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Wirkungsmechanismen der Ultraschalltechnologie ))

Ultraschall ist eine innovative Technologie, die in vielen Anwendungen zum Einsatz kommt, so etwa zur Reinigung oder zum Homogenisieren, zum Schneiden, Schweißen und zum Desintegrieren, um nur einige Anwendungsbeispiele zu nennen. Ultraschall­technologien sind – im Vergleich zu anderen Verfahren – nicht nur schnell und effizient, sondern auch sehr umweltfreundlich.

Funktionsprinzip Ultraschallreinigung

Die Reinigungswirkung von Ultraschall basiert auf dem physikalischen Prinzip der Kavitation: Durch den Ultraschallgenerator werden elektrische Signale in einer bestimmten Frequenz erzeugt und über Stab- beziehungsweise Flächenschwinger als Schallwellen in die Reinigungsflüssigkeit übertragen. Der Schalldruck ist durch ein Wechselspiel von Unter- und Überdruck gekennzeichnet. Durch die hohe Intensität bilden sich in den Unterdruckphasen mikroskopisch kleine Hohlräume. Diese Bläschen fallen in der anschließenden Überdruckphase in sich zusammen (implodieren) und erzeugen dabei lokale Stoßwellen mit erheblichen Energiedichten. In der Flüssigkeit werden dadurch auch Mikroströmungen ausgelöst, die partikuläre und filmische Kontaminationen an den zu reinigenden Bauteilen wegspülen.

Funktionsprinzip Ultraschallschweißen

Die Technik des Ultraschallschweißens ist ebenfalls schnell, effizient und umwelt­freundlich. Der Generator erzeugt elektrische Ultraschallschwingungen. Ein nachge­schalteter Konverter (Schallwandler) wandelt die vom Generator gelieferten hoch­frequenten elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen um. Ein Booster passt die vom Konverter abgegebene konstante Amplitude dem jeweiligen Anwen­dungsfall an bzw. transformiert die vom Konverter gelieferte Schwingung.
Diese Schwingungen werden über eine sog. Sonotrode (Schweißwerkzeug) an die zu verbindenden Werkstücke geleitet. Der Konverter, der Booster und die Sonotrode sind dabei in ihren mechanischen Abmessungen auf die Ausgangsfrequenz des Generators abgestimmt. In Sekundenschnelle erzeugen die Ultraschallschwingungen an den Fügeflächen der Werkstücke eine Reibungswärme, die das Material zum Schmelzen bringt und die Werkstücke miteinander verbindet. Diese Plastifizierung ermöglicht, dass ein Werkstück - oder auch mehrere - getaktet oder kontinuierlich geschweißt, geschnitten, gestanzt, genietet oder geprägt werden kann.

Klärschlammdesintegration mit Ultraschall

Eine besonders erfolgreiche Anwendung ist die Reduktion von Klärschlämmen, deren Beseitigung die betroffenen Kommunen in zunehmendem Maße vor logistische und technische Probleme stellt, dies verbunden mit hohem Kostenaufwand. In Kooperation mit einem Partnerunternehmen haben wir ein Verfahren entwickelt, das mittels Einsatz von Ultraschall diese Kosten in ganz erheblichem Umfang reduziert. In Kläranlagen ergeben sich Betriebskosteneinsparungen durch die Verringerung der zu entsorgenden Schlammmassen, sowie eine erhöhte Gasproduktion und eine Verbesserung des Entwässerungsergebnisses. Weiteres Potenzial liegt bei der Vergärung von Energiepflanzen, Gülle und Mist in Biogasanlagen. Eine Verbesserung der spezifischen Gasausbeute ermöglicht die Einsparung von Substraten. Der Eigenenergiebedarf der Umwälzung im Fermenter wird durch eine Reduzierung der Viskosität deutlich verringert. Auch bei der Behandlung von Biofeststoffen findet das Kavitationsprinzip seine Anwendung: Anstelle der lokalen Erwärmung erzeugt Ultraschall in den Flüssigkeiten intensive Kavitationsblasen. Die Implosion der Kavitationsblasen wirkt auf die Flüssigkeit und setzt damit z. B. biologische Masse besser um bzw. entkeimt sie.



 

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Weber Ultrasonics –
Gemeinsam in die Zukunft

Mit dem Beginn des Jahres 2017 vereint die Weber Ultrasonics Unternehmens­gruppe in Karlsbad die bestehenden Unternehmen Weber Ultrasonics GmbH und Weber Ultrasonics Weld & Cut GmbH in einer neuen Gesellschaft, der Weber Ultrasonics AG.

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