälfte der Struktur sein.

(Quelle: wikipedia.org)