Untersuchung zum Mechanismus der Ultraschallvernebelung an Flüssigkeitsoberflächen im Hinblick auf technische Anwendungen

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Ultraschallschwingungen ist in den letzten Jahren zwei verschiedene Wege gegangen. Der eine führte zum Einsatz mecha­ nischer Schwingungen in der physikalischen Meßtechnik bis weit in das Giga­ hertz-Gebiet. Der andere Weg zielte auf die Erzeugung sehr ho her Energiedichten im Bereich relativ niederer Frequenzen. Als Resultat des letzteren Entwicklungs­ zweiges ergaben sich überraschend zahlreiche Anwendungen der Ultraschallenergie in der modernen Technik, wie US-Reinigen und -Dispergieren, Polieren, die Ultraschall-Erosivverfahren (Bohren, Gravieren), das Ultraschallschweißen u. a. m. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung ist, den Effekt der Nebelbildung mit Ultraschall auf seine Einsatzmäglichkeit in technischen Prozessen zu überprüfen. Wird die Grenzschicht zwischen einer niederviskosen Flüssigkeit und einem Gas Ultraschallschwingungen genügend hoher Intensität ausgesetzt, so kann man oft u. a. das Entstehen eines Nebels beobachten, d. h. eines Aerosols, dessen disperse Phase aus feinen Flüssigkeitsträpfchen besteht. Diese Nebel wurden zunächst nur im Frequenzbereich von etwa 300 kHz bis etwa 5 MHz beobachtet, indem man durch Bündelung oder entsprechend starke Erregung des Schwingers eine hohe Schallenergiedichte in der Flüssigkeitsoberfläche erzeugte. Ist dabei die Schicht­ dicke der Flüssigkeit über dem Schwinger nicht zu klein, so entsteht infolge des Strahlungsdruckes der bekannte Schallsprudel, an dessen oberem, stark zer­ klüftetem Teil die Nebelbildung erfolgt. Aber auch beim direkten Aufbringen dünner Flüssigkeitsschichten oder einzelner Tropfen auf die Abstrahlungsfläche von Leistungsschwingern findet eine Nebelbildung statt. Letzteres ist bei älteren medizinischen Ultraschallgeräten sogar als Abstimmkriterium empfohlen worden. Die in diesem Frequenzgebiet erzielbaren Nebel sind sehr dicht und hochdispers.