Optimale Betriebsfrequenz von Ultraschallgeräten

Im Allgemeinen sollte die Betriebsfrequenz von Ultraschallgeräten die Frequenz sein, die den besten Anwendungseffekt erzeugt. Zum Beispiel funktioniert das Schweißen von Kunststoffen, Metallen und Verbrauchsmaterialien im Allgemeinen besser bei höheren Frequenzen, dies ist jedoch nicht die einzige Überlegung.

Ultraschallskalpelle können optimale Schnittraten bei 20 kHz liefern. Das Gerät kann jedoch zu groß sein, als dass ein Chirurg bequem operieren könnte. Selbst wenn die Schnittrate reduziert wird, kann daher eine höhere Frequenz gewählt werden, um die Größe des Geräts zu reduzieren.

Da die Niederfrequenzwandler größer sind und ein größeres Keramikvolumen ermöglichen, können diese Systeme mehr Leistung liefern, was für bestimmte Anwendungen (z. B. Schweißen großer Kunststoffteile) erforderlich sein kann.

Niedrigere Frequenzen haben längere Wellenlängen, was zu einer geringeren Spannung bei einer bestimmten Amplitude führt. Wenn der Werkzeugkopf mit hohen Amplituden arbeiten muss, wo Ermüdung auftreten kann, sollten daher niedrigere Frequenzen bevorzugt werden.

Amplitude

Wenn ein Ausgang mit hoher Amplitude erforderlich ist, sollte eine niedrigere Frequenz verwendet werden. Dies liegt daran:

Die Wandlerleistung ist höher, so dass weniger Verstärkung in die anderen Stack-Komponenten eingebaut werden muss. Dies bietet mehr Flexibilität beim Entwerfen dieser anderen Stack-Komponenten.

Da die Spannung geringer ist (oben), ist es möglich, mit höheren Amplituden ohne Ermüdungsversagen zu arbeiten.

Verfügbarkeit von Geräten

Ultraschallanwendungen reagieren in der Regel nicht sehr empfindlich auf Frequenzunterschiede von mehreren Kilohertz. Daher ist es üblich, akzeptable Frequenzen zu finden, die mit Handelsgeräten verfügbar sind, in der Regel in 5-kHz-Schritten (z. B. 20 kHz, 25 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz). Beispielsweise kann eine Anwendung eine optimale Frequenz von 22,5 kHz haben, aber bei 20 kHz oder 25 kHz akzeptabel sein.

Kosten

Hochfrequenzgeräte kosten in der Regel weniger als Niederfrequenzgeräte.

Gesund

Die meisten Menschen haben eine begrenzte Wahrnehmung von Tönen über 18 kHz oder sogar 20 kHz. Es gibt jedoch Ausnahmen. Zum Beispiel eine Ultraschall-Nähmaschine, die ursprünglich für 20 kHz entwickelt wurde, aber einige weibliche Bediener beschwerten sich, dass sie Vibrationen hörten. Schließlich wurde die Frequenz um einige Kilohertz erhöht, um das Problem zu beheben.

Staatliche Vorschriften

Im Laufe der Zeit gab es viele staatliche Vorschriften zur Lärmbelastung. Wenn Ultraschallgeräte mit 18 kHz oder weniger arbeiten, ist häufig ein Schallschutzgehäuse oder ein persönlicher Gehörschutz erforderlich, um die Exposition zu begrenzen. Um einen Schallschutz zu vermeiden, kann die Betriebsfrequenz leicht erhöht werden, auch wenn sie für die Anwendung möglicherweise nicht optimal ist.

Aber selbst einige Anwendungen, die mit 20 kHz oder höher laufen, erzeugen immer noch hörbares Rauschen. Zum Beispiel können Liquid-Handling-Anwendungen Kavitation erzeugen, die ein Zischen erzeugt. Die Plug-in-Anwendung erzeugt ein hörbares Geräusch, wenn das Horn gegen das Metall-Plug-in knallt. Je nach Exposition kann ein Schallschutz oder ein persönlicher Gehörschutz erforderlich sein.