Durch Schall zur Sauberkeit

Ultraschall-Reinigungsgeräte haben die meisten von uns schon einmal gesehen. Es sind diese leicht vibrierenden Stahlwannen beim Arzt oder Piercer. Was viele jedoch nicht wissen ist, dass das Reinigungsverfahren mit dem Ultraschallbad auch in der Automobilindustrie zum Einsatz kommt, beispielsweise für die Reinigung von Vergasern oder Ventilen. Mit entsprechend großen Modellen können sogar ganze Motorblöcke gereinigt werden.

Doch wie funktioniert diese Technik genau?

Die Funktionsweise ist eigentlich recht simpel. In eine Wanne wird eine Flüssigkeit eingefüllt, welche je nach Art der Verschmutzung und zu reinigendem Objekt unterschiedlich sein kann. Es kann sich um Wasser handeln, aber auch um eine Lauge, eine Säure oder ein Lösungsmittel. Sie hat eine doppelte Aufgabe: einerseits ist sie ein Leitermedium für den Schall, andererseits unterstützt sie die Ablösung von Schmutzteilchen.

Diese Flüssigkeit wird nun in intensive Schwingungen versetzt, die im Ultraschallbereich liegen. Es handelt sich um ganz normale Schallwellen, die jedoch einfach zu hoch sind um vom menschlichen Ohr wahrgenommen zu werden. Das menschliche Ohr nimmt Frequenzen, also Schwingungen pro Sekunde, im Bereich von etwa 20 bis 20.000 Hertz wahr. Alles was darüber liegt, bezeichnet man als Ultraschall.

Ultraschall-Reinigungsgeräte arbeiten in einem Bereich ab 20.000 Hertz (= 20 Kilohertz, kHz), wobei der häufigste Gebrauch bei etwa 40-45 kHz liegt. Die gewählte Frequenz hängt einerseits von der Größe der Schmutzteilchen ab, andererseits von der Beschaffenheit der Oberfläche die gereinigt werden soll.

Als Faustregel gilt: je höher die Frequenz, desto intensiver die Reinigung.

Denn eine höhere Frequenz bedeutet eine höhere Schwingungsrate pro Sekunde, und damit mehr transportierte Energie im selben Zeitraum. Das hängt mit der sogenannten Kavitation zusammen: Die extrem schnellen Schwingungen verursachen durch die plötzlichen Druckänderungen in der Flüssigkeit die Bildung mikroskopisch kleiner Bläschen, die aber sehr instabil sind und eine hohe Zerfallsrate haben. Dabei erzeugen sie einen Wirbel in der Flüssigkeit, der die Energie als kinetische Energie, d.h. als Bewegungsenergie aufnimmt. Diese Wirbel werden durch die Flüssigkeit an die Schmutzpartikel herangetragen, wo diese durch die Bewegungsenergie „aufgebrochen“ und abgelöst werden. Durch die Kavitation können somit Schmutzteilchen beseitigt werden, die weniger als einen tausendstel Millimeter groß sind.

Optimiert werden kann der Reinigungseffekt etwa durch das Erwärmen der Flüssigkeit. Da jedoch auch die Ultraschallschwingungen selbst weitere Wärme erzeugen ist darauf zu achten, dass die Reinigungsflüssigkeit keinen allzu niedrigen Flammpunkt hat.

Ultraschallreinigung hat viele Vorteile

Dieses moderne Reinigungsverfahren hat viele Vorteile. Einerseits kommt es zu keiner makroskopischen Reibung, d.h. Oberflächen werden nicht zerkratzt. Außerdem hat die Flüssigkeit wirklich überall mit dem zu reinigendem Objekt Kontakt. Somit kann das Objekt auch an den unzugänglichsten Stellen gereinigt werden, wo eine herkömmliche Reinigung keine Chance hätte. Das Verfahren ist kostengünstig, umweltschonend und obendrein besteht die ganze Arbeit darin, das Objekt in eine Flüssigkeit zu legen: anstrengende manuelle Arbeitsschritte gibt es keine.