LABO Juni 2010 38 FACHBEITRAG Darüber hinaus fi ndet man auch meh- rere unterschiedliche Watt-Angaben im selben Prospekt.
Dabei fällt auf, dass die Aufnahmeleistung (auch Nenn- Aufnahme) häufi g wesentlich gerin- ger als die Ultraschall-Abgabeleistung (auch HF-Ausgangs-Leistung) ist.
Dabei gilt zu wissen, dass die HF-Ausgangs- leistung anders bemessen wird als die normale Aufnahme-Leistung aus dem Stromnetz.
Bei der HF-Ausgangs-Leis- tung wird die Peak-to-Peak-Leistung berücksichtigt (ebenso wie übrigens bei der Angabe der Amplituden der Schwingung!).
Mitunter wird dann (al- lerdings nur in sehr exakten und tief in die Materie eingehenden Unterlagen) auch noch eine Nennleistung angege- ben, die dann der Leistung entspricht, die vom Generator an den Konverter (durch das HF-Kabel) abgegeben wird.
Diese Nennleistung muss stets kleiner als die Aufnahmeleistung sein.
Physikalisch betrachtet wird von der RMS-(Root Mean Square-)Leistung ge- sprochen, einem Vergleichswert für die Leistung eines elektronischen oder akustischen Verstärkers.
Dieser Wert wird zwar ebenfalls mit der Leistungs- Einheit „Watt“ angegeben, jedoch hat dies mit der physikalischen Leistung nichts zu tun.
Man muss daher die RMS-Leistung als Kunstwort ansehen, ohne unmittelbaren Bezug zu echten physikalischen Größen.
Die für den Anwender relevante Leistung bezieht sich aber einzig und allein auf die Dichte der Kavitations- erscheinungen im Ultraschallfeld.
Die Arbeitsspitzen erzeugen mit ih- rer hochfrequenten Eigenschwingung (Nenn-Frequenz i.
allg.
20 kHz bei Des- integratoren) hochfrequente Druck- unterschiede in der Flüssigkeit.
In der Unterdruckphase sinkt der statische Druck unter den Dampfdruck der Flüs- sigkeit und es bilden sich kleine Flüssig- keitsdampfblasen, die bei wechselnder Druckbedingung wieder implosionsar- tig (mit annähernder Schallgeschwin- digkeit) zusammenbrechen.
Dabei entstehen im zusammenstürzenden Hohlraum sehr hohe Drucke (u.U.
tau- sende von Atmosphären) {Gehrtsen, Kneser, Vogel „PHYSIK”}.
Die auftretenden Kavitationserschei- nungen sind von mehreren Parametern abhängig: Frequenz: Je niedriger die Frequenz des Ultra- schallfeldes, um so größer sind die auf- tretenden Kavitationsblasen.
Je größer die Kavitationsblasen, um so größer ist die Kraft der Implosion auf die Um- gebung.
Aus diesem Grund wird die Nennfrequenz von 20 kHz bei Desinteg- ratoren bevorzugt gegenüber höheren Frequenzen bei anderen Ultraschallein- sätzen (Reinigung, Kunststoff-Schwei- ßen usw.).
Da sich kleinere Frequenzen bereits im Bereich des vom menschlichen Ohr wahrnehmbaren Schalls befi nden, wird von Frequenzen unter 20 kHz aus Lärmschutz-Gründen Abstand genom- men.
Darüber hinaus spielen auch noch technische Gründe eine Rolle.
Amplitude: Je größer die Amplitude der schallabgebenden Spitze, desto wahr- scheinlicher ist das Auftreten von Ka- vitationen.
Über die Amplitude der Arbeitsspitzen wird die Energie des Desintegrators geregelt! Daher ist die Amplitude der schallab- gebenden Spitze (der Weg, den die Spit- ze innerhalb der Nennfrequenz – also 20000 Mal pro Sekunde zurücklegt) der einzige wirkliche Leistungswert eines Ultraschall-Systems.
Bei größerem Weg in der selben Zeit wird ein deutlich grö- ßerer Druckunterschied und damit eine wesentlich höhere Anzahl an Kavitati- onen im Schallfeld erzeugt.
Diese Ka- vitationen sind aber letztendlich allein für die Leistungsfähigkeit eines Desin- tegrators zuständig.
Auch Parameter wie Temperatur, Druck, Zusammensetzung der Proben- Flüssigkeit (Konzentration, Oberfl ä- chenspannung usw.) beeinfl ussen das Auftreten der Kavitation in starkem Maße.
Die meisten modernen Ultra- schall-Desintegratoren (der BRANSON SONIFIER bereits seit 1968) besitzen eine elektronische Amplitudenkon- Watt-Angaben beim Einsatz von Ultraschall-Desintegratoren Häufi g fi ndet man in Publikationen und vor allem in Prospekten von Ul- traschall-Herstellern Angaben über die Leistungsfähigkeit von Ultraschall- Desintegratoren in Form von Absolutwerten wie „350 W Ultraschall-Leis- tung” oder „man beschalle bei 75 Watt”.
Befasst man sich etwas näher mit Ultraschall-Technik, so fi ndet man sehr schnell heraus, dass diese An- gaben nur in geringstem Maße Aussagen über die tatsächliche Leistungs- fähigkeit eines Ultraschall-Gerätes machen.
Watt-Angaben beziehen sich in praktisch allen Fällen auf die Leistung der Hochfrequenz-Generatoren, sagen aber nichts über die wahre Energie, die über den Konverter und die Arbeitsspitzen (SONOTRODEN, z.B.
Mikrospitzen usw.) in die Probe eingebracht wird.
Dipl.-Chem.
Andreas Heinemann*) ? __________ *) G.Heinemann Ultraschall- und Labortechnik, Erwin-Rommel-Straße 42, 73525 Schwäb.
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