- Veröffentlicht am 19. März 2024
- Zuletzt bearbeitet am 19. März 2024
- 7 min
Ultraschallgeräte in der Industrie
Ultraschallgeräte finden in den verschiedensten industriellen Branchen und Anwendungen Einsatz. Dabei werden nicht nur genauere Produktionsabläufe und verbesserte Wartungs- und Prüfungsverfahren unterstützt, sondern es wird auch ein wichtiger Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit in produzierenden Unternehmen geleistet. Im folgenden Artikel wird ein Überblick über die technischen Grundlagen und die vielseitige Nutzung und die umweltschonenden Aspekte von Ultraschallgeräten geboten.
Ultraschallgeräte sind Instrumente der Spitzentechnologie, die mit hochfrequenten Schallwellen außerhalb des menschlichen Hörbereichs funktionieren. Ein Ultraschallgerät nutzt Schallwellen mit Frequenzen über 20.000 Hertz und wird in unterschiedlichen Branchen angewendet. Diese Geräte finden sich im Gesundheitswesen, in der Fertigung, in der Forschung und mehr.
Das Grundprinzip von Ultraschallgeräten liegt in der Erzeugung und Verbreitung von Ultraschallwellen. Diese Wellen werden durch piezoelektrische Kristalle erzeugt, die elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandeln. Daraus entstehen Ultraschallwellen, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, z. B. zerstörungsfreie Tests, Reinigungsprozesse oder medizinische Bildgestaltung.
Neben dem Gesundheitswesen sind Ultraschallgeräte vor allem in industriellen Prozessen verbreitet. Reinigungsgeräte auf Ultraschallbasis nutzen hochfrequente Schallwellen, um Verunreinigungen von empfindlichen Oberflächen durch Präzisionsreinigungen zu entfernen. Dieser Prozess wird u.a. in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Außerdem ermöglichen Ultraschallsensoren präzise Abstandsmessungen und Objekterkennungen und verbessern die Automatisierung und Robotik in Produktionsumgebungen.
Was sind Ultraschallgeräte?
Mit voranschreitenden Technologien nimmt auch die Vielseitigkeit von Ultraschallgeräten weiter zu. Über die Forschung, Optimierung und Kontrolle industrieller Prozesse bis zur medizinischen Diagnostik werden Ultraschallgeräte eingesetzt. Diese Geräte sind ein Highlight moderner Innovationen und werden in Zukunft noch weitere Einsatzfelder finden.
Aufbau eines Ultraschallgerätes
Der Aufbau eines Ultraschallgeräts ist komplex und erfolgt unter Zugriff auf verschiedene Technologien. Einige wichtige Komponenten eines Ultraschallgeräts sind:
- Wandler – Der Wandler ist ein entscheidendes Glied für die Erzeugung und den Empfang von Schallwellen. Es besteht aus piezoelektrischen Kristallen, die elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandeln und umgekehrt.
- Puls-Echo-Technik – Ultraschallgeräte nutzen das Puls-Echo-Verfahren, um die Zeit zu messen, die die Wellen benötigen, um den Wandler zu reflektieren.
- Strahlformung – Mit dieser Technik wird ein Ultraschallstrahl fokussiert und gelenkt, um detaillierte Bilder mit verbesserter Auflösung zu erstellen.
- Signalverarbeitung – Die vom Wandler empfangenen Signale werden dabei verarbeitet und z. B. gefiltert oder verstärkt.
- Steuerschnittstelle – Ein Ultraschallgerät besitzt eine Benutzeroberfläche für zahlreiche Einstellungen wie den Fokus oder den Bildgebungsmodus.
- Stromversorgung – Die Geräte benötigen zum Betrieb eine stabile Stromversorgung und sind meistens für den Betrieb mit herkömmlichen Steckdosen konzipiert.
Ultraschallgeräte und industrielle Automation
Die industrielle Automation durchläuft einen Wandel, in dem auch Ultraschallgeräte eine wichtige Rolle spielen. Durch die Nutzung hochfrequenter Schallwellen spielen sie eine wichtige Rolle bei der Verbesserung von industriellen Prozessen, der Verbesserung der Qualitätskontrolle und der Sicherstellung von korrekten Betriebsabläufen.
In der industriellen Automation werden die Geräte weiterhin für eine präzise und zuverlässige Objekterkennung und Abstandsmessung eingesetzt. Diese Informationen werden dabei zur Berechnung von Entfernungen verwendet und ermöglichen genauere Steuerungen von Roboterbewegungen, Fördersystemen und Materialtransporten. Die berührungslose Natur der Ultraschallsensoren ist ein großer Vorteil in Umgebungen, in denen Kontaktsensoren unpraktisch sind.
Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallgeräten
Ultraschallgeräte sind zu unverzichtbaren Hilfsmitteln im Industriesektor geworden und bieten ein vielfältiges Anwendungsspektrum, das mehr Effizienz, Qualität und Sicherheit bedeutet. Die Integration der Ultraschalltechnologie in Automatisierungsprozesse wird noch weiter zunehmen und ein wesentlicher Bestandteil der Fertigung werden. Dadurch werden neue Dimensionen an Präzision, Steuerungen und Produktivität erreicht. Im Folgenden geben wir einen Überblick über wichtige Einsatzbereiche.
Reinigungsmaschinen
In Fertigungs- und Produktionsumgebungen ist Sauberkeit sehr wichtig für die Produktqualität. Ultraschall-Reinigungsmaschinen kommen dabei für Branchen von der Elektronikproduktion bis zur Luft- und Raumfahrt zum Einsatz. Die Geräte nutzen Ultraschallwellen, um mikroskopisch kleine Blasen in Reinigungslösungen zu erzeugen, die bei einem Kontakt mit einer Oberfläche implodieren und Unreinheiten präzise entfernen. Diese sanften und leistungsstarken Reinigungsmaschinen garantieren die Wartung kritischer Industriekomponenten und reduzieren Ausfallzeiten und Wartungskosten.
Schweißmaschinen
Ultraschallwellen in Schweißmaschinen nutzen hochfrequente mechanische Schwingungen, um Materialien durch Ultraschallschweißen zu verbinden. Diese Schweißtechnik wird in verschiedenen Branchen verwendet, um Thermoplaste, Metalle und andere Materialien mit hoher Präzision und Effizienz zu verbinden.
Ultraschallschweißen bietet in industriellen Prozessen zahlreiche Vorteile:
- Hohe Präzision – Ein Ultraschallgerät ermöglicht eine präzise Kontrolle der Schweißparameter, was zu exakten und gleichmäßigen Schweißnähten führt.
- Schnelle Geschwindigkeit – Ultraschallschweißen ist ein schneller Prozess und damit gut für die Massenproduktion geeignet.
- Keine externe Wärmequelle nötig – Im Gegensatz zu anderen Schweißtechniken ist beim Ultraschallschweißen keine externe Wärmequelle erforderlich. Dadurch ist das Risiko einer thermischen Beschädigung der Verbundmaterialien gering.
- Vielseitigkeit der Materialien – Ultraschall-Schweißmaschinen können für zahlreiche Materialien eingesetzt werden, darunter Kunststoffe, Metalle und synthetische Stoffe.
Messgeräte
Ultraschallwellen finden auch in Messgeräten Verwendung. Die hochfrequenten Schallwellen werden zur Messung von Entfernungen, Füllständen oder anderen physikalischen Gradmessern eingesetzt. Messgeräte auf Ultraschallbasis, auch Ultraschallsensoren oder -wandler genannt, nutzen die Schallwellenausbreitung und den Echoempfang, um die Eigenschaften eines Mediums zu bestimmen.
Einige häufige Anwendungen im Zusammenhang mit Ultraschallwellen in Messgeräten sind die folgenden:
- Distanzmessung – Für die berührungslose Messung von Abständen werden häufig Ultraschallgeräte eingesetzt. Diese Sensoren werden zur präzisen Objekterfassung in der industriellen Automatisierung oder in Automobilanwendungen genutzt.
- Füllstandmessungen – Ultraschallsensoren werden auch zur Messung von Flüssigkeitsständen in Tanks und Behältern verwendet. Diese Technik ist in der Abwasseraufbereitung, der chemischen Verarbeitung und der Landwirtschaft verbreitet und ist eine sichere Methode zur Überwachung von Flüssigkeitsständen.
- Durchflussmessung – In einigen Anwendungen werden Ultraschallwellen zur Messung der Durchflussrate von Flüssigkeiten eingesetzt. Dies ist nützlich in Branchen, in denen genaue Durchflussmessungen wichtig sind, z. B. in der Wasserwirtschaft und der Prozessindustrie.
Der Einsatz von Ultraschallwellen in Messgeräten bietet Vorteile wie den berührungslosen Betrieb, eine hohe Genauigkeit und einen vielseitigen Einsatz bei verschiedenen Materialien und Umgebungen.
Qualitätskontrolle
Ultraschallgeräte kommen in der Industrie auch häufig zur Qualitätskontrolle zum Einsatz, um z. B. Fehler zu erkennen, Materialstärken zu messen und Prüfungen durchzuführen. Hier sind einige häufige Anwendungen von Ultraschallgeräten in der Qualitätskontrolle:
- Schweißnahtprüfung – Ultraschallgeräte werden hier eingesetzt, um Schweißnähte auf Risse oder Porosität zu überprüfen. Über die Wandler werden die Ultraschallwellen durch das geschweißte Material gesendet und die Echos analysiert, um Unregelmäßigkeiten zu erkennen.
- Dickenmessung – Mit speziellen Messgeräten wird die Dicke von Materialien akkurat vermessen. Dies ist sehr wichtig in der Fertigung, wo die Gewährleistung einer konstanten Materialstärke für die Produktqualität eine essenzielle Grundlage darstellt.
- Erkennung von Hohlräumen und Einschlüssen – Ultraschallprüfungen werden hier zur Erkennung von inneren Hohlräumen oder Einschlüssen in einem Material eingesetzt. Dies geschieht z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder in der Automobilherstellung.
- Korrosionsüberwachung – Ultraschallwellen werden benutzt, um das Ausmaß einer Korrosion in Metallstrukturen zu beurteilen. Dies geschieht durch die Messung der Dicke des Materials, um Korrosionen frühzeitig zu erkennen und rechtzeitige Wartungen einzuleiten.
Nachhaltige Technologie
Ultraschallgeräte gelten aus mehreren Gründen als nachhaltige Technologie:
- Zerstörungsfreie Prüfungen – Die Ultraschallprüfung ist eine zerstörungsfreie Bewertungstechnik. Dabei ermöglicht sie Inspektionen und Beurteilungen von Materialien, ohne dass Schäden entstehen. Dies verringert den Einsatz von zerstörenden Prüfmethoden sowie die Materialverschwendung.
- Energieeffizienz – Im Vergleich zu anderen Prüfmethoden sind Ultraschallgeräte energieeffizient. Der Energiebedarf für die Erzeugung und den Empfang von Ultraschallwellen ist gering, was einen nachhaltigen Ansatz für die Qualitätskontrolle darstellt.
- Früherkennung von Mängeln – Ultraschallprüfungen ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Materialfehlern. Dadurch werden die Produktion fehlerhafter Produkte rechtzeitig verhindert, Nachbearbeitungen reduziert und die damit verbundenen Umweltauswirkungen minimiert.
- Regulatorische Vorteile – Nachhaltige Praktiken werden zunehmend zum Bestandteil von Vorschriften und Regelwerken. Unternehmen, die in Ultraschallprüfungen zur Qualitätskontrolle investieren, können gesetzliche Anforderungen und Umweltstandards besser einhalten und insgesamt nachhaltiger agieren.
- Langfristige Kosteneinsparungen – Durch eine verbesserte Qualitätskontrolle, weniger Materialverschwendung und eine vorbeugende Wartung wird auch zur wirtschaftlichen Nachhaltigkeit eines Unternehmens beigetragen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ultraschallgeräte nicht nur genaue und zuverlässige Produktionsabläufe fördern, sondern auch die Nachhaltigkeit. Durch zerstörungsfreie Prüfungen, einen optimierten Materialeinsatz und höhere Energieeffizienz sind frühzeitige Fehlererkennungen und vorbeugende Wartungsmaßnahmen möglich. Da die Industrie einen zunehmenden Wert auf Nachhaltigkeit legt, steht der Einsatz von Ultraschall-Technologien im Einklang mit umweltbewussten Praktiken und ressourceneffizienten Abläufen. Sehen Sie sich unsere Produkte und Lösungen für Ultraschallgeräte an.