Ultraschallreinigung

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Ultraschallreiniger mit dem herausnehmbaren Korb und einer Nahaufnahme von Licht und Timer

Ultraschallreinigung ist ein Prozess, bei dem Ultraschall (normalerweise von 20bis40 kHz ) verwendet wird, um eine Flüssigkeit zu bewegen.Der Ultraschall kann nur mit Wasser verwendet werden, aber die Verwendung eines Lösungsmittels, das für das zu reinigende Objekt geeignet ist, und die Art der vorhandenen Verschmutzung verstärken den Effekt.Die Reinigung dauert normalerweise zwischen drei und sechs Minuten, kann aber auch 20 Minuten überschreiten, je nachdem, welches Objekt gereinigt werden muss.

Ultraschallreiniger werden verwendet, um viele verschiedene Arten von Gegenständen zu reinigen, darunter Schmuck, wissenschaftliche Proben, Linsen und andere optische Teile, Uhren, zahnärztliche und chirurgische Instrumente, Werkzeuge, Münzen, Füllfederhalter, Golfschläger, Angelrollen, Jalousien, Schusswaffenkomponenten, Einspritzdüsen für Autos, Musikinstrumente, Schallplatten, industrielle Maschinenteile und elektronische Geräte.Sie werden in vielen Schmuckwerkstätten, Uhrmacherbetrieben, Werkstätten für elektronische Reparaturen und wissenschaftlichen Labors eingesetzt.

Inhalt

1 Geschichte
2 Prozessmerkmale
3 Konstruktions- und Funktionsprinzip
4 Reinigungslösung
5 Verwendungen
6 Einschränkungen
7 Sicherheit
8 Siehe auch
9 Referenzen

Geschichte

Die Oberflächenmechanismen der Ultraschallreinigung sind gut bekannt. Viele Arbeiten sind dieser Wissenschaft gewidmet, seit die ersten kommerziellen Ultraschallreinigungsgeräte in den 1950er Jahren auf den Markt kamen und um 1970 als relativ kostengünstige Haushaltsgeräte zum Einsatz kamen. Die Ultraschallreinigung wird seit Jahrzehnten industriell eingesetzt, insbesondere um kleine komplizierte Teile zu reinigen und Oberflächenbehandlungsprozesse zu beschleunigen.

Prozessmerkmale

Bei der Ultraschallreinigung werden Kavitationsblasen verwendet, die durch Hochfrequenzdruckwellen (Schallwellen) induziert werden, um eine Flüssigkeit zu bewegen.Das Rühren erzeugt hohe Kräfte auf Verunreinigungen, die an Substraten wie Metallen, Kunststoffen, Glas, Gummi und Keramik haften.Diese Aktion dringt auch in Sacklöcher, Risse und Aussparungen ein.Es ist beabsichtigt, alle Spuren von Verunreinigungen, die fest anhaften oder auf festen Oberflächen eingebettet sind, gründlich zu entfernen.Je nach Art der Verunreinigung und des Werkstücks können Wasser oder Lösungsmittel verwendet werden.Verunreinigungen können Staub, Schmutz, Öl, Pigmente, Rost, Fett, Algen, Pilze, Bakterien, Kalkablagerungen, Poliermittel, Flussmittel, Fingerabdrücke, Rußwachs und Schimmelpilztrennmittel, biologische Böden wie Blut usw. umfassen.Die Ultraschallreinigung kann für eine Vielzahl von Werkstückformen, -größen und -materialien verwendet werden und erfordert möglicherweise nicht, dass das Teil vor der Reinigung zerlegt wird.

Während des Reinigungsvorgangs dürfen keine Gegenstände auf dem Boden des Geräts ruhen, da dadurch verhindert wird, dass Kavitation auf dem Teil des Objekts auftritt, der nicht mit Lösungsmittel in Kontakt kommt.

Design und Funktionsprinzip

In einem Ultraschallreiniger wird das zu reinigende Objekt in eine Kammer gegeben, die eine geeignete Lösung enthält (je nach Anwendung in einem wässrigen oder organischen Lösungsmittel).In wässrigen Reinigernwerden häufig Tenside (z. B. Waschmittel) zugesetzt, um die Auflösung unpolarer Verbindungen wie Öle und Fette zu ermöglichen.Ein Ultraschall erzeugender Wandler, der in die Kammer eingebaut oder in die Flüssigkeit abgesenkt ist, erzeugt Ultraschallwellen in der Flüssigkeit, indem er die Größe zusammen mit einem elektrischen Signal ändert, das mit Ultraschallfrequenz schwingt.Dies erzeugt Kompressionswellen in der Flüssigkeit des Tanks, die die Flüssigkeit "zerreißen" und viele Millionen mikroskopisch kleine "Hohlräume" / "Teilvakuumblasen" (Kavitation) zurücklassen.Diese Blasen kollabieren mit enormer Energie;Temperaturen und Drücke in der Größenordnung von 5.000 K und 135 MPa werden erreicht;Sie sind jedoch so klein, dass sie nur Oberflächenschmutz und Verunreinigungen reinigen und entfernen.Je höher die Frequenz, desto kleiner sind die Knoten zwischen den Kavitationspunkten, wodurch komplexere Details gereinigt werden können.

Ultraschallwandler mit ~ 20 kHz- und ~ 40 kHz-Stapeln.Die aktiven Elemente (oben) sind zwei Ringe aus Blei-Zirkonat-Titanat, die mit einem Aluminium-Kupplungshorn verschraubt sind.

Wandler sind normalerweise piezoelektrisch (z. B. hergestellt aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Bariumtitanat usw.), sind jedoch manchmal magnetostriktiv. Die oft aggressiven Chemikalien, die in vielen Branchen als Reinigungsmittel verwendet werden, werden unter Ultraschallbewegung nicht benötigt oder in viel geringeren Konzentrationen verwendet.Ultraschall wird zur industriellen Reinigung verwendet und auch in vielen medizinischen und zahnmedizinischen Techniken und industriellen Prozessen.

Reinigungslösung

Ultraschallaktivität (Kavitation) hilft der Lösung, ihre Arbeit zu erledigen;normales Wasser wäre normalerweise nicht wirksam.Die Reinigungslösung enthält Inhaltsstoffe, die die Ultraschallreinigung effektiver machen.Beispielsweiseerhöht eineVerringerung der Oberflächenspannung das Kavitationsniveau, so dass die Lösung ein gutes Netzmittel ( Tensid ) enthält.Wässrige Reinigungslösungen enthalten Reinigungsmittel, Netzmittel und andere Komponenten und haben einen großen Einfluss auf den Reinigungsprozess.Die richtige Zusammensetzung der Lösung hängt stark vom gereinigten Gegenstand ab.Lösungen werden meistens warm bei etwa 50–65 ° C (122–149 ° F) verwendet. In medizinischen Anwendungen wird jedoch allgemein angenommen, dass die Reinigung bei Temperaturen unter 45 ° C (113 ° F) erfolgen sollte, um eine Proteinkoagulation zu verhindern.

Lösungen auf Wasserbasis sind in ihrer Fähigkeit, Verunreinigungen allein durch chemische Einwirkung zu entfernen, eingeschränkter als Lösungsmittellösungen.zB für empfindliche Teile, die mit dickem Fett bedeckt sind.Der Aufwand, der erforderlich ist, um ein wirksames wässriges Reinigungssystem für einen bestimmten Zweck zu entwickeln, ist viel größer als bei einem Lösungsmittelsystem.

Einige Maschinen (die nicht übermäßig groß sind) sind in Dampfentfettungsmaschinen mit Kohlenwasserstoff-Reinigungsflüssigkeiten integriert: In einer Kaskade werden drei Tanks verwendet.Der untere Tank, der verschmutzte Flüssigkeit enthält, wird erwärmt, wodurch die Flüssigkeit verdunstet.Oben an der Maschine befindet sich eine Kühlschlange.Flüssigkeit kondensiert auf der Spule und fällt in den oberen Tank.Der obere Tank läuft schließlich über und saubere Flüssigkeit fließt in den Arbeitstank, in dem die Reinigung stattfindet.Der Kaufpreis ist höher als bei einfacheren Maschinen, aber solche Maschinen sind auf lange Sicht wirtschaftlich.Dieselbe Flüssigkeit kann viele Male wiederverwendet werden, wodurch Verschwendung und Verschmutzung minimiert werden.

Verwendet

Die meisten harten, nicht absorbierenden Materialien (Metalle, Kunststoffe usw.), die von der Reinigungsflüssigkeit nicht chemisch angegriffen werden, sind für die Ultraschallreinigung geeignet.Ideale Materialien für die Ultraschallreinigung sind kleine elektronische Teile, Kabel, Stangen, Drähte und detaillierte Gegenstände sowie Gegenstände aus Glas, Kunststoff, Aluminium oder Keramik.

Durch Ultraschallreinigung werden die zu reinigenden Gegenstände nicht sterilisiert, da nach der Reinigung Sporen und Viren auf den Gegenständen verbleiben.Bei medizinischen Anwendungen folgt die Sterilisation normalerweise der Ultraschallreinigung als separater Schritt.

Industrielle Ultraschallreiniger werden in der Automobil-, Sport-, Druck-, Schiffs-, Medizin-, Pharma-, Galvanik-, Plattenlaufwerkskomponenten-, Maschinenbau- und Waffenindustrie eingesetzt.

Mit der Ultraschallreinigung werden Verunreinigungen von industriellen Prozessanlagen wie Rohren und Wärmetauschern entfernt.

Einschränkungen

Ultraschallreinigung wird häufig verwendet, um Flussmittelrückstände von gelöteten Leiterplatten zu entfernen.Einige elektronische Komponenten, insbesondere MEMS- Geräte wie Gyroskope, Beschleunigungsmesser und Mikrofone, können jedoch durch die starken Vibrationen, denen sie während der Reinigung ausgesetzt sind, beschädigt oder zerstört werden.Piezoelektrische Summer können umgekehrt arbeiten und Spannung erzeugen, die eine Gefahr für ihre Ansteuerkreise darstellen kann.

Sicherheit

Es wird empfohlen, brennbare Reinigungslösungen zu vermeiden, da Ultraschallreiniger die Temperatur erhöhen, auch wenn sie nicht mit einer Heizung ausgestattet sind.Wenn das Gerät läuft, kann das Einführen Ihrer Hand in die Lösung aufgrund der Temperatur zu Verbrennungen führen.Beschwerden und Hautreizungen können ebenfalls auftreten.