Erzeugung von Ultraschall

Zur Erzeugung von Ultraschall benötigt man einen Hochfrequenz-Generator, der die normale Netzfrequenz von 50 - 60 Hz in hochfrequente Schwingungen zwischen 20 und 40 kHz umwandelt. Sogenannte Schallwandler oder Schwinger, die z. B. unter dem Reinigungsbad angebracht sein können, setzen dann diese elektromagnetischen Schwingungen in mechanische Vibrationen gleicher Frequenz um. Einfach ausgedrückt ist der Schallwandler nichts weiter als ein Resonanzsystem, das durch geeignete Energiezuführung zu Eigenschwingungen angeregt wird. Bekannte elektroakustische Schallwandler wie Telefon oder Lautsprecher, die im Hörfrequenzbereich arbeiten, versagen im Ultraschallbereich aus verschiedenen Gründen. Man nutzt deshalb indirekten piezoelektrischen Effekt. Legt man an ein piezoelektrisches Material eine elektrische Spannung, so reagiert das Material mit einer Vergrößerung in Längsrichtung, beim Umpolen der Spannung mit einer Verkürzung. Dadurch lässt sich eine elektrische Schwingung, bei der die Spannung ständig umgepolt wird, in eine mechanische Wechselbewegung umwandeln. 
Für die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallgeräten werden Sinterkeramiken aus Bleizirkonattitanat (PZT) eingesetzt, die einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent aufweisen. 
Bei tiefen Ultraschall-Betriebsfrequenzen im Bereich von 25 kHz ist der Reinigungseffekt durch Kavitation sehr effizient. Die Kavitationsbläschen können groß werden (Zug- und Druckphasen dauern länger) und damit viel Energie enthalten bzw. beim Implodieren freisetzen. In vergleichsweise höheren Frequenzbereichen von 40 kHz erhält man ein Feld aus kleineren, jedoch vielzähligen Kavitationsblasen und erreicht eine besonders schonende Reinigung empfindlicher Teile.
Je nach Einsatzbereich arbeitet man heute mit Frequenzen von 25 kHz (Grobreinigung im Maschinenbau) und 40 kHz (empfindliche Teile, z. B. aus dem Medizin-, Optik- und Elektronikbereich).

Weitere Informationen zur Erzeugung von Ultraschall mittels sonotrodenbasierten Ultraschall-Homogenisatoren z.B. für den Zellaufschluss.

Anordnung der Ultraschall-Schwinger

Ultraschall Schwinger