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Hohe Reinigungskraft selbst bei kleinsten Partikeln

Ultraschalltechnologie wird Umweltfreundlichkeit und hohe Qualität attestiert
Hohe Reinigungskraft selbst bei kleinsten Partikeln

Da es als schonendes Verfahren gilt, setzt sich in der Metallverarbeitung die Teilereinigung per Ultraschall immer mehr durch. Gefragt sind aktuell Anlagen, mit denen sich auch kleinste Partikel entfernen lassen – selbst von sehr großen Bauteilen.

Ob Verbindungselemente aus Metall, Ölfilter für die Hydraulik oder Einspritzdüsen – Ultraschall eignet sich für viele Reinigungsaufgaben und wird bei den Anwendern immer beliebter. Mit der Technik lassen sich viele Verschmutzungen lösen, ob Öle, Kleber oder Maschinen-Emulsionen. Spezielle Zertifikate oder Evaluationsprozesse sind nicht notwendig, heißt es bei der Elma Hans Schmidbauer GmbH & Co. KG, Singen, einem Anlagenspezialisten in diesem Bereich. Da für den Reinigungsprozess keine Lösemittel notwendig sind, gilt die Technik als umweltfreundlich. Meist erfolgt die Reinigung in einem Wasserbad mit Reinigungsmittelzusatz.

Die Anlagen funktionieren so: Speziell konzipierte Ultraschall-Schwingsysteme – zur Erzeugung des Ultraschalls kommen meist piezokeramische, manchmal auch magnetostriktive Wandler zum Einsatz – wandeln elektrische Energie in mechanische Schwingungen um. Diese werden über den Edelstahl-Wannenboden der Anlage in die Reinigungsflüssigkeit übertragen. Dabei bilden sich kleinste Vakuumbläschen im Mikrometerbereich, die mit hoher Geschwindigkeit implodieren. Die durch diese Kavitation entstehenden hochenergetischen Strömungen, Jets genannt, entfernen die Verschmutzungen von der Oberfläche des Reinigungsguts.
Die Frequenz bestimmt während des Prozesses weitgehend die Größe und damit die Energie der Kavitationsblasen. Da Auftraggeber in der Metallverarbeitung sowie in der Automobilindustrie eine immer höhere Qualität der Teilereinigung verlangen, geht der Trend zur Feinstreinigung, die Partikelgrößen kleiner als 10 µm erfasst. Damit die Anwender für die unterschiedlichen Anforderungen nicht mehrere Anlagen in Betrieb haben müssen, haben die Hersteller verstärkt Mehrfrequenzsysteme entwickelt.
Der Multifrequenzgenerator Sonic Digital Multi von der Weber Ultrasonics GmbH, Karlsbad, arbeitet beispielsweise mit den Frequenzen 25, 40 und 60 kHz. Mit der 25 kHz-Frequenz lassen sich zunächst grobe Verunreinigung wie etwa Öle, Fette und Kühlschmiermittel sowie größere Partikel von beispielsweise Motorenteilen und Armaturen entfernen. Anschließend erfolgt im gleichen Bad bei den höheren Frequenzen 40 und 60 kHz die feinere Reinigung, bei der kleine Partikel sowie andere filmische und teilchenförmige Verschmutzungen entfernt werden. Da der gesamte Reinigungsprozess in einem Bad durchgeführt werden kann, verringert sich einerseits der erforderliche Zeitaufwand. Andererseits sind keine Einrichtungen für den Warentransport von einem zum anderen Bad erforderlich. Außerdem ist damit weniger Platz für die Ultraschall-Reinigungsanlage notwendig, dies verringert die Investitionskosten. Gleichzeit nimmt durch die Nutzung nur eines Behälters der Aufwand für Energie, Reinigungschemie und Wasser ab.
Elma hingegen hat in seiner Ultraschall-Anlage Xtra Basic Multifrequenztechnologie in 25 und 45 kHz realisiert. Die Elmasonic P Multifrequenzgeräte lassen sich durch die integrierte Doppelfrequenz von 37 auf 80 kHz umschalten. Optimiert werden die Reinigungsprozesse jeweils mit drei zusätzlichen Funktionalitäten: Sollte die Reinigung mehr Ultraschallleistung erfordern, wird die Pulse-Funktion zugeschaltet. Dabei werden starke Leistungsspitzen durch schnelle Frequenzänderungen erzeugt. Zur kontinuierlichen Verschiebung der Schalldruckmaxima kommt die Funktion Sweep zum Einsatz. Sie sorgt für eine homogene Schallfeldverbreitung. Dies führt zur besseren Verteilung der Reinigungsleistung im gesamten Reinigungsbad und zur gleichmäßigen Reinigung des Reinigungsguts. Für den schnellen Einsatz von neu angesetzter Reinigungsflüssigkeiten sorgt die Funktion Degas. Da die für die Reinigung wichtige Kavitation erst im entgasten Bad voll wirksam wird, muss die Flüssigkeit entgast werden. Die dabei erzeugten Pulspausen führen die makroskopischen Gasbläschen an die Oberfläche.
Selbst Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 1 µm lassen sich heute bereits per Ultraschall reinigen. Weber Ultrasonics hat dafür einen sehr kleinen Megaschall-Modulgenerator mit 500 W Leistung entwickelt. Da bis zu sechs Generatoren in einem 19“-Gehäuse Platz finden, können damit leistungsfähige 1-MHz-Reinigungssysteme besonders Platz sparend realisiert werden. Möglich wurde die äußerst kompakte Bauweise durch die Verwendung von Hightech-Baugruppen und -Komponenten. Neben dem 1-MHz-Gerät sind die neuen Generatoren für andere Reinigungsaufgaben auch mit einer Frequenz von 500 kHz erhältlich.
Doch nicht nur Feinpartikel sind zunehmend ein Thema für die Ultraschallreinigung, sondern auch große, stark verschmutzte Werkstücke. Die Elmasonic XL Geräte sind für diesen Einsatzzweck mit Überlauftasche, optionalen Abstreifvorrichtungen und Warenträgern für hohe Lasten konzipiert. Alle Geräte sind mit Bodenschall oder Drei-Seiten-Schall erhältlich. Beim Einsatz von Seitenschall können die Schallfelder aktiv gesteuert werden. Mit dieser Funktion laufen die Wellenspitzenwerte durch das gesamte Bad und bringen nahezu überall die gleiche effektive Leistung an das Reinigungsgut.
Die Ware kann entweder in den Warenträger eingebracht oder direkt vom Deckenkran hängend gereinigt werden. Die optionale Schwerlastoszillation ist innerhalb der Geräte installiert, so dass der Lärmschutz-Klappdeckel während des Betriebs geschlossen werden kann. Dieser Deckel dient der Geräuschreduzierung, außerdem kann die Oszillation sicher im Inneren ohne Gefährdung des Personals betrieben werden.
Einen weiteren Trend sieht Weber Ultrasonics bei Hochtemperatur-Anwendungen. Dies können beispielsweise Ultraschall-Reinigungsprozesse sein, bei denen Medien mit hohem Siedepunkt wie etwa Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen. Für solche Anwendungen hat das Unternehmen mit dem Sonoplate HT und dem Sonsub HT geeignete Platten- und Tauchschwinger ins Programm aufgenommen. Das Resultat sind ein optimiertes Reinigungsergebnis innerhalb kürzerer Zeit – und damit mehr Durchsatz – sowie eine längere Lebensdauer der Schwingsysteme.
Vor allem bei Temperaturen ab beziehungsweise über 90 °C verschlechtert sich bei konventionellen Schwingsystemen mit ausschließlich geklebten Schwingelementen die Haftung. Dies führte bisher dazu, dass beim Einsatz hochsiedender Reinigungsmedien die Lebensdauer der Schwinger kürzer war als bei niedrigeren Temperaturen. Die neuen Hochtemperatur-Schwingelemente werden hier nicht nur auf die Membran geklebt, sondern zusätzlich mit dieser verschraubt.
Die Plattenschwinger Sonoplate sind laut Hersteller sowohl für die Erstausstattung als auch für die Nachrüstung von Reinigungsbädern mit beengten Platzverhältnissen geeignet. Denn sie werden mit Hilfe eines Einschweiß- oder Andruckrahmens an der Behälteraußenseite montiert. Den erzeugten Schall leitet die Membran gezielt in die Badflüssigkeit.
Sabine Koll Journalistin in Böblingen
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