Grundlagen der Ultraschallreinigungstechnik

Schwingungen mit Frequenzen über 18 kHz bezeichnet man als Ultraschall. Diese Schwingungen erzeugen in wässrigen Medien luftleere Bläschen, welche in der Druckphase der Schwingung implodieren. Diesen Vorgang bezeichnet man als Kavitation. Die Reinigung erfolgt dadurch, daß sich diese Kavitationsbläschen an der Oberfläche von Objekten in Flüssigkeiten festsetzen und durch Implosion eventuelle Verschmutzungen absprengen.

Dieser Vorgang findet millionenfach statt und reinigt so innerhalb kürzester Zeit auch schwierige Geometrien, wie Vertiefungen und Bohrungen, ohne die Oberfläche anzugreifen. Ebenso kann auf den Einsatz aggressiver Reinigungsmittel verzichtet werden.

Dadurch ist die Ultraschallreinigungstechnik eine materialverträgliche und umweltschonende Feinreinigung für viele Anwendungsgebiete in der Oberflächenbehandlung.

Die erfolgreiche Reinigung mit Ultraschall ist im wesentlichen von vier Faktoren abhängig:

Ultraschall:

In Flüssigkeiten eingebracht, erzeugt Ultraschall kleine Vakuumbläschen an der Oberfläche des Reinigungsgutes, die sofort wieder implodiern (siehe Kavitation) und dabei äusserst schonend aber sehr effektiv nahezu jede Verschmutzung ablösen.

Die Frequenz bestimmt dabei die Größe dieser Kavitationsblasen.

Je geringer die Frequenz, z.B. Geräte mit 25 kHz, desto größer sind die einzelnen Kavitationsblasen. Dadurch werden die Druckstöße kraftvoller und es können gröbere Verschmutzungen abgelöst werden. Allerdings werden kleinere Verschmutzungen insbesondere in Bohrungen, Sacklöchern und kleinen Winkeln dadurch nicht abgelöst.

Höhere Frequenzen, bei Geräten mit bis zu 130 kHz, bilden dagegen kleinere Kavitationsblasen, wodurch die Implosion zwar schwächer wird aber eben auch kleinere Teilchen aus kleineren Verwinkelungen abgelöst werden können.

Allgemein liegt die Frequenz der Ultraschallgeräte bei ca. 35 kHz, da so die meisten Verschmutzungen abgelöst werden können.

Temperatur:

Zur Unterstützung der Reinigungsleistung ist der Einsatz einer Heizung am Ultraschallgerät sinnvoll. Zur Entfettung sollte die Temperatur im Bad ca. 55°-60°C betragen. Grundsätzlich ist die Wahl der richtigen Badtemperatur individuell und je nach Anwendung festzulegen.

Zur Desinfektion und auch die Reinigung medizinischer Instrumente sollte unbeheizt erfolgen, um eine Koagulation der Proteine (ab ca. 40°C) zu vermeiden. Dabei ist zu beachten, daß sich das Reinigungsbad insbesondere bei längeren Laufzeiten allein durch den Einsatz des Ultraschalls erwärmen kann. Bei Bedarf sollte die Flüssigkeit gekühlt bzw. rechtzeitig ausgetauscht werden.

Chemie:

Die Auswahl des richtigen Reinigungszusatzes ist entscheidend für die Reinigung.

Als Erstes ist zu beachten, daß leicht entflammbare oder brennbare Flüssigkeiten nicht verwendet werden dürfen. Hier besteht Explosionsgefahr. Weiter dürfen keine aggressiven Medien, wie Säuren, eingesetzt werden, da es zu Schäden an der Schwingwanne führen kann.

Folgenden Faktoren dienen zur Bestimmung des richtigen Reinigers:

• Material des Reinigungsgutes

• Art der Verunreinigung

• Menge der anhaftenden Verunreinigungen.

Grundsätzlich gilt, dass vor dem Einsatz von stark alkalischen oder stark sauren Präparaten die Anwendung von milden, neutralen oder Universal-Reinigungspräparaten erwogen werden sollte. Außerdem sollte das Präparat vor der Reinigung auf Materialverträglichkeit geprüft werden.

Einige Reinigungsaufgaben können nur mit Spezial-Reinigern gelöst werden. Diese Anforderungen werden durch besondere Rezepturen bewältigt. So gibt es z. B. komplexbildnerfreie Präparate für Labor und Galvanik, tensidfreie Formulierungen für die Lasertechnik, die optische Industrie und für den Hochvakuum-Einsatz.

Bei der Entfettung von Gegenständen kann es sinnvoll sein, einen demulgierenden Reinigungszusatz zu verwenden. Die demulgierende Eigenschaft bewirkt ein Aufschwimmen der Fette und Öle an die Badoberfläche, so daß diese durch eine Oberflächenabschwemmung in einer Zusatzkammer aufgefangen werden können und so zu einer Verlängerung der Standzeit des Reinigungsmittels führen.

Zeit:

Das Zusammenspiel von Ultraschall plus geeigneter Chemie reduziert die Reinigungszeit bis zu 90 % zu anderen Verfahren und beträgt teilweise nur Sekunden oder Minuten. Die genaue Dauer eines Reinigungsvorganges ist von der Art und Stärke der Verschmutzung abhängig und muss gegebenenfalls individuell durch Testreinigungen ermittelt werden. So kann z.B. die Reinigung eines Kfz-Vergasers auch über eine Stunde dauern wohingegen das Abreinigen von Ziehölen auf Drähten nur wenige Sekunden in Anspruch nimmt.