DE102006039966A1

DE102006039966A1 - Method for determinining cleaning efficiency by cavitations in ultrasonic bath, involves bringing test object into cleaning liquid in ultrasonic bath and test layers are applied with more different cavitations stability on base

Info

Publication number: DE102006039966A1
Application number: DE200610039966
Authority: DE
Inventors: Maximilian Staudacher; Jens Strobel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-02-28

Abstract

The method involves bringing a test object (1) into a cleaning liquid which is contained in an ultrasonic bath. Two test layers are applied with more different cavitations stability on a base (3). The erosion of the test layers are evaluated by a test object which has a test layer (5). The test layers are manufactured from different materials or have different layer thicknesses. Multiple test layers are mounted successively in the ultrasonic bath at the same position. The two test layers are introduced in parallel on the base body. An independent claim is also included for a test object for the execution of the method for determining cleaning efficiency by cavitations in ultrasonic bath.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Reinigungswirkung durch Kavitation in einem Ultraschallbad sowie einen Prüfkörper zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for determining the cleaning effect by cavitation in an ultrasonic bath and a test specimen for carrying out the Process.

Bei einer ultraschallunterstützten Tauchreinigung wird mittels eines Ultraschallwandlers hochenergetischer Ultraschall in eine Reinigungswanne eingebracht. Hierdurch bildet sich ein stehendes Wellenfeld aus, wobei in Zonen maximaler Druckamplitude eine Ausbildung von Kavitation resultiert. Die Kavitation und die daraus resultierende Oberflächenerosion liefern den bedeutendsten Effekt bei der Reinigung.at an ultrasound-assisted Dipping cleaning becomes more energetic by means of an ultrasonic transducer Ultrasound introduced into a cleaning tub. This forms a standing wave field, where in zones of maximum pressure amplitude a Formation of cavitation results. The cavitation and the resulting resulting surface erosion the most significant effect when cleaning.

Derzeit wird die zu erwartende Reinigungswirkung im Allgemeinen durch indirekte Messverfahren abgeschätzt. Hierzu wird zum Beispiel mit Hydrophonen die Schalldruckverteilung vermessen und über empirisch bestimmte Kenngrößen in ein Reinigungsmaß übertragen. Nachteil hierbei ist, dass bei der Ermittlung der empirischen Daten viele komplex zusammenwirkende Einflussgrößen, zum Beispiel die Kavitationskeimdichte, der Gasgehalt oder die Oberflächenspannung des Mediums, mit ihrem Einfluss auf die Kavitationswirkung kaum berücksichtigt werden.Currently the expected cleaning effect is generally by indirect Measurement method estimated. For this purpose, for example, with hydrophones, the sound pressure distribution measured and over empirically determined parameters in a Transfer cleaning measure. Disadvantage here is that in the determination of the empirical data many complex interacting factors, such as the cavitation germ density, the gas content or the surface tension of the medium, with its influence on the cavitation effect hardly be taken into account.

Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, Kavitationserosion direkt zu ermitteln. Eine schnelle Bewertung der Verteilung erhält man zum Beispiel durch einen Test mit Aluminiumfolie. Im kavitierenden Medium wird die Folie in den Kavitationszonen perforiert und schließlich vollständig abgelöst. Dieses Verfahren wird derzeit in der Praxis angewendet.Farther there is also the possibility To determine cavitation erosion directly. A quick review the distribution receives for example, by a test with aluminum foil. In the cavitating Medium, the film is perforated in the cavitation zones and finally completely detached. This Procedure is currently used in practice.

Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Kavitationswirkung sieht vor, dass Edelstahlbleche im Siebdruckverfahren mit einer Paste aus einem hochviskosen Tiefziehöl und einem Strahlmittel aus Chrom- und Nickelpartikeln bedruckt werden. Die bedruckten Edelstahlbleche werden im Ultraschallbad der Kavitation ausgesetzt. Die erosive Wirkung zerstört im Laufe der Zeit die Oberfläche und trägt sie ab. Bereiche mit unterschiedlicher Kavitationsintensität können durch die verbleibende, lokale Schichtdicke unterschieden werden. Dieses Verfahren ist beschrieben in M. Kristen, Experimentelle Untersuchungen zur ultraschallgestützten Tauchreinigung, Fortschritt-Berichte, VDI-Verlag, 2005, S. 92–95 .Another known from the prior art method for determining the Kavitationswirkung provides that stainless steel sheets are screen printed with a paste of a highly viscous thermoforming oil and a blasting medium of chromium and nickel particles are printed. The printed stainless steel sheets are exposed to cavitation in the ultrasonic bath. The erosive effect destroys the surface over time and wears it off. Regions with different cavitation intensity can be distinguished by the remaining, local layer thickness. This procedure is described in M. Kristen, Experimental Studies on Ultrasonic Assisted Dipping, Progress Reports, VDI-Verlag, 2005, pp. 92-95 ,

Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass es wegen des Siebdrucks auf ebene oder leicht gekrümmte Flächen beschränkt ist. Zudem ist die Haftung der Prüfschicht abhängig von der Viskosität der Paste. In industriellen Anlagen wird in der Regel bei einer Temperatur im Bereich von 70°C gereinigt. Bei dieser Temperatur verändert sich die Viskosität deutlich. Dies führt dazu, dass die Haftungsmechanismen herabgesetzt werden und die Prüfschicht nicht mehr auf dem Edelstahlblech haftet. Zudem werden in vielen Reinigungsanlagen Tenside zugegeben. Diese führen zur Ablösung der stark ölhaltigen Schicht.disadvantage However, this method is that because of the screen printing on level or slightly curved surfaces limited is. In addition, the adhesion of the test layer depends on the viscosity the paste. In industrial plants is usually at a Temperature in the range of 70 ° C cleaned. At this temperature, the viscosity changes significantly. this leads to that the liability mechanisms are reduced and the test bed no longer sticks to the stainless steel sheet. In addition, in many Cleaning systems Surfactants added. These lead to the replacement of the strongly oily Layer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Reinigungswirkung durch Kavitation in einem Ultraschallbad umfasst folgende Schritte:

(a) Einbringen mindestens eines Prüfkörpers in eine im Ultraschallbad enthaltene Reinigungsflüssigkeit, wobei mindestens zwei Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit auf mindestens einen Grundkörper aufgebracht sind,
(b) Auswertung des Abtrages der Testschichten von dem mindestens einen Prüfkörper.

The inventive method for determining the cleaning effect by cavitation in an ultrasonic bath comprises the following steps:

(a) introducing at least one test specimen into a cleaning liquid contained in the ultrasonic bath, at least two test layers having different cavitation resistance being applied to at least one main body,
(b) evaluation of the removal of the test layers from the at least one test specimen.

Als Ultraschall im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei Schall mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 10 MHz, insbesondere im Bereich von 20 kHz bis 200 kHz, verstanden.When Ultrasound in the sense of the present invention is sound with a frequency in the range of 10 kHz to 10 MHz, in particular in the range of 20 kHz to 200 kHz, understood.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Kavitationserosion als Maß für die Reinigungswirkung in der ultraschallunterstützten Tauchreinigung beschreiben. Die auf den Grundkörper aufgebrachten Testschichten werden unter Einwirkung der erosiven Mechanismen beim Kollaps von Kavitationsblasen lokal abgelöst. Diese erosiven Mechanismen sind zum Beispiel Schockwellen und Microjets. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert ein verlässliches Maß zur Bewertung des Reinigungseffekts durch physikalische Mechanismen. Es wird von chemischen und temperaturbedingten Einflüssen nicht beeinträchtigt.By the inventive method can be the cavitation erosion as a measure of the cleaning effect in ultrasound-assisted immersion cleaning describe. The on the main body applied test layers are under the action of erosive Mechanisms in the collapse of cavitation bubbles replaced locally. These Erosive mechanisms include shock waves and microjets. The inventive method delivers a reliable Measure to Evaluation of the cleaning effect by physical mechanisms. It is not affected by chemical and temperature influences impaired.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den Verfahren, wie sie derzeit in der Praxis eingesetzt werden und bei denen die Verteilung der Kavitationszonen mit Hilfe von Aluminiumfolie bestimmt wird, ist, dass durch den Grundkörper ein schallhart reflektierender Störkörper im Schallfeld berücksichtigt wird. Aus diesem Grunde werden auch starke Schallfeldveränderungen mit den daraus resultierenden Auswirkungen auf die Kavitation erfasst. Zudem bietet das erfindungsgemäße Verfahren mit den mindestens zwei Testschichten, die auf mindestens einen Grundkörper aufgebracht sind, die Möglichkeit, Prüfkörper mit komplexen Geometrien einzusetzen.One Advantage of the method according to the invention across from the procedures as they are currently used in practice and where the distribution of cavitation zones using aluminum foil is determined, is that through the main body a reverberant reflective Disruptive body in Sound field considered becomes. For this reason, even strong sound field changes with the resulting effects on cavitation. moreover offers the method according to the invention with the at least two test layers, which are based on at least one body are applied, the possibility Test specimen with use complex geometries.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Reinigungswirkung durch Kavitationserosion im Vergleich zu mittelbaren Verfahren, wie zum Beispiel Schalldruckmessungen, direkt abgebildet wird und somit auch die Auswirkungen der Einflussgrößen, wie Kavitationskeimdichte, Gasgehalt oder Oberflächenspannung des Mediums, beinhaltet.Another advantage of the method according to the invention is that the cleaning effect by cavitation erosion in comparison to indirect Ver drive, such as sound pressure measurements, is mapped directly and thus also the effects of the influencing variables, such as Kavitationskeimdichte, gas content or surface tension of the medium includes.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Prüfkörper jeweils nur eine Testschicht auf, wobei die Testschichten jeweils aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind oder eine unterschiedliche Schichtdicke aufweisen und mehrere Prüfkörper mit unterschiedlichen Testschichten nacheinander an der gleichen Position im Ultraschallbad eingebracht werden.In an embodiment the method according to the invention has a test specimen respectively only one test layer, wherein the test layers each consist of different Materials are made or a different layer thickness have and several specimens with different test layers in succession at the same position be introduced in the ultrasonic bath.

Vorteil der Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit ist, dass eine einfache Quantifizierung der Reinigungswirkung durch die Kavitationserosion ermöglicht wird. Hierzu werden die Prüfkörper in die Reinigungsflüssigkeit eingebracht und durchlaufen einen Reinigungszyklus. Die Reinigungswirkung an einem vorgegebenen Ort in der Reinigungsflüssigkeit wird dadurch bestimmt, dass die Prüfkörper an einer festen Position in die Reinigungsflüssigkeit eingebracht werden. Um einen Mittelwert der Reinigungswirkung zu bestimmen, werden die Prüfkörper im Schallfeld bewegt.advantage the test layers with different cavitation resistance is that a simple quantification of the cleaning effect by allows the cavitation erosion becomes. For this purpose, the specimens are in the cleaning fluid introduced and go through a cleaning cycle. The cleaning effect at a given location in the cleaning liquid is determined by that the test specimens on a fixed position are introduced into the cleaning liquid. To determine an average of the cleaning effect, the Test specimens in Sound field moves.

Vorteil der Verfahrensvariante, bei der ein Prüfkörper jeweils nur eine Testschicht aufweist, ist, dass sich der Abtrag der Testschichten gut auswerten lässt, da jeweils nur zwischen zwei unterschiedlichen Materialien unterschieden werden muss, nämlich dem des Grundkörpers und dem der Testschicht. Um eine reproduzierbare Auswertung zu erhalten, ist es jedoch notwendig, dass die Prüfkörper mit unterschiedlichen Testschichten jeweils den gleichen Reinigungszyklus durchlaufen.advantage the process variant in which a test specimen only one test layer has, is that the removal of the test layers can be evaluated well, since each distinguished between only two different materials must be, namely the of the basic body and the test layer. To get a reproducible evaluation, However, it is necessary that the specimens with different Test layers each undergo the same cleaning cycle.

In einer weiteren Verfahrensvariante sind die mindestens zwei Testschichten auf einen Grundkörper aufgebracht. Hierbei ist es einerseits möglich, die Testschichten nebeneinander auf den Grundkörper aufzubringen, andererseits können die Testschichten auch übereinander auf den Grundkörper aufgebracht sein, wobei die Reihenfolge der Testschichten so ausgewählt wird, dass die Kavitationsbeständigkeit der Testschichten von innen nach außen abnimmt.In Another variant of the method is the at least two test layers on a basic body applied. It is possible on the one hand, the test layers next to each other to apply to the body, on the other hand the test layers also on top of each other on the main body be applied, wherein the order of the test layers is selected so that the cavitation resistance of Test layers from the inside to the outside decreases.

Vorteil der Variante mit nebeneinander angebrachten Testschichten ist, dass anhand der Erosionszonen in den einzelnen Bereichen mit unterschiedlicher Testschicht auf die Kavitationsintensität geschlossen werden kann. Das Verfahren mit einem Prüfkörper mit nebeneinander angeordneten Testschichten eignet sich zur Bestimmung einer gemittelten Reinigungsintensität. Hierzu ist jedoch eine dreidimensionale Bewegung des Prüfkörpers erforderlich. Bei einer festen Positionierung des Prüfkörpers in der Reinigungsflüssigkeit entstehen aufgrund des Stehwellencharakters des Schallfeldes lokal unterschiedliche Kavitationsintensitäten, wodurch bei einer festen Positionierung die lokale Abreinigung in den einzelnen Testschichten nicht unmittelbar auf das Kavitationsfeld in der Reinigungsflüssigkeit schließen lässt.advantage the variant with side by side attached test layers is that Based on the erosion zones in each area with different Test layer on the cavitation intensity can be closed. The procedure with a test specimen with Side by side arranged test layers is suitable for the determination an average cleaning intensity. However, this is a three-dimensional Movement of the specimen required. For a fixed positioning of the test specimen in the cleaning fluid arise locally due to the standing wave character of the sound field different cavitation intensities, resulting in a solid Positioning the local cleaning in the individual test layers does not close immediately to the cavitation field in the cleaning fluid.

Vorteil der Verfahrensvariante, bei der die Testschichten übereinander auf den Grundkörper aufgebracht sind, wobei die Kavitationsbeständigkeit der Testschichten von innen nach außen abnimmt, ist, dass der Prüfkörper zur Bestimmung der lokalen Kavitationsintensität nicht in der Reinigungsflüssigkeit bewegt werden muss, da an einer Position in der Reinigungsflüssigkeit alle Testschichten auf dem Prüfkörper aufgebracht sind.advantage the process variant in which the test layers on top of each other applied to the body where the cavitation resistance of the Test layers from the inside to the outside is that the test specimen for Determination of local cavitation intensity not in the cleaning fluid must be moved because at a position in the cleaning fluid all test layers applied to the test specimen are.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Testschichten unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit unterschiedliche Farben auf. Insbesondere wenn die Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit übereinander auf den Grundkörper aufgebracht sind, ist es bevorzugt, dass die Testschichten unterschiedliche Farben aufweisen. Durch die unterschiedlichen Farben der Testschichten lässt sich die Reinigungswirkung auf einfache Weise visuell bestimmen, da die Reinigungswirkung anhand der Farbunterschiede erkannt werden kann.In a preferred embodiment the test layers have different cavitation resistance different colors. Especially when the test layers applied with different cavitation resistance on top of each other on the body It is preferred that the test layers be different Have colors. Due to the different colors of the test layers let yourself To determine the cleaning effect in a simple way visually, as the Cleaning effect can be detected by the color differences.

Die Auswertung des Abtrages der Testschichten in Schritt (c) erfolgt vorzugsweise durch Bildverarbeitung. Hierzu ist jedes dem Fachmann bekannte Bildverarbeitungssystem einsetzbar. Zur Auswertung durch Bildverarbeitung werden die Prüfkörper vorzugsweise nach Entnahme aus dem Ultraschallbad mit einer Kamera abgelichtet. Um den gesamten Umfang des Prüfkörpers erfassen zu können, können die Aufnahmen unter verschiedenen Be trachtungswinkeln durchgeführt werden. So kann der Prüfkörper zum Beispiel jeweils um 90° zwischen zwei Aufnahmen gedreht werden. Es ist aber auch jeder andere beliebige Winkel, um den der Prüfkörper gedreht wird, möglich.The Evaluation of the removal of the test layers in step (c) takes place preferably by image processing. For this each is the expert known image processing system used. For evaluation by Image processing, the test specimens are preferred scanned with a camera after removal from the ultrasonic bath. To capture the entire circumference of the specimen to be able to can the pictures are taken at different viewing angles. Thus, the test piece for Example by 90 ° between two Shots are shot. But it is also any other arbitrary Angle around which the test specimen is rotated becomes possible.

Die so erstellten Aufnahmen werden durch das Bildverarbeitungssystem ausgewertet. Die Auswertung erfolgt dabei nach den gängigen, dem Fachmann bekannten Methoden.The Images thus created are processed by the image processing system evaluated. The evaluation takes place according to the common, methods known to the person skilled in the art.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Prüfkörper zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Prüfkörper umfasst einen Grundkörper, der aus einem Material gefertigt ist, welches in einem Ultraschallbad nahezu keine Erosion aufweist. Auf den Grundkörper sind mindestens zwei Testschichten aufgebracht, die eine unterschiedliche Kavitationsbeständigkeit aufweisen. Hierzu sind die Testschichten vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Geeignete Materialien für den Grundkörper sind zum Beispiel Edelstahl, niedrig legierter Stahl, Grauguss, vorbehandeltes Aluminium. Als Material für die Testschichten eignen sich zum Beispiel Kupfer, Blei, Aluminium, Gold, Silber, Zinn. Dabei werden zum Beispiel Kupfer oder Aluminium für Testschichten mit einer geringen Kavitationsbeständigkeit, Zinn oder Messing für Testschichten mit einer mittleren Kavitationsbeständigkeit und Nickel, Gold oder Goldlegierungen für Testschichten mit einer hohen Kavitationsbeständigkeit eingesetzt.The invention further relates to a test specimen for carrying out the method according to the invention. The test specimen comprises a main body, which is made of a material which has almost no erosion in an ultrasonic bath. On the body at least two test layers are applied, which have a different cavitation resistance. For this purpose, the test layers are preferably made of different materials. Suitable materials for the Basic bodies are, for example, stainless steel, low-alloy steel, gray cast iron, pre-treated aluminum. Suitable materials for the test layers are, for example, copper, lead, aluminum, gold, silver, tin. Here, for example, copper or aluminum are used for test layers with a low cavitation resistance, tin or brass for test layers with a medium cavitation resistance and nickel, gold or gold alloys for test layers with a high cavitation resistance.

In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Testschichten nebeneinander auf dem Grundkörper aufgebracht. Alternativ können die Testschichten in einer zweiten Ausführungsform auch übereinander auf dem Grundkörper aufgebracht sein, wobei die Kavitationsbeständigkeit der Testschichten von innen nach außen abnimmt.In an embodiment the at least two test layers are applied side by side on the base body. Alternatively you can the test layers in a second embodiment also on top of each other on the body be applied, the cavitation resistance of the test layers from the inside to the outside decreases.

Durch das erfindungsgemäße Verfabren lässt sich die Kavitations- und damit auch die Reinigungsintensität im Ultraschallbad einfach quantifizieren. Weiterhin sind die Ergebnisse gut reproduzierbar, wenn die Schichten mit einem definiert steuerbaren Verfahren homogen auf dem Prüfkörper aufgebracht werden.By the Verfabren invention can be the cavitation and thus the cleaning intensity in the ultrasonic bath simply quantify. Furthermore, the results are well reproducible, when the layers are homogeneous with a defined controllable process applied to the test specimen become.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Reinigungswirkung durch den Abtrag der Testschichten von dem mindestens einen Prüfkörper visuell ausgewertet werden kann, ohne dass technische Hilfsmittel eingesetzt werden müssen. Weiterhin ergibt sich durch den Einsatz der Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit ein hohes lokales und zeitliches Auflösungsvermögen der Kavitationszonen. Ein Optimum der Bewertbarkeit ergibt sich nach einer praxisrelevanten Reinigungsdauer im Bereich von 10 s bis 10 min, vorzugsweise 30 s bis 3 min, des Prüfkörpers. Schließlich wird durch den Einsatz des Prüfkörpers der chemische und temperaturbedingte Einfluss auf die Ablösung der Testschichten minimiert.One Another advantage of the method is that the Cleaning effect by the removal of the test layers of the at least one Test specimen visually can be evaluated without the use of technical aids Need to become. Furthermore, results from the use of the test layers with different cavitation resistance a high local and temporal resolution of the cavitation zones. One Optimal valuation results from a practice-relevant Cleaning time in the range of 10 s to 10 min, preferably 30 s to 3 min, of the test specimen. Finally will through the use of the test specimen of chemical and temperature influence on the replacement of the Test layers minimized.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

Es zeigenIt demonstrate

1.1 bis 1.3 Prüfkörper mit Testschichten mit unterschiedlicher Schichtdicke, 1.1 to 1.3 Test specimens with test layers of different layer thickness,

2 einen Prüfkörper mit drei nebeneinander angeordneten Testschichten, 2 a test specimen with three test layers arranged side by side,

3 einen Prüfkörper mit drei übereinander angeordneten Testschichten, 3 a test specimen with three test layers arranged one above the other,

4 eine dreidimensionale, geschnittene Darstellung eines Ultraschallbades, 4 a three-dimensional, sectional representation of an ultrasonic bath,

5 eine dreidimensionale, geschnittene Darstellung eines Ultraschallbades, 5 a three-dimensional, sectional representation of an ultrasonic bath,

6.1 bis 6.3 Schichtabtrag von Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit, 6.1 to 6.3 Layer removal of test layers with different cavitation resistance,

7 einen Prüfkörper mit drei übereinander angeordneten Testschichten, die durch Kavitation erodiert sind. 7 a test specimen with three superimposed test layers eroded by cavitation.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den 1.1 bis 1.3 sind Prüfkörper mit Testschichten mit unterschiedlicher Schichtdicke dargestellt.In the 1.1 to 1.3 Test specimens are shown with test layers with different layer thickness.

Ein Prüfkörper 1 umfasst einen Grundkörper 2, auf den eine erste Testschicht 5 aufgebracht ist. Der Grundkörper 3 kann jede beliebige geometrische Form annehmen. Bevorzugt ist der Grundkörper 3 jedoch zylindrisch ausgebildet. Der Durchmesser des Grundkörpers 3 ist mit dem Bezugszeichen D bezeichnet. Der Grundkörper 3 kann zur Vermittlung einer bes seren Haftung des Testschichtaufbaus mit einer dünnen Haftvermittlungsschicht, z. B. Nickel, überzogen sein.A test piece 1 includes a main body 2 on which a first test layer 5 is applied. The main body 3 can take any geometric shape. The basic body is preferred 3 However, cylindrical. The diameter of the main body 3 is denoted by the reference D. The main body 3 can be used to impart a better adhesion of the test layer structure with a thin adhesion-promoting layer, for. As nickel, be coated.

In 1.2 ist der Grundkörper 3 mit einer zweiten Testschicht 7 beschichtet. Der Durchmesser D des Grundkörpers 3 ist dabei vorzugsweise der gleiche wie der Durchmesser D des Grundkörpers 3, der in 1.1 dargestellt ist. Die in 1 dargestellte erste Testschicht 5 weist eine Dicke d₁ auf, die kleiner ist als die Dicke d₂ der zweiten Testschicht 7.In 1.2 is the main body 3 with a second test layer 7 coated. The diameter D of the main body 3 is preferably the same as the diameter D of the main body 3 who in 1.1 is shown. In the 1 shown first test layer 5 has a thickness d ₁ which is smaller than the thickness d _{2 of} the second test layer 7 ,

Der in 3 dargestellte Prüfkörper 1 unterscheidet sich von den in den 1.1 und 1.2 dargestellten Prüfkörpern dadurch, dass der Grundkörper 3 mit einer dritten Testschicht 9 beschichtet ist, die eine Dicke d₃ aufweist, die größer ist als die Dicke d₂ des in 1.2 dargestellten Prüfkörpers 1 und als die Dicke d₁ der ersten Testschicht 5 des in 1.1 dargestellten Prüfkörpers 1.The in 3 illustrated specimens 1 is different from the ones in the 1.1 and 1.2 shown test specimens in that the main body 3 with a third test layer 9 coated, which has a thickness d ₃ , which is greater than the thickness d ₂ of in 1.2 shown test specimen 1 and as the thickness d _{1 of} the first test layer 5 of in 1.1 shown test specimen 1 ,

Bei einem erosiven Abtrag der ersten Testschicht 5, der zweiten Testschicht 7 oder der dritten Testschicht 9 ergibt sich bei gleicher Reinigungsdauer der Prüfkörper 1 eine unterschiedlich starke Erosion der Testschichten 5, 7, 9. Aus diesem unterschiedlichen Abtrag der Testschichten 5, 7, 9 lässt sich auf die Reinigungswirkung des Ultraschallbades schließen. Wenn das Material der Testschichten 5, 7, 9 eine andere Färbung aufweist als das Material des Grundkörpers 3, lässt sich die Reinigungswirkung aufgrund des Farbunterschiedes zwischen den Testschichten 5, 7, 9 und dem Grundkörper 3 auf einfache Weise visuell ermitteln.In case of erosive erosion of the first test layer 5 , the second test layer 7 or the third test layer 9 results in the same cleaning time of the test specimens 1 a varying degree of erosion of the test layers 5 . 7 . 9 , For this different removal of the test layers 5 . 7 . 9 can be concluded on the cleaning effect of the ultrasonic bath. If the material of the test layers 5 . 7 . 9 has a different color than the material of the body 3 , the cleaning effect can be due to the color difference between the test layers 5 . 7 . 9 and the body 3 in a simple way vi determine suell.

In 2 ist ein Grundkörper 3 mit drei nebeneinander angeordneten Testschichten dargestellt. Hierzu ist in einem ersten Bereich 11 des Grundkörpers 3 eine erste Testschicht 13, in einem zweiten Bereich 15 des Grundkörpers 3 eine zweite Testschicht 17 und in einem dritten Bereich 19 des Grundkörpers 3 eine dritte Testschicht 21 aufgebracht. Die erste Testschicht 13, die zweite Testschicht 17 und die dritte Testschicht 21 unterscheiden sich dadurch voneinander, dass diese aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. So ist die erste Testschicht 13 zum Beispiel aus einem Material mit geringer Kavitationsbeständigkeit, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, die zweite Testschicht 17 aus einem Material mit mittlerer Kavitationsbeständigkeit, zum Beispiel Zinn oder Messing, und die dritte Testschicht 21 aus einem Material mit guter Kavitationsbeständigkeit, zum Beispiel Nickel, Gold oder Goldlegierungen, gefertigt. Beim Einbringen des Prüfkörpers 1 mit den drei nebeneinander angeordneten Testschichten 13, 17, 21 werden die Testschichten 13, 17, 21 durch die Kavitationsgebiete in der Reinigungsflüssigkeit unterschiedlich stark erodiert. Hierzu ist das Material der Testschichten 13, 17, 21 vorzugsweise anders gefärbt als das Material des Grundkörpers 3. Um die Testschichten 13, 17, 21 voneinander unterscheiden zu können, ist es bevorzugt, dass auch die Testschichten 13, 17, 21 unterschiedliche Farben aufweisen.In 2 is a basic body 3 shown with three adjacent test layers. This is in a first area 11 of the basic body 3 a first test layer 13 , in a second area 15 of the basic body 3 a second test layer 17 and in a third area 19 of the basic body 3 a third test shift 21 applied. The first test shift 13 , the second test shift 17 and the third test layer 21 differ from each other in that they are made of different materials. So that's the first test shift 13 for example, from a material with low cavitation resistance, for example copper or aluminum, the second test layer 17 of medium cavitation resistance material, for example, tin or brass, and the third test layer 21 made of a material with good cavitation resistance, for example nickel, gold or gold alloys. When introducing the test specimen 1 with the three adjacent test layers 13 . 17 . 21 become the test layers 13 . 17 . 21 eroded differently by the cavitation areas in the cleaning liquid. This is the material of the test layers 13 . 17 . 21 preferably differently colored than the material of the basic body 3 , To the test layers 13 . 17 . 21 From each other, it is preferable that the test layers 13 . 17 . 21 have different colors.

In 3 ist ein Prüfkörper in einer weiteren Ausführungsform dargestellt.In 3 a test specimen is shown in a further embodiment.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst der Prüfkörper 1 einen Grundkörper 3, auf den die drei Testschichten 13, 17, 21 übereinander angeordnet sind. Die dritte Testschicht 21 mit der höchsten Kavitationsbeständigkeit ist dabei direkt auf den Grundkörper 3 aufgebracht, die zweite Testschicht 17 mit einer mittleren Kavitationsbeständigkeit ist auf die dritte Testschicht 21 aufgebracht und die erste Testschicht 13 mit der geringsten Kavitationsbeständigkeit ist außen auf die zweite Testschicht 17 aufgebracht.At the in 3 illustrated embodiment, the test specimen 1 a basic body 3 on which the three test layers 13 . 17 . 21 are arranged one above the other. The third test shift 21 with the highest cavitation resistance is directly on the body 3 applied, the second test layer 17 with a medium cavitation resistance is on the third test layer 21 applied and the first test layer 13 with the least cavitation resistance is outside on the second test layer 17 applied.

Das Aufbringen der Testschichten 13, 17, 21 auf den Prüfkörper 3 kann dabei durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Beschichtungsverfahren erfolgen. Bei Testschichten aus metallischen Werkstoffen werden die Testschichten zum Beispiel durch stromlose oder galvanische, elektrochemische Abscheidung aufgetragen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Testschichten zum Beispiel durch Aufdampfen zu erzeugen. Eine polymere Testschicht wird zum Beispiel durch Tauchen oder Aufsprühen und anschließendes Aushärten aufgetragen. Weiterhin ist es auch möglich, die Testschichten durch eine Fällungsreaktion aufzubringen.The application of the test layers 13 . 17 . 21 on the test specimen 3 can be done by any, known in the art coating method. For test layers of metallic materials, the test layers are applied, for example, by electroless or galvanic electrochemical deposition. Alternatively, however, it is also possible to produce the test layers, for example by vapor deposition. A polymeric test layer is applied, for example, by dipping or spraying and then curing. Furthermore, it is also possible to apply the test layers by a precipitation reaction.

4 zeigt eine dreidimensionale, geschnittene Darstellung eines Ultraschallbades. 4 shows a three-dimensional, sectional view of an ultrasonic bath.

Ein Ultraschallbad 31 umfasst ein Reinigungsgefäß 33, in welchem eine Reinigungsflüssigkeit 35 enthalten ist. Als Reinigungsflüssigkeit eignen sich zum Beispiel Wasser oder organische Lösemittel. Bei Verwendung von Wasser als Reinigungsflüssigkeit 35 ist es möglich, der Reinigungsflüssigkeit 35 Tenside zuzusetzen. Weiterhin ist es auch möglich, dass als Reinigungsflüssigkeit 35 Gemische aus Wasser und Lösemittel eingesetzt werden. Um im Ultraschallbad 31 das zur Erzeugung der Reinigungswirkung notwendige Schallfeld zu erzeugen, sind am Boden 37 des Reinigungsgefäßes 32 Ultraschallwandler 39 angeordnet. Die Ultraschallwandler 39 geben Schallwellen an den Boden 37 des Reinigungsgefäßes 33 ab, die an die Reinigungsflüssigkeit 35 übertragen werden. Hierdurch bilden sich in der Reinigungsflüssigkeit 35 Bereiche mit unterschiedlichen Schalldruckamplituden aus. Bereiche mit hoher Schalldruckamplitude wirken als Kavitationsgebiet, an denen die Reinigung eines Werkstückes erfolgen kann.An ultrasonic bath 31 includes a cleaning vessel 33 in which a cleaning fluid 35 is included. Suitable cleaning fluids are, for example, water or organic solvents. When using water as cleaning fluid 35 is it possible of the cleaning fluid 35 Add surfactants. Furthermore, it is also possible that as a cleaning liquid 35 Mixtures of water and solvents are used. To be in the ultrasonic bath 31 To generate the necessary to generate the cleaning effect sound field are on the ground 37 of the cleaning vessel 32 ultrasound transducer 39 arranged. The ultrasonic transducers 39 give sound waves to the ground 37 of the cleaning vessel 33 off to the cleaning fluid 35 be transmitted. This results in the cleaning fluid 35 Areas with different sound pressure amplitudes. Areas with a high sound pressure amplitude act as a cavitation area at which the cleaning of a workpiece can take place.

Um die Reinigungswirkung in der Reinigungsflüssigkeit 35 zu prüfen, wird der Prüfkörper 1 in die Reinigungsflüssigkeit 35 eingebracht. An den Bereichen, an denen sich Kavitati onsgebiete befinden, werden die Testschichten 5, 7, 9 beziehungsweise 13, 17, 21 vom Prüfkörper 1 abgelöst. Anhand der Größe der Bereiche der Testschichten 5, 7, 9 beziehungsweise 13, 17, 21, die abgelöst wurden, lässt sich die Reinigungswirkung an der Position ermitteln, an der der Prüfkörper 1 in die Reinigungsflüssigkeit 35 eingebracht gewesen ist.To the cleaning effect in the cleaning fluid 35 to test, the specimen is 1 into the cleaning fluid 35 brought in. At the areas where cavitation areas are located, the test layers become 5 . 7 . 9 respectively 13 . 17 . 21 from the test piece 1 replaced. Based on the size of the areas of the test layers 5 . 7 . 9 respectively 13 . 17 . 21 which have been detached, the cleaning effect can be determined at the position at which the test specimen 1 into the cleaning fluid 35 has been introduced.

Um die Reinigungswirkung an mehreren Positionen in der Reinigungsflüssigkeit 35 zu prüfen, ist es erforderlich, mehrere Prüfkörper 1 in die Reinigungsflüssigkeit 35 einzubringen oder einen Prüfkörper 1 in der Reinigungsflüssigkeit 35 zu bewegen. Dies ist in 5 dargestellt.To the cleaning effect at several positions in the cleaning fluid 35 It is necessary to test several specimens 1 into the cleaning fluid 35 or a test specimen 1 in the cleaning fluid 35 to move. This is in 5 shown.

Wenn die Reinigungswirkung an unterschiedlichen Positionen in der Reinigungsflüssigkeit 35 mit nur einem Prüfkörper 1 geprüft werden soll, ist dieser vorzugsweise beweglich aufgenommen. Die Bewegungsrichtungen des Prüfkörpers 1 sind durch Pfeile 41, 43, 45 dargestellt. Die möglichen Bewegungsrichtungen 41, 43, 45 erlauben es, den Prüfkörper 1 an jeder beliebigen Position in der Reinigungsflüssigkeit 35 zu positionieren. Mehrere unterschiedliche Positionen des Prüfkörpers 1 sind in 5 beispielhaft gestrichelt dargestellt.If the cleaning action at different positions in the cleaning fluid 35 with only one test piece 1 should be checked, this is preferably added movable. The directions of movement of the test specimen 1 are by arrows 41 . 43 . 45 shown. The possible directions of movement 41 . 43 . 45 allow it, the test specimen 1 at any position in the cleaning fluid 35 to position. Several different positions of the specimen 1 are in 5 shown by dashed lines as an example.

Durch die Bewegung des Prüfkörpers 1 lasst sich zum Beispiel prüfen, ob bei Bewegung eines zu reinigenden Werkstückes in der Reinigungsflüssigkeit 35 das Werkstück über seine gesamte Oberfläche gereinigt werden kann. Bei Verwendung mehrerer unterschiedlicher Prüfkörper, die gleichzeitig an mehreren verschiedenen Positionen in der Reinigungsflüssigkeit 35 positioniert sind, ist es nur möglich, die Reinigungswirkung an den unterschiedlichen Positionen zu prüfen. Hierdurch lässt sich zum Beispiel feststellen, an welcher Position die Reinigung am effektivsten ist.By the movement of the test specimen 1 For example, it is possible to check whether during movement of a workpiece to be cleaned in the cleaning fluid 35 the workpiece over its entire surface can be cleaned. When using several different specimens simultaneously at several different positions in the cleaning fluid 35 are positioned, it is only possible to check the cleaning effect at the different positions. As a result, it can be determined, for example, at which position the cleaning is most effective.

In den 6.1 bis 6.3 ist die Schichtablösung für Testschichten mit unterschiedlicher Kavitationsbeständigkeit dargestellt.In the 6.1 to 6.3 the layer separation for test layers with different cavitation resistance is shown.

6.1 zeigt die Schichtablösung der ersten Testschicht 13 mit geringer Kavitationsbeständigkeit. Bei der ersten Testschicht 13 mit geringer Kavitationsbeständigkeit entstehen große Bereiche 51, in denen sich die erste Testschicht 13 vom Grundkörper 3 abgelöst hat. Dabei ist zu erkennen, dass die Größe der abgelösten Bereiche 51 über den Prüfkörper 1 variiert. Das liegt daran, dass die Kavitationsgebiete in der Reinigungsflüssigkeit 35 verteilt vorliegen und sich jeweils mit Bereichen mit geringerer Kavitationswirkung abwechseln. Anhand der Größe der Bereiche 51, in denen sich die Testschicht abgelöst hat, lässt sich am Prüfkörper 1 erkennen, wo in der Reinigungsflüssigkeit 35 die Kavitationsgebiete liegen. An den Stellen auf dem Prüfkörper 1, an denen sich ein großer Bereich 51 der Testschicht abgelöst hat, befindet sich der Bereich 53 mit guter Reinigungswirkung. 6.1 shows the delamination of the first test layer 13 with low cavitation resistance. At the first test shift 13 with low cavitation resistance arise large areas 51 in which the first test layer 13 from the main body 3 has replaced. It can be seen that the size of the detached areas 51 over the test specimen 1 varied. That's because the cavitation areas in the cleaning fluid 35 distributed and alternated with areas with less cavitation effect. Based on the size of the areas 51 , in which the test layer has detached, can be on the specimen 1 recognize where in the cleaning fluid 35 the cavitation areas lie. In the places on the test specimen 1 , which is a large area 51 the test layer has replaced, is the area 53 with good cleaning effect.

In 6.2 ist die Ablösung der zweiten Testschicht 17 mit mittlerer Kavitationsbeständigkeit dargestellt. Im Vergleich zu der in 1 dargestellten ersten Testschicht 13 mit geringer Kavitationsbeständigkeit lässt sich erkennen, dass die Bereiche 51, in denen sich die zweite Testschicht 17 abgelöst hat, kleiner sind. Auch bei dem in 6.2 dargestellten Prüfkörper 1 mit der zweiten Testschicht 17 mit mittlerer Kavitationsbeständigkeit ist zu erkennen, an welchen Positionen in der Reinigungsflüssigkeit 35 sich die Kavitationsgebiete befinden, da auch bei der zweiten Testschicht 17 mit mittlerer Kavitationsbeständigkeit die Ablösung der zweiten Testschicht 17 im Bereich der Kavitationsgebiete erfolgt.In 6.2 is the replacement of the second test layer 17 shown with medium cavitation resistance. Compared to the in 1 shown first test layer 13 With low cavitation resistance can be seen that the areas 51 , in which the second test layer 17 has replaced, are smaller. Also at the in 6.2 shown test specimens 1 with the second test layer 17 with average cavitation resistance it can be seen at which positions in the cleaning fluid 35 the cavitation areas are located, as in the second test layer 17 with medium cavitation resistance the detachment of the second test layer 17 takes place in the area of cavitation areas.

In 6.3 ist die Ablösung der dritten Testschicht 21 mit hoher Kavitationsbeständigkeit dargestellt. Bei der dritten Testschicht 21 mit hoher Kavitationsbeständigkeit erfolgt die Ablösung nur in kleinen Bereichen 51 an den Positionen, an denen sich die Kavitationsgebiete befinden. Durch die unterschiedlich starke Ablösung der Testschichten 13, 17, 21 bei gleicher Einwirkungsdauer in der Reinigungsflüssigkeit 35 kann abgeschätzt werden, wie lange ein zu reinigendes Werkstück in der Reinigungsflüssigkeit 35 positioniert werden muss, bis es vollständig gereinigt ist.In 6.3 is the replacement of the third test layer 21 represented with high cavitation resistance. At the third test shift 21 With high resistance to cavitation, the detachment takes place only in small areas 51 at the positions where the cavitation areas are located. Due to the different degrees of detachment of the test layers 13 . 17 . 21 at the same exposure time in the cleaning fluid 35 can be estimated how long a workpiece to be cleaned in the cleaning liquid 35 must be positioned until it is completely cleaned.

In den 6.1 bis 6.3 ist zu erkennen, dass die Anforderung einer großflächigen Schichtablösung und Perforation nur bei der ersten Testschicht 13 mit geringer Kavitationsbeständigkeit erfüllt wird. Damit ist das Reinigungsverfahren, welches mit den in den 6.1 bis 6.3 dargestellten Prüfkörpern untersucht wurde, nur für Prozesse mit geringen mechanischen Reinigungsanforderungen oder insbesondere für Verfahren, bei denen zu starke Kavitationsereignisse eine Erzeugnisschädigung bewirken könnten, geeignet. Höhere mechanische Reinigungsanforderungen würden sich zum Beispiel dadurch erreichen lassen, dass das Werkstück länger in der Reinigungsflüssigkeit verbleibt oder dass die Schalldruckamplitude erhöht wird.In the 6.1 to 6.3 It can be seen that the requirement of a large-scale delamination and perforation only in the first test layer 13 is met with low cavitation resistance. This is the cleaning process, which with the in the 6.1 to 6.3 tested only for processes with low mechanical cleaning requirements or in particular for processes in which excessive cavitation events could cause product damage suitable. Higher mechanical cleaning requirements would be achieved, for example, by keeping the workpiece longer in the cleaning fluid or by increasing the sound pressure amplitude.

7 zeigt einen Prüfkörper 1 mit übereinander angeordneten Testschichten 13, 17, 21, die durch Kavitationserosion im Ultraschallbad abgelöst wurden. Durch die Einwirkung der Kavitationserosion löst sich zunächst die dritte Testschicht 13 mit der geringsten Kavitationsbeständigkeit ab. Sobald die dritte Testschicht 13 mit der geringsten Kavitationsbeständigkeit die zweite Testschicht 17 mit mittlerer Kavitationsgeschwindigkeit freigibt, wirkt das Kavitationsgebiet auch auf die zweite Testschicht 17 mit mittlerer Kavitationsbeständigkeit. Diese beginnt ebenfalls, sich abzulösen. An den Positionen, an denen die zweite Testschicht 17 vollständig abgelöst ist und dadurch die dritte Testschicht 21 mit der höchsten Kavitationsbeständigkeit freigelegt wird, beginnt sich ebenfalls die dritte Testschicht 21 abzulösen. Anhand der Größe der abgelösten Bereiche 51 in der ersten Testschicht 13, der zweiten Testschicht 17 und der dritten Testschicht 21 kann die Reinigungswirkung im Ultraschallbad 31 bestimmt werden. 7 shows a test specimen 1 with superimposed test layers 13 . 17 . 21 , which were detached by cavitation erosion in an ultrasonic bath. Due to the effect of cavitation erosion, the third test layer first dissolves 13 with the least cavitation resistance. Once the third test shift 13 with the least cavitation resistance the second test layer 17 releases at medium cavitation speed, the cavitation area also acts on the second test layer 17 with medium cavitation resistance. This also begins to peel off. At the positions where the second test layer 17 completely detached and thereby the third test layer 21 With the highest cavitation resistance is exposed, also the third test layer begins 21 replace. Based on the size of the detached areas 51 in the first test shift 13 , the second test layer 17 and the third test layer 21 can the cleaning effect in the ultrasonic bath 31 be determined.

Claims

Method for determining the cleaning effect by cavitation in an ultrasonic bath ( 31 ), which comprises the following steps: (a) introducing at least one test specimen ( 1 ) in an ultrasonic bath ( 31 ) contained cleaning liquid ( 35 ), whereby at least two test layers ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ) with different cavitation resistance on at least one base body ( 3 ), (b) evaluating the removal of the test layers ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ) of the at least one test specimen ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that a test body ( 1 ) only one test layer ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ), wherein the test layers ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ) are each made of different materials or have a different layer thickness and a plurality of test specimens ( 1 ) with different test layers ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ) successively at the same position in the ultrasonic bath ( 31 ) are introduced.

Method according to claim 1, characterized in that the at least two test layers ( 13 . 17 . 21 ) on a base body ( 3 ) are applied.

Method according to claim 3, characterized in that the test layers ( 13 . 17 . 21 ) are applied side by side on the base body.

Method according to claim 3, characterized in that the test layers ( 13 . 17 . 21 ) one above the other on the base body ( 3 ), wherein the cavitation resistance of the test layers ( 13 . 17 . 21 ) decreases from the inside to the outside.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the test layers ( 13 . 17 . 21 ) different cavitation resistance have different colors.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaluation of the removal of the test layers ( 5 . 7 . 9 ; 13 . 17 . 21 ) in step (c) by image processing.

Test specimen for carrying out the method according to one of claims 1 to 7, a base body ( 3 ), which is made of a material which is in an ultrasonic bath ( 31 ) has almost no erosion, characterized in that on the base body ( 3 ) at least two test layers ( 13 . 17 . 21 ) are applied, which have a different cavitation resistance.

Test specimen according to claim 8, characterized in that the at least two test layers ( 13 . 17 . 21 ) side by side on the base body ( 3 ) are applied.

Test specimen according to claim 9, characterized in that the at least two test layers ( 13 . 17 . 21 ) one above the other on the base body ( 3 ), wherein the cavitation resistance of the test layers ( 13 . 17 . 21 ) decreases from the inside to the outside.